Немагнитная сталь

(19 51)5 С 22 С 38/58 ТЕНИ ТЕНТУ СРВ,Г.Гаватенко,В,С,Ста- годзин 8/58,)4 4 ь О содержаний 0,8; никель - 0,30: сера остальное ГОСУДЛРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗ(71) Институт металлофизики АН УС(73) Институт металлофизики АН УС(56) Авторское свидетельство СССРМ 1397539, кл. С 22 С 38/54, С 22 С1988 Изобретение относится к металлургии, точнее к высокопрочным немагнитным аустенитным сталям, и предназначено для использования при изготовлении буровых тру 6 для нефтяной промышленности, к которым предъявляются следующие требования по механическим свойствам: предел прочности не менее 950 МПа, предел текучести не менее 750 МПа, ударная вязкость не менее 700 кДж/м, относительное сужение не менее 50 при удовлетворительной коррозионной стОЙкости,Известна, сталь 12 Х 18 Н 9 Тщая, мас,%: углерод0,12: креммарганец2,0; хром,0-19,08.0-9,5; титан - 5 С,8; медь0 020: ФосФор -. 0035 железо(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к высокопрочной немагнитной аустенитной стали, и предназначено для использования при изготовлении буровых труб для нефтяной промышленности, к оторым предъявляются высокие требования по механическим свойствам. Цель - пов шение прочности, ударной вязкости при сохранении уровня коррозионной стойкости, Сталь дополнительно содержит церий, кальций, азот, ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%; углерод 0,005-0,08; хро)и 17,0-22,0; марганец, 8,0- 15,0: никель 2,5-6,8; медь 0,1-2,5; молибден 0,5-1,1; кремний 0,2-0,7; церий 0,005-0,2; кальций 0,005-0,05; азот 0,66-0,9; ниобий 0,03-0,15; железо остальное. 2 табл. Недостатком известной стали явл етсято, что она не может быть использована в- ъкачестве коррозионностой кого высокопрочного материала, т.к. имеет недостаточныепрочностные свойства (по ГОСТ 5949-75предел текучести составляет не менее 196МПа, предел прочности не менее 540 МПа)и неудовлетворительную стойкость противточечной коррозии в окислительных средах,хотя и может быть применена для изготовления немагнитных изделий (в частно"ти.буровых труб), т.к, хара:геризуется значе- СлЭнием магнитной проницаемости менее1,005. Другим недостатком этой стали является ее высокая себестоимость,Наиболее близкой к заявляемой сталипо технической сущности и достигаемомурезультату является коррозионностолкаясталь по а.с,СССР Г). 1397539, кл. С 22 С38/54, С 22 С 38/58, публ.23,05,88 г. Бюль+ 19,содержащая мас,%:углерод 0,01-0,08кремний 0,1-0,6марганец 0,1-8,0хром 16,0-22,0никель 1,5-7,5молибден 1,8-3,5бор 0,042-0,12титан 0,01-0,35РЗМ 0,001-0,0015медь 1,0-3,0железо остальноепри условии, что соотношение титан, борравно 4,43:0,04,Из данной стали, принятой за прототип,изготавливают коррозионностойкий лист итрубы с пределом прочности 800 МПа ипределом текучести 520 МПа, Недостаткомданной стали является относительно низкаяпрочность и высокая магнитная проницаемость. Кроме того. необходимый уровеньпрочности в данном случае достигается дисперсион н ым старением, что требует дополнительной термообработки изделий,Целью изобретения является повышение прочности и ударной вязкости сталипри удовлетворительной коррозионнойстойкости и требуемом уровне немагнитно. сти,Поставленная цель достигается тем, чтосталь, содержащая углерод, хром, марганец. никель, медь, молибден, кремний. железо, отличающаяся тем, что с цельюповышения прочности и ударной вязкостипри высоком уровне немагнитности и коррозионной стойкости, она дополнительносодержит азот, ниобий. церий и кальций приследующем соотношении компонентов,мас%:углерод 0,005-0,08кремний 0,2-0,7марганец 8,0.15,0хром 17,0-22,0никель 2,5-6,8молибден 0,5-1,1азот 0,66-0,9медь 0,1-2,5це рий 0,005-0,2кальций 0,005-0,05ниобий 0,03.0,15железо остальное,Необходимый уровень прочности привысокой ударной вязкости предлагаемойстали достигается высоким содержаниемазата в сочетании с введением меди. церия,кальция и ниобия,Увеличение содержания азота в сталиприводит к увеличению прочности, т.к, в заявляемой стали сверхравновесный азот на 20 30 35 Увеличение содержания кальция в ста 40, ли более 0,05 мас.% приводит к снижению 10 15 45 50 ходится в твердом растворе, Содержаниеазата в стали менее 0,66% приводит куменьшению прочности ниже допустимого значения,Увеличение содержания азота в заявляемой стали более 0,9%, как показали эксперименты, приводит к резкому снижению ударной вязкости, уменьшению относительного сужения и снижению корроэионной стойкости (время до разрушения составляет 150 ч).Повышение содержания меди в стали более 2.5 мас.%, как показали проведенные эксперименты, приводит к уменьшению ударной вязкости и пластических свойств,вследствие чего повышается склонность стали к хрупкому разрушению и корроаионному растрескиванию.Уменьшение содержания меди в предлагаемой стали менее 0,1 мас.% не обеспечивает требуемого уровня пластичности, что снижает стойкость иэделий при их эксплуатации. Введение церия в заявляемую стальобеспечивает заданную ударную вязкость,устраняя вредное влияние углерода на ее величину за счет связывания углерода по границам зерен.Увеличение содержания церия в стали более 0,2 мас.о нецелесообразно, т,к. нв приводит к дальнейшему повышению ударной вязкости.Уменьшение содержания церия в предлагаемой стали менее 0,005, не обеспечивает заданное значение ударной вязкости.Дополнительное введение в сталь кальция повышает стойкость ее к коррозионному растрескиваниь. ударной вязкости к коррозионному растрескиванию. Уменьшение содержания кальция в заявляемой стали менее 0,005% не обеспечивает его положительного влияния на стойкость к коррозионному растрескиванию,Введение в сталь ниобия обеспечивает необходимый уровень ударной вязкости с одновременным повышением прочности,Уменьшение содержания ниобия в предлагаемой стали менее 0,03 мас,% не обеспечивает необходимого уровня прочностиУвеличение содержания ниобия в стали более 0,15 мас,% нецелесообразно, т.к. приводит к снижению ударной вязкости.Повышение содержания хрома и снижение концентрации марганца позволяет по 1774966высить прочность и коррозионную стойкость стали,Снижение содержания марганца приодновременном увеличении концентрацииникеля в заданных пределах обеспечиваетрастворимость азота в жидкой фазе, что исключает образование мартенсита или феррита, повышая прочность стали.Кроме того, уменьшение содержаниямарганца при выплавке стали улучшает экологик) окружающей среды за счет уменьшения выброса токсичных паров окисимарганца.Введение в сталь церия в количестве0,05-0,10 мас./, кальция в количестве 0,050,10 мас.% и меди в количестве 0,1-0,5мас,/ с той же целью известно (см.а.с,М1090015. кл. С 22 С 38/44). Однако эти ингредиенты вводятся в сталь в сочетании с0.15-0.25 мас. /, углерода и 0.20-1,00 мас,0 марганца, что наряду с повышением показателей прочности ведет к уменьшению ударной вязкости и пластических свойств(относительное сужение составляет 31,534,6/О, что менее 50% и не удовлетворяеттребованиям к буровым трубам),Известно введение в сталь кальция вколичестве 0,01-0,06 мас. % и азота в количестве 0,75-1,7 мас,при содержании 0,010,06 мас./ углерода, 16-19 мас,хрома и17,0-2,1 мас,марганца (см.э.с,М 919373,кл, С 2238/38), Однако эта сталь не может.быть применена для изготовления буровыхтруб, т.к. обладает низкой пластичностью(относительное сужение составляет 1242 ). Введение в сталь меди в количестве0,9-2,0 мас,известно (см.а.св. М 1061506Однако онэ вводится в сочетании с углерддом. кремнием. хромом, марганцем и алюминием, что наряду с повышениемкоррозионной стойкости ведет к уменьшению прочности.В заявляемой же стали церий, кальций,медь находятся в ранее неизвестном сочетании с другими ингредиентами, что позволяет повысить прочность и коррозионнуюстойкость без снижения пластическихсвойств и ударной вязкости.На основании вышесказанного можносделать вывод, что г 1 редладемое техническое решение отвечает критерию "Существенные отличия".Для оптимизации сосгэва стали быливыплавлены опытные плавки в открытойэлектродуговой печи. после чего применяли плазменно-дуговой переплав, при которомв сталь дополнительно вводили азот, церийи кальций, с получением слитков. Химические составы плавок приведены в табл.1.5 Полученные слитки подвергали ковке налабораторной радиальноковочной машинедля изготовления труб, из которых затемпосле термообработки, вырезались образцы для механических испытаний, Наряду с10 механическими испытаниями проводили испытания на склонность к межкристаллитнойкоррозии (МКК) в стандартном раствореН 2 Юа+СоЯОа+Со (по ГОСТ 6032-75) и настойкость к коррозионному растрескива 15 нию(КР) в 3%-ном растворе поваренной соли,насыщенном сероводородом до 670 по. объему в течение 300 ч,Ударные испытания были проведены намаятниковом копре МК-ЗО, а разрывные - нэ20 установке Р, Магнитная проницаемостьбыла измерена на лабораторной установкепри напряженности магнитного поля 700 Э.Результаты испытаний представлены втабл.2,25 Из приведенных результатов видно, чтосодержание элементов в заявляемых пределах обеспечивает необходимый комплексмеханических свойств для буровых труб(предел прочности не менее 950 МПа, пре 30 дел текучести не менее 750 МПа, ударнаявязкость не менее 700 кДж/м, относительное сужение не менее 50 ) при удовлетворительной корроэионной стойкости,Формула изобретения35 Немагнитная сталь. содержащая углерод, хром, никель, марганец, молибден,кремний, медь и железо, о т л и ч а ю щ а я -с я тем, что, с целью повышения прочности,ударной вязкости при сохранении уровня40 коррозионной стойкости, она дополнительно содержит церий, кальций, азот, ниобийпри следующем соотношении компонентов,мас.%:углерод 0,005-0,0845 хром 17,0-22,0марганец 8,0- 1 5,0никель 2,5-6,8медь 0,1-2,5молибден 0,5-1,150 кремний 0,2-0,7церий 0,005-0,2кальций ОЯ 05-0,05дзот О,6-0,9ниобий 0,03-0,1555 железо остальное.) 11 О СЧ СО 1 ОсО ЛО л л а вО ОООО СО Ф О 1 И л л О О 1Л МСЧ е л е О О СО СЧ СЧ О л ОИ О СО СЧ И О ООООл л л л лООООО О О О О Ф О ОО л л л О О О1С 3 а-(ЧМ 1 И О1 11 3 1111 1 11 1 3 1 1 1И1 1 1Г1СО13 --- 1 1 11а 3 1 1 Еч 11- О вл И ОО Ол лЛЛИЛЧ ЛОО(р, МПа р, Гс/Э С, МПа ан краж те ееевее твааааевв Составитель Н.ЛякишевТехред М.Моргентал Корректор Н.Гунько Редактор С,Кулакова Заказ 3944 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям.при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", т. Ужгород, ул, Гагарина, 101 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 иветте98010109509658601040890830