RU2359064C2 - Аустенитная коррозионно-стойкая сталь - Google Patents

Info

Publication number

RU2359064C2

RU2359064C2 RU2007125101/02A RU2007125101A RU2359064C2 RU 2359064 C2 RU2359064 C2 RU 2359064C2 RU 2007125101/02 A RU2007125101/02 A RU 2007125101/02A RU 2007125101 A RU2007125101 A RU 2007125101A RU 2359064 C2 RU2359064 C2 RU 2359064C2

Authority

RU

Russia

Prior art keywords

niobium

vanadium

titanium

manganese

nickel

Prior art date

2007-07-02

Links

• Espacenet
• Global Dossier
• Discuss

• 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims description 4
• PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
• 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 13
• RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
• 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
• GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
• 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 12
• 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
• 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
• LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
• VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
• XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
• 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
• OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
• 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
• PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
• NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
• ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
• 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
• 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 7
• 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
• XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
• 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
• 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 6
• 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
• 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 9
• 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 9
• 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 6
• 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 6
• WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
• 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 23
• 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 23
• 239000011265 semifinished product Substances 0.000 abstract description 7
• 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
• 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 4
• 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 4
• 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
• 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
• 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
• 239000005864 Sulphur Substances 0.000 abstract 1
• 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract 1
• 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
• 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 abstract 1
• 238000003466 welding Methods 0.000 description 10
• 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
• 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 4
• 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
• 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
• 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
• 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
• 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
• 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
• 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
• 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
• 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
• 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
• 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 2
• 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 2
• 230000009182 swimming Effects 0.000 description 2
• 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
• 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
• -1 chromium carbides Chemical class 0.000 description 1
• 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
• 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
• 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
• 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
• 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
• 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
• 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
• 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
• 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
• 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
• 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
• 239000000047 product Substances 0.000 description 1
• 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
• 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1

Description

Изобретение относится к металлургии легированных аустенитных сталей, используемых в атомных энергетических установках. Известны применяемые в настоящее время марки коррозионно-стойкой стали, приведенные в технической литературе: Бабаков А.А., Приданцев М.В. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М., Металлургия, стр.137-143, 215-230, ГОСТ 5632-72. Основным недостатком указанных сталей является пониженная технологическая пластичность, крупнозернистая структура полуфабрикатов.

Наиболее близкой по составу ингредиентов и назначению к предлагаемой стали является сталь марки 08Х18Н10 ГОСТ 5632-72, стр.16, содержащая, мас.%:

углерод	не более 0,08
кремний	не более 0,8
марганец	не более 2,0
хром	17÷19
никель	9,0÷11,0

Содержание серы не более 0,02. Содержание свинца и олова не нормировано.

Известная сталь обладает высокими механическими свойствами, однако имеет недостаточно высокую технологическую пластичность при горячем деформировании, крупнозернистую структуру и вследствие этого пониженные сварочно-технологические свойства. Это обусловлено тем, что содержание серы в стали находится на уровне ≥0,020%, содержание олова и свинца не нормировано. Соединения серы обычно располагаются по границам зерен. Соединения серы (сульфиды) являются, в большинстве случаев, легкоплавкими и резко снижают пластические свойства при горячем деформировании.

При низком содержании карбидообразующих элементов, которые являются центрами зарождения новых зерен при горячей деформации, увеличиваются размеры зерен в полуфабрикатах.

При увеличении размеров зерен также увеличивается толщина межзеренных прослоек и снижаются пластические характеристики металла и сварочно-технологические свойства.

Техническим результатом изобретения является повышение технологической пластичности при горячем деформировании и сварочно-технологических свойств. Поставленный технический результат достигается за счет того, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, дополнительно введены титан, ниобий и ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	0,05÷0,1
кремний	0,4÷0,8
марганец	1,0÷1,8
хром	17,5÷19
никель	8,0÷9,0
ниобий	0,03÷0,06
ванадий	0,02÷0,07
титан	0,05÷0,15
железо и примеси	остальное,

при этом отношение

, отношение содержания хрома к суммарному содержанию никеля и марганца должно быть в пределах 1,7-2,0, а содержание серы, олова и свинца составляет, мас.%: S≤0,002, Sn≤0,015, Pb≤0,004. Снижение содержания легкоплавких элементов по сравнению с известным составом практически исключает появление на границах зерен легкоплавких прослоек, что способствует повышению технологической пластичности, сварочно-технологических свойств и пластических свойств полуфабрикатов. Введение титана, ниобия и ванадия в соотношении

способствует получению полуфабрикатов с мелкозернистой структурой за счет выделений устойчивых карбидов титана, ниобия и ванадия, которые служат центрами кристаллизации. При более высоких содержаниях титана и ниобия в стали возможно выделение интерметаллидов, которые снижают пластичность металла. При более низких содержаниях титана, ниобия и ванадия образуется недостаточное количество устойчивых карбидов, снижается количество центров кристаллизации и полуфабрикаты получаются с крупнозернистой структурой. При крупнозернистой структуре по границам зерен образуются толстые прослойки из интерметаллидов, сульфидов и других примесей, и поэтому при сварке возможно образование микротрещин по межзеренным прослойкам.

Микролегирование коррозионно-стойкой стали титаном, ниобием и ванадием в соотношении

позволяет получать полуфабрикаты с мелкозернистой структурой, что значительно повышает технологическую пластичность и сварочно-технологические свойства. При отношении

менее 1,6 наблюдается снижение коррозионной стойкости за счет образования большого количества карбидов хрома и снижения содержания хрома до значений, при которых утрачивается коррозионная стойкость.

Содержание серы не должно превышать 0,002, олова 0,015, свинца 0,0004, так как при более высоком содержании снижается пластичность при горячем деформировании вследствие образования легкоплавких прослоек по границам зерен.

Для обеспечения высоких сварочно-технологических свойств соотношение

.

Так, при более низких значениях этого соотношения снижается содержание ферритной фазы в стали и возможно появление трещин в сварных соединениях.

При отношении

более 2,0 содержание ферритной фазы в стали может достигать 10%, что приводит к образованию трещин при горячей обработке.

Пример конкретного выполнения.

Были выплавлены 3 плавки по 120 т заявляемой стали в конвертере с кислородной продувкой и одна плавка известной марки в 50-тонной электродуговой печи и прокатаны в листы толщиной 20-50 мм с температуры нагрева 1000 и 1200°С.

Листы заявляемой и известной стали подвергнуты аустенизации при температуре 1030÷1050°С с последующим охлаждением на воздухе.

После охлаждения производился визуальный осмотр листов и отбор проб для механических и металлографических испытаний и определения сварочно-технологических свойств. Химический состав заявляемой и известной марок приведены в таблице 1, результаты испытаний - в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, заявляемая сталь обладает более высокой пластичностью при горячем деформировании, имеет более мелкозернистую структуру и обладает повышенными сварочно-технологическими свойствами.

Ожидаемый технико-экономический эффект от использования заявляемой стали выразится в повышении выхода годного металла при горячем деформировании, значительном уменьшении затрат по устранению дефектов на поверхности листов и сварных соединениях, а также в увеличении срока службы и надежности изделий.

Таблица 1 Химический состав заявляемой и известной марок стали
Сталь	Условный № плавки	Содержание элементов, мас.%
		С	Si	Mn	Cr	Ni	Nb	V	Ti	S	Sn	Pb
Заявляемая сталь	1	0,05	0,40	1,8	17,5	8,0	0,04	0,07	0,1	0,001	0,008	0,004	4,2	1,78
	2	0,08	0,6	1,0	19,0	8,5	0,03	0,05	0,05	0,0015	0,012	0,003	1,6	2,0
	3	0,10	0,8	1,5	17,9	9,0	0,06	0,02	0,15	0,002	0,015	0,002	2,3	1,70
Известная	4	0,07	0,07	1,9	17,2	10,0	-	-	-	0,018	0,002	0,05	-	1,445
Примечание. Химический состав определялся на 5 плавках заявляемой стали общей массой 621 т и 8 плавках известной стали общей массой 456 т.

Таблица 2 Свойства заявляемой и известной марок стали
Сталь	Условный № плавки	Механические свойства				Технологическая пластичность, %		№ зерна	Сварочно-технологические свойства на жестких пробах
		σв	σ0,2	δ5	ψ	1200°С	1000°С
		н/мм2	н/мм2	%	%
Заявляемая	1	620	250	58	65	58	60	6	Трещин нет
	2	630	258	56	640	52	70	4	-«-
	3	640	265	54	62	60	55	7	-«-
Известная	4	580	220	51	35	35	40	2	Микротрещины
Примечание. 1. Приведены средние значения механических свойств по результатам испытаний 4-х образцов от каждого листа. 2. Технологическая пластичность оценивалась визуально по появлению мелких трещин на поверхности листов в процессе горячей деформации.