Коррозионностойкая свариваемая сталь

Коррозионностойкая свариваемая сталь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 280979 (21) 2824223/22-02 (53)М. КЛ.

С 22 С 38/58 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 231 o81. Бюллетень Н9 39

Дата опубликования описания 23.1081 (5З) ЮК бб9. 14. 018..52.8-194 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е.А.Ульянин, Н.A.Ñîðoêèíà, В.И.Федорова, Л44Мллмнев.", — "

О.A.Ëàáóíîâè÷, Г.Н.Грикуров, П.П.Евстафьев, Б..Г.Вайнштей

A.Ø.ÃHHäèH, Э.О.Нодев и В.A.Алешин

В l

Центральный ордена Трудового Красного намени научноисследовательский институт черной мета лургщт: им.И.П.Бардина (71) Заявитель (54) КОРРОЗИОННОСТОИКАЯ CBAPHBAENAH

СТАЛЬ

Изобретение относится к металлур гни, а именно к металлургии нержавеющих сталей, используемых в криогенной технике.

Известные хромоникелевые стали типа 18-10 обладают хорошими технологическими свойствами при горячей и хо-лодной деформации, но имеют низкую прочность (предел текучести бои «« 25 кгс/мм (1).

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является сталь следующего химического состава, вес.Ъ:

Углерод 0,1-0,2 15

Хром 15-17

Марганец 4-10

Никель 3,5-4,5 .>

А,зот «0, 035

Молибден

Медь «2,0

Кремний ««1

Железо Остальное (2) .

Известная сталь после закалки обладает высокими значениями прочности, пластичности и вязкости при всех температурах. Дополнительный отпуск 700 С 30 мин вызывает резкое снижение вязкости, особенно сильное при криогенных температурах. 30

Обрабатываемость давлением оценивали по методике ASTN величиной В которая характеризует способность металлов сопротивляться утонению или; утолщению при растяжении или сжатии в плоскости листа °

R2 определяется из условия

Ы

1 в к, И„

Еь™ B Е =ь —

О bg

ВО и ВХ - начальная и конечная ширина листа; и „ - начальная и конечная .

:толщина листа.

Деформируемость стали тем лучше, чем ближе значение Й приближается к 1 . к2 известной стали составляет 1,181-1,214 для закаленного и

1,344-1,356 для отпущенного состояний.

Цель изобретения — повышение вязкости сварного шва при криогенных температурах, пластичности при холодной обработке давлением, приводящим к расширению температурного интервала применения от -253О до 700ОС.

Поставленная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, 874761 хром, марганец, никель и железо, дополнительно содержит титан, цирконий, алюминиЯ, бор, редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Углерод 0,01-0,15

Хром 12-15

Марганец 13-15,5

Никель 0,5-6,0

Титан 0,01-0,8

Цирконий 0,001-0,3

Алюминий 0,01-0,5

Вор 0,0001-0 005

Редкоземельные металлы 0,05-0,1

Железо Остальное

В качестве редкоземельных металлов может быть взят мишметалл, содержащий один или несколько элемен- . тов лантаноидов: лантан, церий, празеодим, неодим.

Углерод, как аустенитообразующий элемент, вводится в сталь в количестве не менее 0,01% для получения в стали аустенитной структуры. Верхний предел по углероду 0,15Ъ ограничен с целью предупреждения образования в закаленной стали карбидов хрома (Cr C<), которые оказывают отрицательное влияние на склонность стали к межкристаллитной коррозии.

Нижний предел по храму 12% соответствует концентрации, при которой сталь имеет положительный электрохимический потенциал и является коррозионностойкой. Содержание хрома ниже

12% приводит к смене знака электрохимического потенциала и сталь становится некоррозионностойкой.

Верхний предел по хрому 15% ограничен с целью исключить образование при нагреве d"-феррита, который является хрупкой фазой при низких темпе" ратурах.

Принятые пределы по марганцу обусловлены необходимостью получить сталь со структурой аустенита. Для этого при принятом соотношении компонентов требуется не менее 13% марганца. Верхний предел 15,5% .обусловлен тем, что при такой концентрации марганца сталь еще не проявляет сильной склонности к деформационному упрочнению, что приводит к охрупчиванию стали.

Нижнее содержание никеля 0,8Ъ определяет количество этого элемента, необходимое для получения служебных свойств при температурах до

196оС, верхнее 6% при температурах до 253оС

Нижний предел по титану 0,01% указывает концентрацию, начиная с которой проявляется положительное влияние титана на снижение склонности стали к межкристаллитной коррозии, которое заключается в том, что введенный в сталь титан связывает углерод в карбид ТаС. Благодаря этому затрудняются условия для обраэования карбида Cv С, который снижает коррозионную стойкость стали за счет уменьшения концентрации хрома ниже минимального предела 12% в приграничных зонах. Содержание титана выше 0,8% нецелесообразно, так как излишний против укаэанного титан в стали предлагаемого состава не принимает участия в образовании карбида Т С.

Нижний предел по бору 0,0001% указывает концентрацию, при которой улучшаются горячая пластичность стали, верхний предел 0,005% обозначает содержание, выше которого бор образует избыточную фазу и ухудша-!

5 ет пластические свойства стали при

)высоких температурах.

Нижние пределы по цирконию (0,001%) и алюминию (0,01%) при легировании показывают наименьшее их содержание, Щ начиная с которого указанные элементы повышают прочность стали при

+70ООC за счет образования мелкодисперсного и труднорастворимого карбида - и тонкого слоя окисла А1 Оз, затрудняющего диффузионные процессы и дальнейшее окисление металла при высоких температурах, способствуют получению более мелкого зерна за счет образования соединений А1К и

А1 0,которые при затвердевании слитка кристаллиэуются в виде субмикроскопической пыли, играющей роль барьеров для роста зерна при последующих нагревах,а также повышают ударную вязкость при криогенных температурах и улучшают деформируемость стали в холодном состоянии за счет оттеснения избыточных фаз в тело. зерна.

Верхние пределы по цирконию 0,3%

40 и алюминию 0,5% ограничены с целью предупреждения завышенного легирования твердого раствора, так как содержание циркония и алюминия выше указанных пределов из-за их ограниченной растворимости в аустените может привести к образованию и выпадению избыточных фаз в межзеренные пространства в виде грубых выделений и вызвать охрупчивание металла.

Принятое ограничение по сумме элементов-лантаноидов: лантана, церия, празеодима, неодима 0,05-0,1Ъ продиктовано так, что присутствие одно- . го или всех элементов в указанных количествах, благодаря их высокой по 5 верхностной активности и сродству к фосфору и сере, тормозит диффузионную подвижность у границ зерен углерода, хрома, серы, фосфора и способствует оттеснению избыточных фаэ в тело ф0 зерна.

Опытные плавки сталей приведены в табл.1.

B табл.2. представлены механические свойства,деформируемость основ65 ного металла и сварного шва.

874761

Таблица 1

Содержание элементов, вес.%

Плав.ки

Cr Ni Mn N Mo gu Ti З

А1 РЗМ

0,01 12,0 2,8 13,0 - — - 0,01 0,0001 0 001 0,3 0,05

А1

08000503050 1

А2

0,15 15,0 0,8 15,5

0,1 12,5 15,0 — — — 0 43 0,0028 0,15 0,24 0,70

0 1 0,0008 0,02 0,01 0,09

0 08 13 4 О 5 15 1

О 02 14 7 6 О 13 О

0,01 0,0001 0,3 0,05 0,05

А7

018 15,1 4,0 6,0 0025

Б1

0,45 1,2 0,05 17,1 4,5 10,0 0,030

Б2

0,4 1,8 ф

Специально не вводился.

Из данных табл.2 следует, что пре-. имущества предлагаемой стали прояв ляются, главным образом, при испытании металла после провоцирующего отпуска, имитирующего термические условия стали после сварки. При -253 С работа развития трещины (ctp) основного металла предлагаемой стали равна

3,9-6,3 кгсм/см,тогда как у иэвестй ной бр=1,5-1,6 кгсм/см . Еще большее различие в величинах ударной вязкости ац и р при криогенных температурах предлагаемой и известной сталей наблюдается при испытании сварного шва — работа, развития ар составляет

3, 1-4,3 кгсм/см и 0,5-0,6 кгсм/см соответственно. Исследование фрактог)pmee подтвердило, что все образцы предлагаемой стали, испытанные при

-253 С разрушались вязко, образцы известной стали имели участки полностью хрупкого разрушения. Преимущество предлагаемой стали наблюдается также при исследовании деформируемости Q . В отпущенном состоянии величина и предлагаемой стали значительно меньше отличается от 1, чем у известной.

Применение предлагаемой стали поэI воляет сократить номенклатуру сталей при изготовлении конструкций химического машиностроения и криогенной техники, сократить расход дорогостоя- . щего хладагента при захолаживании, так как конструкции из предлагаемой стали имеют меньшие геометрические размеры, снизить вес конструкций, экономить остродефицитный никель в количестве 65 кг на тонну металла.

Применение стали целесообразно для изготовления сварных и несварных конструкций, работающих при темпеоа20 турах оТ -253 С до + IOO"C практичес- ки во всех областях машиностроения.

874761 е, кгс/мм

6од кгс/мм

Режим термообработки

@8 г /ем

Плавки

Сталь

I .+20 С

+20 С -196 С

700 С

Предлагаемая

Al Закалка 1050ОС, 71/26 32/16 66/37 72/66 22

13,5

А2 30 мин, воздух "76/26 62/39

68/58 21

12,6

74/24 35,5/18 70/34 74/62 21

72/26 33/17 72/38 71/58 22

73/27 34/18 71/35 74/61 21

А4

13,5

Аб

12,8

14,0

Известная

78/23 39/13 54/31 65/56 14

76/23 41/12 58/27 67/52 12

Бl

6,2

Б2

5,8

Предлагаемая

Al Закалка 1050ОС

9.

30 мин, воздух +

А4 + отпуск 700 С, 10 °

30 мин

А7

12.

Известная

13 °

5, 4 2, 8

4, 8 3, 0

Бl

14 °

Б2

Сварной шов термообработке не подвергался.

"". Определяли на основном металле после закалки + отпуска 700 С, 30 мин.

Формула изобретения ности при холодной обработке давлением, она дополнительно содержит титан, цирконий, алюминий, 6ор, редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ|

Углерод 0,01-0,15

Хром 12-15

Иарганец 13-15,5

Коррозионностойкая свариваемая сталь, содержащая углерод, хром, ни кель, марганец, железо, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения ударной вязкости сварного шва при криогенных температурах, пластич16,0 12,6

14,6 11,8

14,8 11,5

15,0 .12,7

14,2 11,8

874761

Таблица 2

Сварной шов

Основной металл

dp NrCM/cM

2 ап кгсм/см

ag, кгсм/с

20 С -196©С -253 С +20 С 196 С -253 С +20 -196 С "253еС

253оС

6,1 16 0 9,6

4,6 12ф6 10,0

6,6 13 1 9,5

4,7 10 5 9,5

8,0 . 11,3 8,5

7,1 9,3 5,1 4,0 1,034

6,8 8,9 4,8 3,4 1,061

8,1

7,6

8,3 9,6 5,4 4,2 1,040

9,1

7к4 10юО 4 7 Зюl

7,8

6у9 10,5 6,4 4,2

9,2

4,8 1,2 0,6 1,214

3,6 1,4 0,5 1,181

1,3

5,1 5,1 2,1

4,1 7,8

3,8 8,6

3,4

1,2

2,5 4,2 2,8

2,9

4,2

7,6 12,0 6,3

4,8

13,6 5,9

5,1

7,2 10,8 8,1

9,1 . 10,9 8,1

8,3,9,4 7,0

4,1

6,2

1,8

1,5

1, 396

1, 344

1,5, 3,2

1,8 3,6

1,9

1,6

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0,5-6,0

О, 01-0, 8

0,001-0,3

О, 01-0, 5

О, 0001-0, 005

Никель

Титан

Цирконий

Алюминий

Бор

Редкоземельные металлы

Железо

55 1. Патент Англии Ф 157396 кл, 186, 1939.

2. Заявка кл. 10 Э 172, Японии 9 52-119414, опублик. 06.10.77.

0 05-0, 1

Остальное

ВНИИПИ Заказ 9262/43 Тираж 684 Подписное

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

9,5 15,5

8,6 16> 2

10, О 14,8

9,0 17,1

11 5 18,0

1,036

1, 058 1, 041

1,050

l 021