Патент на изобретение №2173729

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2173729 (13) C1
(51) МПК 7
C22C38/54, C22C38/58
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 17.05.2011 – может прекратить свое действие

(21), (22) Заявка: 2000124862/02, 03.10.2000

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

03.10.2000

(45) Опубликовано: 20.09.2001

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
US 5807444 A, 15.09.1998. RU 2015194 C1, 30.06.1994. RU 2039122 С1, 09.07.1995. RU 20485 89 С1, 20. 11.1995. US 3795507, 05.03.1974. FR 2509328 А1, 14.01.1983. EP 0241553 А1, 21.10.1987. SU 1686029 А1, 23.10.1991. SU 158590, 12.11.1963. SU 589282, 12.01.1978. SU 885334, 30.11.1981.

Адрес для переписки:

107005, Москва, ул. 2-я Бауманская, 9/23, “ЦНИИчермет им. И.П. Бардина”, ИКС, А.П. Шлямневу

(71) Заявитель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие “ЦНИИчермет им. И.П. Бардина”

(72) Автор(ы):

Шлямнев А.П.,
Сорокина Н.А.,
Свистунова Т.В.,
Столяров В.И.,
Рыбкин А.Н.,
Чикалов С.Г.,
Воробьев Н.И.,
Лившиц Д.А.,
Белинкий А.Л.,
Кошелев Ю.Н.,
Кабанов И.В.

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие “ЦНИИчермет им. И.П. Бардина”

(54) АУСТЕНИТНАЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ


(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии, к составам коррозионностойких сталей и к изделиям из них и может быть использовано при производстве арматуры, труб, сварных конструкций, например кузовов железнодорожных вагонов. Предложена аустенитная нержавеющая сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01 – 0,06, кремний 0,1 – 0,8, марганец 0,5 – 2,0, хром 16,0 – 19,0, никель 8,0 – 10,5, азот 0,05 – 0,25, бор 0,001 – 0,005, кальций 0,01 – 0,10, церий 0,001 – 0,050, сера 0,030, фосфор 0,045, железо и неизбежные примеси – остальное, при выполнении следующих соотношений: (Cr+1,2Si)/[2Mn+2,5(Ni-0,5)+50(C+N)]=0,40-0,70 и В+Са+Сe0,12. Изделие из предложенной стали может быть выполнено, например, в виде горячекатаных листов толщиной 3,0 – 8,0 мм, или в виде холоднокатаных листов толщиной 0,5 – 3,0 мм, или в виде прутков диаметром 4-8 мм. Техническим результатом изобретения является повышение уровня прочности, улучшение штампуемости в холодном состоянии и стойкости против межкристаллитной коррозии при сохранении свариваемости, стойкости против общей коррозии. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл.


Изобретение относится к области металлургии, к составам коррозионностойких аустенитных сталей, а также к изделиям, выполненным из них, и может быть использовано при производстве арматуры труб, сварных конструкций, например кузовов железнодорожных вагонов и т.д.

Известна коррозионностойкая аустенитная свариваемая сталь с гарантированным пределом текучести более 40 кгс/мм2, содержащая, мас.%:
Углерод – 0,006 – 0,04
Кремний – 0,3 – 0,9
Хром – 18 – 22
Марганец – 5 – 7
Никель – 13 – 16
Молибден – 2 – 2,5
Ниобий – 0,15 – 0,25
Азот – 0,25 – 0,4
Ванадий – 0,006 – 0,25
Магний – 0,001 – 0,01
Кальций – 0,0001 – 0,01
Железо – Остальное
при выполнении условия (Патент РФ 2039122, МКИ C 22 C 38/58, опубл. 09.07.1995).

Однако эта сталь содержит большое количество дефицитных дорогостоящих легирующих элементов.

Известна аустенитная коррозионностойкая сталь, содержащая следующие компоненты, мас.%:
Углерод – < 0,1
Кремний – < 0,5
Марганец – 9,0 – 11,0
Никель – 1,5 – 3,5
Медь – < 3,0
Хром – 16,0 – 18,0
Молибден – < 3,0
Азот – 0,10 – 0,20
Железо – Остальное
(Европейская заявка N 0694626, МПК C 22 C 38/58, опубл. 31.01.96).

Эта сталь очень сильно упрочняется в процессе холодной деформации, что связано с высоким содержанием в ней марганца, вследствие чего недостаточно технологична при операциях холодной обработки давлением (гибке, правке и др. ).

При холодной прокатке известной стали происходит значительное повышение нагрузок на опорные валки, что приводит в некоторых случаях к выходу из строя прокатного оборудования.

Известны изделия – листы толщиной 1,5 мм из нержавеющей стали, используемые, например, для изготовления кузовов железнодорожных вагонов. Сталь содержит, мас. %: углерод 0,01 – 0,065, кремний 0,1 – 1,1, марганец – 0,8 – 1,5, хром – 11,8 – 15, цирконий 0,15 – 0,45, алюминий 0,05 – 0,25, титан 0,005 – 0,25, кальций 0,005 – 0,1, РЗМ 0,005 – 0,1, железо – остальное (Патент РФ N 2033460, МПК C 22 C 38/28, опубл. 20.04.95).

Недостатком известных изделий является их невысокая коррозионная стойкость и низкая хладостойкость сварных соединений.

Данные табл. 2 описания к патенту N 2033460 свидетельствуют также о недостаточном уровне прочности известных изделий, а именно предел текучести в большинстве случаев значительно ниже требуемого уровня 340 МПа.

Известны изделия (листы толщиной 12 мм), выполненные из аустенитной стали следующего состава, мас.%:
Углерод – 0,01 – 0,06
Хром – 18,0 – 22,0
Никель – 15,0 – 18,0
Марганец – 2,0 – 10,0
Азот – 0,2 – 0,5
Кремний – 0,01 – 0,45
Ванадий – 0,1 – 0,5
Медь – 0,1 – 1,5
Молибден – 0,1 – 2,5
Церий – 0,005 – 0,25
Селен – 0,05 – 0,25
Железо – Остальное,
причем при содержании марганца менее 5 содержание азота около 0,3, при содержании марганца более 5 содержание азота 0,4 – 0,5. Сталь имеет высокий комплекс механических свойств и стойкость против точечной коррозии, а также высокую горячую пластичность и обрабатываемость резанием (Патент РФ N 2101522, МПК C 22 C 38/60, опубл. 20.01.98).

Недостатком известных изделий является то, что они изготовлены из стали, содержащей большое количество дефицитных и дорогостоящих легирующих элементов.

Прототипом изобретения – сталь и изделие, выполненное из нее, является аустенитная сталь и изготовленная из нее тонкая полоса.

Сталь содержит, мас.%:
Углерод – 0,08
Кремний – 1,0
Марганец – 2
Хром – 17,0 – 20,0
Никель – 8,0 – 10,5
Фосфор – 0,045
Сера – 0,030
Азот – 0,053
Железо – Остальное,
при этом отношение Crэкв/Niэкв 1,55, где Crэкв = % Cr + 1,37 % Mo + 1,5 % Si + 2 % Nb + 3 % Ti и Niэкв = %Ni + 0,31 % Mn + 22 % Cr + 14,2 % N + %Cu (Патент США 5807444, НКИ 148/542, опубл. 15.09.1998).

Недостатком прототипа является то, что данный состав не обеспечивает требуемый уровень прочности и устойчивости аустенита против мартенситного превращения при холодном деформировании. Кроме того, сталь является недостаточно стойкой против межкристаллитной коррозии.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании свариваемых аустенитных коррозионностойких сталей и изделий, выполненных из них, сочетающих высокие прочностные и вязко пластические характеристики, коррозионную стойкость при сравнительно невысоком содержании в стали дефицитных и дорогостоящих легирующих элементов. Кроме того, сталь должна обладать высокой способностью к формоизменению в холодном состоянии.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня прочности, улучшение штампуемости в холодном состоянии и стойкости против межкристаллитной коррозии при сохранении свариваемости, стойкости против общей коррозии при сравнительно невысоком содержании в стали и изделиях, выполненных из нее, дефицитных и дорогостоящих легирующих элементов.

Указанный технический результат достигается тем, что аустенитная нержавеющая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, серу, фосфор и железо, дополнительно содержит бор, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод – 0,01 – 0,06
Кремний – 0,1 – 0,8
Марганец – 0,5 – 2,0
Хром – 16,0 – 19,0
Никель – 8,0 – 10,5
Азот – 0,05 – 0,25
Бор – 0,001 – 0,005
Кальций – 0,01 – 0,10
Церий – 0,001 – 0,050
Сера – 0,030
Фосфор – 0,045
Железо и неизбежные примеси – Остальное,
при этом и B + Ca + Ce 0,12,
а также тем, что изделия выполняют из стали вышеуказанного состава.

Изделия могут быть выполнены в виде листов горячекатаных толщиной 3,0 – 8,0 мм, холоднокатаных листов толщиной 0,5 – 3,0 мм и прутков диаметром 4-8 мм.

Сущность изобретения заключается в том, что в стали регламентировано соотношение элементов, стабилизирующих аустенит в отношении мартенситного превращения при деформации, введены бор, кальций и церий, а также увеличено содержание азота. Основные функции повышения уровня прочности выполняет азот и при этом возрастает устойчивость аустенита против образования дельта-феррита, отрицательно влияющего на высокотемпературную технологическую пластичность. Положительный эффект увеличения содержания азота проявляется и в стабилизации аустенитной фазы против мартенситного превращения при холодном деформировании металла. Указанные изменения физико-механических свойств могут состояться, когда количество азота в стали находится в пределах от 0,05 до 0,25%. Ограничение верхнего предела по содержанию азота определяется пределом растворимости его при кристаллизации в стали данного состава.

Микролегирование церием значительно улучшает деформируемость металла в литом состоянии, при этом минимальный эффект достигается при введении 0,001% церия. Введение церия в количестве, большем, чем 0,05%, нецелесообразно из-за появления значительного количества окислов церия.

Введением бора достигается снижение чувствительности к красноломкости, присущей для большинства низкоуглеродистых коррозионностойких сталей, следствием чего является улучшение качества поверхности горячекатаного подката и, соответственно, холоднокатаного листа. Ограничение верхнего предела по содержанию бора 0,005% обусловлено необходимостью предотвращения образования боридной эвтектики в сварном соединении.

Введением кальция достигается более высокая степень чистоты металла, т. к. обладая высокой поверхностной активностью и сродством к сере и фосфору, кальций тормозит диффузионную подвижность последних. При введении кальция в количестве более 0,10 наблюдается повышенное содержание окислов кальция и поэтому содержание его ограничено.

Значение нижних пределов бора и кальция определены исходя из проявления эффекта положительного влияния.

При величине соотношения достигается сочетание высокой прочности и необходимой технологической пластичности.

Ограничение суммарного содержания B + Ca + Ce 0,12% продиктовано соображениями в части обеспечения качества соединений из предлагаемой стали.

Содержание в составе предложенной стали углерода (до 0,06%), кремния (до 0,8%), марганца (до 2%), никеля (до 10,5%), хрома (до 19%) обеспечивает возможность выплавки стали традиционными способами на обычных шихтовых материалах и одновременно позволяет получить необходимый уровень твердорастворимого упрочнения аустенитной основы в сочетании с достаточной коррозионной стойкостью.

Примеры осуществления способа.

Стали выплавляли в 50-кг индукционных печах и разливали в изложницы для 25 кг слитков. В таблице 1 представлен химический состав предлагаемой стали и прототипа. Слитки после зачистки ковали на молоте на прутки и сутунки. Изделия в виде горячекатаных листов толщиной 3,0 – 5,0 мм изготавливали прокаткой сутунок при температуре в интервале 1150 – 900oC. Изделия в виде холоднокатанных листов толщиной 0,8 – 2,0 мм изготавливали путем холодной прокатки горячекатаных полос, предварительно подвергнутых закалке с 1020oC в воде и щелочно-кислотному травлению поверхности.

В таблице 2 представлены механические свойства.

В качестве критериев оценки способности стали к формоизменению в холодном состоянии использовали метод Энегельгарда-Гросса с определением коэффициента вытяжки и методику ASTM по определению величины Rz, которая характеризует способность материала сопротивляться утонению или утолщению при растяжении или сжатии в плоскости листа. Деформируемость стали тем лучше, чем ближе значение Rz к единице. Склонность к деформированному упрочнению определяли по кривым истинных напряжений (tg ).

Стойкость против общей коррозии оценивали в 35%-ном растворе MgCl2 при температуре кипения в течение 100 ч.

Стойкость против межкристаллитной коррозии определяли по методу АМУ (ГОСТ 6032-72) после провоцирующего отпуска при 650oC в течение 1 часа.

Результаты коррозионных испытаний приведены в таблице 3.

Таким образом, предлагаемая сталь превосходит прототип по прочности, штампуемости и коррозионной стойкости.

В результате использования предлагаемого изобретения получают также изделия с применением холодного формоизменения (кузова пассажирских вагонов, коррозионностойкая арматура).

Формула изобретения


1. Аустенитная нержавеющая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бор, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод – 0,01-0,06
Кремний – 0,1-0,8
Марганец – 0,5-2,0
Хром – 16,0-19,0
Никель – 8,0-10,5
Азот – 0,05-0,25
Бор – 0,001-0,005
Кальций – 0,01-0,10
Церий – 0,001-0,050
Сера – 0,030
Фосфор – 0,045
Железо и неизбежные примеси – Остальное
при выполнении следующих соотношений: и B+Ca+Ce0,12.

2. Изделие, выполненное из аустенитной нержавеющей стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по п.1.

3. Изделие по п.2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде горячекатаных листов толщиной 3,0-8,0 мм.

4. Изделие по п.2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде холоднокатаных листов или полос толщиной 0,5-3,0 мм.

5. Изделие по п.2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде прутков диаметром 4-8 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

Categories: BD_2173000-2173999