Рентабельна феритна нержавіюча сталь

Реферат: Рентабельна феритна нержавіюча сталь має поліпшену корозійну стійкість, порівнянну зі спостережуваною в сталі марки 304L. Феритна нержавіюча сталь є по суті безнікелевою, стабілізована титаном і ніобієм, і містить мідь і молібден. UA 111115 C2 (12) UA 111115 C2 UA 111115 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [0001] Дана заявка являє собою заявку на патент, по якій заявляється пріоритет на підставі попередньої заявки на патент № 61/619048 за назвою "Феритна нержавіюча сталь із 21процентним вмістом хрому" ("21 % Cr Ferritic Stainless Steel"), поданій 2 квітня 2012 року. Зміст заявки № 61/619048 включено в цю заявку шляхом посилання. Короткий опис винаходу [0002] Існує потреба в одержанні феритної нержавіючої сталі, що має корозійну стійкість, порівняну з такою у нержавіючої сталі марки 304L у системі ASTM, але при цьому що по суті не містить нікель, стабілізованої титаном і ніобієм для забезпечення захисту від міжкристалічної корозії і що містить хром, мідь і молібден для забезпечення опору точковій корозії без шкоди для опору корозійному розтріскуванню під напругою. Така сталь особливо прийнятна для товарних сталевих листів, які звичайно знаходять застосування на підприємствах громадського харчування, в архітектурних компонентах, і автомобільній промисловості, у тому числі, але не обмежуючись ними, у пристроях для відводу вихлопних газів і елементах селективного каталітичного відновлення (СКВ) комерційних і пасажирських транспортних засобів. Докладний опис винаходу [0003] У феритних нержавіючих сталей відносні кількості титану, ніобію, вуглецю і азоту регулюють для досягнення субрівноважної якості поверхні, по суті, рівновісної зернистої структури лиття і, по суті, повної стабілізації у відношенні міжкристалічної корозії. Крім того, регулюють відносний вміст хрому, міді і молібдену з метою оптимізувати корозійну стійкість. [0004] Субрівноважні розплави, як правило, визначаються як композиції з вмістом титану і азоту, досить низьким для того, щоб вони не утворювали нітридів титану в розплаві сплаву. Такі опади можуть утворювати дефекти, такі як поверхнево-рядкові дефекти або розшарування під час гарячої або холодної прокатки. Такі дефекти можуть погіршувати формованість, корозійну стійкість і зовнішній вигляд. Фіг. 1 була отримана з фазової діаграми, що наводиться як приклад, побудованій для одного з варіантів реалізації феритної нержавіючої сталі за допомогою термодинамічного моделювання для елементів титану і азоту при температурі ліквідусу. Для того щоб, по суті, не містити нітридів титану і вважатися субрівноважним, рівні вмісту титану і азоту у феритній нержавіючій сталі повинні перебувати в лівій або нижній частині кривої розчинності, показаної на фіг. 1. Крива розчинності нітриду титану, показана на фіг. 1, може бути математично представлена в такий спосіб: -1,027 Рівняння 1: Timax=0,0044(N ) де Timax являє собою максимальну концентрацію титану у відсотках по масі і N являє собою концентрацію азоту у відсотках по масі. Усі концентрації тут будуть даватися у відсотках по масі, якщо спеціально не зазначено інше. [0005] На підставі рівняння 1 можна дійти висновку, що якщо вміст азоту в одному з варіантів реалізації підтримують на рівні або нижче 0,020 %, то концентрацію титану в цьому варіанті реалізації слід підтримувати на рівні або нижче 0,25 %. Якщо дозволити концентрації титану перевищити 0,25 %, то це може привести до утворення опадів нітриду титану в розплавленому сплаві. Однак на фіг. 1 також показано, що концентрація титану вище 0,25 % можуть бути припустимі, якщо вміст азоту менше, ніж 0,02 %. [0006] Варіанти реалізації феритної нержавіючої сталі демонструють рівноважну литу, відвальцьовану і відпалену зернисту структуру без великих стовпчастих зерен у слябах або стрічкових зерен у відвальцьованому листі. Ця витончена зерниста структура може поліпшити формованість і міцність. Для досягнення цієї зернистої структури повинні бути достатні вмісти титану, азоту і кисню, щоб забезпечити запал у слябах, що тверднуть, і забезпечувати центри для початку утворення рівноважних зерен. У таких варіантах мінімальні рівні титану і рівні азоту показані на фіг. 1 і виражаються наступним рівнянням: Рівняння 2: Timin=0,0025/N де Timin являє собою мінімальну концентрацію титану у відсотках по масі і N являє собою концентрацію азоту у відсотках по масі. [0007] На підставі рівняння 2 можна зробити висновок, що якщо вміст азоту підтримують на рівні або нижче 0,02 % в одному з варіантів реалізації, то мінімальна концентрація титану становить 0,125 %. Параболічна крива, представлена на фіг. 1, показує, що рівноважна зерниста структура може бути досягнута при вмісті азоту вище 0,02 %, якщо загальна концентрація титану зменшена. При вмістах титану і азоту, що перебувають справа або вище графіка рівняння 2 очікується утворення структури з рівноважних зерен. Це співвідношення між субрівноважністю і вмістами титану і азоту, які привели до одержання рівновісної зернистої структури, презентовано на фіг. 1, на якій мінімальне рівняння титану (Рівняння 2), нанесене на фазову діаграму ліквідусу на фіг. 1. Область між двома параболічними лініями являє собою діапазон вмістів титану і азоту у варіантах реалізації цього винаходу. 1 UA 111115 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [0008] Повністю стабілізовані розплави феритної нержавіючої сталі повинні мати достатньо титану і ніобію для об'єднання з розчинними вуглецем і азотом, що присутні в сталі. Це допомагає запобігти утворенню карбіду хрому і нітридів і зниження міжкристалічної корозійної стійкості. Мінімальні вмісти титану і вуглецю, необхідні для повної стабілізації найкраще можуть бути представлені наступним рівнянням: Рівняння 3: Ti+Cbmin=0,2 % + 4(C+N) де Ti являє собою кількість титану у відсотках по масі, Cb min являє собою мінімальну кількість ніобію у відсотках по масі, C являє собою кількість вуглецю у відсотках по масі і N являє собою кількість азоту у відсотках по масі. [0009] В описаному вище варіанті реалізації рівень титану, необхідний для рівновісної зернистої структури і умов субрівноваги, був визначений, коли максимальний рівень азоту склав 0,02 %. Як описано вище, з відповідних рівнянь 1 і 2 був отриманий мінімальний вміст титану 0,125 % і максимальний вміст титану 0,25 %. У таких варіантах реалізації, використовуючи максимум 0,025 % вуглецю і застосовуючи рівняння 3, необхідним був мінімальний вміст ніобію від 0,25 % до 0,13 % відповідно для мінімального і максимального рівнів титану. У деяких таких варіантах реалізації цільове значення для концентрації ніобію було б 0,25 %. [0010] У деяких варіантах реалізації, підтримуючи вміст міді між 0,40-0,80 % у матриці, що складається приблизно з 21 % хрому і 0,25 % молібдену, можна досягти загальної корозійної стійкості, порівнянної, якщо не краще, ніж у марки 304L, що є в наявності. Єдине виключення може бути в присутності сильнокислого відновлювального хлориду, подібного до соляної кислоти. Сплави з додаванням міді демонструють поліпшені робочі характеристики в сірчаній кислоті. Коли вміст міді підтримують між 0,4-0,8 %, швидкість анодного розчинення зменшується і електрохімічний потенціал пробою досягає максимуму в нейтральних хлоридних середовищах. У деяких варіантах реалізації оптимальні рівні вмісту хрому, молібдену і міді у вагових відсотках задовольняють наступним двом рівнянням: Рівняння 4: 20,5