Феритна корозійностійка сталь

Изобретение относится к металлургии специальных сталей и сплавов, а именно сталей, содержащих железо и хром в качестве основы, а также алюминий, кремний и титан и используемых для изготовления коррозионностойких и жаростойких деталей в различных отраслях машиностроения, в частности для деталей технологических линий пищевой промышленности. Широко известны коррозионностойкие ферритные стали на базе 17% хрома, например, сталь нержавеющая 08Х18Т1. служащая для изготовления коррозионностойких деталей широкого назначения, Для предотвращения полиморфизма и стабилизации ферритной структуры эта сталь содержит 0,6-1,0% титана, содержание которого при 0,6% и выше приводит при высокотемпературных нагревах до 1420°С связанных со сваркой, к образованию легированных эвтектик, обогащенных титаном [2], Это создает повышенное пленообразование при производстве металлопроката, и ухудшает работоспособность в связи с охрупчиванием сварных конструкций. Из известных ферритных сталей [3] по критериям технологичности металлургического передела и, в частности низкой склонности к образованию металлургических плен наиболее близкой к заявляемой стали является сталь, которая содержит компоненты в следующи х количествах, мас.%: Углерод 0.020-0,080 Хром 6,000-8,500 Указанная сталь в холоднокатаном листе имеет следующие свойства: Основным недостатком этой ферритной стали является ее низкая коррозионная стойкость из-за недостаточного содержания хрома, также известно что сталь становится нержавеющей только если хрома в ней более 13%. В этом случае электродный потенциал становится положительным и сталь самопассивируется при механическом повреждении пассивной пленки, что может случаться при эксплуатации изделия. При том содержании хрома, который имеет сталь-прототип, пассивная пленка формируется только при производстве металлопроката. При ее нарушении она вновь самопроизвольно образоваться уже не может, В этих местах поверхности стали начинается процесс коррозии. Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известного состава стали путем корректировки процентного содержания известных компонентов, что позволит добиться получения положительного электродного потенциала без переупрочнения высокохромистого феррита и управлять составом и формой неметаллических включений на границах зерен феррита, и за счет этого обеспечить надежную самопассивацию поверхности металлопроката и снижение склонности к образованию металлургической плены. Поставленная задача достигается тем, что в известной стали, содержащей углерод, хром, титан, железо, кремний, алюминий, церий и кальций корректируется соотношение этих компонентов. Содержание хрома в заявляемом объекте обусловлено необходимостью повышения коррозионной стойкости для использования его в различных отраслях машиностроения и в том числе в пищевом машиностроении, тогда как прототип имел высокое сопротивление только к газовой коррозии и применялся в основном для деталей системы выпуска отработанных газов автомобилей. При содержании хрома менее 13% коррозионностойкие стали не относятся в отряду нержавеющих, так как не обладают способностью к самопассивации. При нарушении пассивной пленки, например, при порезке на ножницах эти поверхности имеют отрицательный электродный потенциал и подвержены ржавлению даже в атмосферных условиях. Надежная самопассивация происходит только при 14,5-15,0% хрома и электродный потенциал при этом в стали всегда положительный. При дальнейшем увеличении хрома в стали его величина вырастает несущественно [4], В связи с этим увеличивать содержание хрома в стали более 15% для применения ее в пищевом машиностроении и работы в други х химически слабоагрессивных средах (см. табл.). Кремний и алюминий, являясь ферритообразующими элементами, с одной стороны, способствуют подавлению полиморфного превращения, а с другой, повышают сопротивление газовой коррозии. Их количество в заявляемом объекта значительно меньше, чем в прототипе, в связи с тем, что в нем примерно в 2 раза больше хрома, который действует аналогичным образом на подавление полиморфизма и жаростойкость стали. Содержание кремния менее 0,6% и алюминия менее 0,3% нецелесообразно, так как при этом начинает уменьшаться жаростойкость, а в зерно-граничных зонах происходит частичная перекристаллизация и подкаливание при сварке. Увеличение содержания кремния более 0,9% и алюминия более 0,6% снижает пластичность и тоже охрупчивает высокохромистый феррит. Титан является одним из наиболее сильных карбидо- и нитридообразующих элементов, подавляет аустенитообразующее действие углерода и азота, связывая их в термостойкие карбонитриды. В заявляемых пределах он действует наиболее благоприятно, так как при содержании менее 0,2% его недостаточно, чтобы вывести из твердого раствора все атомы углерода и азота, а свыше 0,5% избыток титана растворяется в феррите, способствуя его охрупчиванию, и при высокотемпературных нагревах ликвирует с образованием эвтектик по границам зерен, которые, как считают, являются одной из причин пленообразования. Для более полного подавления склонности к образованию плен в заявляемый объект вводятся церий и кальций. Являясь поверхностно-активными по отношению к границам феррит-феррит, они накапливаются в зерногрэничных зонах и связывают сосредоточенные там тоже труднорастворимые в стали атомы цветных металлов (сурьмя, висмута, свинца, цинка и др., которые попадают в сталь из шихты) в нерастворимые неметаллические соединения. В отсутствие церия и кальция цветные металлы, оплавляя границы зерен при высокотемпературных нагревах, как и титан являются причиной образования плен. При содержании церия менее 0,05% и кальция менее 0,01 % их действие малоэффективно в связи со значительным угаром, тогда как при содержании свыше 0,1 %, как и в случае с другими элементами, происходит упрочнение и охрупчиваиие твердого раствора. Таким образом, при содержании указанных элементов менее нижнего предела в заявляемом объекте не достигается необходимая химическая стойкость и жаростойкость, происходит подкаливание сварных соединений и появляется склонность к образованию холодных трещин. Содержание компонентов выше верхнего предела также способствует охр упчиванию стали в связи с перелегированием твердого раствора. Высокохромистый феррит при этом сильно упрочняется и охрупчивается без образования мартенсита в структуре стали, Указанные пределы легирования хромом являются минимальными в смысле достижения достаточной для многих изделий химической стойкости, а церием и кальцием - оптимальными для уменьшения пленообразования. Кроме того церий и кальций, концентрируясь по границам зерен также способствуют повышению жаростойкости стали. Сталь выплавляли в открытой индукционной электропечи емкостью 120 кг с использованием армкожелеза, ферросплавов и технически чистых металлов. Учитывая, что в составе стали содержится в значительных количествах алюминий и церий, которые способствуют повышению вязкости жидкой стали, для увеличения жидкотекучести поддерживали соотношение кремния и алюминия 1,0-1,5. При отношении кремния к алюминию меньше 1,0 затруднено заполнение изложниц жидким металлом и слиток получается с неудовлетворительным качеством поверхности. В случае, если отношение кремния к алюминию больше 1,5 жидкотекучесть возрастает, что приводит к I ускоренному разрушению футеровки ковша. Часть кремния вводили в ковш в виде силикокальция. Это улучшало процесс разливки. Слитки проковывали на заготовки при 960-1100°С. Затем эти заготовки нагревали и прокатывали на горячекатаные полосы с температурой конца прокатки 800-850°С. После щелочно-кислотного травления поверхности производили холодную прокатку со степенями обжатия 50-70% и рекристаллизации в проходной печи при 900-980°С с последующим травлением для удаления окалины и осветления поверхности металла. Данные лабораторных исследований полностью подтверждены при производстве опытно-промышленной партии холоднокатаного листа. Экспериментальные данные по химическому составу, прочности и пластичности основного металла и сварных соединений, а также структуре, жаростойкости и химической активности предлагаемой стали и прототипа приведены в таблице. Как видно из таблицы, в предлагаемой стали отсутствует полиморфизм и она имеет ферритную структур у. С удя по скорости коррозии она обладает значительно более высокой коррозионной стойкостью и меньшей склонностью к пленообразовэнию при одинаковой с прототипом пластичностью и жаростойкостью. Использование предлагаемой стали позволит изготавливать из нее химически стойкие и жаростойкие детали и сварные конструкции в различных отраслях промышленности. Ожидаемый экономический эффект от использования такой стали взамен хромоникелевых сталей типа Х18Н10Т составит более 500 млн. крб. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение удовлетворяет критерию "промышленная применимость".