Воднестійка сталь

Воднестійка сталь, що містить вуглець, кремній, марганець, хром, нікель, ванадій, сірку і фосфор, яка відрізняється тим, що додатково містить церій при наступному співвідношенні елементів, мас % Винахід відноситься до металурги, зокрема до ХІМІЧНОГО складу водневостійкої сталі для енергетичного обладнання, і може бути використаний у хімічному, нафтогазовому і енергетичному машинобудуванні Відома нержавна сталь ЕП-864 [1], що містить вуглець, кремній, марганець, хром, нікель, молібден, ніобій, титан, мідь, сірку та фосфор Описана нержавна сталь має невисокі механічні властивості її границя текучості не перевищує 220МПа, сталь є чутливою до міжкристалітної корозії та міжкристалітного розтріскування у присутності водню Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованої сталі є водневостійка сталь [2], яка містить такі елементи при наступному їх співвідношенні, мас % вуглець 0,01-0,03, кремній 0,3-0,8, марганець 0,4-1,0, хром 20-22, нікель 31,5-33,0, молібден 3-4, ніобій 0,9-1,2, титан 0,03-0,1, азот 0,01-0,03, мідь 0,05-0,2, кальцій 0,005-0,015, фосфор 0,005-0,015, залізо - решта, причому сумарний вміст вуглецю та азоту не повинен перевищувати 0,05, відношення ніобій плюс вуглець 0,04-0,07 кремній 0,3-0,8 марганець 5,0-8,0 хром 20,0-22,0 нікель 15,0-17,0 ванадій 0,20-0,40 азот 0,30-0,45 церій 0,015-0,20 сірка 0,005-0,007 фосфор 0,005-0,015 залізо решта, при умові, що сумарний вміст нікелю і марганцю становить менше 22% титан до вуглець плюс азот не повинен бути менше 20, а сумарний вміст фосфору і сурми не повинен бути більше 0,016 Основними недоліками даної водневостійкої сталі є низька МІЦНІСТЬ, обумовлена відносно низьким вмістом азоту, а також висока собівартість за рахунок великої КІЛЬКОСТІ нікелю В основу винаходу поставлено задачу удосконалити склад водневостійкої сталі шляхом введення нових елементів та зміни КІЛЬКІСНОГО складу присутніх елементів, що приведе до підвищення МІЦНІсних характеристик при збереженні пластичності в нейтральному середовищі та у водні, а також до зменшення собівартості внаслідок зниженні вмісту нікелю Поставлена задача вирішується тим, що до складу водневостійкої сталі, яка містить вуглець, кремній, марганець, хром, нікель, ванадій, сірку і фосфор, згідно винаходу, додатково введено церій при наступному співвідношенні елементів, мас % вуглець 0,04-0,07, кремній 0,3-0,8, марганець 5,0-10,0, хром 20,0-22,0, нікель 15,0-17,0, ванадій 0,20-0,40, азот 0,30-0,45, церій 0,015-0,020, сірка 0,005-0,007, фосфор 0,005-0,015, залізо - решта, ю ю ю о (О 60555 причому сума ВМІСТІВ нікелю і марганцю повинна клову ДОВГОВІЧНІСТЬ визначали при амплітуді та часбути не меншою 22% тоті деформації ВІДПОВІДНО 1,6% та 20 циклів за Введення до складу водневостійкої сталі церію хвилину, довготривалу МІЦНІСТЬ - при температурі покращило структуру границь зерен, що забезпечи973К на базі 100 годин Робочі камери перед вило високий опір водневій деградації при збереженні пробуваннями у водні ДВІЧІ вакуумували, промивали високої МІЦНОСТІ воднем і доводили тиск водню до 35МПа Збільшення КІЛЬКОСТІ марганцю підвищує розЗ отриманих даних видно, що оптимальною є чинність азоту, що забезпечує значне твердорозконцентрація азоту на рівні границі його розчинності чинне зміцнення аустеніту, і, як наслідок, до підвив сталі (до 0,45мас %) При меншому ВМІСТІ азоту щення МІЦНІСНИХ характеристик невисокими є МІЦНІСНІ характеристики, особливо границя текучості, а перевищення границі розчинКрім того, введення в сталь марганцю дозволяє ності (0,55ас % N) спричинює виділення нітридів, зменшити процентний вміст дорогого нікелю, тобто внаслідок чого знижується пластичність та довгознизити собівартість сталі Обмеження нижньої гратривала МІЦНІСТЬ зразків у середовищі водню ниці сумарного вмісту нікелю та марганцю забезпе(табл 1, 2) чує стабільність аустенітної структури, яка є необхідною умовою роботоздатності сталі у середовищі Зменшення вмісту марганцю нижче 5 мас % водню [3] приводить до зниження границі розчинності азоту і розміцнення сталі (склад №4, табл 2), а за великої ХІМІЧНИЙ склад, отримані значення границі коконцентрації марганцю матеріал через зміни у хароткочасної МІЦНОСТІ а в , границі текучості а 0 2, рактері деформування [1] стає чутливим до водневідносного видовження 5, відносного поперечного вої деградації (склад №5, табл 2) звуження ц/, границі малоциклової ДОВГОВІЧНОСТІ ІЧЦ Використання винаходу дозволить підвищити І границі довготривалої МІЦНОСТІ СГ-ЮО пропонованої експлуатаційну надійність та ресурс роботи ХІМІЧНОта відомої сталі наведено в таблицях 1 і 2 ЗначенГО, нафтогазового та енергетичного обладнання ня всіх характеристик є середніми за результатами Література випробування трьох зразків Зразки перед випробу1 Сталь ЕП-864 ТУ 14-1-2512-78 ваннями охолоджували у воді після аустенізацм при 2 Ас СССР №1668466, МПКС22С38/60, 1981 3 Ткачев В И , Холодный В И , Левина И Н 1420К на протязі 1 години Характеристики короткоРаботоспособность сталей и сплавов в среде вочасної МІЦНОСТІ п'ятикратних циліндричних зразків із дорода -Львов Вертикаль, 1999 -255с діаметром робочої частини 5мм отримано на повітрі та у водні при швидкості розтягу 0,1мм/хв МалоциТаблиця 1 ХІМІЧНИЙ склад пропонованої та відомої сталей Сталь Склад Пропонована 1 2 3 4 5 С 0,06 0,06 0,05 0,06 0,06 0,20 Відома Si 0,50 0,51 0,50 0,50 0,51 0,50 Mn 6,1 6,2 6,3 4,0 12,0 0,6 Cr 21,0 21,4 21,3 21,1 21,1 21,0 Ni 16,0 16,08 16,02 18,0 12,0 32,0 Mo 3,5 Вміст елементів, мас % Nb V N Cu Ca 0,36 0,38 0,36 0,44 0,36 0,55 0,36 0,22 0,36 0,48 1,1 0,01 0,10 0,003 Ce 0,02 0,02 0,2 0,02 0,02 s 0,006 0,06 0,006 0,006 0,006 0,003 p 0,013 0,013 0,013 0,013 0,013 0,010 Fe Решта Решта Решта Решта Решта решта Таблиця 2 Механічні властивості пропонованої та відомої сталей Сталь Склад Пропонована Відома 1 2 3 4 5 а в ' МПа 780Я80 810/810 940/910 610/610 840/820 565/565 а °.2> МПа 380/380 470/460 630/610 290/290 470/460 240/240 5, % ' % V , Иц циклів до руйнування /О 5 9 / 5 9 8 0 / 8 0 5 3 / 5 1 6 6 / 6 6 3 8 / 3 4 6 3 / 4 6 6 2 / 6 2 8 2 / 8 2 5 0 / 4 6 6 4 / 5 8 3 5 / 3 5 3900/3432 3812/3278 2160/880 4520/3903 1876/910 150 180 180 130 130 140 6 5 / 6 5 - в знаменнику - у водні під тиском 35МПа Примітка В чисельнику вказано значення характеристик а Комп'ютерна верстка Л Ціхановська 100 - довготривала МІЦНІСТЬ у водні під тиском 35 МПапри973К, МПа Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119