Сталь

Винахід відноситься до області металургії, зокрема, до складів низьколегованих марок сталей, та може бути використаний для виготовлення виробів і металоконструкцій загального та спеціального призначення. Найбільш ефективне застосування пропонованої сталі для виготовлення виробів та конструкцій, які експлуатуються при низьких температурах під впливом агресивних середовищ, насичених сірководнем. Особливе значення в умовах дії агресивних середовищ насичених сірководнем має корозійна стійкість сталі до сульфідного та водневого розтріскування при одночасному збереженні високих механічних характеристик. Зокрема, така сталь повинна мати хорошу холодостійкістю, хорошу зварність та здатність протистояти стиранню. Традиційним шляхом забезпечення високої корозійної стійкості сталі є введення до складу сталі хрому, який в поєднанні з іншими елементами, введеними в сталь в строго регламентованих кількостях, благотворно впливає на формування щільної плівки окислів, що захищають поверхню металу. Проте, при вмісті в сталі хрому більше 1,5% спостерігається значне зниження опору крихкому руйнуванню. На опір сталі корозійному розтріскуванню також частковий вплив оказує зниження змісту вуглецю, але при цьому знижуються міцнісні властивості сталі. Істотним чинником, що впливає на корозійну стійкість сталі та її механічні властивості, є розмір зерна сталі, а також розмір та форма неметалевих включень, які залежать, зокрема, від введених в сталь легуючих елементів. Таким чином, забезпечення необхідного співвідношення корозійної стійкості сталі та її механічних властивостей досягається за рахунок вибору хімічного складу сталі та підбору оптимального співвідношення легуючих елементів. Відома сталь, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, алюміній, титан, молібден і залізо в наступному співвідношенні елементів, мас.%: вуглець 0,05-0,15 марганець 0,4-0,8 кремній 0,2-0,4 хром 2,2-3,5 алюміній 0,3-1,0 титан 0,1-0,4 молібден 0,1-0,5 залізо інше [А.с. СРСР №1170798 «Корозійностійка низьколегована сталь», 13.12.83, МПК С22С38/28, опубл. 23.01.92 бюл. №3]. Відома сталь володіє задовільним опором стиранню за рахунок значного змісту молібдену та задовільною стійкістю до сульфідного корозійного розтріскування за рахунок введення ванадію. Недоліком відомої сталі є низький опір крихкому руйнуванню, який обумовлено вказаним змістом хрому. Відома сталь, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, алюміній, молібден, ванадій і залізо, в наступному співвідношенні елементів, мас.%: Вуглець 0,15-0,40 Марганець 0,30-1,5 Кремній 0,01-0,50 Хром 0,20-0,50 Алюміній 0,01-0,10 Молібден 0,05-0,70 Ванадій 0,01-0,10 Залізо інше [Заявка Японії №60-114552, 24.10.85]. Недоліком відомої сталі є її низька стійкість до сульфідного та водневого корозійного розтріскування, обумовлена утворенням стрічкових неметалевих включень . Іншим недоліком відомої сталі є її обмежена зварність, яка обумовлена підвищеним вмістом вуглецю. У основу винаходу, що заявляється, поставлена задача отримання такого складу сталі шляхом введення легуючих елементів, використовування якого дозволило б підвищити стійкість сталі до сульфідного і водневого корозійного розтріскування з одночасним забезпеченням її доброї зварності. Поставлена задача досягається тим, що в сталь, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, алюміній, молібден, ванадій і залізо, згідно винаходу додатково введені церій і бор при наступному змісті елементів, мас.% вуглець 0,10-0,17 марганець 0,30-0,9 кремній 0,15-0,37 хром 0,40-1,0 алюміній 0,01-0,06 молібден 0,07-0,25 ванадій 0,03-0,12 церій 0,01-0,05 бор 0,001-0,005 залізо інше. Введення в сталь церію і бору дозволяє зв'язати водень і глобулярізіровать неметалеві включення, що, у свою чергу, приводить до підвищення стійкості сталі до сульфідного корозійного розтріскування, а також забезпечує добру зварність та прожарювання сталі. У таблиці приведені результати механічних і корозійних випробувань дослідних плавок. Сталь запропонованого хімічного складу відливали в мартенівській печі за традиційною технологією з подальшим термічним зміцненням. Введення церію в сталь в межах, що заявляються, завдяки його високій активності до кисню і сірки забезпечує чистоту меж металу по сульфідних плівкових включень і отримання неметалевих включень глобулярної форми. Крім того, його здатність поглинати значні кількості водню, зростаюча з пониженням температури у момент його виділення з системи, здатність утворювати міцні гідриди (СеН3, Се3Н8) дозволяє зв'язати водень та тим самим, запобігти появі блістерінгів (здуття) і підвищитистійкість сталі до сульфідного корозійного розтріскування. Інакше атомарний водень проникає в товщу металу, заповнюючи пористі ділянки шлакових включень, і збирається в мікроскопічних пустках по межах зерен. Дефекти металу у вигляді пір є своєрідними «пастками» для атомарного водню; у них відбувається його молізация, яка проходить з утворенням високого площинного тиску (до 400МПа). При збільшенні концентрації водню в гратах когезійна міцність сталі зменшується, тим самим полегшується процес утворення тріщин. Введення в сталь бору сприяє підвищенню прожарювання сталі та міцнісних властивостей та, відповідно, підвищенню здатності матеріалу протистояти стиранню. На корозійну стійкість негативний вплив чинить хімічна неоднорідність (нерівномірний розподіл легуючих елементів по об'єму труби). Особливо негативний вплив на формування хімічної неоднорідності, смугастості та, відповідно, негативних мікроструктур типу бейніта, надає марганець. Експериментально встановлено, що для забезпечення високої корозійної стійкості сталі зміст марганцю не повинен перевищувати 0,9%. Одержаний вміст вуглецю в поєднанні з комплексним легуванням хромом, ванадієм, молібденом, бором і церієм дозволив одержати дрібнозернисту структуру, зміцнену карбонітридними включеннями, яка забезпечує високу міцність, холодостійкість та опір корозійному руйнуванню. Тим самим вирішена задача по зниженню температури холодноламкості при підвищенні міцністних властивостей металу. Карбонітриди ванадію не тільки подрібнюють і зміцнюють феритні зерна, але також сприяють зменшенню кількості можливих пасток атомарного водню, що утворюється в результаті хімічної взаємодії металу з корозійноактивним середовищем, підвищуючи корозійні властивості. Хром в приведених кількостях збагатить продукти корозії в процесі витримки в агресивному середовищі. Продукти корозії, збагачені хромом, мають добру адгезію з поверхнею сталі. Щільна плівка хромовмісних продуктів запобігає контакту з середовищем та діє як природне захисне покриття. Введення алюмінію в кількостях, що заявляються, забезпечує розкислення і дрібнозернистість сталі. Особливо чітко виявляється сприятливий вплив сумісного легування бором та молібденом, який присутній в пропонованому складі сталі. Молібден, по аналогії з хромом, також додає сталі схильність до пасивації та підвищує антикорозійну стійкість сталі. Причому, він пасивує поверхню як у відновних кислотах (соляна, сірчана і сірчиста), так і в сильно окислювальних соляних розчинах та, особливо, у присутності іонів хлору. Бор, окрім підвищення прожарювання сталі, дозволяє зменшити кількість введеного молібдену дорогого елементу. Одержані результати свідчать, що запропонована сталь володіє високою стійкістю до сульфідного корозійного розтріскування в сірководневому середовищі, високим рівнем міцнісних властивостей та, відповідно, здатністю протистояти стиранню, високою холодостійкістю та одночасно доброю зварністю. Міцнісні властивості сталі мікролегованою бором і церієм, вище, ніж у матеріалі відомого складу. Сталь запропонованого хімічного складу має і вищий рівень ударної в'язкості, а також, менший розкид її значень по величині. Застосування сталі запропонованого складу, дозволяє поліпшити стійкість сталі до сульфідного корозійного розтріскування, підвищити рівень міцнісних властивостей та, відповідно, здатність матеріалу протистояти стиранню, а також підвищити значення ударної в'язкості при мінусовдх температурах (холодостійкості) з забезпеченням доброї зварності. Винахід може бути використане із застосуванням існуючих технологій отримання сталі мартенівським, електросталеплавильним, конверторним або будь-яким іншим способом на стандартному обладнанні при використанні традиційних сировинних матеріалів.