Корозійностійка сталь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (19) (И) (505 С 22 С 38/28 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21)4805329/02 (22)23.03.90 (46)15.02.92. Бюл. fvfe б (71) Запорожский машиностроительный ин* ститутим. В.Я. Чубаря (72) В.Г. Мищенко, В А Сацкий, В.Г. Рахманный, И.П. Волчок, О.Н, Штехно, B.C. Мовшович, Н.А. Сорокина, Е.И. Мошкевич, О.И. Тищенко и С.Л. Сергиенко (53)669.14.018.8-194(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР N2 1046321,101, С 22 С 38/28, 1983. (54) КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионно-стойкой стали для изготовления изделий торгово-технологического пищевого оборудования, бытовых приборов и предметов народного потребления, и может быть использовано в звтомо билестроении и для инструментария в медицинской технике. Цель изобретения повышение пластичности, ударной вязкости основного металла, сварных швов, околошовной зоны и улучшение полируемости. Сталь дополнительно содержит ниобий, азот и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,0050,035; азот 0,005-0,045; кремний 0,1-0,8; марганец 0,1-О.ВГхром 14-20; титан 0,010,35; ниобий 0,1-0,30 редкоземельные металлы 0,0001-0,02; кальций 0,0001-0,01; железо- остальное,і причем выполняется следующее соотношениеО,45 > (титан+ ниоб и й ) ^ 00(углерод+ азот)2 + 0,01]. 1 табл. с Изобретение относится к металлургии, в частности к сталям для изготовления изделий торгово-технологического пищевого оборудования, бытовых приборов и предметов народного потребления, в автомобилестроении и для инструментария в медицинской технике. Известны стали марок 08Х18Т1, 08Х18ТЧ, 06Х18ч, 12X17. Высокое содержание углерода, хрома и титана обусловливает появление грубой остроугольной карбидной фазы, значительное количество которой располагается по границам зерен, ухудшая пластические свойства металла, полируемость и ударную вязкость. Уменьшение содержания титана в стали до нижнего предела снижает пластичность сварных соединений. Наиболее близкой к предлагаемой является коррозионно-стойкая сталь 08X17ФТч, содержащая, мас.%: Углерод 0.04-0,10 Кремний 0,30-0,60 0,30-0,60 Марганец Хром 1 4 - 18 Титан 0,10-0,70 0.10-0,80 Ванадий Редкоземельные металлы 0,010-0,10 Барий 0.001 -0,05 Железо Остальное Эта сталь относится к ферритному классу и имеет следующие механические свойства после холодной прокатки, термической обработки и щелочно-кислотного травления: Предел прочности, МПа До 550 Относительное удлинение, % 40 Основной недостаток стали - невысокая ударная вязкость сварных швов основного металла и околошовной зоны, ограниченный ресурс пластичности в процессах хо 1712-152 л одного формоизменения металла до появления анизотропии деформации, а значительной с т е п е н и з а т р у д н я ю щ и й ее полируемость. Цель изобретения - повышение пла- 5 стичности, ударной вязкости основного металла, сварных швов и околошовной зоны, и улучшение полируемости. Указанная цель достигается тем, что в • сталь, содержащую углерод, кремний, мар- 10 ганец, хром, титан, железо, редкоземельные металлы, дополнительно введены ниобий, азот и кальций, Высокие показатели полируемости достигаются, если соотношение содержаний сильных 15 карблдообразующих элементов титана и ниобия, а также элементов внедрения углерода и азота удовлетвоояет требованию 0,45 > (ТІ + Nb)% - [ 100 (С + N)2 + 0,01] %. Так как при таких содержаниях резко повышается количество оксидов и оксисульфидов этих элементов. Кроме того, возрастает количество^крупных карбидов и нитридов титана и ниобия, ухудшающих полируемость и снижающих ударную вязкость сварных швов и околошовной зоны. Высокие показатели полируемости, пластичности и ударной вязкости сварных швов, околошовной зоны и основного металла достигаются при совместном введении титана и ниобия в пропорции, близкой 1:1. При этом содержание углерода в стали не должно превышать 0,035%. Эти условия обеспечивают выделение преимущественно мелкодисперсной карбонитридной и нитридной фазы, количество которой в объеме не превышает 0,12%. Нижний предел содержаний углерода 0,005% ограничивается минимально требуемой для обеспечения высоких значений ударной вязкости околошовной зоны, карбонитридной фазы в объеме металла 0,05%. Содержание ферритообразующих и зустенитообразующих элементов определяется следующим образом: % (сумма ферритообразующих) 12 ~ =8% (сумма аустенитообразующих) = X Соотношение фазовых составляющих и мартенситоферритной стали определяется уравнением, которое получено на основании экспериментальных данных, обработанных на ЭВМ Y « - 0,64 + 65,37Х - 91,57Х2 + 125.24Х3, где Y - количество ферритной составляющей; X - приведенный эквивалент содержания легирующих элементов. Сумма ферритообразующих элементов + K)Ca+(C+N+0,1 Mn) • Таким образом, улучшения структуры и свойств в указанной стали достигается путем снижения содержания углерода, совместным легированием титаном, ниобием и азотом и введением определенных количесте редкоземельных и щелочноземельных металлов. Совместным легированием металла титаном и ниобием получают карбиднитриднуга и нитридную фазы этих металлов, что способствует стабилизации структуры, уменьшению хрупкости и улучшению полируемости. Кроме этого, карбонитридная фаза препятствует интенсивному росту зерен в процессе рекристаллизации или при сварке. Редкозе20 мельные металлы препятствуют выделению карбидной фазы по границам зерен, а следовательно, повышают пластичность, ударную вязкость стали, уменьшают склонность к межкристаллитной коррозии, Редкозе25 мельные элементы в пределах (0,0001 - 0,02) мас.% и щелочноземельные элементы затрудняют диффузионную подвижность примесных атомов внедрения, что сказывается на равномерном выделении избыточных 30 фаз. Кальций в указанных пределах (0,0001 - 0,01) мас.% вводится для более глубокого раскисления и повышения жидкотекучести стали. Таким образом, рационально выбран35 ные пределы содержаний углерода, азота, титана, ниобия и РЗМ и их установленные соотношения, позволяют не только получать благоприятное структурное состояние и комплекс высоких свойств металла, но и 40 устранить вредное влияние анизотропии деформации при низкой интенсивности деформации. Для экспериментальной проверки заявляемого состава подготовлены шесть соста45 вов, два из которых показали оптимальный результат (см. таблицу) Верхний предел содержания титана в стали (0,35 мае %) ограничивается резким увеличением количества оксидов и окси50 сульфидов титана, ухудшающих полируемость и способствующих появлению плен на поверхности металла. Ограничение максимального содержания ниобия в стали (0,30 мас.%) обусловлено отрицательным 55 воздействием его нэ пластичность металла. Нижние содержания титана и ниобия ограничены началом их благоприятного воздействия на структуру и свойства металла. Введение азота в хромистые нержавеющие стали в указанном соотношении ( 1712452 - 0,045 мас.%) оправдано улучшением их ударной вязкости, появлением мелкодисперсных иитридных и карбонитридных выделений, сдерживающих рост зерна в процессе рекристаллизации и при сварке, 5 Предельные содержания хрома (14 - 20 мас.%) выбраны с учетом достаточной коррозионной стойкости и незначительным влиянием на механические свойства стали. Кремний и марганец содержатся в стали в 10 количествах, позволяющих получить положительный эффект. Анизотропия деформации, возникающая в процессе холодного формоизменения и резко ухудшающая полируемость в сталях 15 ферритного и мартенситферритного классов проявляется значительнее и наступает при меньшей интенсивности деформации, чем у аустенитных. Доминирующим фактором при возникновении анизотропии де- 20 формации (поверхность типа "апельсиновой корки") является степень однородности структурного состояния стали. Следовательно, повышение пластичности металла, сдвигающее появление анизотро- 25 пии деформации в сторону больших интенсивно стей холодных деформаций, достигается путем повышения однородности его структурного состояния. Поэтому важно не только обеспечить выплавку ме- 30 талла в заданных пределах содержаний легирующих элементов но и обеспечить их указанное соотношение. тания ударной вязкости и относительного удлинения д$ производили стандартными методами. Предлагаемую сталь используют при изготовлении столовых приборов и т. д. вместо дорогостоящих хромнихелевых сплавов, что позволяет экономить никель. Количественную оценку способности листового металла лабораторных плавок к полированию осуществляли линейным методом подсчета неметаллических включений и карбидной фазы. Количество включений подсчитывали с помощью металлографического микроскопа ГИИМ-7, После определения количества и размеров включений подсчитывали индекс загрязненности металла как отношение суммарной длины включений ко всей длине подсчета' где mi - среднее значение интервала размерной группы в делениях окулярной шкалы; ai - количество подсчитанных включений данной размерной группы; bi ~ цена деления окулярной шкалы при данном увеличении, мкм, I- длина подсчета, мкм. Металлографически установлен критический размер и количество неметаллических вкдючений, которые определяют пригодность металла к полировке. Из таблицы следует, что коррозионноНесмотря на достаточно высокие покастойкая сталь предлагаемого состава облазатели полируемости первой смеси ударная 35 дает значительно более высокой вязкость сварного шва и околош&вной зоны полируемостью(до4,3'10"^, вязкость (КСИ у= 1,8 МДж/м 2 , КСИ 2 = 1,4 МДж/м 2 , КСИз = - низкая. Это связано с недостаточным ко-.1,15 МДж/м 2 ) и пластичностью (титан + ниобий) « [100(углерод + азот)2+ 0,01]. 0,01-0,30 0,005 - 0,045 0,0001 - 0.01 Остальное Состав Химический состав, мае Л стали С Si 0,00** 0,004 0,005 0,005 0,02 0,02 1 2 3 < » 5 6 о.оз о,оз 0,035 0,04 0,045 0.05 0,045 Мп С* 0.70 0,008 0,10 13.5 14,0 17,0 18,0 0.9 0.9 20,0 21,0 0„008 0,01 0,15 0,25 0,35 0,42 0,45 N 0,5 17 0,25 0,10 0,4 0.5 0,80 0.* 0,5 0,80 Ті Предлагаемый 0,007 0,01 0,05 0,15 0,30 0,35 Са Ва 0,5 кси, 45 П р и м е ч а н и е . Редактор В.Пчолинская 0,02 Механические свойства Известный Остальное 45 1.35 То же 48 1.6 50 ив -И48 U75 47 1,5 0,003 0,00005 0,0001 0,005 0,07 0,02 0,025 Продолжение таблицы Fe 0,0005 0,0001 0,002 0,002 0,01 0,015 РЗМ Известный І. t Г Состав Химический состав, Mac.fci стали V Nb 1,3 Предлагаемый ^5 1,3 Полируе ксиг |кси 3 иость Индекс за~ грязненное ти 0.55s 0,95 1.4 1.35 1,05 0.45 0.45, 4,3-Ю-з 4,3-Ю-з • 1.15 4,7Л0-з 1,10 4,9-Ю-з 0,75 5,200-3 2 о,зо 3,25.ю 0,4 0,3 0,8 3,5-Ю*- КСИ< - ударная вязкость основного металла; КСИ2 - ударная вязкость сварного шва; КСИ3 - ударная вязкость оксН лошовной зоны. Составитель В.Мищенко Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун Заказ 512 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101