Феритна корозійностійка сталь

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности, к сталям, производимым в открытых дуговых печах, и является усовершенствованием стали. Предлагаемая сталь пригодна для изготовления оборудования в химическом, пищевом, перерабатывающем машиностроении, автомобильной и других о траслях промышленности с применением дуговы х способов сварки. Известна ферритная коррозионно-стойкая сталь [1] содержащая следующие компоненты, мас.%: Сталь обладает хорошей свариваемостью, удовлетворительной коррозионной стойкостью в большинстве агрессивных продовольственных сред: молочной, уксусной, лимонной, муравьиной и других кислотах. Недостатком указанной стали является пониженная коррозионная стойкость в агрессивных средах, содержащих ионы хлора, что резко ограничивает область ее использования. Задачей изобретения является усовершенствование известной коррозионно-стойкой стали путем введения в ее состав молибдена и композиционного конденсата и за счет этого повышается стойкость стали против питтинговой коррозии при сохранении уровня пластических свойств. Для достижения поставленной задачи в ферритную коррозионно-стойкую сталь, содержащую углерод, марганец, кремний, хром, ванадий, алюминий, титан, азот, магний, дополнительно введен молибден и композиционный конденсат при следующем соотношении компонентов мас.%: причем, композиционный конденсат содержит: хром 70-85, ультрадисперсные частицы оксида циркония остальное. Нижний предел содержания углерода в стали (0,01%) принят, исходя из возможностей современной металлургии, верхний предел углерода в стали (0,08%) принят, исходя из того, что при более высоком содержании углерода не будет обеспечиваться необходимая пластичность металла в толщинах более 2мм и сталь будет резко охрупчиваться в зоне термического воздействия сварки. Содержание углерода в стали 0,01% требует активных стабилизаторов, лучшими из которых является титан, ванадий. Постоянными примесями, которые применяются в качестве раскислителей, в хромистых сталях являются алюминий, марганец, кремний. Нижний предел содержания алюминия 0,005% обеспечивает отсутствие газовых раковин и других дефектов макроструктуры. Дальнейшее увеличение его до 0,1% направлено на повышение (совместно с титаном и ванадием) уровня пластических свойств стали и исключения дефектности слитков, слябов и проката по пленам, трещинам и расслоениям. Введение ограниченного содержания кремния в сталь обусловлено тем, что при меньшем содержании кремния (0,05%) сталь содержит пузыри, раковины, а при большем содержании (свыше 0,8%) снижается величина ударной вязкости. Нижний предел по содержанию марганца (0,05%) также выбран из условий обеспечения надлежащего раскисления стали и связывания серы в тугоплавкие сульфиды. Однако превышение содержания марганца в стали свыше (0,8%) нежелательно, поскольку марганец является аустенитизирующим элементом, способным образовывать в структуре дополнительное количество аустенита и привести металл к двухфазной структуре. Хром относится к легирующим элементам, стабилизирующим в железных сплавах a-фазу, обеспечивая однофазность структуры, важнейшего условия те хнологической пластичности. Он легко пассивируется, обеспечивает высокую стойкость стали против питтинговой коррозии. Поэтому в стали при содержании хрома менее 17% снижается ее коррозионная стойкость, особенно при содержании углерода более 0.06%, так как может появиться аустенитная фаза в высокотемпературной области. При содержании хрома более 25% возрастает склонность к охрупчиванию при воздействии сварочного нагрева в сварных соединениях. Для обеспечения стойкости стали против межкристаллитной коррозии необходим титан, который связывая углерод образует труднорастворимые карбиды и нитриды титана, предотвращая выделение по границам зерен сложных карбидов хрома, устраняет возможность активного развития процессов межкристаллитной коррозии. Исходя из этого нижний предел содержания титана (0,3%) выбран как минимально необходимое для свариваемых хромистых сталей, а верхний (0,5%), исходя из экстремального характера воздействия на ударную вязкость стали - снижения уровня вязкости при превышении указанного предела. Введение азота оказывает влияние на кристаллизующийся металл, измельчает дендритную стр уктур у, уменьшает химическую неоднородность, прежде всего по хрому и углероду. Добавки азота тормозят зарождение и рост карбидов хрома, при этом повышается стойкость против питтинговой коррозии. Исходя из этого нижний предел (0,02%) выбран как минимально необходимый, а верхний (0,04%) для сохранения однофазной ферритной структуры и обеспечения пластичности металла, в том числе при отрицательных температурах. При содержании азота более (0,05%) в присутствии углерода после сварки, благодаря воздействию высокотемпературного нагрева, в зоне термического влияния образуется по границам ферритных зерен аустенит. На границах феррита и аустенита наблюдается выделение карбидов хрома, способствующие появлению межкристаллитной коррозии в сварных соединениях, Для устранения межкристаллитной коррозии сварных соединений необходима термическая обработка, которая способствует равномерному распределению хрома в ферритном зерне и устранению МКК. Поэтому ограничение содержания азота в пределах 0,02-0,04% в присутствии титана (0,3-0,5%) обеспечивает стойкость сварных соединений к МКК. Введение магния в количестве (0,001-0,02%) в сталь сопровождается образованием сферических недеформирующихся неметаллических включений, представляющих Собой соединение серы с магнием. Кроме того микродобавки магния способствуют снижению содержания серы в стали. В процессе охлаждения металла и последующи х термообработок (в том числе при воздействии термического цикла сварки) азот образует нитридные соединения с ванадием и титаном. Нижний предел по содержанию ванадия (0,1%) определен из условия получения определенной плотности выделения высокодисперсных частиц VC, V(C,N), VN. Верхний предел содержания ванадия (0,8%) предусматривает возможность выплавки стали, с содержанием углерода на верхнем пределе марочного состава. Нитриды ванадия препятствуют развитию процесса рекристаллизации, предупреждают реакцию металла на термический цикл сварки, улучшая структур у и свойства околошовной зоны. Введение ванадия в сталь повышает также и стойкость ее против питтинговой коррозии. Кроме того нитриды ванадия, выделяясь в мелкодисперсном виде, повышают прочностные характеристики стали. Молибден оказывает благоприятное влияние на повышение устойчивости против питтинговой коррозии высокохромистых сталей. Это обусловлено тем, что молибден может входить в состав сложных карбидов, замещая в них часть хрома, тем самым повышая содержание хрома в приграничной зоне. Кроме того, наличие молибдена в составе твердого раствора будет улучшать пассивируемость приграничных зон. Молибден исключает неблагоприятное влияние фосфора, т.к. находясь в твердом растворе значительно снижает диффузионную подвижность атомов примесей, оттесняет их от границ зерен и выравнивает их содержание по объему зерна. Нижний предел (0,5%) выбран как минимально необходимый, а верхний (3,3%) для обеспечения стойкости против питтинговой коррозии, выше этого предела хромистые стали склонны к образованию сигмафазы и охрупчиванию. Для обеспечения стойкости и питтинговой коррозии и высоких пластических свойств ферритной стали комплексно легированной титаном, ванадием, азотом, молибденом вводится в сталь композиционный конденсат (хром с ультрадисперсными частицами циркония). Такой конденсат состоит из хромовой матрицы и равномерно распределенных в ней туго-плавких модифицирующи х частиц оксида циркония. Причем содержание хромав пластинках композиционного конденсата составляет 70-85%,оксида циркония 30-15%. Введение в расплав композиционного конденсата, полученного испарением в вакууме одновременно из двух источников, один из которых содержит металлический хром, а другой спрессованный штабик ZrO2 и осажденных на подогретой подложке, обеспечивает равномерное распределение ультрадисперсных частиц оксида циркония в жидкой ванне. Ультрадисперсные частицы оксида циркония, будучи тугоплавкими, служат затравками, уменьшая работу образования критического зародыша, приводит к гетерогенному зарождению ферритной структуры при кристаллизации. При гетерогенном зарождении атомы хрома, концентрируясь на оксидах циркония, как на подложке, чистой от примесей, повышают стойкость стали против питтинговой коррозии. Кроме того, в результате присадки композиционного конденсата размер первичного зерна в стали уменьшается в 6-8 раз. Ширина зоны транскристаллизации слитка уменьшается в 4-5 раз, значительно уменьшается глубина усадочной раковины. Устраняется полностью осевая рыхлость слитков, значительно уменьшаются все виды ликвации, сводится до минимума анизотропия свойств металла в направлении вдоль и поперек проката. Уменьшается содержание газов. Как показали опыты введения оксида циркония в виде порошка приводит к неравномерному распределению его в расплаве вследствие комкования, слипания, что ведет к расслоению металла при прокатке. Присадка оксидов циркония с помощью твердого металла, полученного методом порошковой металлургии, не обеспечивает получение пластических свойств, в связи с окисленностыо поверхности оксида циркония их коагуляцией и всплыванием. Комплекс решений совместного легирования ферритной стали титаном, ванадием, азотом, молибденом модифицирование композиционным конденсатом способствует получению мелкого ферритного зерна, распределению оксидных и нитридных выделений преимущественно в теле зерна, а не по границам, обеспечивает стойкость против питтинговой коррозии и высокие пластические характеристики металла. Нижний предел композиционного конденсата (0,5%) выбран как минимально необходимый, а верхний (2,0%) для сохранения пластичности ферритного металла, Выплавка и прокатка стали на толщину 10мм предлагаемого составе и прототипа проходила нормально, без нарушений сплошности металла. Выход годного составляет 89-92 %. Горячекатаный лист подвергали нагреву при 900°, выдержке 1 час и охлаждали в воде. Химический состав опытных плавок и стали по авт.св. 1112066 приведен в табл.1, а и х прочностные характеристики в табл.2. Коррозионные исследования в зависимости от содержания молибдена проводили гальваностатическим методом определения потенциала питтинговой коррозии и базиса питтингообразования на потенциостате П5848 при 20° в 3% растворе NaCl, pH 6,5. Результаты испытаний приведены в табл.3. Молибден вызывает смещение потенциала питтингообразования в положительную сторону, что соответствует повышению стойкости к питтинговой коррозии. Оптимальный состав № 2. Предлагаемая сталь может найти широкое применение на предприятиях Мин химмаша, пищевого и перерабатывающего машиностроения и других отраслей народного хозяйства в качестве экономического заменителя хромоникельмолибденовых сталей.