Високоміцна нержавіюча сталь

Високоміцна нержавіюча сталь, що містить хром, нікель, молібден, марганець, азот, вуглець, залізо, яка відрізняється тим, що вона містить вказані компоненти пр»і такому співвідношенні, мас. %: Хром 23,1-27,0 Нікель 4,0-7,0 Молібден 1,7-2,9 Марганець 0,1-1,9 Вуглець 0,11-0,2 Азот 0,1-0.3 решта. Залізо і домішки Винахід відноситься до високоміцних сталей для холоднодеформованих довгомірних виробів, наприклад для виробництва дроту, стрічки, пружин та тросів. Відомо сталь AISI 304 (Стандарт США), що використовується для виробництва нержавіючих дроту, пружин тощо. Сталь містить (мас.%) 17-19 Сг, 8-10 Ni, інші елементи присутні як домішки. Недоліком відомої сталі є те, що при холодній пластичній деформації сталі частково утворюється альфа мартенсит, що погіршує корозійну стійкість. її міцність у холоднодеформованому стані досягає лише 1100-1400 МПа. Сталь має також низькі втомну міцність та пластичність при деформації крученням та згином. Відомо сталь, що містить (мас. %) 17-19 Сг, 13-15 Ni, 2-3 Mo, 1-2 Мл, 0.1-0.2 N (Remanit 442, Thyssen Edelstahl Technische Berichte, Band 14, Heft 1, ss. 108-117 (1988)). Холоднодеформований дріт, виготовлений із цієї сталі, має міцність 14001800 МПа. її недоліком є низькі числа кручень до руйнування, 2-4, у сильнонагартованому стані, який потрібен для того, щоб отримати міцність вищу за 1400 МПа і який можна досягти лише, якщо деформація волочінням при виготовленні дроту перевищує 50%. Іншим суттєвим недоліком дроту та тросів із цієї сталі є низька втомна міцність. Найбільш близькою за технічною сутністю до винаходу, що заявляється, є високоміцна сталь, що містить (мас. %) 0.01-0.12 С, 17.0-23.0 Сг, 4.5-8.7 Ni, 1.5-7.0 Мп, 0.01-2.5 Si, 0.1-2.0 Mo, 0.01-2.5 Си, 0.15-0.5 N (Патент України 25436А МПК6 С22С 38/44, Бюл. "Промислова власність" №6, 1998). Сталь характеризується міцністю і високою корозійною стійкістю (границя міцності 17002000 МПа після холодного волочіння з сумарною деформацією 50-70%). Недоліком відомої сталі є недостатня міцність та пластичність при механічних випробуваннях в умовах коли напружений стан відрізняється від того, який Існував під час волочіння, тобто при крученні або згині. Причиною недостатньо» міцності відомого сплаву є однофазність структури, що призводить до зменшення коефіцієнту деформаційного зміцнення при значних сумарних деформаціях. За тієї ж причини відома сталь має недостатню пластичність при випробуваннях на кручення та згин. Цей недолік є найбільш відчутним при втомних випробуваннях тросів, виготовлених із холоднотягнутого дроту. В основу винаходу поставлено завдання розробки високоміцної нержавіючої сталі, що забезпечить високу міцність та пластичність при втомних випробуваннях і крученні при зберіганні високої корозійної стійкості для холоднодеформованих довгомірних виробів. Поставлене завдання вирішується тим, що сталь містить хром, нікель, молібден, марганець, кремній і азот при такому співвідношенні компонентів (мас.%): Хром 23.1-27.0 Нікель 4.0-7.0 Молібден 1.7-2.9 Марганець 0.1-1.9 Вуглець 0.11-0.2 Азот 0.1-0.3 Залізо і домішки решта (22)02.10.2000 CM ю 39532 Хімічний склад сталі визначено таким чином, щоб сталь після термообробки (закалка від 10001200Х) знаходилась у двофазному феррито-аустенітному стані. Встановлено факт локалізації пластичної деформації при механічних випробуваннях (кручення, згин тощо} холоднотянутих однофазних аустенітних сталей. Причина локалізаці!' деформації' полягає у тому, що зміна напруженого стану (кручення або згин після холодного волочіння) призводить до руйнування попередньо створеної дислокаційно! структури, яке починається локально і ітсля цього пластична деформація зосереджується у створених бездислокаційних каиалех викликаючи передчасне руйнування При волочінні двофазної сталі, що містить ферит поруч з аустенітом, феритна фаза витягується у вигляді волокон, які запобігають локалізації пластичної деформації' і таким чином забезпечать високу пластичність і втомну міцність при будь-якій деформації, що відрізняється за напруженим станом від волочіння Нікель у межах 4-7% забезпечує оптимальне співвідношення між долями фериту і аустеніту. Вміст нікелю менше 4% робить ферит переважаючою фазою, що погіршує міцність. У кількості більше за 7% нікель зменшує розчинність азоту, що також заважає отримати достатню міцність. Марганець у сталі сприяє розчинності азоту в аустеніті. Вміст марганцю більше за 1.9% знижує корозійну стійкість сталі. Марганець менше 0.1% не дозволяє ввести в сталь потрібну кількість азоту, тобто знижує міцність. Молібден забезпечує високу стійкість проти локальної корозії піттінгом і підвищує розчинність азоту. Вміст молібдену менше 1.7% недостатній для встановлення високого потенціалу піттінга. Більше за 2.9% молібдену погіршують пластичність холоднодеф.ормованої сталі. Дослідні плавки виконано в лабораторних умовах. Виплавку проведено у дуговій печі у атмосфері аргону Азот вводиться через азотований хром, що містить азот у кількості відповідно до бажаного вмісту азоту у сталі. Шихта, що складається із заліза - 65 7%, хрому - 25% з вмістом азоту 1 25%, нікелю - 5%, молібдену - 2.1%, марганцю 1 8%, вуглецю - 0.15%, загружали до охолоджуваного водою мідного тиглю, що розміщено у дуговій печі. Нагрівання здійснюється до температури плавлення шихтових компонентів. Кристалізація відбувається у тиглі. Хімічний ечлад плавок наведено у Таблиці 1. Зливки вальцюють до діаметру 8 ми, піспя чого холодним володінням з проміжними термообробками отримують заготовку діаметром 3 мм. Після заключної" термообробки при 1100°С з охолодженням у воді у волочіння до 1.5 мм (сумарна деформація 75 %). Механічні і корозійні властивості сталі наведені у Таблиці 2. Границю міцності вимірюють при випробуванні на розтяг. Кількість скручень до розриву визначають при випробуванні на скручення під механічною напругою 0.2ав. Потенціал піттінгу визначають із потенціодинамічних кривих, які вимірюються у 3% водному розчині NaCI при швидкості зміни напруги dU/dt = 600 mV/год. Високоміцна нержавіюча сталь може бути виплавлена як у лабораторних умовах, так і на промислових підприємствах. На вщміну ВІД відомих дуплексних сталей, сталь містить значну кількість вуглецю, що у холоднодеформованих сталях не викликає крихкості (температура в'язко-крихкого переходу значно знижується холодною деформацією) і не перешкоджає зварюванню, яке для дроту виконується у твердому стані. Навпаки, сумісне легування азотом і вуглецем сприяє високій стабільності аустенітно'і структури і дозволяє отримати значну долю аустеніту при економному легуванні нікелем. Вміст вуглецю вище 0.2% призводить до виділення важкорозчинних карбідів хрому, що погіршує корозійну стійкість і пластичність. Вміст вуглецю менш за 0 11% призводить до зниження міцності. Вміст азоту у сталі, що заявляється, є рівноважним і може бути отриманим при звичайних плавка* без застосування високого тиску. Вміст азоту вище 0.3% супроводжується виділенням нітридів у фериті і перешкоджає отриманню достатньої пластичності. При змісті азоту менше за 0.1% не можна отримати достатню міцність Вміст хрому менше за 23,1 % не дозволяє мати в структурі сталі достатню долю фериту, потрібну для високої пластичності і втомної міцності. Легування хромом у кількості вище за 27 % робить фермт переважаючою фазою, що зменшує розчинність азоту і вуглецю в сталі і знижує міцність. Сталь с п 1 0.11 2 0.2 3 0.15 0.2 4 0.23 5 Таблиця 1 Хімічний склад Сг Мі Шо Мп 0.3 27.0 4.0 1.7 1.3 0.1 23.1 7.0 2.9 0.1 24 0 5.0 2.7 1.9 0.37 26.5 44 1.5 2.6 0 06 0.08 21.7 8.1 3.4 1.7 6 0.14 0.17 29.3 3.6 2.1 0.06 Прототкг» 0.01 0.15 17.0 8.7 01 7.0 39532 Таблиця 2 Механічні та корозійні властивості холоднодеформованого дроту (діаметр 3.0 мм, деформація 75 %) Кількість скруСталь Границя міцнос- Відносне звуКількість втомних Потенціал піттін- і ження, ті, МПа ry, mV чень до розриву циклів до розриву, а,і ог=0.95 % 1 2310 42 14 2113 1310 2 2070 51 18 2410 1050 3 2180 47 16 2217 1180 4 2450 31 7 1560 720 5 1760 54 19 2610 640 36 9 1624 1240 48 4 1250 1170 6 2210 Прототип 1690 в Тираж 50 екз. відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03