[go: up one dir, main page]

RU2122600C1 - High-strength corrosion-resistant weldable steel for pressure vessels and pipelines - Google Patents

High-strength corrosion-resistant weldable steel for pressure vessels and pipelines Download PDF

Info

Publication number
RU2122600C1
RU2122600C1 RU96117986A RU96117986A RU2122600C1 RU 2122600 C1 RU2122600 C1 RU 2122600C1 RU 96117986 A RU96117986 A RU 96117986A RU 96117986 A RU96117986 A RU 96117986A RU 2122600 C1 RU2122600 C1 RU 2122600C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
nickel
nitrogen
manganese
copper
Prior art date
Application number
RU96117986A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96117986A (en
Inventor
В.Г. Азбукин
Е.Н. Башаева
В.Н. Павлов
Г.П. Карзов
Г.Н. Филимонов
И.А. Повышев
В.Р. Сулягин
Ю.В. Ильин
Original Assignee
Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" filed Critical Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority to RU96117986A priority Critical patent/RU2122600C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2122600C1 publication Critical patent/RU2122600C1/en
Publication of RU96117986A publication Critical patent/RU96117986A/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

FIELD: steelmaking. SUBSTANCE: steel is composed, wt %: carbon, 0.05-0.10; silicon, 0.3-0.60; manganese, 0.2-0.70; chromium, 15.0-16.5; nickel, 3.5-4.5; niobium, 0.2-0.4; copper, 0.01-0.2; aluminum, 0.01-0.08; nitrogen, 0.005-0.05; cerium, 0.002-0.05; calcium, 0.001-0.005; sulfur, 0.002-0.020; phosphorus, 0.002-0.025; and iron, the balance. Summary amount of carbon and nitrogen does not exceed 0.12%; that of sulfur and phosphorus 0.04%; and that of nickel, manganese, and copper 5.2%. Steel is appropriate for use in ship and nuclear power mechanical engineering. EFFECT: improved complex of basic physico-mechanical and operational characteristics resulting in process reliability and safety. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области производства легированных сталей и сплавов, применяемых в судовом и атомном энергетическом машиностроении, а также других отраслях промышленности. The invention relates to the production of alloy steels and alloys used in marine and nuclear power engineering, as well as other industries.

Известны металлические материалы, применяемые в указанных областях техники (например, стали марок 14Х17Н2, 07Х16Н6, 09Х16Н4Б, а также другие аналоги, указанные в научно-технической и патентной литературе [1-4]). Однако, известные материалы не обеспечивают требуемого уровня и стабильности основных физико-механических и служебных свойств полуфабрикатов, что снижает эксплуатационную надежность и срок службы создаваемого оборудования, работающего в области повышенных температур и давлений. Known metallic materials used in these fields of technology (for example, steel grades 14X17H2, 07X16H6, 09X16H4B, as well as other analogues specified in the scientific, technical and patent literature [1-4]). However, the known materials do not provide the required level and stability of the basic physical, mechanical and service properties of the semi-finished products, which reduces the operational reliability and service life of the created equipment operating in the field of elevated temperatures and pressures.

Наиболее близкой к заявляемой композиции по назначению и составу компонентов является сталь мартенситного класса марки 09Х16Н4Б [1], содержащая, мас.%:
углерод - 0,05-0,13
кремний - ≤ 0,6
марганец - ≤ 0,5
хром - 15,0-17,0
никель - 3,5-4,5
ниобий - 0,05-0,20
сера - ≤ 0,025
фосфор - ≤ 0,030
железо - остальное
Данную марку стали рекомендуется использовать в качестве конструкционного материала для изготовления высокопрочных штампосварных конструкций и деталей, работающих в контакте с малоагрессивными средами [1]. Однако, известная марка стали характеризуется недостаточно высоким и стабильным уровнем основных физико-механических и служебных свойств, определяющих технологичность стали на стадии металлургического и машиностроительного переделов, а также низкой работоспособностью в условиях длительного взаимодействия с хлоридсодежащими и щелочными средами при температурах до 350oC. При этом содержание легирующих и примесных элементов, во многом определяющих регулируемое фазовое структурообразование и формование требуемого комплекса свойств крупногабаритных поковок и полуфабрикатов, не контролировалось и находилось в весьма широких концентрационных пределах.
Closest to the claimed composition according to the purpose and composition of the components is martensitic steel grade 09X16H4B [1], containing, wt.%:
carbon - 0.05-0.13
silicon - ≤ 0.6
Manganese - ≤ 0.5
chrome - 15.0-17.0
nickel - 3.5-4.5
niobium - 0.05-0.20
sulfur - ≤ 0,025
phosphorus - ≤ 0,030
iron - the rest
This steel grade is recommended to be used as a structural material for the manufacture of high-strength die-welded structures and parts working in contact with slightly aggressive environments [1]. However, the well-known steel grade is characterized by an insufficiently high and stable level of basic physical, mechanical and service properties that determine the manufacturability of steel at the metallurgical and machine-building stages, as well as low working capacity under conditions of prolonged interaction with chloride-containing and alkaline media at temperatures up to 350 o C. this content of alloying and impurity elements, which largely determine the controlled phase structure formation and molding of the required set of properties to Oversized forgings and semi-finished products were not controlled and were in a very wide concentration range.

Целью настоящего изобретения является создание высокопрочной свариваемой стали с улучшенным комплексом физико-механических и служебных свойств по сравнению с известными конструкционными материалами, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и безопасности, а также общего ресурса работы создаваемых корпусных конструкций, сосудов давления и трубопроводов. The aim of the present invention is the creation of high-strength weldable steel with an improved set of physico-mechanical and service properties compared to well-known structural materials, which provides increased operational reliability and safety, as well as the overall resource of the created hull structures, pressure vessels and pipelines.

Поставленная в заявке цель достигается изменением соотношения легирующих и примесных элементов, а также введением в состав заявляемой композиции оптимальных количеств алюминия, кальция, азота, меди и церия. Предлагается сталь, содержащая, мас.%:
углерод - 0,05-0,10
кремний - 0,3-0,6
марганец - 0,2-0,7
хром - 15,0-16,5
никель - 3,5-4,5
ниобий - 0,2-0,4
медь - 0,01-0,2
алюминий - 0,01-0,08
азот - 0,005-0,05
церий - 0,002-0,05
кальций - 0,001-0,005
сера - 0,002-0,020
фосфор - 0,002-0,025
железо - остальное
При этом введено ограничение суммарного содержания некоторых элементов, определяющих требуемый уровень основных физико-механических и служебных свойств заявляемого материла (см. формулу изобретения).
The goal set in the application is achieved by changing the ratio of alloying and impurity elements, as well as the introduction of the optimal composition of the claimed composition of aluminum, calcium, nitrogen, copper and cerium. It is proposed steel containing, wt.%:
carbon - 0.05-0.10
silicon - 0.3-0.6
Manganese - 0.2-0.7
chrome - 15.0-16.5
nickel - 3.5-4.5
niobium - 0.2-0.4
copper - 0.01-0.2
aluminum - 0.01-0.08
nitrogen - 0.005-0.05
cerium - 0.002-0.05
calcium - 0.001-0.005
sulfur - 0.002-0.020
phosphorus - 0.002-0.025
iron - the rest
At the same time, a restriction has been introduced on the total content of some elements that determine the required level of the basic physical, mechanical and service properties of the claimed material (see the claims).

Соотношение указанных легирующих и примесных элементов выбрано таким образом, чтобы сталь в процессе многостадийной термической обработки, в результате регулируемого фазового превращения аустенита в мартенсит обеспечивала высокий уровень прочности, свойственный мартенситным сталям, с хорошей пластичностью, вязкостью и технологичностью, свойственных сталям со структурой хромоникелевого аустенита. The ratio of these alloying and impurity elements is chosen so that the steel during the multi-stage heat treatment, as a result of the controlled phase conversion of austenite to martensite, provides a high level of strength inherent to martensitic steels, with good ductility, toughness and manufacturability characteristic of steels with a chromium-nickel austenite structure.

Введение в заявляемую композицию микролегирующих добавок азота в указанном соотношении с углеродом и другими элементами улучшает ее структурную стабильность при эксплуатационных нагревах и способствует образованию при отпуске в достаточном количестве карбидных и нитридных фаз, термодинамически устойчивых в широком интервале температур технологических и сварочных нагревов, что способствует снижению структурной неоднородности в приграничных областях зерна и повышает сопротивление металла хрупкому разрушению в условиях статического и динамического нагружения. При этом, обеспечение требуемого уровня прочностных и пластических свойств стали в состоянии после закалки и высокого отпуска достигается за счет формирования устойчивой дислокационной структуры, определяющей число активных плоскостей скольжения в процессе пластической деформации. Увеличение суммарного содержания углерода и азота выше указанного в формуле изобретения предела, снижает дисперсность образующихся фаз внедрения и затрудняет равномерность их распределения по объему зерна, что изменяет механизм закрепления дислокаций в процессе последующей термической обработки полуфабрикатов и повышает уровень остаточных внутренних напряжений. The introduction of the inventive composition of microalloying nitrogen additives in the indicated ratio with carbon and other elements improves its structural stability during operational heating and promotes the formation of a sufficient amount of carbide and nitride phases thermodynamically stable in a wide temperature range of technological and welding heating, which reduces structural heterogeneity in the border areas of grain and increases the resistance of the metal to brittle fracture under static conditions th and dynamic loading. At the same time, ensuring the required level of strength and plastic properties of steel in the state after quenching and high tempering is achieved by forming a stable dislocation structure that determines the number of active slip planes during plastic deformation. An increase in the total carbon and nitrogen content above the limit indicated in the claims reduces the dispersion of the formed interstitial phases and makes it difficult to evenly distribute them over the grain volume, which changes the dislocation fixing mechanism during the subsequent heat treatment of semi-finished products and increases the level of residual internal stresses.

Выбор системы комплексного легирования заявляемой композиции предусматривает ограничение суммарного содержания ряда аустенитообразующих элементов (никеля, марганца и меди), во многом определяющих кинетику регулируемого прямого и обратного фазового превращения (α ⇄ γ) и положение критических точек стали при изготовлении крупногабаритных отливок и заготовок. Выбранное соотношение указанных элементов обеспечивает получение требуемой стабильности остаточного аустенита при значительных эксплуатационных нагревах (в интервале температур до 350oC), что снижает склонность металла к тепловому охрупчиванию и повышает его коррозионно-механическую прочность в хлоридсодержащих средах. Превышение содержания вводимых элементов сверх указанного предела приводит к дестабилизации присутствующего в структуре остаточного аустенита и образованию при охлаждении металла крупногабаритных полуфабрикатов неотпущенного мартенсита, что сопровождается снижением ударной вязкости стали и проявлением склонности ее к коррозионному растрескиванию под напряжением.The choice of the complex alloying system of the claimed composition provides for limiting the total content of a number of austenite-forming elements (nickel, manganese and copper), which largely determine the kinetics of controlled forward and reverse phase transformations (α ⇄ γ) and the position of the critical points of steel in the manufacture of large castings and billets. The selected ratio of these elements provides the required stability of residual austenite with significant operational heating (in the temperature range up to 350 o C), which reduces the tendency of the metal to thermal embrittlement and increases its corrosion-mechanical strength in chloride-containing environments. Exceeding the content of introduced elements over the specified limit leads to the destabilization of residual austenite present in the structure and the formation of large-sized semi-finished products of unreduced martensite during cooling of the metal, which is accompanied by a decrease in the toughness of steel and its tendency to stress corrosion cracking.

Важное значение для высокопрочных свариваемых сталей мартенситного класса имеет форма и размер неметаллических включений. Введение в заявляемую композицию микродобавок алюминия, церия и кальция обусловлено необходимостью регулирования формы и дисперсности образующихся избыточных фаз, в частности, сфероидизацией оксидов и сульфидов. Влияние указанных элементов в присутствии хрома и ниобия проявляется еще и в том, что, являясь весьма сильным модификатором и обладая различным механизмом воздействия на твердый раствор, эти элементы способствуют заметному улучшению важнейших структурно-чувствительных характеристик металла, во многом определяющих его конструктивную прочность в условиях длительного взаимодействия с коррозионно-активными средами. При этом, как показали наши исследования [3, 4], происходит более равномерное распределение легирующих элементов и неметаллических включений по сечению слитка, металл эффективнее очищается от вредных примесей и газов, тоньше и чище становятся границы зерен, увеличивается прочность межкристаллитной связи, что, в целом, приводит к повышению пластичности и вязкости стали. Кроме того, комплексное микролегирование стали алюминием, церием и кальцием снижает чувствительность металла к флокенообразнованию и существенно улучшает ее технологичность на стадии металлургического передела и сварке, повышая выход годного при получении массивных полуфабрикатов и крупногабаритных поковок. Введение рассматриваемых элементов в заявляемую композицию вне указанных в формуле изобретения пределов снижает эффективность их положительного влияния на весь комплекс физико-механических свойств и приводит к снижению эксплуатационных характеристик материала. The shape and size of non-metallic inclusions is of great importance for high-strength welded steels of the martensitic class. The introduction of the inventive composition of microadditives of aluminum, cerium and calcium is due to the need to control the shape and dispersion of the formed excess phases, in particular, the spheroidization of oxides and sulfides. The influence of these elements in the presence of chromium and niobium is also manifested in the fact that, being a very strong modifier and having a different mechanism of action on the solid solution, these elements contribute to a significant improvement in the most important structurally sensitive characteristics of the metal, which largely determine its structural strength under long-term interactions with corrosive environments. At the same time, as our studies have shown [3, 4], a more uniform distribution of alloying elements and nonmetallic inclusions over the cross section of the ingot occurs, the metal is more efficiently cleaned of harmful impurities and gases, grain boundaries become thinner and cleaner, intercrystalline bond strength increases, which, in overall, leads to an increase in the ductility and toughness of steel. In addition, the complex microalloying of steel with aluminum, cerium and calcium reduces the metal's sensitivity to flocking and significantly improves its manufacturability at the stage of metallurgical redistribution and welding, increasing the yield when producing bulk semi-finished products and bulky forgings. The introduction of the elements in question into the claimed composition outside the limits indicated in the claims reduces the effectiveness of their positive effect on the whole range of physical and mechanical properties and leads to a decrease in the operational characteristics of the material.

Полученный более высокий уровень основных механических, технологических и служебных свойств заявляемой стали обеспечивается комплексным легированием композиции в указанном соотношении с другими элементами. The obtained higher level of the basic mechanical, technological and service properties of the inventive steel is ensured by complex alloying of the composition in the specified ratio with other elements.

ЦНИИ КМ "Прометей" совместно с АООТ "Ижорские заводы" и др. предприятиями в соответствии с планом научно-исследовательских работ отрасли проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по выплавке, пластической и термической обработкам осваиваемой марки стали. Металл выплавлялся в металлургических электродуговых печах с использованием установки внепечного рафинирования и вакуумирования (УВРВ), а также методом электрошлакового переплава (ЭШП) в слитки массой до 56 т. Полученный металл подвергался обработке давлением на промышленном кузнечно-прессовом и прокатном оборудовании. Central Research Institute of Structural Engineering "Prometey" together with AOOT "Izhorskiye Zavody" and other enterprises, in accordance with the plan of scientific research of the industry, carried out a set of laboratory and pilot works on smelting, plastic and heat treatment of the mastered steel grade. The metal was smelted in metallurgical electric arc furnaces using an out-of-furnace refining and evacuation unit (UVRV), as well as by the method of electroslag remelting (ESR) into ingots weighing up to 56 tons. The metal obtained was subjected to pressure treatment on industrial forging and rolling equipment.

Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения необходимых механических и служебных свойств представлены в табл. 1 и 2. The chemical composition of the materials studied, as well as the results of determining the necessary mechanical and service properties, are presented in table. 1 and 2.

Ожидаемый технико-экономический эффект использования новой марки стали выразится в повышении эксплуатационной надежности и безопасности, а также общего ресурса работы создаваемых корпусных конструкций, сосудов давления и трубопроводов судового и атомного энергетического оборудования. The expected technical and economic effect of using the new steel grade will be expressed in increasing operational reliability and safety, as well as the overall life of the created hull structures, pressure vessels and pipelines of ship and nuclear power equipment.

Источники информации
1. ГОСТ 5632 "Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные", 1977, с. 6, 7, 10, 11 - прототип.
Sources of information
1. GOST 5632 "High-alloy steels and corrosion-resistant, heat-resistant and heat-resistant alloys", 1977, p. 6, 7, 10, 11 - prototype.

2. Баландин Ю.Ф., Горынин И.В., Звездин Ю.И. и др. - Конструкционные материалы АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1984, 280 с. 2. Balandin Yu.F., Gorynin I.V., Zvezdin Yu.I. and others. - Construction materials of nuclear power plants. - M .: Energoatomizdat, 1984, 280 p.

3. Азбукин В. Г. , Баландин Ю.Ф., Павлов В.Н. и др. Коррозионностойкие стали и сплавы для оборудования и трубопроводов АЭС. - Киев, Наукова Думка, 1983, 144 с. 3. Azbukin V. G., Balandin Yu.F., Pavlov V.N. and others. Corrosion-resistant steels and alloys for equipment and pipelines of nuclear power plants. - Kiev, Naukova Dumka, 1983, 144 p.

4. Азбукин В.Г., Баландин Ю.Ф., Павлов В.Н. и др. Особенности изменения структуры и фазового состава хромоникелевой стали мартенситного класса типа 1Х16Н4Б при термической обработке и дополнительных длительных нагревах. - В кн. : "Структура и прочность металлических материалов". - Л.: изд-е ЛДНТП, 1975, с. 42-45. 4. Azbukin V.G., Balandin Yu.F., Pavlov V.N. and others. Features of changes in the structure and phase composition of chromium-nickel steel martensitic class type 1X16H4B during heat treatment and additional long-term heating. - In the book. : "Structure and strength of metallic materials." - L .: publishing house LDNTP, 1975, p. 42-45.

Claims (1)

Высокопрочная коррозионностойкая свариваемая сталь для сосудов давления и трубопроводов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, медь, кальций, азот и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,05 - 0,10
Кремний - 0,3 - 0,60
Марганец - 0,2 - 0,70
Хром - 15,0 - 16,5
Никель - 3,5 - 4,5
Ниобий - 0,2 - 0,4
Медь - 0,01 - 0,2
Алюминий - 0,01 - 0,08
Азот - 0,005 - 0,05
Церий - 0,002 - 0,05
Кальций - 0,001 - 0,005
Сера - 0,002 - 0,020
Фосфор - 0,002 - 0,025
Железо - Остальное
при этом суммарное содержание углерода и азота не превышает 0,12%, суммарное содержание серы и фосфора не превышает 0,04%, суммарное содержание никеля, марганца и меди не превышает 5,2%.
High-strength corrosion-resistant welded steel for pressure vessels and pipelines containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, niobium, sulfur, phosphorus, iron, characterized in that it additionally contains aluminum, copper, calcium, nitrogen and cerium in the following ratio of components, wt.%:
Carbon - 0.05 - 0.10
Silicon - 0.3 - 0.60
Manganese - 0.2 - 0.70
Chrome - 15.0 - 16.5
Nickel - 3.5 - 4.5
Niobium - 0.2 - 0.4
Copper - 0.01 - 0.2
Aluminum - 0.01 - 0.08
Nitrogen - 0.005 - 0.05
Cerium - 0.002 - 0.05
Calcium - 0.001 - 0.005
Sulfur - 0.002 - 0.020
Phosphorus - 0.002 - 0.025
Iron - Else
the total content of carbon and nitrogen does not exceed 0.12%, the total content of sulfur and phosphorus does not exceed 0.04%, the total content of nickel, manganese and copper does not exceed 5.2%.
RU96117986A 1996-09-10 1996-09-10 High-strength corrosion-resistant weldable steel for pressure vessels and pipelines RU2122600C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96117986A RU2122600C1 (en) 1996-09-10 1996-09-10 High-strength corrosion-resistant weldable steel for pressure vessels and pipelines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96117986A RU2122600C1 (en) 1996-09-10 1996-09-10 High-strength corrosion-resistant weldable steel for pressure vessels and pipelines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2122600C1 true RU2122600C1 (en) 1998-11-27
RU96117986A RU96117986A (en) 1998-12-20

Family

ID=20185265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96117986A RU2122600C1 (en) 1996-09-10 1996-09-10 High-strength corrosion-resistant weldable steel for pressure vessels and pipelines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2122600C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD2816C2 (en) * 2001-06-21 2006-02-28 Владислав ФАТЕЕВ Welding on material
MD2819C2 (en) * 2001-06-26 2006-03-31 Илие ЦУРКАН Electrode material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОСТ 5632 "Стали высоколигированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные". М.: Стандарты, 1988, с.6-11. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD2816C2 (en) * 2001-06-21 2006-02-28 Владислав ФАТЕЕВ Welding on material
MD2819C2 (en) * 2001-06-26 2006-03-31 Илие ЦУРКАН Electrode material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108950432A (en) High-strength high-toughness low-alloy wear-resistant steel and manufacturing method thereof
Kostina et al. Special features of steels alloyed with nitrogen
Zhuchkov et al. Physicochemical characteristics, production and application of boron-bearing complex ferroalloys
RU2122600C1 (en) High-strength corrosion-resistant weldable steel for pressure vessels and pipelines
AU700532B2 (en) An Al-Mn-Si-N Austenitic stainless acid-resisting steel
US2949355A (en) High temperature alloy
RU2188874C1 (en) High-strength corrosion-resistant welded steel for pipelines
RU2224043C1 (en) Steel for the fastening elements of the steam-power installations of ships and atomic power plants
RU2040579C1 (en) Stainless steel
RU2183690C2 (en) High-strength corrosion-resistant alloy for heavy-duty parts and units of nuclear power plants
US2624668A (en) Ferritic chromium steels
RU2149210C1 (en) Refractory alloy
RU2022049C1 (en) Steel
SU1014968A1 (en) Steel
SU1038377A1 (en) Steel
RU2385360C1 (en) Heat resistant alloy for structures of high temperature installations
RU2149206C1 (en) Refractory alloy
SU1002398A1 (en) Stainless steel
RU2273679C1 (en) Stainless steel for the pipelines and pipe systems of thermonuclear and hydrogen energetics
SU1342940A1 (en) Stainless steel
RU2243285C1 (en) Shaft-line steel for arctic vessels
Schauwinhold et al. Steel
Ivanova Studies of the Influence of D-Transition Rare Earth Metals on Steel Resistance
SU855050A1 (en) Steel
Dangtim et al. Stress Corrosion Resistance Capacity: Austempered Ductile Iron and High Strength Alloy Steels in Marine Environment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090911