[go: up one dir, main page]

RU2594572C1 - Мартенситная сталь для криогенной техники - Google Patents

Мартенситная сталь для криогенной техники Download PDF

Info

Publication number
RU2594572C1
RU2594572C1 RU2015136366/02A RU2015136366A RU2594572C1 RU 2594572 C1 RU2594572 C1 RU 2594572C1 RU 2015136366/02 A RU2015136366/02 A RU 2015136366/02A RU 2015136366 A RU2015136366 A RU 2015136366A RU 2594572 C1 RU2594572 C1 RU 2594572C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
cerium
calcium
nickel
strength
Prior art date
Application number
RU2015136366/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Федорович Дегтярев
Владимир Николаевич Скоробогатых
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ"
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 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ"
Priority to RU2015136366/02A priority Critical patent/RU2594572C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2594572C1 publication Critical patent/RU2594572C1/ru

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным мартенситным сталям, применяемым при изготовлении высоконагруженных изделий криогенной техники, например резервуаров и трубопроводов сжиженных газов. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,03-0,06, кремний 0,10-0,40, марганец 0,20-0,80, никель 9,0-10,5, молибден 0,30-0,50, медь 0,80-1,50, ванадий 0,005-0,08, ниобий 0,005-0,08, азот 0,005-0,025, алюминий 0,001-0,008, церий 0,005-0,03, цирконий 0,001-0,004, кальций 0,005-0,02, сера ≤0,025, фосфор ≤0,008, железо - остальное. Повышаются прочность и ударная вязкость при криогенных температурах. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным мартенситным сталям, содержащим 9,0-10,5 мас. % никеля, которые могут быть использованы при изготовлении высоконагруженных изделий криогенной техники, например резервуаров и трубопроводов сжиженных газов.
Известна высокоазотистая мартенситная никелевая сталь, содержащая углерод, никель, хром, марганец, кремний, азот, кальций, церий и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,02-0,06; никель 8,5-10,5; хром 1,5-2.0; марганец 0,3-0,6; кремний 0,10-0,30; азот 0,08-0.22; кальций 0,005-0,05; церий 0,005-0,03 и железо - остальное.
(RU 2516187, С22С 38/40, опубликовано 20.05.2014 г.)
Недостатком известной стали является то, что пониженные характеристики вязкости и пластичность ограничивают применение стали для изготовления объектов криогенной техники.
Известна хладостойкая мартенситная сталь 0Н9-СШ, содержащая углерод, никель, марганец, кремний, алюминий, титан, ниобий, кальций, медь; серу; фосфор и железо при следующих соотношениях компонентов, мас. %: углерод не более 0,10; никель 7,80-9,20; марганец 0,40-0,70; кремний 0,20-0,40; алюминий 0,02-0,06; титан 0,02-0,05; ниобий 0,02-0,05; кальций не более 0,03; медь не более 0,40; сера не более 0,010; фосфор не более 0,015; железо - остальное.
(Ю.П. Солнцев. Хладостойкие стали и сплавы: Учебник для вузов. - СПб.: Химиздат, 2005, с. 266-267)
Существенным недостатком данной стали является недостаточная прочность.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является хладостойкая конструкционная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, молибден, медь, ванадий, ниобий, азот, алюминий, редкоземельные металлы (РЗМ), кобальт и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,03-0,15; кремний 0,18-0,40; марганец 0,5-2,0; никель 4,0-6,5; молибден 0,1-0,5; медь 1,0-5,0; ванадий 0,01-0,15; ниобий 0,01-0,06; азот 0,005-0,025; алюминий 0,02-0,2; РЗМ 0,008-0,10; кобальт 0,02-1,0; железо - остальное
(SU 789625, С22С 38/16, опубликовано 23.12.1980 г.)
Существенным недостатком данной стали после двойной нормализации и высокого отпуска является низкая прочность высоконагруженных изделий для криогенной техники.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение прочности и ударной вязкости мартенситной стали с повышенным содержанием никеля при криогенных температурах.
Технический результат достигается тем, что мартенситная сталь для криогенной техники содержит углерод, кремний, марганец, никель, молибден, медь, ванадий, ниобий, азот, алюминий, редкоземельный металл, цирконий, кальций, серу, фосфор и железо, причем в качестве редкоземельного металла содержит церий, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,03-0,06; кремний 0,10-0,40; марганец 0,20-0,80; никель 9,0-10,5; молибден 0,30-0,50; медь 0,80-1,50; ванадий 0,005-0,08; ниобий 0,005-0,08; азот 0,005-0,025; алюминий 0,001-0,008; церий 0,005-0,03; цирконий 0,001-0,004; кальций 0,005-0,02; сера ≤0,025; фосфор ≤0,008; железо - остальное
Технический результат также достигается тем, что суммарное содержание алюминия, кальция и церия составляет 0,011-0,058 мас. %.
Использование стали предложенного состава обеспечивает высокую прочность при комнатной температуре и высокую хладостойкость при криогенных температурах минус 196°С.
Необходимость совместного введения циркония, церия и кальция обусловлена характером их воздействия на свойства стали. Церий в количестве 0,005-0,03 мас. % улучшает форму неметаллических включений, снижает в стали негативное действие кислорода и серы, уменьшает количество сульфидных включений, очищает границы зерен и измельчает структуру, что повышает прочность стали и увеличивает ударную вязкость стали при низких температурах. Введение циркония в количестве 0,001-0,004 мас. % усиливает действие церия на свойства стали. Дополнительными факторами повышения вязкости являются дальнейшее измельчение первичной структуры, уменьшение в растворе содержания кислорода и повышение прочностных и пластических свойств в рабочем интервале температур. Кроме того, введение в состав стали активных кальция в количестве 0,005-0,02 мас. % и церия в сочетании со сбалансированным содержанием алюминия 0,001-0,008 мас. % благоприятно изменяет форму неметаллических включений, очищает и упрочняет границы зерен, повышает прочность, пластичность и ударную вязкость, что приводит к повышению служебных и технологических свойств стали.
Суммарное содержание алюминия, кальция и церия 0,011-0,058 мас. % является оптимальным для обеспечения высокой хладостойкости стали в интервале криогенных температур до минус 196°C с одновременным сохранением высокой прочности.
Карбонитриды циркония, а также нитриды алюминия практически не диссоциируют при нагреве и трудно растворимы в аустените, что способствует измельчению зерна и повышению прочности и вязкости.
Содержание углерода в количестве 0,03-0,06 мас. % оптимально с точки зрения повышения хладостойкости стали, причем при содержании углерода ниже 0,03 мас. % снижаются механические свойства из-за недостаточной твердости мартенсита и, следовательно, прочности, а при содержании выше 0,06 мас. % образуется после отпуска избыточное количество карбидной фазы, которая чрезмерно упрочняет сталь и снижает хладостойкость.
Сталь по изобретению характеризуется оптимальным содержанием кремния 0,10-0,40 мас. % и марганца 0,20-0,80 мас. %, что вполне достаточно для хорошо раскисленных сталей.
Содержание никеля менее 9,0 мас. % или более 10,5 мас. % снижает упрочнение стали за счет большого количества феррита и аустенита соответственно.
Присутствие в предложенной стали молибдена 0,30-0,50 мас. % и меди 0,80-1,50 мас. % значительно ослабляет вредное действие фосфора. При этом молибден обеспечивает необходимую легированность твердого раствора, высокую вязкость при криогенных температурах и предотвращает отпускную хрупкость стали. Медь также обеспечивает необходимую легированность твердого раствора и обеспечивает высокую вязкость при криогенных температурах.
Пониженное содержание ванадия 0,005-0,08 мас. % и ниобия 0,005-0,08 мас. % обеспечивает получение оптимального количества карбонитридных фаз, обеспечивающих измельчение зерна и повышение прочности и вязкости.
Содержание азота в пределах 0,005-0,025 мас. % способствует измельчению зерна за счет оптимального количества карбонитридной фазы. Повышение содержания азота выше верхнего предела приводит к неполной усвояемости этого элемента и снижению вязкости.
Ограничение содержания примесей фосфора до 0,008 мас. % и серы до 0,025 мас. % способствует получению более высоких значений пластичности и ударной вязкости. При повышении содержания легкоплавких примесей серы и фосфора выше заявленных пределов резко увеличивается неоднородность структуры стали, что в свою очередь снижает ее прочность и пластичность.
Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примером.
Выплавку сравниваемых сталей для испытаний проводили в 150-кг индукционной печи, с разливкой металла на слитки массой 25 кг, которые ковали на заготовки в интервале температур 1100-850°С, из которых изготавливались образцы для определения механических свойств. Термическую обработку стали по изобретению проводили по режиму, состоящему из 8 часов отпуска при температуре 620°С, 4,5 часов нормализации при температуре 850°С, второй нормализации 6 часов при температуре 750°С, отпуска при температуре 550°С в течение 8 часов. Термообработка известной стали включала стандартную двойную нормализацию с отпуском
В таблице 1 приведены химический состав предлагаемой стали трех плавок (1, 2, 3), а также состав известной стали - ближайшего аналога.
В таблице 2 приведены данные о прочности предлагаемой стали при температуре 20°С и ударной вязкости в интервале температур от 20 до минус 196°С.
Характеристики прочности при комнатной температуре определяли при испытании на растяжение на цилиндрических образцах пятикратной длины с диаметром расчетной части 6 мм в соответствии с ГОСТ 1497-84.
Испытания на ударную вязкость проводили на образцах 10×10×55 мм по ГОСТ 9454-78, тип 11.
Как видно из таблицы 2, сталь по изобретению имеет более высокую прочность, чем известная сталь при повышенной ударной вязкости при криогенной температуре минус 196°С.
Из представленных данных следует, что сталь по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: повышение прочности и ударной вязкости мартенситной стали с повышенным содержанием никеля для высоконагруженных изделий криогенной техники.
Использование мартенситной стали по изобретению в качестве материала при изготовлении высоконагруженных изделий криогенной техники по сравнению с известными сталями аналогичного назначения позволит повысить эксплуатационную стойкость и надежность объектов техники.
Figure 00000001
Figure 00000002

Claims (2)

1. Мартенситная сталь для криогенной техники, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, молибден, медь, ванадий, ниобий, азот, алюминий, редкоземельный металл и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит цирконий, кальций, серу и фосфор, а в качестве редкоземельного металла церий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,03-0,06, кремний 0,10-0,40, марганец 0,20-0,80, никель 9,0-10,5, молибден 0,30-0,50, медь 0,80-1,50, ванадий 0,005-0,08, ниобий 0,005-0,08, азот 0,005-0,025, алюминий 0,001-0,008, церий 0,005-0,03, цирконий 0,001-0,004, кальций 0,005-0,02, сера ≤ 0,025, фосфор ≤ 0,008, железо - остальное.
2. Мартенситная сталь по п. 1, отличающаяся тем, что суммарное содержание алюминия, кальция и церия составляет 0,011-0,058 мас.%.
RU2015136366/02A 2015-08-27 2015-08-27 Мартенситная сталь для криогенной техники RU2594572C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015136366/02A RU2594572C1 (ru) 2015-08-27 2015-08-27 Мартенситная сталь для криогенной техники

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015136366/02A RU2594572C1 (ru) 2015-08-27 2015-08-27 Мартенситная сталь для криогенной техники

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2594572C1 true RU2594572C1 (ru) 2016-08-20

Family

ID=56697184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015136366/02A RU2594572C1 (ru) 2015-08-27 2015-08-27 Мартенситная сталь для криогенной техники

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2594572C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648426C1 (ru) * 2017-08-24 2018-03-26 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Хладостойкая сталь
RU2665854C1 (ru) * 2017-12-22 2018-09-04 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Толстолистовая хладостойкая сталь

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU789625A1 (ru) * 1979-02-26 1980-12-23 Центральный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Черной Металлургии Им. И.П.Бардина Конструкционна сталь
CA2316968A1 (en) * 1997-12-19 1999-07-01 Exxonmobil Upstream Research Company Ultra-high strength steels with excellent cryogenic temperature toughness
RU76647U1 (ru) * 2007-09-25 2008-09-27 Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" Вал (варианты)
RU2414520C1 (ru) * 2009-06-29 2011-03-20 Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") Сталь конструкционная с высокой ударной вязкостью при криогенных температурах

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU789625A1 (ru) * 1979-02-26 1980-12-23 Центральный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Черной Металлургии Им. И.П.Бардина Конструкционна сталь
CA2316968A1 (en) * 1997-12-19 1999-07-01 Exxonmobil Upstream Research Company Ultra-high strength steels with excellent cryogenic temperature toughness
RU76647U1 (ru) * 2007-09-25 2008-09-27 Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" Вал (варианты)
RU2414520C1 (ru) * 2009-06-29 2011-03-20 Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") Сталь конструкционная с высокой ударной вязкостью при криогенных температурах

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648426C1 (ru) * 2017-08-24 2018-03-26 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Хладостойкая сталь
RU2665854C1 (ru) * 2017-12-22 2018-09-04 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Толстолистовая хладостойкая сталь

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3035162C (en) Austenitic stainless steel
AU2009310835B2 (en) High strength stainless steel piping having outstanding resistance to sulphide stress cracking and resistance to high temperature carbon dioxide corrosion
RU2392348C2 (ru) Коррозионно-стойкая высокопрочная немагнитная сталь и способ ее термодеформационной обработки
KR101745224B1 (ko) 침탄용 강
EP2885440A1 (en) High-chromium heat-resistant steel
US20200270715A1 (en) Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same
WO2011124970A1 (en) Austenitic heat-resistant cast steel
RU2763027C1 (ru) Кованая деталь из бейнитной стали и способ ее изготовления
RU2683173C1 (ru) Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь
KR102628769B1 (ko) 고Mn강 및 그의 제조 방법
JP5046398B2 (ja) 高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼
RU2594572C1 (ru) Мартенситная сталь для криогенной техники
US11773461B2 (en) Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same
EP3126537B1 (en) Dual-phase stainless steel
JP2017150041A (ja) 強度−低温靱性バランスに優れたCu含有低合金鋼およびその製造方法
EA034408B1 (ru) Двухфазная нержавеющая сталь
CN106319362A (zh) 具有抗酸性腐蚀性能x52无缝管线钢管及其制造方法
RU2584315C1 (ru) Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая, в том числе в биоактивных средах, свариваемая сталь и способ ее обработки
JP6490141B2 (ja) 水素蓄圧器用の低合金鋼および水素蓄圧器
KR20200123831A (ko) 고Mn강 및 그의 제조 방법
RU2576773C1 (ru) Высокопрочная коррозионностойкая сталь переходного класса
KR20230115317A (ko) 강철 조성물, 로트 물품 및 압축 가스용 이음매 없는압력 용기의 제조 방법
RU2823412C1 (ru) Изделие в виде прутка для изготовления деталей электропогружных установок для добычи нефти из сплава на основе железа и хрома
RU2782832C1 (ru) Высокопрочная маломагнитная нестабилизированная свариваемая сталь, устойчивая к локальным видам коррозии в зонах термического влияния сварки и длительного нагрева в области опасных температур
RU2271402C1 (ru) Высокопрочная коррозионно-стойкая сталь