Сталь немагнитная – Сталь немагнитная. Марки стали. Применение немагнитной стали.
alexxlab | 25.04.2020 | 0 | Разное
Немагнитная сталь – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Немагнитная сталь
Cтраница 1
Немагнитная сталь и чугун. В качестве заменителей бронзы, латуни и других цветных сплавов в электромашиностроении применяют немагнитную сталь и чугун, имеющие аустенйтную структуру. Такая структура получается за счет высокого содержания марганца и никеля, расширяющих у-область на диаграммах состояния сплавов этих сталей с железом. Например, никелевая немагнитная сталь Н25, содержащая 22 – 25 % Ni, получает аустенйтную структуру после закалки в масле при 920 – 940 С. Она допускает обработку режущим инструментом, хорошо сопротивляется коррозии, но цена ее высока вследствие присутствия 22 – 25 % Ni. Эта сталь наиболее распространена, однако, обрабатываемость ее хуже, чем немагнитной никелевой стали. Аустенитная марганцовистая сталь не поддается обработке резанием, так как ее аустенит под действием режущего инструмента переходит в мартенсит с высокой твердостью, что препятствует ее применению. [1]
Немагнитные стали и сплавы являются заменителями цветных металлов в электромашиностроении. Наибольшее применение имеют сталь марки Н25, содержащая 22 – 25 % №, и марки 55Н9Г9, содержащая 9 % Ni и 8 – 10 % Мп. Немагнитную сталь применяют в приборах, где ферромагнитные материалы могут повлиять на точность показаний. [2]
Немагнитные стали и сплавы являются заменителями цветных металлов в электромашиностроении. [3]
Немагнитные стали применяют при изготовлении установок, рассчитанных на высокие механические нагрузки. Немагнитной является сталь ЭИ269, содержащая 18 5 – 21 5 % Ni, и сталь 55Г9Н9ХЗ, содержащая 7 5 – 9 5 % Ni и 7 5 – 9 5 % Мп. Указанные стали используют для изготовления деталей электрических машин и аппаратов, а также компасных корпусов. [4]
Немагнитные стали и чугуны. Бронзы, латуни, алюминиевые и другие сплавы цветных металлов немагнитны. [5]Немагнитная сталь применяется в приборах, где ферромагнитные материалы могут повлиять на точность показаний. [6]
Немагнитные стали и сплавы применяют в электромашиностроении. Сталь с особыми тепловыми свойствами применяется в тех приборах, где должно быть весьма незначительное тепловое расширение. [7]
Немагнитная сталь и чугун. В качестве заменителей бронзы, латуни и других цветных сплавов в электромашиностроении применяют немагнитную сталь и чугун, имеющие аустенитную структуру. Такая структура получается за счет высокого содержания марганца и никеля, расширяющих 7-область на диаграммах состояния сплавов этих сталей с железом. Она удовлетворг-тельно обрабатывается режущим инструментом, хорошо сопротивляется коррозии, но стоимость ее высока вследствие большого содержания никеля. Эта сталь наиболее распространена, однако обрабатываемость ее несколько хуже, чем немагнитной никелевой стали. Марганцовистая аустенитная сталь очень плохо поддается обработке режущим инструментом, что препятствует ее применению. [8]
Немагнитные стали и сплавы являются заменителями цветных металлов в электромашиностроении. Наибольшее использование имеет сталь марки Н25, содержащая 22 – 25 % №, и марки 55Н9Г9, содержащая 9 % Ni и 8 – 10 % Мп. Немагнитная сталь применяется в приборах, где ферромагнитные материалы могут повлиять на точность показаний. [9]
Немагнитные стали и сплавы являются заменителями цветных металлов в электромашиностроении. [10]
Немагнитные стали
и сплавы ( парамагнитные) применяют в приборостроении в тех случаях, когда ферромагнитные материалы нельзя применять, так как они влияют на точность показания приборов. В качестве немагнитных материалов применяют стали и чугуны с аустенитной структурой. Аустенитные немагнитные стали содержат углерод, никель, хром, марганец и иногда другие элементы. Эта сталь после быстрого охлаждения в воде с 600 С становится полностью немагнитной. Недостатки стали: пониженная теплопроводность, обрабатываемость резанием, высокая стоимость Более низкую стоимость имеют аустенитные никельмарганцевые стали Н12ХГ, 55Г9Н9, ЭИ269 ( 4 – 5 5 % Мп, 18 5 – 21 5 Ni) и др. Они обладают более высокими механическими свойствами и более устойчивы в условиях нагрева, хорошо деформируются в нагретом состоянии, а после нормализации или закалки и в холодном состоянии. [11]Немагнитные стали и сплавы ( парамагнитные) применяют в приборостроении в тех случаях, когда ферромагнитные материалы нельзя применять, так как они влияют на точность показания приборов. В качестве немагнитных материалов применяют стали и чугуны с аустенитной структурой. Аустенйтные немагнитные стали содержат углерод, никель, хром, марганец и иногда другие элементы. Эта сталь после быстрого охлаждения в воде с 600 С становится полностью немагнитной. Недостатки стали: пониженная теплопроводность, обрабатываемость резанием, высокая стоимость Более низ – кую стоимость имеют аустенитные никельмарганцевые стали Н12ХГ, 55Г9Н9, ЭИ269 ( 4 – 5 5 % Мп, 18 5 – 21 5 Ni) и др. Они обладают более высокими механическими свойствами и более устойчивы в условиях нагрева, хорошо деформируются в нагретом состоянии, а после нормализации или закалки и в холодном состоянии. [12]
Немагнитные стали применяют для изготовления деталей магнитных и других специальных приборов. [13]
Немагнитные стали применяют для изготовления деталей магнитных п других специальных приборов. [14]Немагнитные стали применяют при изготовлении установок, рассчитанных на высокие механические нагрузки. Немагнитной является сталь ЭИ269, содержащая 18 5 – 21 5 % Ni, и сталь 55Г9Н9ХЗ, содержащая 7 5 – 9 5 % Ni и 7 5 – 9 5 % Мп. Указанные стали используют для изготовления деталей электрических машин и аппаратов, а также компасных корпусов. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Немагнитная сталь
Изобретение относится к металлургии. Предложена немагнитная сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01-0,03; азот 0,001-0,1; марганец 20-45; хром 0,01-17,2; никель 0,001-6,0; кремний 4,0-4,5; железо – остальное. При этом верхний предел содержания хрома в стали ограничен определенными соотношениями марганца, никеля и азота, которые приводятся в зависимых пунктах формулы. Заявленная сталь имеет коррозионную стойкость в морской воде от 0,0022 до 0,08 мм/год, ударную вязкость 2,0-3,6 МДж/м
Изобретение относится к металлургии, в частности к экономичным аустенитным высококремнистым низкоуглеродистым хромомарганцевым и хромомарганцевоникелевым с содержанием 5-6% никеля сталям.
Известны высокомарганцевые немагнитные стали с кремнием, в которых высокая концентрация хрома в аустенитном твердом растворе достигается за счет наличия в их составе углерода и азота; кроме того, они зачастую содержат дефицитные легирующие элементы, такие как медь, титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден, кобальт, никель, магний, кальций, иттрий, церий и другие, повышающие стоимость и усложняющие технологию выплавки стали. В качестве аналогов служат: авторское свидетельство СССР N 564361, кл. C 22 C 38/38, 1977, авторское свидетельство СССР N 1130618, кл. C 22 C 38/38, 1983, авторское свидетельство СССР N 1463794, кл. C 22 C 38/58, 1989. Основным недостатком этих сталей-аналогов является то, что они представляют собой пересыщенный твердый раствор аустенита, и поэтому величина ударной вязкости их при комнатной и криогенных температурах сильно зависит от характера термической обработки, достигая наибольших значений лишь в закаленном состоянии. По этой же причине в зонах сварного шва возникает высокая вероятность выделения карбидов, нитридов и других избыточных фаз, способствующих появлению хрупкости, а также резкому снижению коррозийной стойкости. Следовательно, такие стали не могут обеспечить надлежащую надежность и долговечность работы сварных конструкций и ответственных изделий в общем и химическом машиностроении, атомной энергетике и т.д. По технической сущности и содержанию основных компонентов наиболее близкой заявляемому изобретению является немагнитная сталь – прототип (авторское свидетельство СССР N 1463794, кл. C 22 C 38/58, 1987 г.), содержащая, мас.%: Углерод – 0,01 – 0,05 Марганец – 18 – 22 Хром – 4,5 – 5,5 Никель – 4,0 – 6,0 Азот – 0,01 – 0,05 Кремний – 3,5 – 4,5Ванадий – 0,2 – 0,6
Железо – Остальное
при условии, что сумма алюминия и ванадия находится в пределах 1,7 – 2,3 [1]. Эта сталь-прототип имеет высокие показатели величины ударной вязкости, пластичности и повышенные значения прочности, однако она недостаточно коррозионностойкая в морской воде, так как концентрация хрома в стали составляет всего лишь 5%. Кроме того, она содержит ванадий и алюминий, которые так же, как и кремний, вводятся в состав аустенитной стали за счет снижения в ней концентрации хрома. Технический результат, свидетельствующий о высоких значениях величин ударной вязкости и пластичности, о повышенных показателях прочности и о повышении коррозионной стойкости, обеспечивается введением в состав низкоуглеродистой немагнитной хромомарганцевой стали кремния и достижением в аустенитном твердом растворе максимально возможной концентрации хрома. Технический результат достигается за счет того, что в сталь, в составе которой содержатся углерод, азот, марганец, хром, никель, железо, дополнительно вводится кремний в количестве 4,0 – 4,5% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод – 0,01 – 0,03
Азот – 0,001 – 0,1
Марганец – 20 – 45
Хром – 0,01 – 17,2
Никель – 0,001 – 6,0
Кремний – 4,0 – 4,5
Железо – Остальное
и ограничении верхнего предела хрома тремя условиями:
% Cr 9 + 0,6 % Mn, для 0,001% никеля и 0,001% азота (1)
% Cr 13 + 0,04 % Mn, для 5-6% никеля и 0,001% азота (2)
% Cr 15 + 0,05 % Mn, для 5-6% никеля и 0,08-0,1% азота (3). Предельные значения хрома, полученные из этих соотношений, отражают границу между однофазной аустенитной и двухфазной аустенито-ферритной областями. Поэтому стали с концентрацией хрома, удовлетворяющей эти соотношения, принадлежат исключительно аустенитной области и, следовательно, они немагнитны. Согласно первому условию, выраженному соотношением (1), в немагнитной стали, содержащей в качестве примесей 0,001% никеля и 0, 001% азота, максимальная концентрация хрома не может быть выше 11,7%. Согласно второму условию, выраженному соотношением (2), в немагнитной стали, содержащей 5-6% никеля и 0,001% азота, максимальная концентрация хрома не может быть выше 14,8%. Согласно третьему условию, выраженному соотношением (3), в немагнитной стали, содержащей 5-6% никеля и 0,08-0,1% азота, максимальная концентрация хрома не может быть выше 17,25%. За пределами этих максимальных концентраций хрома в структуре сталей образуется феррит, который в процессе термического воздействия при температуре ниже 800-850
1. Авторское свидетельство СССР N 1463794. Немагнитная сталь. Пирцхалаишвили В.А. и др., опубл. в Б.И. 1989, N 9. 2. Пирцхалаишвили В.А. Аустенитная область системы Fe – Cr – Mn – Ni. В кн.: Структура и физико-механические свойства немагнитных сталей. М.: Наука, 1986, с. 24. 3. Диаграммы состояния металлических систем. /Под ред. Петровой Л.А. М.: ВИНИТИ, 1986. Вып. 30, т. 2, с. 462, с. 672. 4. Franks K., Binder W., Thompson J. – Trans. ASM, 1955, v. 47, p. 231. 5. Kreiner H. – Arch. Eisenhuttenw., 1957, Bd. 28, H. 2, S. 81.
Формула изобретения
Углерод – 0,01 – 0,03
Азот – 0,001 – 0,1
Марганец – 20 – 45
Хром – 0,01 – 17,2
Никель – 0,001 – 6
Кремний – 4 – 4,5
Железо – Остальное
2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что верхний предел содержания хрома ограничивается следующим соотношением: хром 9 + 0,6 x % марганца, для никеля – 0,001% и азота – 0,001%. 3. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что верхний предел содержания хрома ограничивается следующим соотношением: хром 13 + 0,04 х % марганца, для (5 – 6)% никеля и 0,001% азота. 4. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что верхний предел содержания хрома ограничивается следующим соотношением: хром 15 + 0,05 х % марганца, для (5 – 6)% никеля и (0,08 – 0,1)% азота.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2findpatent.ru
Немагнитная аустенитная сталь – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Немагнитная аустенитная сталь
Cтраница 1
Немагнитные аустенитные стали, например 12Х18Н10Т, после закалки подвергают холодному пластическому деформированию с высокой степенью обжатия, а затем отпуску при 400 – 450 С. [1]
Раньше наиболее широко применялась немагнитная, аустенитная сталь с 25 / о Ni. [2]
Вместо цветных металлов для этой цели применяют более дешевые немагнитные аустенитные стали. [4]
Ротор закрыт неподвижной экранирующей гильзой 2 из немагнитной аустенитной стали, обладающей высокой механической прочностью и большим электросопротивлением. Гильза герметизирует аппарат, воспринимая давление среды. На гильзу насажен статор 3 асинхронного электродвигателя. Благодаря отсутствию сальника возникает возможность сообщить валу практически любую скорость вращения с сохранением полной герметичности реактора. В лабораторных реакторах и автоклавах скорость вращения вала составляет 50 об / сек, в промышленных-обычно 25 об / сек. [5]
Вместо цветных металлов теперь для этой цели применяют более дешевые немагнитные аустенитные стали. Аустенитные нержавеющие ( § 12) или износоустойчивые ( § 15) стали пригодны как немагнитные, если по прочностным свойствам они удовлетворяют поставленным требованиям. Однако сталь Г13 часто не удовлетворяет по прочностным и технологическим свойствам, а аустенитные нержавеющие стали слишком дороги в качестве. В этом случае применяют стали, легированные марганцем, хромом, алюминием при сравнительно повышенном содержании углерода ( около 0 4 %) и ограниченном содержании никеля. [6]
Вместо цветных металлов теперь для этой цели применяют более дешевые немагнитные аустенитные стали. Аустенитные нержавеющие ( § 12) или износоустойчивые ( § 15) стали пригодны как немагнитные, если по прочностным свойствам они удовлетворяют поставленным требованиям. [7]
Роторные бандажные кольца средних и крупных турбогенераторов всегда выполняются из немагнитной аустенитной стали. Выполнение бандажных колец из немагнитной стали позволяет значительно снизить потоки магнитного рассеяния в лобовом пространстве турбогенератора и тем самым уменьшить потери и нагрев в этой зоне машины. Как следует из рисунка, основная нагрузка на бандажное стальное кольцо определяется собственными центробежными силами кольца, по крайней мере две трети напряжений в нем возникают от собственных центробежных сил. [9]
В табл. 3 – 7 приведены составы и примерное назначение некоторых немагнитных аустенитных сталей, а в табл. 3 – 8 – их свойства. [10]
Ответственной деталью является бандажное кольцо, которое предназначено для удержания лобовой части обмотки от деформаций при вращении ротора. Заготовки бандажных колец изготавливают из немагнитной аустенитной стали с присадками никеля и марганца. [11]
В электромашиностроении и приборостроении многие детали изготовляют из немагнитных материалов. Раньше для этой цели применяли цветные материалы, а теперь широко используют немагнитные аустенитные стали. [12]
В электромашиностроении и приборостроении многие детали изготовляют из немагнитных сталей. Раньше для этой цели применяли цветные материалы, а теперь широко используют немагнитные аустенитные стали. Применение этих сталей резко снижает стоимость деталей, а также повышает механические свойства и уменьшает потери на вихревые токи в электроаппаратуре. [13]
Более эффективны электромагнитные фильтры конструкции Хейт-мана ( ФРГ), допускающие варьирование интенсивности магнитного поля. Корпус фильтра изготовляют из немагнитной аустенитной стали, а снаружи он окружен электромагнитной обмоткой. В фильтр загружаются слабомагнитные шарики диаметром 6 – 8 мм, изготовленные из ферромагнитного коррозионностойкого сплава. Конденсат проходит фильтр снизу вверх при обезжелезивании и промывке. Магнитное поле не дает шарикам расширяться даже при высоких скоростях движения воды. На входе и выходе конденсата в фильтре установлены перфорированные листы, ограничивающие пространство для шариков. [14]
Лопатки компрессоров из АУВП находят практическое применение. Перспективно использование АУВП для изготовления лопаток ступеней низкого давления паровых турбин. Другой интересной областью возможного применения углеродных материалов являются бандажные кольца турбогенераторов. На них действуют высокие растягивающие и изгибные нагрузки, причем деформации практически недопустимы. В настоящее время их изготовляют из немагнитных аустенитных сталей. [15]
Страницы: 1
www.ngpedia.ru
Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям, используемым для изготовления высоконагруженных немагнитных деталей, работающих в условиях коррозионного воздействия в энергомашиностроении. Сталь содержит, в мас.%: углерод 0,03-0,06, кремний 0,10-0,60, марганец 0,80-2,00, хром 22,00-24,00, никель 14,00-16,00, молибден 0,80-1,50, медь 0,80-1,50, ванадий 0,08-0,15, ниобий 0,02-0,12, азот 0,45-0,55, цирконий 0,02-0,040, церий 0,005-0,02, кальций 0,005-0,02, алюминий 0,005-0,02, железо и примеси остальное. Сталь обладает высокими механическими свойствами – σ02≥510 Н/мм2, KCU≥300 Дж/см2, и имеет высокую стойкость к язвенной и щелевой коррозии при сохранении уровня немагнитности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям, в частности к созданию сталей, которые могут быть использованы для ряда немагнитных высоконагруженных деталей, работающих в условиях интенсивного коррозионного воздействия в энергомашиностроении и в других областях.
Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при изготовлении высокоэффективного оборудования для специального судостроения, буровой техники и машиностроения.
Известна для этих целей коррозионно-стойкая немагнитная сталь аустенитного класса POLARIT 774 (Германия DIN 1.4539), она имеет следующий химический состав (мас.%):
| Углерод | ≤0,02 |
| Кремний | ≤0,7 |
| Марганец | ≤2,0 |
| Сера | ≤0,01 |
| Фосфор | ≤0,03 |
| Хром | 19,0-21,0 |
| Никель | 24,0-26,0 |
| Молибден | 4,0-5,0 |
| Азот | ≤0,15 |
| Медь | 1,20-2,0 |
| Железо | остальное |
Недостатком этой стали со стабильным аустенитом является низкая прочность и высокое содержание дорогих никеля и молибдена.
Известна для этих целей коррозионно-стойкая немагнитная сталь аустенитного класса следующего состава (мас.%):
| Углерод | 0,04-0,09 |
| Кремний | 0,10-0,60 |
| Хром | 19,0-21,0 |
| Марганец | 5,0-12,0 |
| Никель | 4,5-9,0 |
| Молибден | 0,5-1,5 |
| Ванадий | 0,10-0,55 |
| Ниобий | 0,03-0,30 |
| Кальций | 0,005-0,01 |
| Азот | 0,40-0,70 |
| Железо и примеси | остальное |
(см. патент RU 2205889 С1, кл. С22С 38/58, 10.06.2003).
Недостатком данной стали является большой интервал по содержанию основных легирующих элементов, что приводит к разбросу данных по механическим свойствам и структуре. При содержании аустенитообразующих элементов на нижнем уровне, а ферритообразующих на верхнем уровне в структуре стали появляется δ-феррит, что не позволит использовать эту сталь как немагнитную. Кроме того, из-за повышенного содержания марганца сталь не отвечает экологическим требованиям.
Известна для этих целей коррозионно-стойкая немагнитная сталь аустенитного класса следующего состава (мас.%):
| Углерод | 0,01-0,06 |
| Кремний | 0,10-0,68 |
| Марганец | 0,50-2,00 |
| Хром | 16,00-19,00 |
| Никель | 8,00-10,50 |
| Азот | 0,05-0,25 |
| Церий | 0,001-0,030 |
| Кальций | 0,01-0,50 |
| Бор | 0,001-0,005 |
| Железо и примеси | остальное |
(см. патент RU 2173729 C1, С22С 38/54, С22С 38/58, 20.09.2001).
Недостатком стали является низкий уровень прочности, а именно предел текучести при содержании легирующих элементов на нижнем пределе значительно ниже уровня 400 МПа. Кроме того, при таком легировании нарушается немагнитность стали.
Наиболее близкой к предложенной стали по технической сущности и достигаемому результату является сталь следующего состава (мас.%):
| Углерод | 0,01-0,10 |
| Кремний | 0,05-2,00 |
| Марганец | 0,10-3,00 |
| Хром | 17,00-26,00 |
| Никель | 11,00-24,50 |
| Молибден | 1,00-5,00 |
| Азот | 0,05-0,40 |
| Ванадий | 0,01-0,25 |
| Церий | 0,01-0,05 |
| Кальций | 0,001-0,15 |
| Железо и примеси | остальное |
при выполнении следующих условий [1, 2]:
(см. патент RU 2409697 С1, С22С 38/58, С22С 38/46, 20.01.2011).
Недостатком этой стали является низкий уровень прочности, а именно предел текучести при содержании легирующих элементов на нижнем пределе значительно ниже уровня 400 МПа. Кроме того, при содержании углерода, азота, никеля и марганца на нижнем уровне, а кремния, хрома, молибдена и ванадия на верхнем уровне в структуре возможно появление δ-феррита, который приводит к нарушению немагнитности стали и снижению коррозионной стойкости.
Технический результат – получение экологически чистой высокопрочной коррозионно-стойкой и высоковязкой немагнитной стали. Этот результат достигается тем, что предлагаемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, азот, церий, кальций и железо, согласно предложению дополнительно содержит медь, ниобий, цирконий и алюминий при следующем соотношении компонентов (мас.%):
| Углерод | 0,03-0,06 |
| Кремний | 0,10-0,60 |
| Марганец | 0,80-2,00 |
| Хром | 22,00-24,00 |
| Никель | 14,00-16,00 |
| Молибден | 0,8-1,50 |
| Медь | 0,8-1,50 |
| Ванадий | 0,08-0,15 |
| Ниобий | 0,02-0,12 |
| Азот | 0,45-0,55 |
| Цирконий | 0,02-0,04 |
| Церий | 0,005-0,02 |
| Кальций | 0,005-0,02 |
| Алюминий | 0,005-0,02 |
| Железо и примеси | остальное |
при выполнении следующего условия:
ЭСП=[Cr+3,3Mo+0,7Cu+20C+20N-0,5Mn-0,25Ni],
где ЭСП – эквивалент сопротивления питтинговой коррозии. Чем выше показатель ЭСП, тем выше стойкость нержавеющей стали к язвенной и щелевой коррозии.
Введение в состав стали алюминия в 0,005-0,02 мас.% в сочетании с химически активными элементами кальцием и церием благоприятно изменяет форму неметаллических включений, снижает в стали содержание кислорода и серы, уменьшает количество сульфидных включений, очищает и упрочняет границы зерен и измельчает структуру стали, что приводит к повышению прочности, пластичности и ударной вязкости. Кальций и церий благоприятно воздействуют и на характер нитридных включений, способствуют переходу пленочных включений нитридов алюминия в глобулярные комплексы оксисульфонитридных образований. Совместное воздействие алюминия, кальция и церия открывает дополнительные возможности в управлении структурой и свойствами стали.
При содержании алюминия ниже нижнего предела его воздействие на свойства стали малоэффективно, а содержание его выше верхнего предела вызывает избыточное обогащение границ зерен неметаллическими включениями, что отрицательно сказывается на свойствах стали. Кроме того, при избыточном содержании алюминия резко снижается разливаемость стали.
Микролегирование стали с высоким содержанием азота одновременно ниобием (0,02-0,12 мас.%), ванадием (0,08-0,15 мас.%) и цирконием (0,02-0,04 мас.%) повышает прочность, пластичность и ударную вязкость термообработанной стали за счет измельчения действительного зерна, снижения содержания углерода в аустените и повышения сил межатомных связей и величины сопротивления отрыву. После оптимальной термообработки сталей происходит их сильное упрочнение с сохранением высокой ударной вязкости за счет компенсирующего влияния измельчения зерна. Карбиды и нитриды ванадия, ниобия и циркония имеют близкие параметры кристаллической решетки и обладают неограниченной взаимной растворимостью и образуют карбонитриды. Растворение при нагреве карбонитридов ниобия происходит при более высокой температуре, чем соединений ванадия. Полное растворение карбонитридов ванадия заканчивается при 800-900°С, а карбонитридов ниобия при температуре около 1100°С. Алюминий, нитрид которого растворяется в аустените при более высоких температурах, также способствует измельчению зерна и препятствует его росту при нагреве.
Дополнительное введение ниобия 0,02-0,12 мас.% способствует связыванию углерода в карбиды и карбонитриды, что препятствует образованию карбидов хрома на границах зерен и способствует повышению коррозионной стойкости. Кроме того, растворение при нагреве карбонитридов ниобия происходит при более высокой температуре, чем образование соединений ванадия при температуре около 1100°С, что способствует измельчению зерна и препятствует его росту при нагреве.
При содержании ниобия ниже нижнего предела его воздействие на величину зерна и соответственно на прочность и пластичность малоэффективно, а при содержании ниобия выше верхнего предела увеличивается количество крупных карбидов и карбонитридов, что приведет к снижению пластичности.
Дополнительное введение циркония 0,02-0,04 мас.% существенно увеличивает предел текучести стали без существенного обеднения матрицы стали азотом, а значит, достигается низкая магнитная проницаемость стали. Образующийся при введении в сталь циркония нитрид и карбонитрид циркония растворяются в аустените при более высокой температуре – более 1200°С, что способствует повышению прочности и пластичности за счет карбонитридов циркония, препятствующих росту зерна при нагреве. Дисперсные карбиды и карбонитриды оказывают барьерное действие на мигрирующую границу зерен. Карбонитриды циркония имеют более округлую форму, распределены сравнительно равномерно в литом металле, часть этих включений имеет тенденцию концентрироваться в междуветвиях дендритов и в междендритном пространстве.
При содержании циркония ниже нижнего предела (0,02 мас.%) образование нитридов и карбонитридов циркония протекает при более низких температурах, чем аналогичные соединения ванадия, что не позволяет достичь максимального значения предела текучести. При содержании циркония более 0,04 мас.% образование нитридов и карбонитридов циркония протекает при более высоких температурах, чем аналогичных соединений ванадия, что не позволяет оптимизировать режимы термообработки и снижает предел текучести стали.
Предлагаемая сталь отличается от известной рациональным содержанием углерода 0,03-0,06 мас.%, против 0,01-0,10 мас.%, что является оптимальным для обеспечения высокой технологичности и способствует получению высокой прочности, коррозионной стойкости и более высоких значений пластичности и ударной вязкости.
При содержании углерода ниже нижнего предела его действие на технологические и служебные свойства малоэффективно, кроме того, усложняются процессы выплавки, а при содержании углерода выше верхнего предела ускоряется коалесценция карбидов и обеднение твердого раствора, что снижает пластичность и коррозионную стойкость.
Предлагаемая сталь отличается от известной содержанием хрома 22,0-24,0 мас.%, против 17,0-26,0 мас.%, что является оптимальным для обеспечения стабильности аустенита и высокой коррозионной стойкости.
При содержании хрома ниже нижнего предела снижается растворимость азота в расплаве, что снижает прочность стали, а при содержании хрома выше верхнего предела возможно образование некоторого количества δ-феррита и нарушается немагнитность стали.
Предлагаемая сталь отличается от известной меньшим содержанием молибдена 0,8-1,50 мас.%, против 1,0-5,0 мас.%, что является оптимальным для обеспечения стабильности аустенита и высокой коррозионной стойкости.
При содержании молибдена ниже нижнего предела уменьшается коррозионная стойкость стали, а при содержании молибдена выше верхнего предела, особенно при содержании ферритообразующих элементов на верхнем уровне, возможно образование ферритной фазы, что приведет к изменению немагнитности стали.
Предлагаемая сталь отличается от известной дополнительным содержанием меди 0,80-1,50 мас.%, что является оптимальным для обеспечения стабильности аустенита, высокой прочности и коррозионной стойкости и обеспечения высокой технологичности при литье.
При содержании меди ниже нижнего предела уменьшается коррозионная стойкость стали, а при содержании меди выше верхнего предела снижается горячая пластичность стали при изготовлении деформированных изделий.
Предлагаемая сталь отличается от известной большим содержанием азота 0,45-0,55 мас.%, против 0,05-0,40 мас.%, что является оптимальным для обеспечения стабильности аустенита и высокой прочности и коррозионной стойкости.
При содержании азота ниже нижнего предела уменьшается стабильность аустенита стали, особенно при содержании ферритообразующих элементов на верхнем уровне, возможно образование ферритной фазы, что приведет к изменению немагнитности стали, а при содержании азота выше верхнего предела увеличивается количество крупных карбонитридов и нитридов, что приведет к снижению пластичности.
Предлагаемая сталь отличается рациональным содержанием марганца 0,80-2,00 мас.%, что обеспечивает экологичность проведения технологических процессов выплавки.
Содержание в составе стали углерода до 0,06 мас.%, кремния до 0,60 мас.%, марганца до 2 мас.%, никеля до 16 мас.%, хрома до 24 мас.%, молибдена до 1,50 мас.% обеспечивает возможность выплавки стали традиционными методами на обычных шихтовых материалах и одновременно позволяет получить необходимый уровень твердорастворного упрочнения аустенитной матрицы в сочетании с достаточной коррозионной стойкостью.
В таблице 1 приведен химический состав предлагаемой стали 3 плавок (1, 2, 3), а также состав стали – прототипа (4).
Выплавку проводили в 150-кг индукционной печи с разливкой металла на литые слитки. Слитки ковались на заготовки диаметром 20 мм и квадрат 12×12 мм. После закалки от температуры 1050-1070°С изготавливались образцы для механических испытаний.
В таблице 2 приведены механические свойства, полученные после оптимальной термообработки.
Испытания на растяжение проводили на цилиндрических образцах пятикратной длины с диаметром расчетной части 6 мм в соответствии с ГОСТ 1497-84. Определение ударной вязкости при нормальной температуре производилось на образцах типа 11 по ГОСТ 9454-78.
Фазовый состав металла определяли на рентгеновском дифрактометре ДРОН-4.
Как видно из таблицы 2, предлагаемая сталь имеет значительное преимущество по уровню прочности, пластичности и ударной вязкости по сравнению со сталью-прототипом. Предлагаемая сталь имеет более высокую стойкость к язвенной и щелевой коррозии. Кроме того, при заданном легировании предложенная сталь в отличие от стали-прототипа не имеет магнитной фазы.
Предложенный состав стали позволил обеспечить в структуре стали более однородную структуру, по сравнению со сталью-прототипом, что обеспечивается дополнительным легированием стали Ti, Nb и Al и выбранным соотношением элементов. Предложенная сталь экологически чиста, так как содержит минимальное количество марганца, которое необходимо для проведения технологического процесса.
Предложенная сталь может быть использована в качестве высокопрочного немагнитного коррозионно-стойкого материала для специального судостроения и буровой техники. Предлагаемая сталь прошла широкие лабораторные исследования и рекомендована к промышленному опробованию.
| Таблица 1 | |||||||||||||||||
| Химический состав предлагаемой и известной сталей | |||||||||||||||||
| Состав | Содержание элементов, мас.% | ||||||||||||||||
| С | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | V | Nb | Ti | Ca | Ce | N | Al | S | P | Cu | Fe | |
| 1 | 0,03 | 0,10 | 0,80 | 22,0 | 14,0 | 0,80 | 0,08 | 0,02 | 0,004 | 0,005 | 0,005 | 0,45 | 0,005 | 0,006 | 0,015 | 0,80 | ост. |
| 2 | 0,04 | 0,25 | 1,50 | 23,0 | 15,0 | 0,98 | 0,12 | 0,09 | 0,01 | 0,01 | 0,008 | 0,50 | 0,008 | 0,055 | 0,015 | 1,00 | ост. |
| 3 | 0,06 | 0,60 | 2,00 | 24,0 | 16,0 | 1,50 | 0,15 | 0,12 | 0,03 | 0,02 | 0,025 | 0,55 | 0,02 | 0,008 | 0,009 | 1,50 | ост. |
| 4 | 0,04 | 2,0 | 3,0 | 22,0 | 12,0 | 1,00 | 0,25 | – | – | 0,01 | 0,025 | 0,30 | – | 0,005 | 0,010 | – | ост. |
| Таблица 2 | |||||||
| Механические свойства предлагаемой и известной сталей | |||||||
| Состав стали | σ0,2, Н/мм2 | σв, Н/мм2 | δ, % | Ψ % | KCV, Дж/см2 | Фазовый состав (магнитность) | ЭСП |
| 1 | 520 | 768 | 56 | 60 | 300 | γ | 31,30 |
| 2 | 510 | 775 | 53 | 58 | 295 | γ | 32,05 |
| 3 | 530 | 780 | 52 | 56 | 320 | γ | 39,20 |
| 4 | 365 | 625 | 38 | 50 | 300 | 27,60 |
1. Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, азот, церий, кальций, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит медь, ниобий, цирконий и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,03-0,06 |
| кремний | 0,10-0,60 |
| марганец | 0,80-2,00 |
| хром | 22,00-24,00 |
| никель | 14,00-16,00 |
| молибден | 0,8-1,50 |
| медь | 0,8-1,50 |
| ванадий | 0,08-0,15 |
| ниобий | 0,02-0,12 |
| азот | 0,45-0,55 |
| цирконий | 0,02-0,04 |
| церий | 0,005-0,02 |
| кальций | 0,005-0,02 |
| алюминий | 0,005-0,02 |
| железо и примеси | остальное |
2. Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь по п.1, отличающаяся тем, что эквивалент сопротивления питтинговой коррозии составляет ЭСП=[Cr+3,3Mo+0,7Cu+20C+20N-0,5Mn-0,25Ni].
findpatent.ru
Высокопрочная немагнитная сталь
Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированным высокопрочным, немагнитным, коррозионно-стойким сталям, используемым в качестве конструкционных материалов в судостроении, энергетике, машиностроении и др. отраслях промышленности. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, никель, хром, алюминий, кальций, азот, медь, молибден, ванадий, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,34-0,45, кремний 0,15-0,50, марганец 6,0-8,0, никель 12,5-14,5, хром 0,15-0,30, медь 1,2-2,2, молибден 0,5-1,2, ванадий 1,0-1,7, алюминий 0,005-0,025, кальций 0,0010-0,025, азот 0,05-0,2, железо и примеси – остальное. В качестве примесей сталь содержит в мас.%: серу 0,005-0,020, фосфор 0,005-0,030, свинец 0,0002-0,005, олово 0,0002-0,005, висмут 0,0002-0,005 и мышьяк 0,0002-0,005. Отношение суммарного содержания углерода и азота к ванадию составляет 0,25-0,5, а суммарная концентрация аустенитообразующих элементов удовлетворяет условию: [Ni]+0,5[Cu]+1,15 [Mn]=18-26%. Повышается прочность при сохранении пластичности и ударной вязкости, повышается горячая пластичность при деформировании, уменьшается склонность к охрупчиванию при проведении старения, и обеспечивается стабильно низкая магнитная проницаемость.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированным высокопрочным, немагнитным сталям, используемым в судостроении, энергетике, машиностроении и др. отраслях промышленности в качестве конструкционных материалов.
Известны подобные немагнитные материалы следующих легирующих композиций: Cr-Ni-Mo-V, Cr-Ni-Mo-W-V при содержании хрома 18-23%, никеля 8-14%, молибдена 0,5-0,25%, вольфрама 0,5-1,5%, ванадия 0,5-1,0%, однако уровень прочности таких сталей не превышает 500 МПа и не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к изделиям ответственного назначения из немагнитных коррозионно-стойких сталей [1].
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является сталь, которая содержит (мас.%): 0,29-0,45 углерода, 5-10 марганца, 8-15 никеля, 0,5-2,5 меди, 0,7-2,0 ванадия, 0,2-0,5 кремния, 0,5-2,5 молибдена; железо и неизбежные примеси – остальное [2] – прототип.
Эта сталь имеет высокую прочность после проведения термической обработки (аустенитизация от 1150°C и старение), однако она обладает пониженным уровнем технологической пластичности металла при высоких температурах. Сталь характеризуется узким температурным интервалом при горячей деформации (до 1120-950°C). Сталь-прототип при ее легировании по нижнему пределу ряда основных легирующих элементов (Mn, Ni, Cu) не приводит к получению чисто аустенитной структуры, т.е. теряет немагнитность, µ. (магнитная проницаемость) становится выше 1,01 Гс/Э, появляется альфа-фаза, при этом наблюдается пониженный уровень прочности и пластичности.
При повышенном содержании стали-прототипа примесных элементов она приобретает значительную склонность к охрупчиванию при старении, особенно с ростом прочности.
Технический результат, достигаемый при применении предлагаемого авторами технического решения, – повышение прочности при сохранении характеристик пластичности и ударной вязкости, расширение температурного интервала и повышение горячей пластичности при деформировании (ковка, штамповка, прокатка), уменьшение склонности к охрупчиванию при проведении старения и получение стабильно низкой магнитной проницаемости.
Технический результат достигается тем, что в немагнитную сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, никель, медь, молибден, ванадий, дополнительно введены азот, хром, алюминий, кальций при нормированном содержании примесных элементов и следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,34-0,45 |
| кремний | 0,15-0,50 |
| марганец | 6,0-8,0 |
| никель | 12,5-14,5 |
| медь | 1,2-2,2 |
| молибден | 0,5-1,2 |
| ванадий | 1,0-1,7 |
| хром | 0,15-0,30 |
| алюминий | 0,005-0,025 |
| кальций | 0,0010-0,025 |
| азот | 0,05-0,2 |
| сера | 0,005-0,020 |
| фосфор | 0,005-0,030 |
| свинец | 0,0002-0,005 |
| олово | 0,0002-0,005 |
| висмут | 0,0002-0,005 |
| мышьяк | 0,0002-0,005 |
| железо | остальное, |
при этом отношение суммарного содержания углерода и азота к ванадию соответствует выражению:
а суммарное количество аустенитообразующих металлов удовлетворяет условию:
Сталь характеризуется аустенитной структурой, полученной в результате термической обработки: аустенитизации при 1120-1150°C и старения при температуре 600-650°C в течение 6-15 часов, при этом объемную долю карбидов ванадия в структуре стали поддерживают на уровне 0,6-1,0%.
Введение хрома, повышающего растворимость азота в сплаве, в количестве 0,15-0,30% и азота в количестве 0,05-0,20% способствует дополнительному повышению прочности из-за увеличения объемной доли карбонитридов ванадия – упрочняющей фазы. Увеличение содержания хрома и азота сверх указанного приводит к падению пластических свойств и охрупчиванию металла. При меньшем их содержании дополнительного упрочнения не достигается.
Алюминий в количестве 0,005-0,025% и кальций в количестве 0,001-0,025% способствуют повышению раскисленности стали при выплавке и обработке в ковше, измельчению зерна и формированию неметаллических включений заданной формы и морфологии. При меньшем их содержании металл оказывается недораскисленным, при большем содержании – происходит увеличение размеров неметаллических включений, что приводит к снижению как прочностных, так и пластических свойств металла.
Отношение суммарного содержания углерода и азота к ванадию, определяемое выражением: характеризует количество упрочняющих карбонитридов и карбидов ванадия. При значениях падает пластичность стали.
При значениях не достигается желаемое повышение прочностных характеристик.
Выполнение условия: позволяет получить структуру стабильного аустенита (при таких значениях никелевого эквивалента сталь сохраняет аустенитную структуру и после охлаждения до температуры жидкого азота и при пластической деформации в холодном состоянии по крайней мере до 20%) и оптимальное сочетание прочностных и пластических характеристик. Если значение этой суммы менее 18%, то после холодной пластической деформации более 5% увеличивается магнитная проницаемость стали до значений выше 1,05 Гс/Э. При увеличении значения этой суммы выше 26% падают прочностные свойства.
Количество карбидов ванадия в структуре стали не должно превышать 1,0%. При увеличении их количества более 1,0% снижаются пластические свойства стали, при уменьшении их содержания ниже 0,6% снижаются прочностные характеристики металла.
В ЦНИИ КМ «Прометей» были проведены опытные плавки в индукционной печи с разливом в слитки по 50 кг, из этого металла были сделаны поковки сечением 70×30 мм.
После термообработки были определены механические и магнитные свойства.
Химический состав опытных плавок приведен в таблице 1. Механические свойства заявляемой стали и прототипа после различной длительности старения представлены в таблице 2. Механические свойства после аустенитизации и старения по оптимальному режиму представлены в таблице 3.
При ковке слитков был определен интервал горячей пластичности по критерию появления поверхностных трещин в диапазоне температур ковки. Для известной стали этот интервал находится в диапазоне температур 1120-950°C. Для заявляемой стали интервал температур ковки существенно шире (1180-860°C), что является показателем улучшения ее технологичности. Это явление позволяет производить ковку за меньшее количество выносов, лучше прорабатывать внутренние зоны поковки, измельчать зерно и улучшать прочностные и пластические характеристики стали.
Для получения стабильной аустенитой структуры и высоких свойств стали проводят ее термическую обработку, которая заключается в аустенитизации стали и ее последующем старении. Оптимальным режимом термической обработки заявленной стали является аустенитизация стали при температуре 1140±20°C и старение в течение 10-12 часов при температуре 650°C. При температуре аустенитизации 1140±20оС перед старением у этой стали достигается оптимальное соотношение между растворением карбонитридных фаз и размером зерна. В случае температуры аустенитизации ниже 1120°С последующее старение при 650°C не позволяет получить предел текучести стали более 800 МПа. Это связано с недостаточной степенью растворения карбонитридов ванадия при нагреве под закалку и, соответственно, недостаточным пересыщением γ-твердого раствора углеродом, азотом и ванадием, необходимым для образования в процессе старения при температуре 650°C дисперсных частиц карбонитридов ванадия с объемной долей 0,6-1,0%.
Влияние длительности старения на механические свойства заявленной стали представлены в таблице 2. При уменьшении продолжительности старения от оптимальной длительности 10 часов происходит снижение прочностных характеристик стали; при этом значения пластичности незначительно увеличивается, ударная вязкость также повышается.
Представленная таблица химического состава показывает, что составы №1-3 имеют аустенитную структуру стали, обеспечивающую стабильно низкую характеристику магнитной проницаемости µ<1,005 Гс/Э.
Результаты оценки механических свойств после аустенитизации и после старения показывают следующее:
1. Составы 1, 2 и 3, определяющие базовый состав заявляемой стали, обеспечивают после старения при 650°C сочетание высокой прочности и пластичности при магнитной проницаемости µ<1,01 Гс/Э.
2. При рассмотрении свойств стали-прототипа необходимо отметить, что при легировании по нижнему пределу она имеет магнитную проницаемость µ=1,10-1,20 Гс/Э, т.е. сталь не является полностью немагнитной.
| Таблица 2 | |||||
| Механические свойства заявляемой стали и прототипа после различной длительности старения при 650°C | |||||
| Состав стали | Длительность старения, ч | σ0,2 | σв | Ψ | KCV |
| MПа | % | Дж/см2 | |||
| Заявляемый (средние значения по составам 1, 2, 3) | 4 | 650 | 870 | 65,5 | 135 |
| 6 | 790 | 920 | 64,0 | 120 | |
| 8 | 905 | 1005 | 62,8 | 115 | |
| 10 | 970 | 1055 | 61,4 | 111 | |
| Прототип | 4 | 495 | 720 | 66,0 | 102 |
| 6 | 670 | 880 | 62,4 | 85 | |
| 8 | 770 | 945 | 52,4 | 65 | |
| 10 | 805 | 995 | 49,0 | 58 |
Приведенные значения механических характеристик свидетельствуют о существенно большем сопротивлении охрупчиванию при старении у стали заявляемого состава по сравнению со сталью-прототипом.
| Таблица 3 | ||||||
| Механические свойства (средние значения) и магнитная проницаемость стали после аустенитизации при 1120-1150°C и оптимальном режиме старения 650°C (10-12 часов) | ||||||
| Составы | После старения | |||||
| σ0,2, МПa | σв, МПа | δ, % | Ψ, % | KCV, Дж/см2 | µ, Гс/Э | |
| 1 | 845 | 1010 | 23,0 | 62,2 | 118 | ≤1,01 |
| 2 | 850 | 1020 | 22,0 | 61,4 | ПО | ≤1,01 |
| 3 | 970 | 1140 | 21,8 | 60,2 | 106 | ≤1,01 |
| Прототип | 805 | 995 | 20,8 | 49,0 | 58 | 1,10-5-1,20 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник в трех томах. Издание третье, переработанное и дополненное. Под ред. М.Л.Берштейна и А.Г.Рахштадта. Том II. Основы термической обработки. М., Металлургия, 1983 – аналог.
2. Патент РФ №1813119, кл. C22C 38/16, 28.05.1991 – прототип.
1. Высокопрочная немагнитная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, медь, молибден, ванадий, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром, алюминий, кальций, азот, примесные элементы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,34-0,45 |
| кремний | 0,15-0,50 |
| марганец | 6,0-8,0 |
| никель | 12,5-14,5 |
| хром | 0,15-0,30 |
| медь | 1,2-2,2 |
| молибден | 0,5-1,2 |
| ванадий | 1,0-1,7 |
| алюминий | 0,005-0,025 |
| кальций | 0,0010-0,025 |
| азот | 0,05-0,2 |
| сера | 0,005-0,020 |
| фосфор | 0,005-0,030 |
| свинец | 0,0002-0,005 |
| олово | 0,0002-0,005 |
| висмут | 0,0002-0,005 |
| мышьяк | 0,0002-0,005 |
| железо | остальное |
2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что отношение суммарного содержания углерода и азота к ванадию должно быть в следующих границах
3. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что суммарная концентрация аустенитообразующих элементов должно удовлетворять условию
[Ni]+0,5[Cu]+1,15[Mn]=18-26%.
4. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что количество карбидов ванадия в структуре стали установлено на уровне 0,6-1,0%.
findpatent.ru
Немагнитная сталь – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Немагнитная сталь
Cтраница 2
Немагнитные стали марок 12X18Н9, 55Г5Н20, 45Г17ЮЗ, 55Г9Н9 заменяют дорогостоящие цветные металлы в точных приборах, когда магнитность материала может повлиять на точность показаний. [16]
Немагнитную сталь применяют в приборах, где ферромагнитные материалы могут повлиять на точность показаний. [17]
Из немагнитных сталей чаще других применяется сталь марки Н9Г9, содержащая 0 50 % углерода. Легирующие элементы – никель и марганец – придают большую устойчивость зернам аустенита, и поэтому структура немагнитных сталей даже при комнатной температуре состоит только из зерен аустенита. [18]
Труба из немагнитной стали приварена к фланцу 10, изготовленному из того же материала. [20]
Бандажи из немагнитной стали ( каппы) проходят после предва рительной механической обработки закалку с температуры 1080 – 1100 в проточной воде, отпуск при температуре 440 – 450 с медленным охлаждением для снятия напряжений и холодный наклеп. [21]
Труба из немагнитной стали приварена к фланцу 10, изготовленному из того же материала. [23]
Для транспортирования листовой немагнитной стали целесообразно применение вакуумных грузоподъемных приспособлений с присосками. Металлические присоски имеют кольцевой герметизирующий борт из жаростойкой резины или пластмассы ( неопрена) и закрепляются на траверсе, которая навешивается на крюк мостового крана. Создание вакуума внутри чашек присосок достигается эжектированием или откачиванием воздуха. При эжектировании создается разрежение ( 0 7 – 0 85) бар при давлении эжектирующего воздуха 3 15 бар. Работа вакуумных грузоподъемных приспособлений автоматизирована. [24]
Обыкновенно берут немагнитную сталь 5К 2.5 х 2.5 – 6.25 см 1 или 2 2×2.2 4.8 см2; ок доп 21OU кг / см – или латчнь Х 3 2 X 3 2 10 2 см2; ак. [26]
Особое распространение получили немагнитные стали и чугуны, а также сплавы меди и алюминия, реже применяются полимерные материалы, часто недостаточно прочные ц теплостойкие. Цветные сплавы хорошо обрабатываются резанием и давлением, обладают достаточной коррозионной стойкостью, но их механич. Из-за низкого электросопротивления у них велики потери мощности на вихревые токи. Бронзы относительно дороги и дефицитны. Латуни нередко магнитны из-за примеси железа. В машиностроении, приборо – и анпаратострое-пии применяются немагнитные стали н чугуны с аустенитной структурой, достаточно прочные, нержавеющие при большом содержании Ni или присадке 14 – 18 % Сг. Аустеннтная структура и парамагнетизм стали и чугуна достигаются введением Ni и Ми порознь или вместе. При нормальных темп – pax эксплуатации полученный аустенит весьма устойчив. При длит, нагревах выше 500 – 600 аустенит распадается в связи с карбидизацией, облегчающей Y – – превращение при интенсивном охлаждении и деформировании. Ее недостатками являются: повышение магнитной проницаемости при отрицат. Такие стали обладают часто более стойким аустенитом. [27]
Особое распространение получили немагнитные стали и чугуны, а также сплавы меди и алюминия, реже применяются полимерные материалы, часто недостаточно прочные и теплостойкие. Цветные сплавы хорошо обрабатываются резанием и давлением, обладают достаточной коррозионной стойкостью, но их механич. Из-за низкого электросопротивления у них велики потери мощности на вихревые токи. Бронзы относительно дороги и дефицитны. Латуни нередко магнитны из-за примеси железа. В машиностроении, приборо – и аппаратострое-нии применяются немагнитные стали н чугуны с аустенитной структурой, достаточно прочные, нержавеющие при большом содержании Ni или присадке 14 – 18 % Сг. Аустенитная структура и парамагнетизм стали и чугуна достигаются введением Ni и Мп порознь или вместе. При нормальных темп – pax эксплуатации полученный аустенит весьма устойчив. При длит, нагревах выше 500 – 600 аустенит распадается в связи с карбидизацией, облегчающей у – OS-превращение при интенсивном охлаждении и деформировании. Ее недостатками являются: повышение магнитной проницаемости при отрицат. Такие стали обладают часто более стойким аустенитом. [28]
Термобиметалл инвар – немагнитная сталь обладает высокими показателями прочности и упругости. [29]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Коррозионно-стойкая высокопрочная немагнитная сталь и способ ее термодеформационной обработки
Изобретение относится к металлургии конструкционных сталей и сплавов, содержащих в качестве основы железо с заданным соотношением легирующих и примесных элементов и предназначено для использования в различных областях промышленности. Нагревают слиток из коррозионно-стойкой высокопрочной немагнитной стали, содержащей, мас.%: углерод 0,02-0,06, кремний 0,10-0,60, марганец 9,5-12,5, хром 19,0-21,0, никель 4,5-7,5, молибден 1,2-2,0, ванадий 0,08-0,22, кальций 0,005-0,010, натрий 0,005-0,010, ниобий 0,05-0,15, магний 0,0005-0,001, азот 0,40-0,60, алюминий 0,005-0,01, серу 0,003-0,012, фосфор 0,004-0,025, свинец 0,0002-0,005, висмут 0,0002-0,005, олово 0,0002-0,005, мышьяк 0,0002-0,005, медь 0,05-0,2 и железо остальное. Деформируют слиток в пластину в температурном диапазоне 1240-1000°С с суммарной степенью деформации 40-94%. Охлаждают пластину на воздухе для контроля качества поверхности и ее зачистки. Деформируют полученную пластину в диапазоне температур 1240-1000°С с фиксацией суммарной степени деформации 45-65% по 10-14% за проход в лист, толщина которого в 2,5-3,5 раза меньше толщины пластины. Подстуживают полученный лист на воздухе до 1000-950°С и контролируют температуру по его поверхности. Окончательно деформируют лист за 2-3 прохода по 8-12% за проход с последующим ускоренным охлаждением со скоростью 10-50°С/с до температуры 100-150°С по поверхности листа и дальнейшим охлаждением на воздухе. Сталь обладает повышенными прочностными и пластическими характеристиками, ударной вязкостью и имеет низкую магнитную проницаемость. 2 н.п. ф-лы, 4 табл.
Изобретение относится к металлургии конструкционных сталей и сплавов, содержащих в качестве основы железо с заданным соотношением легирующих и примесных элементов, и предназначено для использования в судостроительной, химической, газонефтедобывающей, электротехнической, геодезии, медицинской областях промышленности.
Известен ряд марок стали, применяемых в указанных отраслях промышленности (например, нержавеющие немагнитные марки сталей типа 08Х18Н10Т, 08Х16Н15М3, 10Х18Н12Т и многие другие их аналоги, в том числе и более высокого уровня легирования, а также стали аустенитного класса дополнительно легированные азотом).
Это следующие стали:
– коррозионно-стойкая немагнитная сталь, содержащая до 0,03% углерода, 0,4-0,6% азота, 23-25% хрома, 5-7% марганца, 16-18% никеля и 4-5% молибдена [1]. Основным недостатком этой стали является невысокая прочность, плохая свариваемость и высокое содержание дорогостоящего никеля и молибдена;
– сталь коррозионно-стойкая, маломагнитная марки 07Х21Г7АН5 [2], содержащая 0,05-0,10% углерода, до 0,7% кремния, 0,15-0,25% азота, 20-22% хрома, 6-8% марганца, 5-6% никеля, 0,05-0,15% ниобия, железо и неизбежные примеси – остальное. Однако эта сталь также обладает недостаточным уровнем прочностных свойств (σ0,2~400 МПа), наличием ферромагнитного дельта-феррита при содержании аустенитообразующих элементов на нижнем пределе марочного состава. Кроме того, эта сталь склонна к межкристаллитной коррозии (МКК).
Рассмотренные стали при существующей технологии их производства не обладают необходимым уровнем прочности (σ0,2 не более 400-450 МПа), немагнитности (магнитная проницаемость µ>1,05 Гс/Э), имеют больший износ при трении в паре лед – поверхность корпуса судна (в случае применения стали в корпусе ледокола – ледовый пояс).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является сталь марки 04Х20Н6Г11М2АФБ по патенту РФ №2205889 от 10.06.2003. Бюллетень №16, содержащая компоненты в следующем соотношении:
| углерод | 0,04-0,9 |
| кремний | 0,10-0,60 |
| марганец | 5,0-12,0 |
| хром | 19,0-21,0 |
| никель | 4,5-9,0 |
| молибден | 0,5-1,5 |
| ванадий | 0,10-0,55 |
| кальций | 0,005-0,010 |
| ниобий | 0,03-0,30 |
| азот | 0,40-0,70 |
| неизбежные примеси и железо | остальное. |
Недостатками прототипа являются нестабильные прочностные и пластические характеристики, повышенная магнитная проницаемость, низкая износостойкость в ледовых условиях, плохая свариваемость, склонность к межкристаллитной коррозии и пониженный уровень горячей технологической пластичности.
Техническим результатом изобретения является получение коррозионно-стойкой стали повышенного уровня прочности, обладающей более стабильными характеристиками механических свойств, пониженной склонностью к межкристаллитной коррозии, повышенной износоустойчивостью в ледовых условиях, улучшенной свариваемостью, низкой магнитной проницаемостью и повышенной горячей технологической пластичностью.
Технический результат достигается тем, что высокопрочная аустенитная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, кальций, ниобий, азот, примеси и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит натрий, магний, алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,02-0,06 |
| кремний | 0,10-0,60 |
| марганец | 9,5-12,5 |
| хром | 19,0-21,0 |
| никель | 4,5-7,5 |
| молибден | 1,2-2,0 |
| ванадий | 0,08-0,22 |
| кальций | 0,005-0,010 |
| натрий | 0,005-0,010 |
| ниобий | 0,05-0,15 |
| магний | 0,0005-0,001 |
| азот | 0,40-0,60 |
| алюминий | 0,005-0,01 |
| железо и примеси | остальное |
при этом в качестве примесей она содержит серу 0,003-0,012 мас.%, фосфор 0,004-0,025 мас.%, свинец 0,0002-0,005 мас.%, висмут 0,0002-0,005 мас.%, олово 0,0002-0,005 мас.%, мышьяк 0,0002-0,005 мас.% и медь 0,05-0,2 мас.%, а между компонентами выполняются следующие соотношения:
– соотношение содержания углерода к содержанию азота
– соотношение суммы карбидообразующих элементов, с учетом коэффициентов активности, к углероду выражено следующим эмпирическим выражением:
где [C], [MN], [Cr], [Mo], [Nb], [V] – содержание в стали углерода, азота, хрома, молибдена, ниобия и ванадия;
– суммарное количество ванадия и ниобия соответствует следующему соотношению: (%С-0,02)·8,3≤% Nb+% V.
Содержание углерода в диапазоне 0,02-0,06% и азота 0,40-0,60%, задающее указанное соотношение, обеспечивает образование необходимого количества и дисперсности карбонитридных фаз, способствующих упрочнению стали в ходе термодеформационного воздействия. При большем содержании углерода и азота в стали увеличивается склонность к хрупкому разрушению в связи с повышенным количеством и размером частиц карбонитридной фазы и ее неравномерным распределением, в том числе как по границам зерен и блоков, так и по плоскостям скольжения, а также повышается склонность к МКК.
При указанном содержании углерода и азота образуются карбиды хрома типа Me23C6 и нитриды хрома типа Cr2N, карбонитриды ниобия и ванадия типа Nb(C, N) и VN. Указанные карбонитридные фазы могут выделяться также на стадиях дополнительной термической обработки после закалки и промежуточных технологических нагревов.
Хром в указанных количествах необходим для обеспечения коррозионной стойкости, а также растворимости азота, который в сочетании с основными аустенитообразующими элементами – Ni, Mn, обеспечивает стабильность аустенитной структуры без образования феррита и сигма-фазы. При данном составе по содержанию никеля и марганца и их взаимным соотношением достигается наибольшая стабильность аустенита и способность растворения в рассматриваемом объеме (0,4-0,6%) азота. При содержании данных легирующих элементов (Ni, Mn) ниже заявляемого предела невозможно добиться чисто аустенитной структуры, а при большем их количестве, хотя и достигается чисто аустенитная структура, но образующийся гамма-твердый раствор обладает повышенным уровнем прочности при горячем пластическом деформировании в узком температурном интервале деформирования – 1220-950°С. Это затрудняет процесс прокатки и ковки заготовок из стали с повышенным содержанием марганца, при этом уровень сдаточных механических свойств остается практически на прежнем уровне.
Введение в сталь ванадия и ниобия в указанных количествах обеспечивает мелкозернистую структуру и повышение прочности за счет образования мелкодисперсных карбонитридов ванадия и ниобия. При этом выполнение условия зависимости суммарного содержания ванадия и ниобия от содержания углерода необходимо для связывания в карбиды избыточного углерода и тем самым предотвращения межкристаллитной коррозии.
Содержание молибдена свыше 2,0% при заданном содержании хрома, марганца и никеля может привести к образованию ферромагнитной фазы (δ-феррит), в соответствии с этим повышению магнитной проницаемости µ>1,05 Гс/Э. При этом также снижаются характеристики пластичности и ударной вязкости, особенно в поперечном направлении.
Легирование кальцием и натрием в указанном количестве (по 0,005÷0,010% в составе металла) способствует улучшению раскисленности стали на стадии выплавки и уменьшению количества оксидов (особенно на базе алюминия и кремния). При содержании кальция и натрия менее 0,005% каждого эффект раскисления незначителен, а в количестве больше 0,010% каждого дальнейшего раскисления практически не происходит, так как происходит выгорание излишков этих элементов. Дополнительно раскисление и модифицирование стали производят добавлением алюминия и магния в указанном количестве (по анализу в металле).
Регламентированное содержание примесных элементов позволяет улучшить характеристики пластичности, как в горячем состоянии при деформировании, так и в холодном состоянии в эксплуатационных условиях. Содержание примесных элементов ниже минимального содержания в соответствии с заявленным составом труднодостижимо в современных условиях производства и может быть достигнуто только в лабораторных условиях с применением особочистых шихтовых материалов. Верхняя граница по содержанию примесных элементов определена тем их содержанием, при котором уже начинается эффект высокотемпературной и низкотемпературной хрупкости.
При данных условиях по легированию основными элементами и ограничения содержания примесных элементов большое значение для обеспечения требуемых характеристик при их стабильных значениях имеет пониженное содержание углерода. При его стабильном содержании ниже 0,06% обеспечивается более равномерная структура без выделения грубодисперсных карбидных фаз, в основном содержащих хром. Это способствует стабилизации характеристик механических свойств, подавлению межкристаллитной коррозии и, соответственно, повышению износоустойчивости в ледовых условиях, улучшению свариваемости и повышению горячей пластичности (сравнительные данные по этим параметрам представлены в табл. №4).
Для достижения указанного технического результата большое значение имеет термодеформационная обработка заявленной стали. В качестве прототипа термодеформационной обработки принят режим горячей пластической деформации [3], состоящий из нагрева слитков до температуры 1200°С с выдержкой 3 часа с последующим деформированием на пластины толщиной 50 мм, которые после охлаждения нагреваются до 1100°С в течение 30 мин и прокатываются на пластины толщиной 14 мм за 10-12 проходов (суммарная степень деформации – 72-75%). Температура конца прокатки составляет ~850°С.
Недостатками такой термодеформационной обработки стали являются невысокие значения пластических характеристик и недостаточный уровень значений ударной вязкости стали.
По режиму-прототипу требуемые свойства не достигаются вследствие того, что при низкой температуре окончания деформации (850°С) происходит сильное текстурирование металла (т.е. направленное вдоль прокатки слоистое расположение деформированных зерен), при котором на границах субзерен наблюдаются выделения нитридных и карбидных частиц, образующихся непосредственно в процессе пластической деформации у стали с повышенным содержанием углерода.
Технический результат изобретения достигается тем, что термодеформационная обработка стали заявленного состава включает в себя нагрев слитка, деформацию слитка в пластину в температурном диапазоне 1240-1000°С/с суммарной степенью деформации 40-94%, охлаждение пластины на воздухе до температуры 10-40°С для контроля качества поверхности и ее зачистки, деформирование полученной пластины в диапазоне температур 1240-1000°С с фиксацией суммарной степени деформации 45-65% по 10-14% за проход в лист, толщина которого в 2,5-3,5 раза меньше толщины пластины, подстуживают полученный лист на воздухе до 1000-950°С, контролируют температуру по его поверхности и окончательно деформируют за 2-3 прохода по 8-12% за проход с последующим ускоренным охлаждением со скоростью 10-50°С/с до температуры 100-150°С по поверхности листа и дальнейшим охлаждением на воздухе.
При заявляемом способе термодеформационной обработки заявленная сталь обладает мелкозернистой чисто аустенитной структурой, которая обеспечивает высокий комплекс механических характеристик. При несоблюдении температуры начала и окончания термодеформационного воздействия, степени деформации и скорости охлаждения после деформирования получение высокопрочной (σ0,2≥850 МПа) немагнитной стали становится невыполнимой задачей.
В случае изменения заданных температурно-деформационных режимов возможны существенные отклонения механических свойств от оптимального уровня. С повышением температуры окончания деформирования будут падать характеристики прочности и несколько повышаться характеристики пластичности и ударной вязкости. С понижением температуры окончания деформирования значительно возрастают характеристики прочности, но падают характеристики пластичности и ударной вязкости.
Термодеформационная обработка также требует регламентации в зависимости от толщины проката. На начальном этапе термодеформационного воздействия кузнечные или листовые слитки деформируют на пластины, толщина которых определяется заданной толщиной листов. В толщинах листов от 10 до 100 мм толщина пластин составляет 2,5-3,5 толщины листа.
Степень деформации пластин зависит от планируемой толщины листа и определяется следующим соотношением:
Степень деформации пластин =
где h3 – толщина слитка (обычно 500 мм)
h2 – толщина пластины.
| Степень деформации, % | 94 | 88 | 82 | 76 | 70 | 58 | 40 |
| Толщина пластины, мм, h2 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 210 | 300 |
Для получения оптимальной степени деформации листа, определяемой соотношением равным 65-70% (h1 – толщина листа) соотношение размеров пластин и листов должно быть следующим:
| h1 – толщина листа, мм | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 70 | 100 |
| h2 – толщина пластины, мм | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 210 | 300 |
При указанных соотношениях геометрических параметров толщин пластин и листов можно получить требуемый комплекс механических и физических характеристик стали.
Пример
Была выплавлена сталь заявляемого состава. Химический состав заявляемой стали и стали-прототипа представлен в таблице 1.
Механические свойства заявляемой стали после горячей прокатки и стали-прототипа определяли на поперечных образцах: разрывных, тип III №4 по ГОСТ 1497, ударных, тип II по ГОСТ 9454. Результаты испытаний представлены в табл. 2.
Была проведена термодеформационная обработка стали заявляемого состава (№2 табл. 1) по двум режимам. По заявляемому режиму слиток нагревали до температуры 1240°С и деформировали на пластину толщиной 100 мм в температурном диапазоне 1240-1000°С с суммарной степенью деформации 60%, затем охлаждали на воздухе и после визуального осмотра поверхности ее зачищали, на втором этапе пластину деформировали на лист толщиной 40 мм в диапазоне температур 1240-1000°С с суммарной степенью деформации 60% за 5 обжатий по 10-14% за проход, затем лист охлаждали на воздухе до 1000° и проводили контроль температуры по поверхности листа. При температуре 1000°С проводили два обжатия по 9-10% за проход с последующим ускоренным контролируемым охлаждением листа (УКО) со скоростью 20°С/с до температуры 150°С по поверхности.
По режиму-прототипу слиток нагревали до температуры 1200°С с выдержкой 3 часа, затем деформировали на пластины толщиной 50 мм, которые после охлаждения снова нагревали до 1100°С в течение 30 мин и проводили деформирование на пластины толщиной 14 мм за 10 проходов. Суммарная степень деформации составляла 72%, температура окончания деформирования была 860°С.
Механические свойства стали после термодеформационной обработки по двум режимам определяли на поперечных образцах: разрывных, тип III №4 по ГОСТ 1497, ударных, тип II по ГОСТ 9454. Результаты испытаний представлены в таблице 3.
Как видно из таблиц 2 и 3, заявляемая сталь по сравнению с прототипом имеет более высокие прочностные и пластические характеристики, значения ударной вязкости, а также низкие значения магнитной проницаемости и может быть использована в судостроительной, электротехнической, химической и других областях промышленности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сталь марки 1.4565S, материалы конференции «High Nitrogen Steeds 90», Aahen, 1990, р.155.
2. А.А.Бабаков, М.В.Приданцев. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М., Металлургия, 1971 г., с.168, ЧМТУ 393-60, ЦНИИЧМ.
3. Г.Ю.Калинин, В.А.Малышевский, С.Ю.Мушникова, В.Д.Ямпольский. «Влияние режима горячей пластической деформации на механические свойства и структуру высокопрочных коррозионно-стойких аустенитных сталей, легированных азотом». Вопросы материаловедения, 2002, №2 (30), с.5.
| Таблица 2 | |||||||
| Механические и магнитные свойства заявляемой стали и прототипа | |||||||
| Сталь | Механические свойства | ||||||
| σВ, МПа | σ0,2, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCV кДж/м2 | µ, Гс/Э | ||
| Заявляемая, | 1 | 1028 | 878 | 38 | 68 | 185 | ≤1,005 |
| №№ составов | 2 | 1100 | 900 | 37 | 65 | 138 | ≤1,005 |
| 3 | 1125 | 980 | 32 | 64 | 121 | ≤1,005 | |
| Сталь-прототип | 825 | 680 | 29 | 57 | 85 | 1,008-1,10 | |
| Примечание. | |||||||
| 1. Свойства стали заявляемого состава и прототипа определяли на образцах, вырезанных из листов толщиной 20÷40 мм. | |||||||
| 2. Приведенные данные усреднены по результатам испытаний трех образцов на точку. |
| Таблица 3 | |||||
| Механические свойства заявляемой стали после термодеформационной обработки по заявляемому режиму и режиму-прототипу | |||||
| Режимы термодеформационной обработки | Механические свойства | ||||
| σв, МПа | σ0,2, МПа | δ5, % | Ψ, % | KCV кДж/м2 | |
| Заявляемый режим | 1079 | 920 | 35 | 66 | 130 |
| Сталь-прототип | 1160 | 1020 | 14 | 35 | 25 |
| Примечание. | |||||
| Приведенные данные усреднены по результатам испытаний трех образцов на точку. |
1. Сталь коррозионно-стойкая высокопрочная немагнитная, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, кальций, ниобий, азот, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит натрий, магний и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,02-0,06 |
| кремний | 0,10-0,60 |
| марганец | 9,5-12,5 |
| хром | 19,0-21,0 |
| никель | 4,5-7,5 |
| молибден | 1,2-2,0 |
| ванадий | 0,08-0,22 |
| кальций | 0,005-0,010 |
| натрий | 0,005-0,010 |
| ниобий | 0,05-0,15 |
| магний | 0,0005-0,001 |
| азот | 0,40-0,60 |
| алюминий | 0,005-0,01 |
| железо и примеси | остальное, |
при этом в качестве примесей она содержит серу 0,003-0,012 мас.%, фосфор 0,004-0,025 мас.%, свинец 0,0002-0,005 мас.%, висмут 0,0002-0,005 мас.%, олово 0,0002-0,005 мас.%, мышьяк 0,0002-0,005 мас.% и медь 0,05-0,2 мас.%, а между компонентами выполняются следующие соотношения:
,
([C]-0,02)·8,3≤[Nb]+[V],
где [C], [N], [Cr], [Mo], [Nb], [V] – содержание в стали углерода, азота, хрома, молибдена, ниобия и ванадия.
2. Способ термодеформационной обработки коррозионно-стойкой высокопрочной немагнитной стали по п.1, включающий нагрев слитка, деформацию слитка в пластину в температурном диапазоне 1240-1000°С с суммарной степенью деформации 40-94%, охлаждение пластины на воздухе для контроля качества поверхности и ее зачистки, деформирование полученной пластины в диапазоне температур 1240-1000°С с фиксацией суммарной степени деформации 45-65% по 10-14% за проход в лист, толщина которого в 2,5-3,5 раза меньше толщины пластины, подстуживают полученный лист на воздухе до 1000-950°С, контролируют температуру по его поверхности и окончательно деформируют за 2-3 прохода по 8-12% за проход с последующим ускоренным охлаждением со скоростью 10-50°С/с до температуры 100-150°С по поверхности листа и дальнейшим охлаждением на воздухе.
findpatent.ru