RU2033460C1

RU2033460C1 - Ferrite-martensite steel

Info

Publication number: RU2033460C1
Authority: RU
Inventors: Н.П. Талов; Т.А. Маркелова; С.И. Залеский; Л.Н. Смирнов; Р.Ф. Максутов; Ю.Я. Мельников; И.О. Кацин; Е.В. Мокров; В.Г. Ефремов; В.Н. Козлович; Л.А. Агишев
Original assignee: Маркелова Татьяна Александровна
Priority date: 1991-12-14
Filing date: 1991-12-14
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: steel has components at the following ratio, wt.-%: carbon 0.01-0.065; silicon 0.1-1.1; manganese 0.8-1.5; chrome 11.8-15; zirconium 0.15-0.45; aluminium 0.05-0.25; titanium 0.05-0.25; calcium 0.005-0.1; rare-earth metals 0.005-0.1, and iron - the rest. Steel shows enhanced level of ductility properties σ₅ =40% and good technological effectiveness. EFFECT: enhanced quality of steel. 2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии. Сталь предназначается для широкого применения в качестве жаростойкого и коррозионно-стойкого свариваемого материала преимущественно в толщине до 6 мм, в том числе
для использования в системах выхлопных газов ДВС, автомобильных глушителей и др. (выпускных труб, нейтрализаторов и прочих узлов);
для сельскохозяйственной техники агропромышленного производства (орудия для обработки земли, зерносушила и пр.);
для железнодорожных вагонов из нержавеющей стали (взамен стали 08Х18Н10Т, 10Х13Г18Д и др.);
для сантехнического оборудования и бытовых приборов;
для труб подогревателей и других изделий, работающих в слабо- и среднеагрессивных средах на уровне первой ступени устойчивости по содержанию хрома в стали (>12% хрома).The invention relates to ferrous metallurgy. Steel is intended for widespread use as a heat-resistant and corrosion-resistant welded material mainly in a thickness of up to 6 mm, including
for use in internal combustion engine exhaust systems, automobile mufflers, etc. (exhaust pipes, neutralizers and other components);
for agricultural machinery of agricultural production (implements for cultivating the land, grain drying, etc.);
for railway cars from stainless steel (instead of steel 08X18H10T, 10X13G18D, etc.);
for plumbing equipment and household appliances;
for pipes of heaters and other products operating in slightly and medium aggressive environments at the level of the first stage of stability in terms of the chromium content in steel (> 12% chromium).

Известна ферритная хромистая коррозионно-стойкая и жаростойкая сталь 12SR, разработанная фирмой "Армко" ("Armco"), США, которая принимается в качестве аналога, следующего химического состава, мас. C 0,02 Cr 12,0 Si 0,50 Mn 0,25 Al 1,2 Ti 0,3 Nb 0,6 Fe Остальное
Сталь характеризуется следующим уровнем механических свойств: Предел прочности, МПа 496 Предел текучести, МПа 345 Относительное удлинение, 31,5 Твердость, HRB 80,5
Недостатком аналога является повышенное содержание алюминия (1,2%) и титана (0,3%). Это приводит к загрязнению стали неметаллическими включениями и окислами "вторичного окисления" при разливе металла, что снижает технологичность стали в металлургическом производстве и снижает пластичность стали, т.е. снижается технологичность стали и при штамповке.Known ferritic chromium corrosion-resistant and heat-resistant steel 12SR, developed by "Armco"("Armco"), USA, which is taken as an analogue, the following chemical composition, wt. C 0.02 Cr 12.0 Si 0.50 Mn 0.25 Al 1.2 Ti 0.3 Nb 0.6 Fe Else
Steel is characterized by the following level of mechanical properties: Tensile strength, MPa 496 Yield strength, MPa 345 Elongation, 31.5 Hardness, HRB 80.5
The disadvantage of the analogue is the high content of aluminum (1.2%) and titanium (0.3%). This leads to steel contamination by non-metallic inclusions and “secondary oxidation” oxides during metal spills, which reduces the manufacturability of steel in metallurgical production and reduces the ductility of steel, i.e. the technological effectiveness of steel is also reduced during stamping.

Окислы алюминия и титана "вторичного окисления" распределяются в стали неравномерно по высоте слитка и длине раската (полосы), возникает неоднородность структуры металла, а следовательно, и нестабильность механических свойств. Oxides of aluminum and titanium of "secondary oxidation" are distributed in steel unevenly along the height of the ingot and the length of the roll (strip), there is a heterogeneity of the metal structure, and hence the instability of the mechanical properties.

Вторым существенным недостатком стали 12SR является то, что она содержит дефицитный ниобий (0,6%). The second significant drawback of 12SR steel is that it contains deficient niobium (0.6%).

Известна хромистая сталь следующего химического состава, мас. C 0,01-0,06 Cr 10,5-16,5 Si 0,3-1,5 Mn 0,3-1,5 Al 0,03-0,45 Zr 0,51-1,5 Примеси: Ni До 0,3 Сu До 0,3 S До 0,025 Р До 0,035 N До 0,03 Железо Остальное Данная сталь принимается в качестве прототипа. Known chrome steel of the following chemical composition, wt. C 0.01-0.06 Cr 10.5-16.5 Si 0.3-1.5 Mn 0.3-1.5 Al 0.03-0.45 Zr 0.51-1.5 Impurities: Ni Up to 0.3 Cu Up to 0.3 S Up to 0.025 P Up to 0.035 N Up to 0.03 Iron Else This steel is accepted as a prototype.

Недостатками прототипа являются
недостаточная пластичность стали и нестабильность механических свойств по длине раската полосы. Характеристики пластичности стали на одной и той же плавке по длине раската полосы колеблются от 30 до 50%
пониженная технологичность в металлургическом производстве. При разливе металла это выражается в "затягивании" (закупорке) разливочного стакана и разъедании огнеупорной пробки стопорного устройства. Все это приводит к загрязнению стали неметаллическими включениями и окислами "вторичного окисления" и снижению пластичности.The disadvantages of the prototype are
insufficient ductility of steel and instability of mechanical properties along the length of the strip. The ductility characteristics of steel on the same melt along the length of the strip roll range from 30 to 50%
reduced manufacturability in metallurgical production. When spilling metal, this is expressed in "tightening" (blocking) the pouring cup and corroding the refractory stopper of the locking device. All this leads to steel contamination with non-metallic inclusions and oxides of "secondary oxidation" and a decrease in ductility.

Причиной указанных недостатков прототипа является повышенное содержание алюминия (до 45%) и циркония (более 0,51%). The reason for these disadvantages of the prototype is the high content of aluminum (up to 45%) and zirconium (more than 0.51%).

Цель изобретения устранение недостатков, присущих прототипу, повышение пластичности стали, достижение структурной однородности стали, стабильности механических свойств, технологичности процессов в металлургическом и машиностроительном производстве. The purpose of the invention is the elimination of the disadvantages inherent in the prototype, increasing the ductility of steel, achieving structural uniformity of steel, stability of mechanical properties, processability of processes in the metallurgical and engineering industries.

Это достигается тем, что ферритомартенситная сталь, включающая углерод, кремний, марганец, хром, цирконий, железо, алюминий, никель, медь, фосфор, серу, азот, дополнительно содержит титан, кальций, редкоземельные металлы (РЗМ) (Се, La и др.) при следующем соотношении ингредиентов, мас. Углерод 0,010-0,065 Кремний 0,10-1,10 Марганец 0,80-1,50 Хром 11,8-15,0 Цирконий 0,15-0,45 Алюминий 0,05-0,25 Титан 0,05-0,25 Кальций 0,005-0,10 РЗМ (Се, La и др. ) 0,005-0,10 Никель Не более 0,60 Медь Не более 0,50 Фосфор Не более 0,08 Сера Не более 0,03 Азот Не более 0,03 Железо Остальное
Хром в заданных пределах обеспечивает коррозионную устойчивость стали в агрессивных средах на уровне первой степени стойкости по содержанию хрома (> 12% хрома) и жаростойкость при высоких температурах, являясь основным легирующим элементом стали.This is achieved by the fact that ferritomartensitic steel, including carbon, silicon, manganese, chromium, zirconium, iron, aluminum, nickel, copper, phosphorus, sulfur, nitrogen, additionally contains titanium, calcium, rare-earth metals (REM) (Ce, La, etc. .) in the following ratio of ingredients, wt. Carbon 0.010-0.065 Silicon 0.10-1.10 Manganese 0.80-1.50 Chromium 11.8-15.0 Zirconium 0.15-0.45 Aluminum 0.05-0.25 Titanium 0.05-0 25 Calcium 0.005-0.10 REM (Ce, La, etc.) 0.005-0.10 Nickel No more than 0.60 Copper No more than 0.50 Phosphorus No more than 0.08 Sulfur No more than 0.03 Nitrogen No more than 0 , 03 Iron Else
Chromium within specified limits ensures the corrosion resistance of steel in aggressive environments at the level of the first degree of resistance to chromium content (> 12% chromium) and heat resistance at high temperatures, being the main alloying element of steel.

Кремний способствует повышению жаростойкости стали (совместно с хромом) до уровня 900^оС.Silicon helps to increase the heat resistance of steel (together with chromium) to a level of 900 ^about C.

Марганец в заданных пределах устраняет структурные превращения в промежуточной области температур (500-750^оС) с образованием структур игольчатого δ-феррита, верхнего и нижнего игольчатого троостита (бейнита, zwischenstufe), приводящих к охрупчиванию, особенно при сварке, устраняя склонность стали к образованию трещин в зоне термического влияния сварного шва.Manganese within a predetermined range eliminates structural transformation at intermediate temperatures (500-750 ° ^C) to form a δ-structure of acicular ferrite, upper and lower needle troostite (bainite, zwischenstufe), leading to embrittlement, especially during welding, eliminating the tendency to the formation of steel cracks in the heat affected zone of the weld.

Цирконий в заданных пределах эффективно стабилизирует сталь в момент кристаллизации стали, образуя мелкодисперс- ные зародыши кристаллизации (нитриды, карбиды, оксиды и сульфиды), тем самым измельчая зерна кристаллизующейся двухфазной структуры из δ-феррита и аустенита, что повышает пластичность стали при деформации в горячем и холодном состоянии. Zirconium within the specified limits effectively stabilizes steel at the time of steel crystallization, forming finely dispersed crystallization nuclei (nitrides, carbides, oxides and sulfides), thereby crushing grains of a crystallizing two-phase structure from δ-ferrite and austenite, which increases the ductility of steel during deformation in hot and cold.

Аналогичные действия оказывают на формирование структуры стали алюминий, титан, кальций и РЗМ. Они связывают вредные примеси (углерод, кислород и серу) в устойчивые дисперсные карбиды, нитриды, оксиды и сульфида этих элементов, выделяющихся равномерно в объеме стали, предотвращая тем самым выделение карбидов, нитридов, оксидов и сульфидов хрома по границам зерен феррита, охрупчивающих сталь. Similar actions are exerted on the formation of the structure of steel by aluminum, titanium, calcium and rare-earth metals. They bind harmful impurities (carbon, oxygen, and sulfur) into stable dispersed carbides, nitrides, oxides, and sulfides of these elements, which are released evenly in the volume of steel, thereby preventing the release of carbides, nitrides, oxides, and sulfides of chromium along the boundaries of ferrite grains that embrittle steel.

Общее количество присутствующих активных элементов в предлагаемой стали рассчитано таким образом, что практически все они связываются в устойчивые фазы с вредными примесями (С, N, O, S). Так как эти фазы разнородны по своей природе (нерастворимые друг в друге соединения), то это приводит к дисперсности и более равномерному распределению их во всем объеме стали. Это в конечном итоге обеспечивает более высокий уровень пластичности стали и стабильность механических свойств. The total number of active elements present in the proposed steel is calculated in such a way that almost all of them bind in stable phases with harmful impurities (C, N, O, S). Since these phases are heterogeneous in nature (compounds insoluble in each other), this leads to dispersion and a more uniform distribution of them throughout the volume of steel. This ultimately provides a higher level of ductility of steel and the stability of mechanical properties.

В результате всех реакций структурообразования остаточное содержание углерода и азота в твердом растворе предлагаемой стали не превышает 0,01-0,02% что практически соответствует пределу растворимости этих элементов в твердом растворе. Отсутствие избыточного содержания в жидком растворе таких активных элементов, как алюминий, титан, цирконий, существенно уменьшает возможность загрязнения неметаллическими включениями и окислами этих элементов "вторичного окисления" стали при разливке, а также устраняется возможность "затягивания" разливочного стакана, что считается аварийной ситуацией при разливке жидкого металла. As a result of all structural formation reactions, the residual content of carbon and nitrogen in the solid solution of the proposed steel does not exceed 0.01-0.02%, which practically corresponds to the solubility limit of these elements in the solid solution. The absence of an excess content of active elements such as aluminum, titanium, zirconium in a liquid solution significantly reduces the possibility of non-metallic inclusions and oxides of these elements secondary contaminating the steel during casting, as well as eliminating the possibility of "tightening" the pouring nozzle, which is considered an emergency situation pouring liquid metal.

Допустимые примеси никеля (до 0,6%) и меди (до 0,5%) по существу не изменяют структурное состояние и механические свойства стали, но несколько улучшают состояние границ зерен феррита, повышая тем самым ее пластичность. Permissible impurities of nickel (up to 0.6%) and copper (up to 0.5%) essentially do not change the structural state and mechanical properties of steel, but somewhat improve the state of the grain boundaries of ferrite, thereby increasing its ductility.

Таким образом, заявленная сталь соответствует критерию "изобретательский уровень". Thus, the claimed steel meets the criterion of "inventive step".

Сталь может выплавляться в обычных электросталеплавильных печах с применением низкоуглеродистого феррохрома, в том числе методом переплава углеродистых и хромистых отходов, или с применением более современных и экономичных методов выплавки в конвертерах (методы АОД, ВОД, АКР и до.). Steel can be smelted in conventional electric steel furnaces using low-carbon ferrochrome, including the method of remelting carbon and chromium wastes, or using more modern and economical methods of smelting in converters (methods AOD, VOD, AKP, etc.).

Сталь изготовляется методом горячей и холодной прокатки в виде листа, рулонной стали и ленты и сваривается всеми известными методами сварки, в том числе в производстве сварных труб. Steel is produced by hot and cold rolling in the form of a sheet, rolled steel and tape and is welded by all known welding methods, including in the production of welded pipes.

В табл. 1 приведен химический состав исследованных хромистых сталей, в том числе трех промышленных плавок стали, принятых за аналог (7, 8, 9), и фирменной стали 12SR (6). In the table. Figure 1 shows the chemical composition of the studied chromium steels, including three industrial steel melts taken as analogs (7, 8, 9), and branded steel 12SR (6).

В табл. 2 представлены результаты механических испытаний исследованных хромистых сталей в отожженном состоянии толщиной 1,5 мм, как предлагаемой стали (1, 2, 3, 4, 5), так и известных (6, 7, 8, 9). Данные показывают преимущества предлагаемой стали по уровню пластичности (δ₅ > 43%) и стабильности механических свойств по другим характеристикам.In the table. 2 shows the results of mechanical tests of the studied chromium steels in the annealed state with a thickness of 1.5 mm, both of the proposed steel (1, 2, 3, 4, 5) and known (6, 7, 8, 9). The data show the advantages of the proposed steel in terms of ductility (δ ₅ > 43%) and the stability of mechanical properties according to other characteristics.

Физические характеристики предлагаемой стали: Плотность, ρ˙ 10³, кг/м³ 7,75 Модуль упругости, Е, ГПа 236
Коэффициент линейного расширения, α˙ 10⁶
при 20 100^оС, 11,0
при 20 500^оС 11,3
при 20 1000^оС 12,7
Коэффициент теплопроводности, λ Вт/мK
Удельное элекросопротивление, ρ˙ 10⁶, Ом ˙ м
Температура Т, ^оС Т λ ρ 20 22,73 0,72 100 22,73 0,78 200 22,98 0,85 300 24,20 0,92 400 25,12 0,97 500 26,10 1,05 600 26,10 1,15 700 26,21 1,23 800 26,33 1,29 900 26,96 1,33
Таким образом, заявленная новая сталь обладает высоким техническим эффектом и изобретательским уровнем.Physical characteristics of the proposed steel: Density, ρ˙ 10 ³ , kg / m ³ 7.75 Modulus of elasticity, E, GPa 236
The coefficient of linear expansion, α˙ 10 ⁶
at 20 100 ^about С, 11.0
at 20 500 ^about With 11.3
at 20 1000 ^about C 12.7
Heat conductivity coefficient, λ W / mK
Electrical resistivity, ρ˙ 10 ⁶ , Ohm ˙ m
Temperature Т, ^о С Т λ ρ 20 22.73 0.72 100 22.73 0.78 200 22.98 0.85 300 24.20 0.92 400 25.12 0.97 500 26.10 1.05 600 26.10 1.15 700 26.21 1.23 800 26.33 1.29 900 26.96 1.33
Thus, the claimed new steel has a high technical effect and inventive step.

Claims

FERRITO-MARTENSITY STEEL containing carbon, silicon, manganese, chromium, zirconium, aluminum, iron, characterized in that it additionally contains titanium, calcium, rare earth metals in the following ratio of components, wt.

Carbon 0.010 0.065
Silicon 0.10 1.10
Manganese 0.80 1.50
Chrome 11.8 15.0
Zirconium 0.15 0.45
Aluminum 0.05 0.25
Titanium 0.05 0.25
Calcium 0.005 0.10
Rare earth metals 0.005 0.10
Iron Else