×
10.04.2019
219.017.074a

Результат интеллектуальной деятельности: АУСТЕНИТНАЯ ВЫСОКОПРОЧНАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ И СПОСОБ ЕЕ ВЫПЛАВКИ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой стали и способу ее выплавки. Аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,04-0,05; хром 19,5-20,5; никель 4,5-5,5; марганец 11,5-13,5; азот 0,40-0,45; ванадий 0,30-0,40; ниобий 0,2-0,3; кремний 0,3-0,8; сера не более 0,020; фосфор не более 0,030; железо и неизбежные примеси - остальное, при соблюдении следующих условий: 50·(% С + % N)/% Cr=1,0-1,3; 3·% Nb/(% С + % N)≤2,0. Способ выплавки стали указанного состава включает расплавление шихты, наведение шлака, продувку кислородом, скачивание шлака, раскисление ванны ферросилицием и кусковым алюминием с последующим присаживанием феррониобия, наведение рафинировочного шлака, введение безазотистых ферросплавов, затем введение в ванну малыми порциями азотированного феррохрома и дополнительное использование установки внепечного рафинирования и вакуумирования и установки «печь-ковш». Использование изобретения обеспечивает чистоту выплавляемой стали по сере и фосфору, а также получение более стабильного и однородного химического состава стали. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии сплавов, содержащих в качестве основы железо с заданным соотношением легирующих и примесных элементов, и предназначено для изделий судового машиностроения (гребных валов, шестерен осей и крепежа палубных механизмов и винтов).

Известна сталь аустенитного класса повышенной прочности 0Х18Г11Н5БАФ (НН-3БФ, ЭП 321), содержащая до 0,08% углерода, 18,0-19,5% хрома, 4,5-5,5% никеля, 10,0-12,5% марганца, 0,48-0,58% азота, 0,9-1,2% ванадия, до 0,8% кремния, до 0,030% серы, до 0,045% фосфора, 0,2-0,4% ниобия и тантала, железо и неизбежные примеси - остальное [1, с.214]. Из-за высокого содержания аустенитообразующих элементов (углерода и азота), а также ванадия при закалке от 1060-1080°С в стали сохраняются карбиды и нитриды легирующих элементов типа Cr23C6, Cr2N, VN, которые, как правило, скоагулированы по границам зерен, что снижает пластичность, ударную вязкость и коррозионную стойкость стали [1, с.222].

Наиболее близкой к изобретению по назначению, составу и потребительским свойствам является аустенитная коррозионно-стойкая сталь со сверхравновесным азотом, содержащая 0,01-0,10% углерода, 15,0-20,0% хрома, 4,0-7,0% никеля, 0,1-3,0% марганца, 0,40-1,00% азота, 0,05-0,50% ванадия, 0,05-0,50% ниобия, 0,1-1,0% кремния, 0,5-4,0% молибдена, до 0,01% алюминия, до 0,01% серы, до 0,03% фосфора, до 0,02% кислорода, 0,05-0,50% титана, 0,05-0,50% вольфрама, 0,5-3,0% кобальта, 0,5-3,0% меди, железо и неизбежные примеси - остальное [2], принятая нами за прототип.

Основным недостатком этой стали является недостаточная пластичность и ударная вязкость, что способствует образованию трещин поковок при изготовлении изделий судового машиностроения.

Технический результат настоящего изобретения - получение аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой стали, имеющей более высокий уровень пластичности и ударной вязкости, характеризующейся большей структурной стабильностью и технологичностью.

Для достижения технического результата в стали, содержащей углерод, хром, никель, марганец, азот, ванадий, ниобий, кремний, железо и неизбежные примеси, снижается содержание углерода, азота, ниобия и увеличивается содержание хрома, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,04-0,05
хром 19,5-20,5
никель 4,5-5,5
марганец 11,5-13,5
азот 0,40-0,45
ванадий 0,30-0,40
ниобий 0,2-0,3
кремний 0,3-0,8
сера не более 0,020
фосфор не более 0,030
железо и неизбежные примеси остальное

При этом должны выполняться следующие условия:

а) 50·(% С+% N)/%Cr=1,0-1,3;

б) 3·% Nb/(% С+% N)≤2,0.

Выполнение условия (а) необходимо для увеличения растворимости азота в стали и обеспечения тем самым ее большей структурной стабильности и однородности.

Выполнение условия (б) позволяет предотвратить интенсивное образование карбидов, нитридов и карбонитридов ниобия, а также их последующую коагуляцию по границам зерен - сталь становится более пластичной и тем самым более технологичной, имеет большую ударную вязкость.

Снижение пределов содержания в стали углерода до 0,04-0,05% позволяет не только повысить растворимость азота, но и предупредить интенсивное образование крупных карбидов типа Cr23C6, которое происходит преимущественно по границам зерен при температуре 600-700°С в процессе медленного охлаждения поковок и приводит к межкристаллитной коррозии и охрупчиванию стали.

Снижение пределов содержания в стали азота до 0,40-0,45% позволяет предупредить образование крупных нитридов типа Cr2N и VN, в том числе и по границам зерен, а также улучшить деформируемость стали при ковке. При указанном содержании азот практически полностью находится в твердом растворе, повышая тем самым прочность аустенита, и лишь небольшое его количество (около 13-17%) сконцентрировано в виде мелкодисперсных, равномерно распределенных по телу зерна карбонитридов и нитридов, не успевающих диффундировать к границам зерен. Последнее способствует повышению пластичности и ударной вязкости стали.

Высокое содержание в стали ниобия (>0,3%) приводит к интенсивному образованию крупных нитридов типа NbN при температуре 800-900°C в процессе медленного охлаждения поковок, последующей коагуляции нитридов по границам зерен - охрупчиванию стали.

При повышении пределов содержания в стали хрома до уровня 19,5-20,5% увеличивается сопротивляемость стали питтинговой коррозии и достигается наилучшее сочетание прочности и пластичности. Увеличение содержания хрома более 20,5% приводит к резкому изменению механических и коррозионных свойств (снижение пластичности, ударной вязкости, стойкости к питтингообразованию). Такое изменение свойств обусловлено появлением в структуре δ-феррита и σ-фазы.

Для достижения вышеназванного технического результата большое значение имеет технология выплавки стали.

Известен способ выплавки азотсодержащей коррозионно-стойкой стали переплавом в электродуговых печах с кислородом [3, с.333]. Расплавив шихту, металл продувают кислородом до получения углерода не более 0,05%. После продувки шлак раскисляют порошком ферросилиция и кусковым алюминием до получения светло-коричневого цвета шлака. Затем шлак скачивают начисто. После скачивания шлака на зеркало металла присаживают феррованадий, феррониобий, металлические хром и марганец. Только после полного усвоения присадок в ванну малыми порциями вводят азотированный феррохром при температуре жидкой стали не более 1440°С. После химического экспресс-анализа металл вместе со шлаком быстро выпускают в ковш. Температура металла в ковше должна быть 1475°С. Разливку металла осуществляют сифонным способом в смазанные лаком восьмигранные изложницы (1,0-5,7 т) с соотношением H/D≥4 (где Н - высота изложницы, D - диаметр вписанной окружности). Недостатком такого способа выплавки является невысокая горячая пластичность и ударная вязкость получаемой стали в состоянии после окончательной термической обработки.

Наиболее близким к изобретению способом выплавки стали является способ получения коррозионно-стойкой аустенитной стали [4]. Способ включает выплавку полупродукта в одной печи и лигатурного сплава в другой с последующим их перемешиванием и рафинированием в сталеразливочном ковше. В качестве полупродукта выплавляют сплав на основе железа и элементов, входящих в состав стали и понижающих растворимость азота в железе. В лигатурный сплав вводят азот и элементы, входящие в состав стали и повышающие растворимость азота в железе. Способ получения коррозионно-стойкой аустенитной стали [4], включающий выплавку полупродукта в электродуговой печи, принят нами за прототип.

Основным недостатком выплавки стали по способу-прототипу является невысокая пластичность и ударная вязкость получаемого металла вследствие недостаточной его чистоты по содержанию серы и фосфора. Кроме этого из-за отсутствия интенсивного перемешивания стали при выплавке, выпуске и разливке, а также относительно широкого температурного диапазона легирования и подготовки металла к разливке (что обусловлено особенностями используемого технологического оборудования) затруднено получение стабильного и однородного химического состава выплавляемой стали.

Сера и фосфор являются постоянными примесями любых сталей, поскольку попадают в металл из руд. Растворимость фосфора в аустените весьма ограничена, и при медленном охлаждении поковок, изготовленных из предлагаемой аустенитной стали, в структуре стали происходит формирование хрупких участков, обогащенных фосфором и неравномерно распределенных по объему металла. В связи с этим содержание фосфора для предлагаемой стали не должно превышать 0,030%. Сера нерастворима в железе и образует сульфид железа FeS, входящий в состав хрупкой и легкоплавкой эвтектики (ТПЛ=988°С), которая расположена, как правило, по границам зерен. Последнее способствует образованию надрывов и трещин при горячей обработке стали давлением (ковке гребных валов, например). В связи с этим содержание серы для предлагаемой стали не должно превышать 0,020%.

Технический результат настоящего изобретения - получение стали с более высокой пластичностью и ударной вязкостью за счет более низкого содержания серы и фосфора, а также более стабильного и однородного химического состава.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе получения коррозионно-стойкой аустенитной стали, включающем выплавку полупродукта в электродуговой печи, дополнительно используется установка внепечного рафинирования и вакуумирования (УВРВ) и установка «печь-ковш».

Согласно изобретению в электродуговой печи выплавляют полупродукт методом переплава легированных отходов с продувкой кислородом, содержащий углерод, хром, никель, марганец, кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,30-0,40
хром*
никель 6,0-7,0
марганец не более 4,0
кремний не более 0,15
сера не более 0,015
фосфор не более 0,020
железо и неизбежные примеси остальное
* для обеспечения нижнего предела содержания хрома в готовой стали содержание хрома в полупродукте рассчитывается с учетом последующего легирования азотом при помощи комбинированных присадок азотированных хрома и марганца на установке УВРВ и без учета его угара при вакуумном рафинировании.

Раскисление металла производят кусковым алюминием в количестве 1,0-1,5 кг/т, молотым коксом в количестве 2,0-3,0 кг/т и алюминиевым порошком в количестве 3,0-4,0 кг/т. Выпуск полупродукта осуществляют в специальный ковш с завышенными бортами для последующего вакуумирования. Шлак перед выпуском скачивают начисто при температуре металла не ниже 1650°С, не допуская попадания печного шлака в ковш.

Рафинирование полупродукта на установке внепечного рафинирования и вакуумирования осуществляют марганцем металлическим марки Мн 965, феррохромом марки ФХ003А, марганцем азотированным с содержанием углерода не более 0,03%, феррохромом азотированным марки ФХН600А с содержанием углерода не более 0,02%.

Температура металла перед вакуумированием должна быть 1650-1680°С. В ковш присаживают известь в количестве 5-6 кг/т и плавиковый шпат в количестве 1,5-2,0 кг/т. Ковш помещают в вакуумную камеру и при достижении вакуума ≈200 мм рт.ст. начинают донную продувку металла аргоном через пористые пробки с расходом аргона 30-40 л/мин. Через 1-2 мин начинают кислородную продувку через расходуемые фурмы через крышку вакуумной камеры с расходом кислорода 20-25 нм3/мин с непрерывным откачиванием газов из пространства вакуумной камеры. При достижении разрежения ≈100 мм рт.ст. продолжают продувку с максимальным расходом кислорода и максимально возможной откачкой отходящих газов из вакуумной камеры. Продувку кислородом заканчивают после подачи его расчетного количества и уменьшения давления в вакуумной камере, связанного с уменьшением количества образовавшихся газов. Время продувки кислородом составляет 40-50 мин. После окончания кислородной продувки продолжают подачу аргона в течение 20-30 мин через днищевые пробки с максимально возможным расходом, при этом давление в камере должно составлять 0,5-1,0 мм рт.ст.

После снятия вакуума на шлак присаживают кусковой алюминий в количестве 3,0-3,5 кг/т, 45% ферросилиций на 0,40% по расчету, плавиковый шпат, осуществляют присадку марганца металлического, феррованадия, феррониобия и снова начинают вакуумирование с продувкой аргоном до образования жидкоподвижного шлака.

После снятия вакуума шлак обрабатывают алюминиевым порошком и производят корректировку химического состава стали с учетом последующих присадок азотированных ферросплавов. При получении жидкоподвижного раскисленного шлака производят присадку азотированного марганца порциями до 600 кг каждая и азотированного хрома из расчета введения единовременно не более 0,015% азота. Температура металла перед разливкой поддерживается в пределах 1500-1510°С.

При заявляемом способе выплавки сталь отличается стабильностью и однородностью химического состава, а также требуемой чистотой по содержанию серы и фосфора, что обеспечивает высокую пластичность, ударную вязкость и технологичность стали.

Полученные данные (табл.1-3) свидетельствуют о том, что сталь предложенного химического состава (№1-3) и полученная заявляемым способом выплавки (№1-3) обладает более высокими характеристиками пластичности и ударной вязкости при сохранении требуемого уровня прочности, отличается лучшими технологическими и эксплуатационными свойствами.

Достигнутый технический результат настоящего изобретения позволяет рекомендовать заявляемую сталь, полученную заявляемым способом выплавки, в качестве материала изделий судового машиностроения, изготавливаемых ковкой.

Литература

1. М.В.Приданцев, Н.П.Талов, Ф.В.Левин. Высокопрочные аустенитные стали. М.: Металлургия, 1969. - 248 с.

2. Пат. JP 2008174789 (А), МПК С22С 38/00; С22С 38/58. Nigh nitrogen austenitic stainless steel / Takahashi Fumio, Momoi Yoshikazu, Kajikawa Koji, Yamada Hitohisa; заявитель и патентообладатель Japan steel works Ltd. - № JP20070008664 20070118; опубл. 31.07.08.

3. А.Д.Крамаров. Производство стали в электропечах. М.: Металлургия, 1964. - 440 с.

4. Пат. 2385948, Российская Федерация, МПК С21С 5/00. Способ получения нержавеющей аустенитной стали / Мурадян О.С., Добровольский А.В. (РФ). - №2008111001/02; заявл. 21.03.08; опубл. 10.04.10. - 2 с.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 171-180 of 251 items.
13.02.2018
№218.016.2013

Установка для промывки топливного бака летательного аппарата газонасыщенной жидкостью (варианты)

Изобретение относится к техническому обслуживанию летательных аппаратов. Установка для промывки топливного бака включает в себя узел промывки, который размещается внутри топливного бака (2), магистраль (4) нагнетания газонасыщенной моющей жидкости в узел промывки и магистраль (5) слива из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641408
Дата охранного документа: 17.01.2018
13.02.2018
№218.016.224e

Высотный активно-реактивный снаряд и способ его функционирования

Группа изобретений относится к военной технике, а именно к активно-реактивным снарядам. Технический результат - увеличение высоты и вероятности поражения быстролетящей цели средствами противовоздушной и противоракетной обороны за счет улучшения полноты сгорания топлива, топливной эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642197
Дата охранного документа: 24.01.2018
04.04.2018
№218.016.3261

Способ калибровки видеограмметрических систем и контрольное приспособление для его осуществления

Изобретение относится к области оптических бесконтактных измерений геометрических параметров формы, положения, движения и деформации объектов в пространстве, в частности к ближней цифровой фотограмметрии и видеограмметрии, и может применяться для прецизионной калибровки видеограмметрических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645432
Дата охранного документа: 21.02.2018
04.04.2018
№218.016.376b

Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов силовой установки летательного аппарата и электрическая синхронизирующая трансмиссия для его реализации

Изобретение относится к силовым установкам летательных аппаратов. Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов (1) силовой установки летательных аппаратов заключается в том, что в случае отказа одного из двигателей внутреннего сгорания (2) муфта свободного хода (4)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646696
Дата охранного документа: 06.03.2018
10.05.2018
№218.016.3aaa

Система управления судовым движителем

Система управления судовым движителем содержит задающее устройство, блок сравнения, два усилителя, два электромагнита золотника, золотник, устройство ввода скорости изменения управляемого параметра, устройство изменения скорости подачи рабочей жидкости, исполнительный механизм, судовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647335
Дата охранного документа: 15.03.2018
10.05.2018
№218.016.47db

Антенный обтекатель и способ его изготовления

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к головным радиопрозрачным обтекателям пеленгационных сверхширокополосных антенн, работающих в диапазоне ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот, и может быть использовано при проектировании и изготовлении радиопрозрачных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650725
Дата охранного документа: 17.04.2018
09.06.2018
№218.016.5e45

Способ изготовления деталей из волокнистого полимерного композиционного материала

Изобретение относится к технологии формования деталей, состоящих из композиционного материала на основе термоактивной матрицы, а именно к способу изготовления деталей из волокнистого полимерного композиционного материала. Способ изобретения включает операции: на одной из рабочих поверхностей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656317
Дата охранного документа: 04.06.2018
21.07.2018
№218.016.7349

Комплекс средств оперативно-командной связи и передачи данных

Изобретение относится к области автоматики, управления и организации оперативно-командной связи и передачи данных в объектах и между объектами автоматизированных систем управления. Технический результат - дополнительные режимы работы комплекса по передаче данных и прослушиванию голосовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002661796
Дата охранного документа: 19.07.2018
28.07.2018
№218.016.768a

Высотный дирижабль

Изобретение относится к области воздухоплавания. Высотный дирижабль имеет полужесткую конструкцию, внутреннюю и внешнюю оболочки, прослойка между которыми наполнена воздухом, внутренняя оболочка разделена на отсеки и наполнена несущим газом. Имеются два продольных боковых жестких элемента,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662593
Дата охранного документа: 26.07.2018
19.08.2018
№218.016.7d43

Двухканальная акустическая форсунка

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для подачи газообразного топлива и газовых компонентов в камеру сгорания воздушно-реактивных двигателей. Двухканальная акустическая форсунка для распиливания газообразного топлива содержит полый цилиндрический корпус с патрубками...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664489
Дата охранного документа: 17.08.2018
Showing 41-45 of 45 items.
29.06.2019
№219.017.9c65

Способ производства штрипса для труб магистральных трубопроводов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству штрипса толщиной 15- 28 мм ответственного назначения. Для повышения прочности, хладостойкости и низкотемпературной вязкости в зоне термического влияния при сварке штрипса получают сталь, содержащую, мас.%: С - 0,03-0,07, Мn...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002397254
Дата охранного документа: 20.08.2010
29.06.2019
№219.017.9c6e

Способ производства толстолистового проката

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения. Для получения проката ответственного назначения с повышенными показателями прочности, при одновременном повышении хладостойкости и низкотемпературной вязкости в зоне термического влияния...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002393236
Дата охранного документа: 27.06.2010
29.06.2019
№219.017.9f92

Способ дуговой наплавки меди и медных сплавов на сталь

Изобретение может быть использовано при изготовлении узлов, деталей и конструкций из стали с наплавленным рабочим слоем из меди или медного сплава, предназначенным для обеспечения их антифрикционных свойств, коррозионной стойкости, электропроводности и др. На подлежащую наплавке поверхность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002470750
Дата охранного документа: 27.12.2012
10.07.2019
№219.017.ad15

Способ производства штрипса для труб магистральных трубопроводов

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству штрипсовой стали для магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм, толщиной не менее 20 мм и не более 40 мм. Для повышения прочностных свойств и сопротивляемости хрупким разрушениям при температуре до -20°С при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002383633
Дата охранного документа: 10.03.2010
01.11.2019
№219.017.dc41

Высокопрочная дисперсионно-твердеющая азотосодержащая коррозионно-стойкая аустенитная сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным дисперсионно-твердеющим азотосодержащим коррозионно-стойким аустенитным сталям, используемым для изготовления высоконагруженных конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте. Сталь содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704703
Дата охранного документа: 30.10.2019
+ добавить свой РИД