Высокопрочная дисперсионно-твердеющая азотосодержащая коррозионно-стойкая аустенитная сталь

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к области легированных высокопрочных коррозионностойких сталей, используемых для высоконагруженных конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте.

Известна коррозионностойкая хромоникелевая сталь 0Х18АН12 [Бабаков А.А., Приданцев В.М. Коррозионностойкие стали и сплавы. М. Металлургия, 1971. С. 124, 127], обладающая высокой пластичностью (δ=63%, ψ=78%) и ударной вязкостью (KCU=3,4 МДж/м²), содержащая следующие компоненты, масс. %:

Основными недостатками этой стали является низкая прочность (σ_в=608 МПа, σ_0,2=268 МПа).

Наиболее близкой по химическому составу к предлагаемому техническому решению является коррозионностойкая хромоникелевая сталь 03Х18АН12 [Приданцев В.М., Талов Н.П., Левин Ф.Л. Высокопрочные аустенитные стали. М.: Металлургия. 1969. с. 64], содержащая следующие компоненты, масс. %:

Основным недостатком этой стали являются низкая прочность (σ_в=625 МПа, а₀₎₂=300 МПа).

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа легирования и обработки, позволяющего получать высокопрочную коррозионностойкую сталь, обладающую по сравнению со сталью 0Х18АН12 более высоким пределом текучести, и пределом прочности при сохранении повышенной пластичности и ударной вязкости.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности при сохранении высокой пластичности и ударной вязкости коррозионностойкой стали.

Технический результат достигается тем, что коррозионностойкая аустенитная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, ванадий, железо и примеси, согласно изобретению содержит компоненты в следующем соотношении, масс. %:

При этом, содержания углерода и азота удовлетворяют условию:

[С]:[N]≤0,12. Сталь после закалки от 1200-1250°С и последующего старения при 650°С в течение 5 часов имеет характеризуется структурой азотистого аустенита, дисперсноупрочненного нитридами ванадия.

Дополнительное введение азота в состав стали в количестве 0,15-0,25% приводит к повышению прочности. Увеличение показателей прочности стали после закалки от 1200 - 1250°С обусловлено наличием азота в γ-твердом растворе, а после старения упрочнением дисперсными (~ 60 ) частицами нитридов VN, выделяющимися в процессе нагрева при температуре 650°С. При концентрации азота более 0,25% трудно получить качественный металл без пористости из-за высокого содержания никеля, снижающего растворимость азота.

При содержании углерода более 0,03% по границам зерен выделяются крупные частицы карбидов хрома типа Ме₂₃С₆, приводящие к снижению пластичности и ударной вязкости. При отношении содержаний углерода и азота C/N≤0,12, такие карбиды не образуются.

Введение в сталь с 16-18% Сr и 11-13% Ni ванадия в количестве 0,8-1,2% повышает растворимость азота в аустените и позволяет получать сталь с содержанием азота до 0,25%. Увеличение содержания ванадия (ферритообразующего элемента) в количестве более 1,2% приводит к снижению стабильности аустенита по отношению к мартенситному превращению при охлаждении, а уменьшение его содержания менее 0,8% не позволяет металлу приобрести заданную прочность.

Увеличение концентрации никеля более 13,0% приводит к снижению растворимости азота, и значительному возрастанию стоимости металла. При содержании никеля менее 11,0% не удается сохранить стабильно аустенитную структуру при пластической деформации.

Введение в сталь, содержащую 16-18% Сr и 11-13% Ni, марганца в количестве 0,5-1,0% достаточно для раскисления стали.

Сталь выплавляли в открытой индукционной печи. Составы стали опытных плавок приведены в таблице 1.

Термическую обработку проводили по режимам, состоящим из закалки от 1200-1250°С с охлаждением в воде и последующего старения при 650-700°С в течение 4-5 часов. Результаты механических испытаний металла приведены в таблице 2.

Таким образом, по результатам испытаний видно (таб. 2), что предлагаемая сталь, в отличие от прототипа обладает более высоким пределом текучести, и пределом прочности при сохранении повышенной пластичности и ударной вязкости, что приводит к увеличению долговечности и надежности высоконагруженных изделий и конструкций из этой стали.