RU2040578C1

RU2040578C1 - Ferritic stainless steel

Info

Publication number: RU2040578C1
Application number: RU93006695A
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Филимонов; В.Н. Павлов; В.Л. Мизецкий; Р.Ф. Максутов; Л.А. Агишев; В.Н. Яськин; И.А. Повышев; Н.А. Минченко; М.А. Скотникова; Н.В. Першин
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: steel contains, by weight: carbon 0.01-0.3, silicium 0.3-0.7, manganese 0.3-0.6, chromium 16.5-18.0, vanadium 0.1-0.6, nitrogen 0.01-0.06, cerium 0.005-0.05, calcium 0.001-0.01, iron the balance. Total amount of carbon and nitrogen must not exceed 0.07 and vanadium: carbon ratio must not be less than 10. EFFECT: improved complex of physico-mechanical and technological properties of steel used for manufacturing of equipment for food-processing industry, as compared to known constructional materials, enhanced reliability in operation and service life of this equipment. 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, легированной стали и может быть использовано в общем и торговом машиностроении при производстве современного технологического оборудования для пищевых и перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса. The invention relates to metallurgy, alloy steel and can be used in general and commercial engineering in the production of modern technological equipment for food and processing industries of the agro-industrial complex.

Известны нержавеющие стали и сплавы, применяемые как конструкционный материал в указанных отраслях машиностроения (стали марок 08Х17Т, 12Х17, 08Х18Т1 и др. по ГОСТ 5623-72). Однако известные марки сталей не обеспечивают необходимого уровня основных физико-механических и технологических свойств и не отвечают современным требованиям производства и эксплуатации изделий продовольственного машиностроения. Stainless steels and alloys are known that are used as structural material in these engineering industries (steel grades 08X17T, 12X17, 08X18T1 and others according to GOST 5623-72). However, well-known steel grades do not provide the necessary level of basic physical, mechanical and technological properties and do not meet the modern requirements for the production and operation of food engineering products.

Наиболее близкой к предлагаемой является высокохромистая безникелевая сталь марки 12Х17 (ГОСТ 5632-72), содержащая, мас. Углерод ≅ 0,12 Кремний ≅ 0,8 Марганец ≅ 0,8 Хром 16,0-18,0 Сера ≅ 0,025 Фосфор ≅ 0,035 Железо Остальное
Данную марку стали указанным ГОСТом рекомендуется использовать как материал-заменитель никельсодержащих металлов и сплавов для кухонного и моечного оборудования предприятий общественного питания и торгового машиностроения.Closest to the offer is high-chromium nickel-free steel grade 12X17 (GOST 5632-72), containing, by weight. Carbon ≅ 0.12 Silicon ≅ 0.8 Manganese ≅ 0.8 Chromium 16.0-18.0 Sulfur 25 0.025 Phosphorus 35 0.035 Iron Else
This steel grade specified by GOST is recommended to be used as a substitute material for nickel-containing metals and alloys for kitchen and washing equipment of catering and commercial machinery.

Однако известный материал не обладает требуемым комплексом физико-механических свойств ( σ_0,2δ ЛДК, число перегибов и др.) и не обеспечивает необходимой технологичности при производстве тонколистового рулонного проката и изделий, получаемых методом глубокой вытяжки и штамповки.However, the known material does not possess the required set of physicomechanical properties (σ _0.2 δ LDK, the number of kinks, etc.) and does not provide the necessary manufacturability in the production of sheet steel coils and products obtained by deep drawing and stamping.

Целью изобретения является создание новой стали, обладающей более высоким уровнем физико-механических и технологических свойств по сравнению с известными аналогами, что обеспечивает повышение работоспособности и эксплуатационной надежности создаваемого технологического оборудования. The aim of the invention is the creation of new steel with a higher level of physico-mechanical and technological properties in comparison with the known analogues, which provides increased efficiency and operational reliability of the created technological equipment.

Цель достигается введением в состав заявляемой композиции оптимального количества ванадия, азота, церия и кальция. Содержание серы и фосфора в стали соответствует требованиям ГОСТ 5632-72 и не превышает, соответственно, 0,025 и 0,035 мас. The goal is achieved by introducing into the composition of the claimed composition the optimal amount of vanadium, nitrogen, cerium and calcium. The sulfur and phosphorus content in the steel meets the requirements of GOST 5632-72 and does not exceed, respectively, 0.025 and 0.035 wt.

Предлагается сталь, содержащая, мас. Углерод 0,01-0,03 Кремний 0,3-0,7 Марганец 0,3-0,6 Хром 16,5-18,0 Ванадий 0,1-0,6 Азот 0,01-0,06 Церий 0,005-0,05 Кальций 0,001-0,001 Железо Остальное
Соотношение легирующих и модифицирующих элементов в заявляемой стали выбрано таким, чтобы структура и основные физико-механические свойства металла обеспечивали значительное повышение служебных и эксплуатационных характеристик оборудования.The proposed steel containing, by weight. Carbon 0.01-0.03 Silicon 0.3-0.7 Manganese 0.3-0.6 Chromium 16.5-18.0 Vanadium 0.1-0.6 Nitrogen 0.01-0.06 Cerium 0.005 -0.05 Calcium 0.001-0.001 Iron Else
The ratio of alloying and modifying elements in the inventive steel is chosen so that the structure and basic physical and mechanical properties of the metal provide a significant increase in the service and operational characteristics of the equipment.

Введение в заявляемую сталь микролегирующих добавок ванадия и азота в указанном соотношении с другими элементами улучшает ее структурную стабильность и обеспечивает требуемый уровень прочностных и пластических свойств рулонного проката, что увеличивает выход годного на стадии металлургического предела и повышает работоспособность материала в конструкции. Обладая способностью увеличивать дисперсность зерна, ванадий в заданном соотношении с азотом существенно повышает предельное сопротивление упругой деформации и, в первую очередь, такую важную расчетную характеристику, как предел текучести, улучшает сварочно-технологические свойства, благотворно влияет на процессы теплового и деформационного старения металла в условиях длительной эксплуатации. Выбор указанного соотношения ванадия к углероду также направлен на обеспечение оптимального сочетания основных физико-механических, технологических и коррозионных свойств материала. При величине этого отношения, равной 10 и более, практически весь углерод в стали связан в специальные карбиды, что способствует более равномерному распределению хрома по всему объему зерна и полному подавлению склонности металла к локальным видам коррозии. При несоблюдении этого соотношения свободные атомы углерода активно взаимодействуют с атомами хрома, образуют высокохромистые карбиды типа Сч₂₃С₆, обедняя приграничные области по хрому и повышая чувствительность границ зерна к межкристалличной коррозии и межкристаллитному коррозионному растрескиванию.The introduction of microalloying vanadium and nitrogen additives into the inventive steel in the indicated ratio with other elements improves its structural stability and provides the required level of strength and plastic properties of rolled steel, which increases the yield at the metallurgical stage and increases the performance of the material in the structure. With the ability to increase the dispersion of grain, vanadium in a predetermined ratio with nitrogen significantly increases the ultimate resistance to elastic deformation and, in the first place, such an important design characteristic as the yield strength, improves welding and technological properties, and has a beneficial effect on the processes of thermal and deformation aging of the metal under conditions long operation. The choice of the specified ratio of vanadium to carbon is also aimed at ensuring the optimal combination of the basic physical, mechanical, technological and corrosion properties of the material. With the value of this ratio equal to 10 or more, almost all of the carbon in the steel is bonded to special carbides, which contributes to a more uniform distribution of chromium throughout the grain volume and completely suppresses the tendency of the metal to local types of corrosion. If this ratio is not observed, free carbon atoms actively interact with chromium atoms, form high-chromium carbides of the type Сч ₂₃ С ₆ , depleting the border regions with respect to chromium and increasing the sensitivity of grain boundaries to intergranular corrosion and intergranular corrosion cracking.

Введение в сталь модифицирующих добавок РЗМ (церия) и кальция в указанных пределах, а также контролирование суммарного содержания примесей внедрения, положительно влияет на повышение пластичности и вязкости сложнолегированного хромистого феррита. Обладая высокой термодинамической активностью, церий и кальций способствуют эффективному снижению в твердом растворе вредных примесей и газов, что благотворно влияет на повышение сопротивления стали общей и локальным видам коррозии. При этом существенно улучшаются сварочно-технологические свойства металла, снижается чувствительность его к перегреву и росту зерна в зоне термического влияния сварки. The introduction into the steel of modifying additives REM (cerium) and calcium within the specified limits, as well as controlling the total content of interstitial impurities, has a positive effect on increasing the ductility and viscosity of complex alloyed chromium ferrite. Possessing high thermodynamic activity, cerium and calcium contribute to the effective reduction of harmful impurities and gases in the solid solution, which has a beneficial effect on increasing the resistance of steel to general and local types of corrosion. At the same time, the welding and technological properties of the metal are significantly improved, its sensitivity to overheating and grain growth in the heat-affected zone of welding is reduced.

Ограничение суммарного содержания (С + П) до 0,06 мас. продиктовано также подавлением возможности образования в приграничных областях продуктов распада аустенита, а также повышением однородности структуры и снижением склонности сварных соединений к локальным видам коррозионного разрушения. Фрактографический анализ поверхности изломом методом сканирования на электронном микроскопе показал, что в заявленной стали доля вязкой составляющей в зоне разрушения заметно возрастает по сравнению с известным составом. The limitation of the total content (C + P) to 0.06 wt. It is also dictated by the suppression of the formation of austenite decomposition products in the border regions, as well as by an increase in the uniformity of the structure and a decrease in the tendency of welded joints to local types of corrosion damage. Fractographic analysis of the surface by a kink by scanning using an electron microscope showed that in the declared steel the proportion of the viscous component in the fracture zone increases markedly compared to the known composition.

Введение рассматриваемых элементов в количестве менее указанных пределов легирования практически не дает положительного эффекта, а увеличение их содержания свыше заявляемого предела приводит к ухудшению и снижению ряда важнейших характеристик, определяющих работоспособность материала в условиях длительного циклического и динамического нагружений. The introduction of the elements in question in an amount less than the specified alloying limits practically does not give a positive effect, and an increase in their content above the claimed limit leads to a deterioration and decrease in a number of the most important characteristics that determine the performance of the material under conditions of prolonged cyclic and dynamic loading.

Полученный более высокий уровень основных механических, технологических и служебных свойств заявляемой стали обеспечивается комплексным легированием заявляемой композиции в указанном соотношении с другими элементами. The obtained higher level of the basic mechanical, technological and service properties of the claimed steel is ensured by complex alloying of the claimed composition in the specified ratio with other elements.

В ЦНИИ КМ "Прометей" совместно с Челябинским металлургическим комбинатом в соответствии с отраслевым планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в обеспечение известных постановлений Правительства по национальной программе "Материалы 95" проведен комплекс опытно-промышленных работ по выплавке, пластической и термической обработкам осваиваемого тонколистового рулонного проката. Сталь выплавлялась в вакуумно-индукционной печи ИСВ-25 на чистых шихтовых материалах с разливкой в слитки массой 13,2 т с последующей прокаткой на слябы толщиной 135-180 мм на стане 1220-3. Получение ленты толщиной 0,8 и 1,0 мм производилось из проката на 20-валковом стане 1700. In TsNII KM "Prometey" together with the Chelyabinsk Metallurgical Combine in accordance with the sectoral plan of research and development work to ensure the well-known government decisions on the national program "Materials 95" a series of pilot industrial works on smelting, plastic and heat treatment of mastered sheet rolled products. Steel was smelted in an ISV-25 vacuum induction furnace on clean charge materials with casting into ingots weighing 13.2 tons, followed by rolling into slabs 135-180 mm thick at 1220-3 mill. Obtaining a tape with a thickness of 0.8 and 1.0 mm was made from rolled products on a 20-roll mill 1700.

Химический состав и результаты определения необходимых свойств и характеристик представлены в табл.1 и 2. The chemical composition and results of determining the necessary properties and characteristics are presented in tables 1 and 2.

Ожидаемый технико-экономический эффект использования нового технического решения выразится в повышении эксплуатационной надежности и ресурса работы создаваемого технологического оборудования. The expected technical and economic effect of using the new technical solution will be expressed in increasing the operational reliability and service life of the created technological equipment.

Claims

STAINLESS FERRITE STEEL containing carbon, silicon, manganese, chromium, iron, characterized in that it additionally contains vanadium, nitrogen, cerium and calcium in the following ratio of components, wt.

Carbon 0.01 0.03
Silicon 0.3 0.7
Manganese 0.3 0.6
Chrome 16.5 18.0
Vanadium 0.1 0.6
Nitrogen 0.01 0.06
Cerium 0.005 0.05
Calcium 0.001 0.01
Iron Else
when the following ratios are fulfilled: the sum of carbon and nitrogen should not exceed 0.07, the ratio of vanadium to carbon should be at least 10.