RU2456365C1 - Austenitic high-strength corrosion-resistant steel and method for its melting - Google Patents
Austenitic high-strength corrosion-resistant steel and method for its melting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2456365C1 RU2456365C1 RU2011101316/02A RU2011101316A RU2456365C1 RU 2456365 C1 RU2456365 C1 RU 2456365C1 RU 2011101316/02 A RU2011101316/02 A RU 2011101316/02A RU 2011101316 A RU2011101316 A RU 2011101316A RU 2456365 C1 RU2456365 C1 RU 2456365C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- slag
- nitrogen
- metal
- manganese
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 title abstract description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 title abstract description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 14
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 11
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910000592 Ferroniobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- ZFGFKQDDQUAJQP-UHFFFAOYSA-N iron niobium Chemical compound [Fe].[Fe].[Nb] ZFGFKQDDQUAJQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 12
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 6
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 4
- 229910000628 Ferrovanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims description 3
- PNXOJQQRXBVKEX-UHFFFAOYSA-N iron vanadium Chemical compound [V].[Fe] PNXOJQQRXBVKEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims 1
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N nitrous oxide Inorganic materials [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 46
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 46
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 229910000604 Ferrochrome Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009847 ladle furnace Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract 1
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 7
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 3
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- -1 niobium carbides Chemical class 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical compound [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
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).The invention relates to the field of metallurgy of alloys containing iron as a basis with a predetermined ratio of alloying and impurity elements, and is intended for marine engineering products (propeller shafts, axle gears and fasteners for deck mechanisms and screws).
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].Known austenitic steel of increased strength 0X18G11N5BAF (NN-3BF, EP 321), containing up to 0.08% carbon, 18.0-19.5% chromium, 4.5-5.5% nickel, 10.0-12, 5% manganese, 0.48-0.58% nitrogen, 0.9-1.2% vanadium, up to 0.8% silicon, up to 0.030% sulfur, up to 0.045% phosphorus, 0.2-0.4% niobium and tantalum, iron and inevitable impurities - the rest [1, p.214]. Due to the high content of austenite-forming elements (carbon and nitrogen), as well as vanadium during quenching from 1060-1080 ° C, carbides and nitrides of alloying elements of the type Cr 23 C 6 , Cr 2 N, VN are preserved in steel, which are usually coagulated along grain boundaries, which reduces ductility, toughness and corrosion resistance of steel [1, p.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.Closest to the invention in purpose, composition and consumer properties is austenitic corrosion-resistant steel with super-equilibrium nitrogen, containing 0.01-0.10% carbon, 15.0-20.0% chromium, 4.0-7.0% nickel, 0.1-3.0% manganese, 0.40-1.00% nitrogen, 0.05-0.50% vanadium, 0.05-0.50% niobium, 0.1-1.0% silicon, 0.5-4.0% molybdenum, up to 0.01% aluminum, up to 0.01% sulfur, up to 0.03% phosphorus, up to 0.02% oxygen, 0.05-0.50% titanium, 0.05-0.50% tungsten, 0.5-3.0% cobalt, 0.5-3.0% copper, iron and inevitable impurities - the rest [2], which we accepted as a prototype.
Основным недостатком этой стали является недостаточная пластичность и ударная вязкость, что способствует образованию трещин поковок при изготовлении изделий судового машиностроения.The main disadvantage of this steel is the lack of ductility and toughness, which contributes to the formation of cracked forgings in the manufacture of marine engineering products.
Технический результат настоящего изобретения - получение аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой стали, имеющей более высокий уровень пластичности и ударной вязкости, характеризующейся большей структурной стабильностью и технологичностью.The technical result of the present invention is the production of austenitic high-strength corrosion-resistant steel having a higher level of ductility and toughness, characterized by greater structural stability and manufacturability.
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.%:To achieve a technical result in steel containing carbon, chromium, nickel, manganese, nitrogen, vanadium, niobium, silicon, iron and inevitable impurities, the carbon, nitrogen, niobium content decreases and the chromium content increases, with the following ratio of components, wt.%:
При этом должны выполняться следующие условия:The following conditions must be met:
а) 50·(% С+% N)/%Cr=1,0-1,3;a) 50 · (% C +% N) /% Cr = 1.0-1.3;
б) 3·% Nb/(% С+% N)≤2,0.b) 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.The fulfillment of condition (a) is necessary to increase the solubility of nitrogen in steel and thereby ensure its greater structural stability and uniformity.
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.The fulfillment of condition (b) allows to prevent the intensive formation of niobium carbides, nitrides and carbonitrides, as well as their subsequent coagulation along grain boundaries - the steel becomes more ductile and thereby more technological, has a high impact strength.
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.Lowering the carbon content in steel to 0.04-0.05% allows not only to increase the solubility of nitrogen, but also to prevent the intensive formation of large carbides of the type Cr 23 C 6 , which occurs mainly along grain boundaries at a temperature of 600-700 ° C in the process slow cooling of the forgings and leads to intergranular corrosion and embrittlement of steel.
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.Reducing the limits of nitrogen content in steel to 0.40-0.45% can prevent the formation of large nitrides such as Cr 2 N and VN, including along grain boundaries, as well as improve the deformability of steel during forging. At the indicated content, nitrogen is almost completely present in solid solution, thereby increasing the strength of austenite, and only a small amount (about 13-17%) is concentrated in the form of finely dispersed carbonitrides and nitrides evenly distributed over the grain body, which do not have time to diffuse to the grain boundaries. The latter helps to increase the ductility and toughness of steel.
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.The high content of niobium in the steel (> 0.3%) leads to the intensive formation of large nitrides of the NbN type at a temperature of 800-900 ° C during slow cooling of the forgings, followed by coagulation of nitrides along the grain boundaries - embrittlement of steel.
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.With an increase in the content limits of chromium steel to the level of 19.5–20.5%, the resistance of pitting corrosion steel increases and the best combination of strength and ductility is achieved. An increase in the chromium content of more than 20.5% leads to a sharp change in the mechanical and corrosion properties (reduction in ductility, impact strength, and resistance to pitting). Such a change in properties is due to the appearance of δ ferrite and σ phase in the structure.
Для достижения вышеназванного технического результата большое значение имеет технология выплавки стали.To achieve the above technical result, steelmaking technology is of great importance.
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.A known method of smelting nitrogen-containing corrosion-resistant steel by remelting in electric arc furnaces with oxygen [3, p.333]. By melting the charge, the metal is purged with oxygen to produce carbon no more than 0.05%. After purging, the slag is deoxidized with ferrosilicon powder and lump aluminum until a light brown slag is obtained. Then the slag is downloaded cleanly. After downloading the slag, ferrovanadium, ferroniobium, metallic chromium and manganese are placed on a metal mirror. Only after complete assimilation of the additives, nitrided ferrochrome is introduced into the bath in small portions at a temperature of liquid steel of not more than 1440 ° С. After a chemical rapid analysis, the metal, together with the slag, is quickly released into the ladle. The temperature of the metal in the bucket should be 1475 ° C. The metal is casted in a siphon way into octagonal molds lubricated with varnish (1.0-5.7 t) with a ratio H / D≥4 (where H is the mold height, D is the diameter of the inscribed circle). The disadvantage of this method of smelting is the low hot ductility and toughness of the resulting steel in the state after the final heat treatment.
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.Closest to the invention, the method of steel smelting is a method for producing corrosion-resistant austenitic steel [4]. The method includes the smelting of the intermediate in one furnace and the ligature alloy in another, followed by their mixing and refining in a steel pouring ladle. An alloy based on iron and elements that make up the steel and reduce the solubility of nitrogen in iron is smelted as an intermediate. Nitrogen and elements that are part of the steel and increase the solubility of nitrogen in iron are introduced into the ligature alloy. The method of obtaining corrosion-resistant austenitic steel [4], including the smelting of the intermediate in an electric arc furnace, we have adopted as a prototype.
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.The main disadvantage of steelmaking by the prototype method is the low ductility and toughness of the resulting metal due to its insufficient purity in terms of sulfur and phosphorus. In addition, due to the lack of intensive mixing of steel during smelting, production and casting, as well as the relatively wide temperature range of alloying and preparation of the metal for casting (due to the features of the technological equipment used), it is difficult to obtain a stable and uniform chemical composition of the steel being smelted.
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%.Sulfur and phosphorus are constant impurities of any steel, as they enter the metal from ores. The solubility of phosphorus in austenite is very limited, and upon slow cooling of forgings made of the proposed austenitic steel, brittle sections enriched in phosphorus and unevenly distributed over the metal volume form in the steel structure. In this regard, the phosphorus content for the proposed steel should not exceed 0.030%. Sulfur is insoluble in iron and forms iron sulfide FeS, which is part of a brittle and fusible eutectic (T PL = 988 ° C), which is usually located along grain boundaries. The latter contributes to the formation of tears and cracks during the hot processing of steel by pressure (forging propeller shafts, for example). In this regard, the sulfur content for the proposed steel should not exceed 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.The technical result of the present invention is the production of steel with higher ductility and toughness due to the lower content of sulfur and phosphorus, as well as a more stable and uniform chemical composition.
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».The technical result of the invention is achieved due to the fact that in the method for producing corrosion-resistant austenitic steel, including the smelting of a semi-product in an electric arc furnace, an extra-furnace refining and evacuation unit (UVRV) and a ladle furnace are additionally used.
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.%:According to the invention, the intermediate product is smelted in an electric arc furnace by remelting alloyed waste with oxygen purging, containing carbon, chromium, nickel, manganese, silicon in the following ratio, wt.%:
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.Metal deoxidation is carried out with lump aluminum in an amount of 1.0-1.5 kg / t, ground coke in an amount of 2.0-3.0 kg / t and aluminum powder in an amount of 3.0-4.0 kg / t. The release of the intermediate is carried out in a special bucket with inflated sides for subsequent evacuation. Before the release, slag is downloaded completely at a metal temperature of at least 1650 ° C, preventing furnace slag from entering the ladle.
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%.Refining of the intermediate product in the out-of-furnace refining and evacuation unit is carried out with manganese metal grade Mn 965, ferrochrome grade ФХ003А, manganese nitrided with a carbon content of not more than 0.03%, nitrided ferrochrome grade ФХН600А with a carbon content of not more than 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.The temperature of the metal before evacuation should be 1650-1680 ° C. Lime in the amount of 5-6 kg / t and fluorspar in the amount of 1.5-2.0 kg / t are planted in the bucket. The bucket is placed in a vacuum chamber and upon reaching a vacuum of ≈200 mm Hg begin bottom blowing of metal with argon through porous plugs with an argon flow rate of 30-40 l / min. After 1-2 minutes, oxygen purge is started through consumable tuyeres through the lid of the vacuum chamber with an oxygen flow rate of 20-25 nm 3 / min with continuous pumping of gases from the space of the vacuum chamber. Upon reaching a vacuum of ≈100 mm Hg continue purging with the maximum oxygen consumption and the maximum possible pumping of the exhaust gases from the vacuum chamber. The oxygen purge is completed after supplying its calculated amount and reducing the pressure in the vacuum chamber associated with a decrease in the amount of gases formed. Oxygen purge time is 40-50 minutes. After the end of the oxygen purge, argon continues to flow for 20-30 minutes through the bottom plugs with the maximum possible flow rate, while the pressure in the chamber should be 0.5-1.0 mm Hg.
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.After removing the vacuum, lump aluminum is added to the slag in an amount of 3.0-3.5 kg / t, 45% ferrosilicon by 0.40% as calculated, fluorspar, metal manganese, ferrovanadium, ferroniobium are added and vacuum evacuation is started again with argon purge to the formation of liquid slag.
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.After removing the vacuum, the slag is treated with aluminum powder and the chemical composition of the steel is adjusted taking into account the subsequent additives of nitrided ferroalloys. Upon receipt of liquid-moving deoxidized slag, nitrided manganese is added in portions of up to 600 kg each and nitrided chromium is calculated at the rate of introducing not more than 0.015% nitrogen at a time. The temperature of the metal before casting is maintained in the range of 1500-1510 ° C.
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.With the inventive method of smelting, steel is characterized by stability and homogeneity of the chemical composition, as well as the required purity in terms of sulfur and phosphorus, which provides high ductility, toughness and manufacturability of steel.
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.The data obtained (table 1-3) indicate that the steel of the proposed chemical composition (No. 1-3) and obtained by the inventive method of smelting (No. 1-3) has higher ductility and toughness while maintaining the required level of strength, different the best technological and operational properties.
Достигнутый технический результат настоящего изобретения позволяет рекомендовать заявляемую сталь, полученную заявляемым способом выплавки, в качестве материала изделий судового машиностроения, изготавливаемых ковкой.The achieved technical result of the present invention allows us to recommend the inventive steel obtained by the inventive method of smelting, as a material for marine engineering products made by forging.
ЛитератураLiterature
1. М.В.Приданцев, Н.П.Талов, Ф.В.Левин. Высокопрочные аустенитные стали. М.: Металлургия, 1969. - 248 с.1. M.V. Pridantsev, N.P. Talov, F.V. Levin. High strength austenitic steels. M .: Metallurgy, 1969 .-- 248 p.
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. 31.07.08.2. Pat. JP 2008174789 (A), IPC C22C 38/00; C22C 38/58. Nigh nitrogen austenitic stainless steel / Takahashi Fumio, Momoi Yoshikazu, Kajikawa Koji, Yamada Hitohisa; applicant and patent holder Japan steel works Ltd. - No. JP20070008664 20070118; publ. 07/31/08.
3. А.Д.Крамаров. Производство стали в электропечах. М.: Металлургия, 1964. - 440 с.3. A.D. Kramarov. Steel production in electric furnaces. M .: Metallurgy, 1964 .-- 440 p.
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.4. Pat. 2385948, Russian Federation, IPC С21С 5/00. The method of obtaining stainless austenitic steel / Muradyan OS, Dobrovolsky A.V. (RF). - No. 2008111001/02; declared 03/21/08; publ. 04/10/10. - 2 p.
Claims (2)
при выполнении условий:
50·(% С + % N)/% Cr=1,0-1,3;
3·% Nb/(% С + % N)≤2,0.1. Austenitic high-strength corrosion-resistant steel for marine engineering products containing carbon, chromium, nickel, manganese, nitrogen, vanadium, niobium, silicon, iron and inevitable impurities, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:
under the conditions:
50 · (% C +% N) /% Cr = 1.0-1.3;
3% Nb / (% C +% N) ≤2.0.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011101316/02A RU2456365C1 (en) | 2011-01-13 | 2011-01-13 | Austenitic high-strength corrosion-resistant steel and method for its melting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011101316/02A RU2456365C1 (en) | 2011-01-13 | 2011-01-13 | Austenitic high-strength corrosion-resistant steel and method for its melting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2456365C1 true RU2456365C1 (en) | 2012-07-20 |
Family
ID=46847409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011101316/02A RU2456365C1 (en) | 2011-01-13 | 2011-01-13 | Austenitic high-strength corrosion-resistant steel and method for its melting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2456365C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103060519A (en) * | 2013-01-16 | 2013-04-24 | 中国科学院金属研究所 | Deoxidation method for high-nitrogen steel |
| RU2499075C1 (en) * | 2012-08-21 | 2013-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Corrosion-resistant austenitic steel |
| RU2519337C1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Corrosion-resistant high-strength steel |
| CN115522130A (en) * | 2021-10-08 | 2022-12-27 | 赵洪运 | High-strength corrosion-resistant ocean engineering stainless steel and preparation method thereof |
| CN116732422A (en) * | 2023-06-21 | 2023-09-12 | 河南中原特钢装备制造有限公司 | Smelting method of high-strength corrosion-resistant nitrogen-reinforced austenitic stainless steel FXM-19 |
| CN118422045A (en) * | 2024-07-04 | 2024-08-02 | 东北大学 | A kind of SUS304 stainless steel and preparation method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2068022C1 (en) * | 1994-06-17 | 1996-10-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара | Austenite steel |
| RU2158319C1 (en) * | 2000-04-25 | 2000-10-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | High-strength corrosion- and wear-resistant austenitic steel |
| RU2385948C2 (en) * | 2008-03-21 | 2010-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии" | Method of receiving of stainless austenitic steel |
-
2011
- 2011-01-13 RU RU2011101316/02A patent/RU2456365C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2068022C1 (en) * | 1994-06-17 | 1996-10-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара | Austenite steel |
| RU2158319C1 (en) * | 2000-04-25 | 2000-10-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | High-strength corrosion- and wear-resistant austenitic steel |
| RU2385948C2 (en) * | 2008-03-21 | 2010-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии" | Method of receiving of stainless austenitic steel |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499075C1 (en) * | 2012-08-21 | 2013-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Corrosion-resistant austenitic steel |
| RU2519337C1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Corrosion-resistant high-strength steel |
| CN103060519A (en) * | 2013-01-16 | 2013-04-24 | 中国科学院金属研究所 | Deoxidation method for high-nitrogen steel |
| CN103060519B (en) * | 2013-01-16 | 2014-10-22 | 中国科学院金属研究所 | Deoxidation method for high-nitrogen steel |
| CN115522130A (en) * | 2021-10-08 | 2022-12-27 | 赵洪运 | High-strength corrosion-resistant ocean engineering stainless steel and preparation method thereof |
| CN116732422A (en) * | 2023-06-21 | 2023-09-12 | 河南中原特钢装备制造有限公司 | Smelting method of high-strength corrosion-resistant nitrogen-reinforced austenitic stainless steel FXM-19 |
| CN118422045A (en) * | 2024-07-04 | 2024-08-02 | 东北大学 | A kind of SUS304 stainless steel and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2456365C1 (en) | Austenitic high-strength corrosion-resistant steel and method for its melting | |
| CN109252097A (en) | A kind of non-hardened and tempered steel and its continuous casting manufacturing technique of high intensity fractured connecting rod | |
| CN114892071B (en) | High-temperature carburized gear steel for new energy vehicle and manufacturing method | |
| CN111286677B (en) | Ultralow-sulfur low-aluminum high-nitrogen steel and smelting method | |
| CN109295275B (en) | 18Cr2Ni4W high-alloy carburizing steel and production method thereof | |
| CN115094307B (en) | Hot die steel continuous casting round billet for electroslag remelting and production process thereof | |
| RU2156313C1 (en) | Method of production of rolled stock | |
| RU2545856C2 (en) | High-strength cryogenic austenite weldable structural steel and steel obtainment method | |
| RU2385948C2 (en) | Method of receiving of stainless austenitic steel | |
| CN113122678B (en) | Smelting method for increasing vanadium and making steel by using vanadium slag | |
| RU2307875C1 (en) | Cast iron and method for heat treatment of its castings | |
| RU2336320C1 (en) | Tube stock out of micro alloyed steel | |
| CN115747628B (en) | Solid solution reinforced austenitic matrix graphite steel section bar and preparation method thereof | |
| RU2334796C1 (en) | Method of steel production | |
| KR101441301B1 (en) | Martensite stainless steel and method of manufacturing the same | |
| RU2499839C1 (en) | Steel making method | |
| CN115323268B (en) | Gear steel with high strength and high toughness and capable of being used for induction quenching and manufacturing method thereof | |
| RU2363736C2 (en) | Method and charge for manufacturing of structural steel with reduced hardenability | |
| RU2156311C1 (en) | Method of production of rolled stock | |
| RU2336321C1 (en) | Tube stock out of low carbon steel | |
| RU2250925C2 (en) | Method of production of rolled blanks | |
| RU2336335C2 (en) | Tube stock out of medium carbon medium alloyed steel | |
| RU2416652C1 (en) | Procedure for melting alloyed steel containing nitrogen | |
| RU2336317C1 (en) | Tube stock out of low alloyed steel | |
| RU2534715C2 (en) | Method and charge for manufacture of structural carbon steel with reduced hardening capacity in steel-making arc-type furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130114 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160520 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210722 |