Высокопрочная дисперсионно-твердеющая азотосодержащая коррозионно-стойкая аустенитная сталь
HIGH-STRENGTH DISPERSION-HARDENING NITROGEN-CONTAINING CORROSION-RESISTANT AUSTENITIC STEEL

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к области легированных высокопрочных коррозионностойких сталей, используемых для высоконагруженных конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте.
2
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/м), содержащая следующие компоненты, масс. %:
углерод
0,05
никель
12,2
хром
18,4
марганец
0,87
кремний
0,14
азот
0,06
железо
остальное
в
0,2
Основными недостатками этой стали является низкая прочность (σ=608 МПа, σ=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. %:
углерод
0,03
никель
12,0
хром
17,0
азот
0,18
железо
остальное
в
0)2
Основным недостатком этой стали являются низкая прочность (σ=625 МПа, а=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. %:
углерод
0,01-0,03
кремний
0,20-0,40
марганец
0,50-1,00
хром
16,0-18,0
никель
11,0-13,0
азот
0,15-0,25
ванадий
0,8-1,2
железо и примеси
- остальное,
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.
23
6
При содержании углерода более 0,03% по границам зерен выделяются крупные частицы карбидов хрома типа МеС, 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.