АУСТЕНИТНАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ
AUSTENITE STAINLESS STEEL

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к аустенитной нержавеющей стали.
Традиционно аустенитные нержавеющие стали серии 300, такие как UNS S30403 (304L) и UNS S30453 (304LN), имеют нормативные химические композиции в процентах по массе, как проиллюстрировано в настоящем описании в таблице 1:
ТАБЛИЦА 1
UNS №
Тип
C
Mn
P
S
Si
Cr
Ni
Mo
N
S 30403
304L
МИН
17,50
8,00
МАКС
0,030
2,00
0,045
0,030
0,75
19,50
12,00
…
0,10
UNS №
Тип
C
Mn
P
S
Si
Cr
Ni
Mo
N
S 30453
304LN
МИН
18,00
8,00
0,10
МАКС
0,030
2,00
0,045
0,030
0,75
20,00
12,00
…
0,16
В описанных выше традиционных аустенитных нержавеющих сталях имеется ряд недостатков, связанных с их определенными нормативными пределами. Потенциально это может привести к недостаточности точного контроля химического анализа на стадии плавки, который необходим для оптимизации свойств сплавов, чтобы получить превосходную комбинацию свойств механической прочности и хорошей коррозионной стойкости.
Механические свойства, достигнутые сплавами, такими как UNS S30403 и UNS S30453, не оптимизированы и относительно низки по сравнению с другими родственными группами нержавеющих сталей, такими как дуплексные нержавеющие стали 22Cr и дуплексные 25Cr и супердуплексные нержавеющие стали 25Cr. Это продемонстрировано в таблице 2, в которой приведено сравнение свойств этих традиционных аустенитных нержавеющих сталей с типичными марками дуплексных 22Cr, дуплексных 25Cr и супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
ТАБЛИЦА 2
Механические свойства аустенитных нержавеющих сталей
UNS №
Тип
Прочность на растяжение
Предел текучести
Удлинение 2 дюйма или 50 мм
ТвердостьПримечание 2
Мин.
Мин.
Мин.
Макс.
Ksi (килофунт/дюйм<sup>2</sup>)
МПа
Ksi (килофунт/дюйм<sup>2</sup>)
МПа
%
По Бринеллю
По шкале В Роквелла
S30403
304L
70
485
25
170
40
201
92
S30453
304LN
75
515
30
205
40
217
95
Механические свойства дуплексной нержавеющей стали 22Cr
UNS №
Тип
Прочность на растяжение
Предел текучести
Удлинение 2 дюйма или 50 мм
ТвердостьПримечание 2
Мин.
Мин.
Мин.
Макс.
Ksi (килофунт/ дюйм<sup>2</sup>)
МПа
Ksi (килофунт/ дюйм<sup>2</sup>)
МПа
%
По Бринеллю
По шкале В Роквелла
S31803
2205
90
620
65
450
25
293
31
S32205
2205
95
655
65
450
25
293
31
S32304
2304
87
600
58
400
25
290
32
Механические свойства дуплексных 25Cr и супердуплексной нержавеющей стали 25Cr
UNS №
Тип
Прочность на растяжение
Предел текучести
Удлинение 2 дюйма или 50 мм
ТвердостьПримечание 2
Мин.
Мин.
Мин.
Макс.
Ksi (килофунт/ дюйм<sup>2</sup>)
МПа
Ksi (килофунт/ дюйм<sup>2</sup>)
МПа
%
По Бринеллю
По шкале В Роквелла
S32760
…
108
750
80
550
25
270
…
S32750
2507
116
795
80
550
15
310
32
S39274
…
116
800
80
550
15
310
32
S32520
…
112
770
80
550
25
310
…
Примечание 2: Указанные числа твердости применимы к условиям обработки на твердый раствор.
Цель настоящего изобретения состоит в разработке аустенитной нержавеющей стали, которая позволяет устранить по меньшей мере один из недостатков предшествующего уровня техники и/или обеспечить общество полезным выбором.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту изобретения предложена аустенитная нержавеющая сталь по пункту 1 формулы изобретения.
Дополнительные предпочтительные признаки можно найти в зависимых пунктах формулы изобретения.
Как понятно на основании описанных воплощений, сплав аустенитной нержавеющей стали (Cr-Ni-Mo-N), содержащий высокий уровень азота, обладает уникальной комбинацией свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии. В частности, описанные воплощения также направлены на решение проблемы относительно низких свойств механической прочности, присущих традиционным аустенитным нержавеющим сталям серии 300, таким как UNS S30403 и UNS S30453, по сравнению с дуплексными нержавеющими сталями 22Cr и дуплексными 25Cr и супердуплексными нержавеющими сталями 25Cr.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ
304LM4N
N
N
N
Для простоты объяснения первое воплощение изобретения называют 304LM4N. В общем смысле 304LM4N представляет собой сплав высокопрочной аустенитной нержавеющей стали (Cr-Ni-Mo-N), который содержит высокий уровень азота и имеет такую композицию, чтобы достичь минимального эквивалента стойкости к точечной коррозии PRE (от англ. "Pitting Resistance Equivalent"), составляющего не менее 25, и предпочтительно PRE составляет не менее 30. Значение PRE вычисляют по формуле:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Высокопрочная аустенитная нержавеющая сталь 304LM4N обладает уникальной комбинацией свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии.
Химическая композиция высокопрочной аустенитной нержавеющей стали является избирательной, и характеризуется следующим сплавом химических элементов в процентах по массе (масс.%): 0,030 масс.% C (углерод) максимально (макс.), 2,00 масс.% Mn (марганец) макс., 0,030 масс.% P (фосфор) макс., 0,010 масс.% S (сера) макс., 0,75 масс.% Si (кремний) макс., 17,50 масс.% Cr (хром) - 20,00 масс.% Cr, 8,00 масс.% Ni (никель) - 12,00 масс.% Ni, 2,00 масс.% Mo (молибден) макс. и 0,40 масс.% N (азот) - 0,70 масс.% N.
Нержавеющая сталь 304LM4N также содержит, главным образом, Fe (железо) в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, например, 0,010 масс.% B (бор) макс., 0,10 масс.% Ce (церий) макс., 0,050 масс.% Al (алюминий) макс., 0,01 масс.% Ca (кальций) макс. и/или 0,01 масс.% Mg (магний) макс., а также другие примеси, которые обычно присутствуют на остаточных уровнях.
N
N
Химическая композиция нержавеющей стали 304LM4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы, прежде всего, гарантировать аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, в характерном случае проводимой в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом в состоянии непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между элементами, образующими аустенит (аустенито-образующими элементами), и элементами, образующими феррит (феррито-образующими элементами), чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. В результате нержавеющая сталь 304LM4N проявляет уникальную комбинацию высокой прочности и пластичности при температурах окружающей среды, и, в то же время, достигает отличной вязкости при температурах окружающей среды и криогенных температурах. В свете того факта, что химическая композиция высокопрочной аустенитной нержавеющей стали 304LM4N отрегулирована таким образом, чтобы достичь значения PRE, составляющего не менее 25, но предпочтительно PRE составляет не менее 30, это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 304LM4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S30403 и UNS S30453.
Определено, что оптимальный диапазон химической композиции нержавеющей стали 304LM4N тщательно подобран, и на основе первого воплощения она содержит следующие химические элементы в следующих процентах по массе:
Углерод (C)
Содержание углерода нержавеющей стали 304LM4N составляет не более 0,030 масс.% C (то есть, максимум 0,030 масс.% C). Предпочтительно количество углерода должно составлять не менее 0,020 масс.% C и не более 0,030 масс.% C, и более предпочтительно не более 0,025 масс.% C.
Марганец (Mn)
Нержавеющая сталь 304LM4N первого воплощения может выпускаться в двух вариантах: с низким содержанием марганца или с высоким содержанием марганца.
Для сплавов, имеющих низкое содержание марганца, содержание марганца нержавеющей стали 304LM4N составляет не более 2,0 масс.% Mn. Предпочтительно диапазон составляет не менее 1,0 масс.% Mn и не более 2,0 масс.% Mn, и более предпочтительно не менее 1,20 масс.% Mn и не более 1,50 масс.% Mn. При таких композициях достигается оптимальное отношение содержания Mn к содержанию N, составляющее не более 5,0, и предпочтительно не менее 1,42 и не более 5,0. Более предпочтительно это отношение составляет не менее 1,42 и не более 3,75.
Для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, содержание марганца нержавеющей стали 304LM4N составляет не более 4,0 масс.% Mn. Предпочтительно содержание марганца составляет не менее 2,0 масс.% Mn и не более 4,0 масс.% Mn, и более предпочтительно верхний предел составляет не более 3,0 масс.% Mn. Даже более предпочтительно верхний предел составляет не более 2,50 масс.% Mn. При таких выбранных диапазонах достигается отношение Mn к N, составляющее не более 10,0, и предпочтительно не менее 2,85 и не более 10,0. Более предпочтительно отношение Mn к N для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, составляет не менее 2,85 и не более 7,50, и даже более предпочтительно не менее 2,85 и не более 6,25.
Фосфор (P)
Содержание фосфора нержавеющей стали 304LM4N регулируют таким образом, чтобы оно составляло не более 0,030 масс.% P. Предпочтительно сплав 304LM4N имеет не более 0,025 масс.% P, и более предпочтительно не более 0,020 масс.% P. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,015 масс.% P и еще более предпочтительно не более 0,010 масс.% P.
Сера (S)
Содержание серы нержавеющей стали 304LM4N первого воплощения включает не более 0,010 масс.% S. Предпочтительно 304LM4N имеет не более 0,005 масс.% S и более предпочтительно не более 0,003 масс.% S, и даже более предпочтительно не более 0,001 масс.% S.
Кислород (O)
Содержание кислорода нержавеющей стали 304LM4N регулируют таким образом, чтобы оно было как можно более низким, и в первом воплощении 304LM4N имеет не более 0,070 масс.% O. Предпочтительно сплав 304LM4N имеет не более 0,050 масс.% O, и более предпочтительно не более 0,030 масс.% O. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,010 масс.% O и еще более предпочтительно не более 0,005 масс.% O.
Кремний (Si)
Содержание кремния нержавеющей стали 304LM4N составляет не более 0,75 масс.% Si. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 0,25 масс.% Si и не более 0,75 масс.% Si. Более предпочтительно диапазон составляет не менее 0,40 масс.% Si и не более 0,60 масс.% Si. Тем не менее, для определенных высокотемпературных применений, где требуется повышенная устойчивость к окислению, содержание кремния может составлять не менее 0,75 масс.% Si и не более 2,00 масс.% Si.
Хром (Cr)
Содержание хрома нержавеющей стали 304LM4N первого воплощения составляет не менее 17,50 масс.% Cr и не более 20,00 масс.% Cr. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 18,25 масс.% Cr.
Никель (Ni)
Содержание никеля нержавеющей стали 304LM4N составляет не менее 8,00 масс.% Mi и не более 12,00 масс.% Ni. Предпочтительно верхний предел содержания Ni сплава составляет не более 11 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 10 масс.% Ni.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена сплава нержавеющей стали 304LM4N составляет не более 2,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% Mo и не более 2,00 масс.% Mo. Более предпочтительно нижний предел содержания Mo составляет не менее 1,0 масс.% Mo.
Азот (N)
Содержание азота нержавеющей стали 304LM4N составляет не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N. Более предпочтительно сплав 304LM4N имеет не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
PRE
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии (PRE) вычисляют, используя формулу:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома, составляющее не менее 17,50 масс.% Cr и не более 20,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 18,25 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не более 2,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% Mo и не более 2,00 масс.% Mo и более предпочтительно не менее 1,0 масс.% Mo;
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
N
При высоком уровне азота нержавеющая сталь 304LM4N достигает значения PRE, составляющего не менее 25, и предпочтительно PRE составляет не менее 30. Это гарантирует, что данный сплав обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 304LM4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S30403 и UNS S30453. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 304LM4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах более 0,40 и менее 1,05, но предпочтительно более 0,45 и менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100°C до 1250°C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Нержавеющая сталь 304LM4N также содержит в качестве остальной части, главным образом, железо (Fe), и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, в следующих процентах по массе:
Бор (B)
Нержавеющая сталь 304LM4N может не содержать бор, добавленный в сплав преднамеренно, и в результате уровень бора в характерном случае составляет не менее 0,0001 масс.% B и не более 0,0006 масс.% В для сталеплавильных заводов, которые предпочитают преднамеренно не добавлять бор при плавке. Альтернативно можно изготавливать нержавеющую сталь 304LM4N, в которую специально включают не более 0,010 масс.% B. Предпочтительно диапазон содержания бора составляет не менее 0,001 масс.% B и не более 0,010 масс.% B, и более предпочтительно не менее 0,0015 масс.% B и не более 0,0035 масс.% B. Иными словами, бор специально добавляют в процессе изготовления нержавеющей стали, но контролируют достижение таких уровней.
Церий (Ce)
Нержавеющая сталь 304LM4N первого воплощения может также включать не более 0,10 масс.% Ce, но предпочтительно не менее 0,01 масс.% Ce и не более 0,10 масс.% Ce. Более предпочтительно количество церия составляет не менее 0,03 масс.% Ce и не более 0,08 масс.% Ce. Если нержавеющая сталь содержит церий, она может также, возможно, содержать другие редкоземельные металлы (REM; от англ. "rare earth metalls"), такие как лантан, поскольку REM очень часто поставляют изготовителям нержавеющей стали в виде мишметалла (смеси редкоземельных металлов). Следует отметить, что редкоземельные металлы можно использовать отдельно или вместе в виде мишметалла при условии, что общее количество REM удовлетворяет уровням Ce, указанным в настоящем описании.
Алюминий (Al)
Нержавеющая сталь 304LM4N первого воплощения может также включать не более 0,050 масс.% Al, но предпочтительно не менее 0,005 масс.% Al и не более 0,050 масс.% Al, и более предпочтительно не менее 0,010 масс.% Al и не более 0,030 масс.% Al.
Кальций (Ca)/Магний (Mg)
Нержавеющая сталь 304LM4N может также включать не более 0,010 масс.% Ca и/или Mg. Предпочтительно нержавеющая сталь может иметь не менее 0,001 масс.% Ca и/или Mg и не более 0,010 масс.% Ca и/или Mg, и более предпочтительно не менее 0,001 масс.% Ca и/или Mg и не более 0,005 масс.% Ca и/или Mg и других примесей, которые обычно присутствуют на остаточных уровнях.
На основании вышеописанных характеристик нержавеющая сталь 304LM4N обладает минимальным пределом текучести, составляющим 55 ksi (1000 фунтов/кв. дюйм) или 380 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 62 ksi или 430 МПа, может быть достигнут для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальным пределом текучести, составляющим 41 ksi или 280 МПа. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 48 ksi или 330 МПа, может быть достигнут для литого варианта. На основании предпочтительных значений прочности сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 304LM4N и UNS S30403 в таблице 2 позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 304LM4N может быть в 2,5 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S30403. Сравнение свойств механической прочности новой ковкой нержавеющей стали 304LM4N по изобретению и UNS S30453 в таблице 2 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 304LM4N может быть в 2,5 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S30453.
Нержавеющая сталь 304LM4N первого воплощения обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 102 ksi или 700 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 109 ksi или 750 МПа, может быть достигнута для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 95 ksi или 650 МПа. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 102 ksi или 700 МПа, может быть достигнута для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности новой ковкой нержавеющей стали 304LM4N по изобретению и UNS S30403 в таблице 2 может позволить предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 304LM4N более чем в 1,5 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S30403. Сравнение свойств механической прочности новой ковкой аустенитной нержавеющей стали 304LM4N по изобретению и UNS S30453 в таблице 2 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 304LM4N может быть в 1,45 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S30453. Действительно, при сравнении свойств механической прочности ковкой новой нержавеющей стали 304LM4N по изобретению со свойствами дуплексной нержавеющей стали 22 Cr в таблице 2 можно продемонстрировать, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 304LM4N приблизительно в 1,2 раза выше, чем указано в нормативах для S31803, и аналогична указанной в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25 Cr. Следовательно, свойства минимальной механической прочности нержавеющей стали 304LM4N значительно улучшены по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S30403 и UNS S30453, а свойства прочности на растяжение являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22 Cr, и аналогичны свойствам, указанным в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25 Cr.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 304LM4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 304LM4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S30403 и S30453, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения могут быть значительно более высокими. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 304LM4N могут быть более высокими, чем для дуплексной нержавеющей стали 22 Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25 Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 304LM4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 304LM4N является избирательным и характеризуется сплавами, имеющими следующие химические композиции в процентах по массе:
Медь (Cu)
Содержание меди нержавеющей стали 304LM4N составляет не более 1,50 масс.% Cu, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% Cu и не более 1,50 масс.% Cu, и более предпочтительно не более 1,00 масс.% Cu для сплавов с низким содержанием меди. Для сплавов с высоким содержанием меди содержание меди может включать не более 3,50 масс.%, но предпочтительно не менее 1,50 масс.% Cu и не более 3,50 масс.% Cu, и более предпочтительно не более 2,50 масс.% Cu.
Медь можно добавлять отдельно или в сочетании с вольфрамом, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом во всех разнообразных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Медь является дорогостоящей, и поэтому ее целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, при этом, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Вольфрам (W)
Содержание вольфрама нержавеющей стали 304LM4N составляет не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W. Для вариантов нержавеющей стали 304LM4N, содержащих вольфрам, эквивалент стойкости к точечной коррозии вычисляют, используя формулу:
NW
PRE=% Cr+[3,3×%(Mo+W)]+(16×% N).
Данный вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 17,50 масс.% Cr и не более 20,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 18,25 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не более 2,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% Mo и не более 2,00 масс.% Mo, и более предпочтительно не менее 1,0 масс.% Mo;
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N; и
(iv) Содержание вольфрама не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W.
NW
NW
Вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 304LM4N имеет высокий нормативный уровень азота и значение PRE, составляющее не менее 27, но предпочтительно PRE составляет не менее 32. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии. Вольфрам можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Вольфрам является крайне дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, при этом, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Ванадий (V)
Содержание ванадия нержавеющей стали 304LM4N составляет не более 0,50 масс.% V, но предпочтительно не менее 0,10 масс.% V и не более 0,50 масс.% V, и более предпочтительно не более 0,30 масс.% V. Ванадий можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом во всех разнообразных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Ванадий является дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, при этом, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Углерод (C)
Для некоторых областей применения желательны другие варианты высокопрочной аустенитной нержавеющей стали 304LM4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, содержание углерода нержавеющей стали 304LM4N может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или от более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C. Эти определенные варианты высокопрочной аустенитной нержавеющей стали 304LM4N можно рассматривать как варианты 304HM4N или 304M4N соответственно.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющих сталей 304HM4N или 304M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C, или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 304HM4NTI или 304M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов нержавеющей стали 304LM4N.
Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 304HM4NNb или 304M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 304HM4NNbTa или 304M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Mb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Mb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием с танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 304LM4N параллельно с другими вариантами и воплощениями, обсуждаемыми в настоящем описании, обычно поставляют в состоянии отжига на твердый раствор. Тем не менее, сварные соединения деталей, полученных путем обработки давлением, модули и штампованные детали обычно поставляют в состоянии непосредственно после сварки при условии, что соответствующие квалификационные требования к технологии сварки предварительно оценены на соответствие техническим условиям согласно соответствующим стандартам и нормативам. Для определенных областей применения ковкие варианты могут быть также поставлены в нагартованном состоянии.
Действие предложенных легирующих элементов и их композиций
Одним из важнейших свойств нержавеющих сталей обычно является их коррозионная стойкость, без которой они нашли бы мало промышленных применений, поскольку во многих случаях их механические свойства могут быть приравнены к свойствам менее дорогостоящих материалов.
Изменения в содержании легирующих элементов, желательные для установления привлекательных характеристик коррозионной стойкости, могут обладать заметным действием на металлургию нержавеющей стали. Следовательно, они могут влиять на физические и механические характеристики, которые можно применять на практике. Установление некоторых желательных свойств, таких как высокая прочность, пластичность и вязкость, зависит от контроля микроструктуры и, следовательно, может ограничить достижимую коррозионную стойкость. Все легирующие элементы в твердом растворе, включения сульфида марганца и различные фазы, которые могут осаждаться с образованием зон, обедненных хромом и молибденом, вокруг осадков, могут иметь выраженное влияние на микроструктуру, механические свойства сплава и поддержание или разрушение пассивности.
Таким образом, крайне сложно вывести оптимальную композицию элементов сплава, чтобы сплав обладал свойствами хорошей механической прочности, отличной пластичностью и вязкостью и, кроме того, хорошей свариваемостью и устойчивостью к общей и локализованной коррозии. Это особенно верно с учетом сложной матрицы металлургических параметров, которые составляют композицию сплава, и с учетом того, как каждый параметр влияет на пассивность, микроструктуру и механические свойства. Необходимо также включать эти знания в программы разработки новых сплавов, их изготовления и режимов термической обработки. В приведенных ниже разделах обсуждается, как оптимизировать каждый из элементов сплава, чтобы достичь упомянутых выше свойств.
Действие хрома
pass
Р
Пассивные характеристики нержавеющих сталей получают в результате их легирования хромом. Легирование железа хромом сдвигает первичный пассивационный потенциал в активном направлении. Это, в свою очередь, расширяет диапазон пассивного потенциала и снижает плотность пассивного тока i. В хлоридсодержащих растворах повышение содержания хрома нержавеющих сталей повышает потенциал питтингообразования Е, расширяя за счет этого диапазон пассивного потенциала. Хром, таким образом, повышает устойчивость к локализованной коррозии (точечной и контактной коррозии), а также к общей коррозии. Увеличение содержания хрома, который представляет собой феррито-образующий элемент, можно сбалансировать за счет увеличения содержания никеля и других аустенито-образующих элементов, таких как азот, углерод и марганец, чтобы первично сохранить аустенитную микроструктуру. Тем не менее, обнаружено, что хром в сочетании с молибденом и кремнием может увеличить тенденцию в направлении осаждения интерметаллических фаз и вредных осадков. Следовательно, практически существует максимальный предел уровня хрома, до которого его можно повышать без увеличения скорости образования интерметаллической фазы в толстых сечениях, что, в свою очередь, может привести к снижению пластичности, вязкости и коррозионных характеристик сплава. Данную нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела содержание хрома, составляющее не менее 17,50 масс.% Cr и не более 20,00 масс.% Cr, чтобы достичь оптимальных результатов. Предпочтительно содержание хрома составляет не менее 18,25 масс.%
Действие никеля
P
pass
Обнаружено, что никель смещает потенциал питтингообразования E в инертном направлении, расширяя, таким образом, диапазон пассивного потенциала, а также снижает плотность пассивного тока i. Никель, следовательно, повышает устойчивость к локализованной коррозии и к общей коррозии в аустенитных нержавеющих сталях. Никель представляет собой аустенито-образующий элемент, и уровень никеля, марганца, углерода и азота оптимизирован в первом воплощении, чтобы сбалансировать феррито-образующие элементы, такие как хром, молибден и кремний, чтобы первично сохранить аустенитную микроструктуру. Никель является крайне дорогостоящим, и, следовательно, его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, в тоже время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава. Данную нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела содержание никеля, составляющее не менее 8,00 масс.% Ni и не более 12,00 масс.% Ni, но предпочтительно не более 11,00 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 10,00 масс.% Ni.
Действие молибдена
макс.
Обнаружено, что при определенных уровнях содержания хрома молибден обладает сильным благоприятным влиянием на пассивность аустенитных нержавеющих сталей. Добавление молибдена смещает потенциал питтингообразования в более инертном направлении, таким образом, расширяя диапазон пассивного потенциала. Повышение содержания молибдена также снижает i, и, следовательно, молибден улучшает устойчивость к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в условиях окружающей среды, содержащей хлориды. Молибден также улучшает устойчивость к коррозионному растрескиванию под действием хлорида под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды. Молибден представляет собой феррито-образующий элемент, и уровень молибдена параллельно с хромом и кремнием оптимизируют таким образом, чтобы сбалансировать аустенито-образующие элементы, такие как никель, марганец, углерод и азот, чтобы первично сохранить аустенитную микроструктуру. Тем не менее, молибден в сочетании с хромом и кремнием может увеличить тенденцию в направлении осаждения интерметаллических фаз и вредных осадков. При более высоких уровнях молибдена на практике возможна макросегрегация, в частности, в отливках и первичных изделиях, что может дополнительно увеличить кинетику таких интерметаллических фаз и вредных осадков. Иногда при плавке можно вводить другие элементы, такие как вольфрам, чтобы снизить относительное количество молибдена, требующееся в сплаве. Следовательно, практически существует максимальный предел уровня молибдена, до которого его можно повышать без увеличения скорости образования интерметаллической фазы в толстых сечениях, что, в свою очередь, может привести к снижению пластичности, вязкости и коррозионных характеристик сплава. Данную нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела содержание молибдена, составляющее не более 2,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% Mo и не более 2,0 масс.% Mo, и более предпочтительно не менее 1,0 масс.% Mo.
Действие азота
p
2
23
6
1
В первом воплощении (и в последующих воплощениях) одно из наиболее значительных усовершенствований в характеристиках локализованной коррозии аустенитных нержавеющих сталей получают за счет повышения уровней азота. Азот повышает потенциал питтингообразования E, в результате чего расширяет диапазон пассивного потенциала. Азот модифицирует пассивную защитную пленку, улучшая защиту против разрушения пассивности. Описано, что при использовании электронной Оже-спестроскопии наблюдают высокие концентрации азота со стороны металла на границе металла и пассивной пленки. Азот является крайне сильным аустенито-образующим элементом параллельно с углеродом. Аналогично, марганец и никель также являются аустенито-образующими элементами, хотя и в меньшей степени. Уровни аустенито-образующих элементов, таких как азот и углерод, а также марганец и никель, оптимизируют в этих воплощениях, чтобы сбалансировать феррито-образующие элементы, такие как хром, молибден и кремний, чтобы первично сохранить аустенитную микроструктуру. В результате азот косвенно ограничивает склонность к образованию интерметаллических фаз, поскольку скорости диффузии в аустените значительно медленнее. Таким образом, кинетика образования интерметаллической фазы снижается. Также, в свете того факта, что аустенит обладает хорошей растворимостью для азота, это означает, что снижается потенциал образования вредных осадков, таких как MX (карбонитриды, нитриды, бориды, боронитриды или борокарбиды), а также карбиды MC, в сварочном металле и в зоне термического влияния сварных соединений во время сварочных циклов. Азот в твердом растворе, в основном, ответственен за повышение свойств механической прочности нержавеющей стали 304LM4N, при этом гарантируя, что аустенитная микроструктура оптимизирует пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава. Азот, тем не менее, обладает ограниченной растворимостью, как на стадии плавки, так и в твердом растворе. Данную нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела содержание азота, составляющее не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
Действие марганца
2
23
6
Марганец представляет собой аустенито-образующий элемент, и уровень марганца, никеля, углерода и азота оптимизируют в воплощениях, чтобы сбалансировать феррито-образующие элементы, такие как хром, молибден и кремний, чтобы первично сохранить аустенитную микроструктуру. Таким образом, более высокий уровень марганца косвенно дает возможность более высокой растворимости углерода и азота, как на стадии плавки, так и в твердом растворе, что сводит к минимуму риск вредных осадков, таких как MX (карбонитриды, нитриды, бориды, боронитриды или борокарбиды), а также карбиды MC. Следовательно, повышение концентрации марганца до определенных уровней, чтобы улучшить растворимость азота в твердом растворе, приведет в результате к улучшению локализованных коррозионных характеристик аустенитной нержавеющей стали. Марганец также является более экономически эффективным элементом, чем никель, и его можно применять вплоть до определенного уровня, чтобы ограничить количество никеля, используемого в сплаве. Тем не менее, существует предел на уровень марганца, который можно успешно применять, поскольку это может привести к включениям сульфида марганца, являющимся благоприятными сайтами для инициации питтинга, следовательно, оказывающим вредное влияние на коррозионные характеристики аустенитной нержавеющей стали. Марганец также повышает тенденцию в направлении осаждения интерметаллических фаз, а также вредных осадков. Следовательно, практически существует максимальный предел уровня марганца, до которого его можно повышать без увеличения скорости образования интерметаллической фазы в толстых сечениях, что, в свою очередь, может привести к снижению пластичности, вязкости и коррозионных характеристик сплава. Данную нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела содержание марганца, составляющее не менее 1,00 масс.% Mn и не более 2,00 масс.% Mn, но предпочтительно имела содержание марганца, составляющее не менее 1,20 масс.% Mn и не более 1,50 масс.% Mn. Содержание марганца можно контролировать таким образом, чтобы гарантировать, что соотношение марганца и азота составляет не более 5,0, и предпочтительно не менее 1,42 и не более 5,0. Более предпочтительно это соотношение составляет не менее 1,42 и не более 3,75 для сплавов с низким уровнем содержания марганца. Содержание марганца может характеризовать сплавом, содержащим не менее 2,0 масс.% Mn и не более 4,0 масс.% Mn, но предпочтительно не более 3,0 масс.% Mn, и более предпочтительно не более 2,50 масс.% Mn, причем, отношение Mn к N составляет не более 10,0, и предпочтительно не менее 2,85 и не более 10,0. Более предпочтительно это отношение составляет не менее 2,85 и не более 7,50, и даже более предпочтительно не менее 2,85 и не более 6,25 для сплавов, имеющих более высокий уровень марганца.
Действие серы, кислорода и фосфора
2
3
2
Примеси, такие как сера, кислород и фосфор, могут обладать отрицательным влиянием на механические свойства и устойчивость к локализованной коррозии (точечной и контактной коррозии) и к общей коррозии в аустенитной нержавеющей стали. Это связано с тем, что сера в сочетании с марганцем на определенных уровнях стимулирует образование включений сульфида марганца. Кроме того, кислород в сочетании с алюминием или кремнием на определенных уровнях стимулирует образование включений оксидов, таких как AlO или SiO. Эти включения являются благоприятными сайтами для инициации питтинга, следовательно, оказывают вредное влияние на локализованные коррозионные характеристики, пластичность и вязкость аустенитной нержавеющей стали. Фосфор также стимулирует образование вредных осадков, которые являются благоприятными сайтами для инициации питтинга, следовательно, оказывают вредное влияние на устойчивость сплава к точечной и контактной коррозии, а также снижают его пластичность и вязкость. Кроме того, сера, кислород и фосфор оказывают вредное действие на деформируемость в горячем состоянии ковких аустенитных нержавеющих сталей и чувствительность по отношению к образованию горячих трещин и образованию холодных трещин, в частности, в отливках и в сварочном металле сварных соединений аустенитной нержавеющей стали. Кислород на определенных уровнях может также привести к пористости отливок аустенитной нержавеющей стали. Это может образовать потенциальные сайты образования трещин внутри отлитых деталей, которые испытывают высокие знакопеременные нагрузки. Следовательно, современные методы плавки, такие как электродуговая плавка, индукционная плавка и вакуумно-кислородное обезуглероживание или аргонно-кислородное обезуглероживание, в сочетании с другими методами вторичной переплавки, такими как электрошлаковый переплав или вакуум-дуговой переплав, а также с другими методами рафинирования используют, чтобы гарантировать получение крайне низких содержаний серы, кислорода и фосфора, чтобы улучшить деформируемость в горячем состоянии ковкой нержавеющей стали и снизить чувствительность по отношению к образованию горячих трещин, к образованию холодных трещин и пористость, в частности, в отливках и в сварочном металле сварных соединений. Современные методы плавки также приводят к снижению уровня включений. Это улучшает чистоту аустенитной нержавеющей стали, и, следовательно, ее пластичность и вязкость, а также коррозионные характеристики в целом. Данную нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела содержание серы, составляющее не более 0,010 масс.% S, но предпочтительно содержание серы не более 0,005 масс.% S, и более предпочтительно не более 0,003 масс.% S, и даже более предпочтительно не более 0,001 масс.% S. Содержание кислорода является как можно более низким, и его регулируют таким образом, чтобы оно составляло не более 0,070 масс.% O, но предпочтительно не более 0,050 масс.% O, и более предпочтительно не более 0,030 масс.% О, и даже более предпочтительно не более 0,010 масс.% O, и еще более предпочтительно не более 0,005 масс.% O. Содержание фосфора регулируют таким образом, чтобы оно составляло не более 0,030 масс.% P, но предпочтительно не более 0,025 масс.% P, и более предпочтительно не более 0,020 масс.% P, и даже более предпочтительно не более 0,015 масс.% P, и еще более предпочтительно не более 0,010 масс.% P.
Действие кремния
Кремний смещает потенциал питтингообразования в инертном направлении, таким образом, расширяя диапазон пассивного потенциала. Кремний также усиливает текучесть расплава в процессе изготовления нержавеющих сталей. Кремний также улучшает текучесть горячего сварочного металла во время сварочных циклов. Кремний представляет собой феррито-образующий элемент, и уровень кремния параллельно с хромом и молибденом оптимизируют, чтобы сбалансировать аустенито-образующие элементы, такие как никель, марганец, углерод и азот, чтобы первично сохранить аустенитную микроструктуру. Содержания кремния, находящиеся в диапазоне от 0,75 масс.% Si до 2,00 масс.% Si, могут улучшить устойчивость к окислению для высокотемпературных областей применения. Тем не менее, содержание кремния, превышающее приблизительно 1,0 масс.% Si, в сочетании с хромом и молибденом может повысить тенденцию в направлении осаждения интерметаллических фаз и вредных осадков. Следовательно, практически существует максимальный предел уровня кремния, до которого его можно повышать без увеличения скорости образования интерметаллической фазы в толстых сечениях, что, в свою очередь, может привести к снижению пластичности, вязкости и коррозионных характеристик сплава. Данную нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела содержание кремния, составляющее не более 0,75 масс.% Si, но предпочтительно не менее 0,25 масс.% Si и не более 0,75 масс.% Si, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% Si и не более 0,60 масс.% Si. Содержание кремния может характеризоваться сплавом, который содержит не менее 0,75 масс.% Si и не более 2,00 масс.% Si, для определенных высокотемпературных применений, где требуется повышенная устойчивость к окислению.
Действие углерода
2
23
6
Углерод является крайне сильным аустенито-образующим элементом параллельно с азотом. Аналогично, марганец и никель также являются аустенито-образующими элементами, хотя и в меньшей степени. Уровни аустенито-образующих элементов, таких как углерод и азот, а также марганец и никель, оптимизируют, чтобы сбалансировать феррито-образующие элементы, такие как хром, молибден и кремний, чтобы первично сохранить аустенитную микроструктуру. В результате углерод косвенно ограничивает склонность к образованию интерметаллических фаз, поскольку в аустените скорости диффузии значительно медленнее. Таким образом, кинетика образования интерметаллической фазы снижается. Также, в свете того факта, что аустенит обладает хорошей растворимостью для углерода, это означает, что снижается потенциал образования вредных осадков, таких как MX (карбонитриды, нитриды, бориды, боронитриды или борокарбиды), а также карбиды MC, в сварочном металле и в зоне термического влияния сварных соединений во время сварочных циклов. Углерод и азот в твердом растворе, в основном, ответственны за повышение свойств механической прочности нержавеющей стали 304LM4N, при этом гарантируя, что аустенитная микроструктура оптимизирует пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава. Содержание углерода обычно ограничивают до 0,030 масс.% C максимально, чтобы оптимизировать свойства, а также гарантировать хорошую деформируемость в горячем состоянии ковких аустенитных нержавеющих сталей. Данную нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела содержание углерода, составляющее не более 0,030 масс.% C максимально, но предпочтительно не менее 0,020 масс.% C и не более 0,030 масс.% C, и более предпочтительно не более 0,025 масс.% C. Для определенных областей применения, где желательно более высокое содержание углерода, составляющее не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C, или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% С, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C, также целенаправленно готовят определенные варианты нержавеющей стали 304LM4N, а именно 304HM4N или 304M4N соответственно.
Действие бора. церия, алюминия, кальция и магния
2
Деформируемость нержавеющих сталей в горячем состоянии улучшают путем введения дискретных количеств других элементов, таких как бор или церий. Если нержавеющая сталь содержат церий, она может также возможно содержать другие редкоземельные металлы (REM), такие как лантан, поскольку REM очень часто поставляют производителям нержавеющей стали в виде мишметалла. Как правило, характерный остаточный уровень бора, присутствующего в нержавеющих сталях, составляет не менее 0,0001 масс.% B и не более 0,0006 масс.% B для сталеплавильных заводов, которые предпочитают целенаправленно не добавлять бор при плавке. Нержавеющую сталь 304LM4N можно изготавливать без добавления бора. Альтернативно нержавеющую сталь 304LM4N можно изготавливать таким образом, чтобы она специально имела содержание бора, составляющее не менее 0,001 масс.% B и не более 0,010 масс.% B, но предпочтительно не менее 0,0015 масс.% B и не более 0,0035 масс.% B. Полезное действие бора на деформируемость в горячем состоянии является результатом гарантии того, что бор остается в твердом растворе. Поэтому необходимо гарантировать, чтобы вредные осадки, такие как MX (бориды, боронитриды или борокарбиды) не осаждались в микроструктуре на границах зерен основного материала в процессе изготовления и циклов термической обработки или в сварочном металле в состоянии непосредственно после сварки и.в зонах термического влияния сварных соединений во время сварочных циклов.
Нержавеющую сталь 304LM4N можно изготавливать таким образом, чтобы она имела определенное содержание церия, составляющее не более 0,10 масс.% Ce, но предпочтительно не менее 0,01 масс.% Ce и не более 0,10 масс.% Ce, и более предпочтительно не менее 0,03 масс.% Ce и не более 0,08 масс.% Ce. Церий образует в нержавеющей стали оксисульфиды церия, которые улучшают деформируемость в горячем состоянии, но при определенных уровнях не оказывают вредного влияния на коррозионную стойкость материала. Для некоторых областей применения, где желательно более высокое содержание углерода, составляющее не менее 0,04 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C, можно также изготавливать варианты нержавеющей стали 304LM4N, имеющие определенное содержание бора, составляющее не более 0,010 масс.% B, но предпочтительно не менее 0,001 масс.% B и не более 0,010 масс.% B, и более предпочтительно не менее 0,0015 масс.% B и не более 0,0035 масс.% B, или содержание церия, составляющее не более 0,10 масс.% Ce, но предпочтительно не менее 0,01 масс.% Ce и не более 0,10 масс.% Ce, и более предпочтительно не менее 0,03 масс.% Ce и не более 0,08 масс.% Ce. Следует отметить, что редкоземельные металлы можно использовать отдельно или вместе в виде мишметалла, обеспечивающего суммарное количество REM, удовлетворяющее уровням Ce, указанного в настоящем описании. Нержавеющую сталь 304LM4N можно готовить определенным образом, чтобы она содержала алюминий, кальций и/или магний. Эти элементы можно добавлять, чтобы раскислять и/или обессеривать нержавеющую сталь в целях улучшения ее чистоты, а также деформируемости материала в горячем состоянии. Где это уместно, содержание алюминия в характерном случае контролируют таким образом, чтобы оно составляло не более 0,050 масс.% Al, но предпочтительно не менее 0,005 масс.% Al и не более 0,050 масс.% Al, и более предпочтительно не менее 0,010 масс.% Al и не более 0,030 масс.% Al, с целью ингибирования осаждения нитридов. Аналогично содержание кальция и/или магния в характерном случае контролируют таким образом, чтобы содержание Ca и/или Mg составляло не более 0,010 масс.% Ca и/или Mg, но предпочтительно не менее 0,001 масс.% Ca и/или Mg и не более 0,010 масс.% Ca и/или Mg, и более предпочтительно не менее 0,001 масс.% Ca и/или Mg и не более 0,005 масс.% Ca и/или Mg, чтобы ограничить количество образования шлака при плавке.
Другие варианты
Для некоторых областей применения можно готовить для изготовления другие варианты нержавеющей стали 304LM4N, содержащие определенные уровни других легируюших элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Аналогичным образом для некоторых областей применения, где желательно более высокое содержание углерода, составляющее не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C, целенаправленно готовят определенные варианты нержавеющей стали 304LM4N, а именно 304HM4N или 304M4N соответственно. Кроме того, для некоторых областей применения, где желательно более высокое содержание углерода, составляющее не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C, также целенаправленно готовят определенные варианты нержавеющей стали 304HM4N или 304M4N, а именно следующие сплавы: стабилизированные титаном, 304HM4NTi или 304M4NTi, стабилизированные ниобием, 304HM4NNb или 304M4NNb, и стабилизированные ниобием и танталом, 304HM4NNbTa или 304M4NNbTa. Для вариантов сплавов, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизирующую термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых разнообразных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Данные легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых разнообразных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к определенным областям применения и дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Действие меди
2
Полезное действие добавления меди на коррозионную стойкость нержавеющих сталей в не окисляющей среде хорошо известно. При добавлении 0,50 масс.% меди снижается как скорость активного растворения в кипящей соляной кислоте, таки скорость контактной коррозионной потери в хлоридных растворах. Обнаружено, что устойчивость к общей коррозии в серной кислоте также улучшается при добавлении меди в количестве, составляющем вплоть до 1,50 масс.% Cu. Медь представляет собой аустенито-образующий элемент параллельно с никелем, марганцем, углеродом и азотом. Таким образом, медь может улучшать локальные коррозионные характеристики и общие коррозионные характеристики нержавеющих сталей. Уровни меди и других аустенито-образующих элементов оптимизируют, чтобы сбалансировать феррито-образующие элементы, такие как хром, молибден и кремний, чтобы первично сохранить аустенитную микроструктуру. Таким образом, вариант нержавеющей стали 304LM4N подобран определенным образом, чтобы он имел содержание меди, составляющее не более 1,50 масс.% Cu, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% Cu и не более 1,50 масс.% Cu, и более предпочтительно не более 1,00 масс.% Cu для сплавов, имеющих более низкие уровни содержания меди. Содержание меди 304LM4N может характеризоваться сплавом, который содержит не более 3,50 масс.% Cu, но предпочтительно не менее 1,50 масс.% Cu и не более 3,50 масс.% Cu, и более предпочтительно не более 2,50 масс.% Cu для сплавов, имеющих более высокие уровни содержания меди.
Медь можно добавлять отдельно или в сочетании с вольфрамом, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Медь является дорогостоящей, и, следовательно, ее целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, оптимизируя в то же время пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Действие вольфрама
pass
3
3
3
Вольфрам и молибден занимают сходное положение в Периодической таблице и обладают сходной эффективностью и влиянием на устойчивость к локализованной коррозии (точечной и контактной коррозии). При определенных уровнях содержания хрома и молибдена вольфрам обладает сильным полезным воздействием на пассивность аустенитных нержавеющих сталей. Добавление вольфрама смещает потенциал питтингообразования в более инертных направлениях, расширяя, таким образом, диапазон пассивного потенциала. Возрастающее содержание вольфрама также снижает плотность пассивного тока i. Вольфрам присутствует в пассивном слое и адсорбируется без модификации окисленного состояния. В кислых хлоридных растворах вольфрам, вероятно, переходит непосредственно из металла в пассивную пленку вероятнее в результате взаимодействия с водой и образования нерастворимого WO, чем в результате растворения с последующим процессом адсорбции. В нейтральных хлоридных растворах полезное действие вольфрама объясняется взаимодействием WO с другими оксидами, приводящим в результате к повышенной стабильности и усиленного связывания оксидного слоя с основным металлом. Вольфрам улучшает устойчивость к общей коррозии и к локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в хлоридсодержащих средах. Вольфрам также улучшает устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением под действием хлорида в условиях окружающей среды, содержащей хлориды. Вольфрам представляет собой феррито-образующий элемент, и уровень вольфрама параллельно с хромом, молибденом и кремнием оптимизируют, чтобы сбалансировать аустенито-образующие элементы, такие как никель, марганец, углерод и азот, чтобы первично сохранить аустенитную микроструктуру. Тем не менее, вольфрам в сочетании с хромом, молибденом и кремнием может увеличить тенденцию в направлении осаждения интерметаллических фаз и вредных осадков. Практически существует максимальный предел уровня вольфрама, до которого его можно повышать без увеличения скорости образования интерметаллической фазы в толстых сечениях, что, в свою очередь, может привести к снижению пластичности, вязкости и коррозионных характеристик сплава. Данную нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела содержание вольфрама, составляющее не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W. Вольфрам можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Вольфрам является крайне дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Действие ванадия
макс
2
23
6
При определенных уровнях содержания хрома и молибдена ванадий обладает сильным полезным влиянием на пассивность аустенитных нержавеющих сталей. Добавление ванадия смещает потенциал питтингообразования в более инертном направлении, таким образом, расширяя диапазон пассивного потенциала. Повышение содержания ванадия также снижает i, и, следовательно, ванадий в сочетании с молибденом улучшает устойчивость к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в хлоридсодержащих средах. Ванадий в сочетании с молибденом может также улучшить устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением под действием хлорида в условиях окружающей среды, содержащей хлориды. Тем не менее, ванадий в сочетании с хромом, молибденом и кремнием может увеличить тенденцию в направлении осаждения интерметаллических фаз и вредных осадков. Ванадий обладает сильной склонностью к образованию вредных осадков, таких как MX (карбонитридов, нитридов, боридов, боронитридов или борокарбидов), а также карбидов, таких как MC. Таким образом, практически существует максимальный предел уровня вольфрама, до которого его можно повышать без увеличения скорости образования интерметаллической фазы в толстых сечениях. Ванадий также увеличивает склонность к образованию таких вредных осадков в сварочном металле и в зонах термического влияния сварных соединений во время сварочных циклов. Эти интерметаллические фазы и вредные фазы могут, в свою очередь, привести к снижению пластичности, вязкости и коррозионных характеристик сплава. Таким образом, вариант такой нержавеющей стали 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела содержание ванадия, составляющее не более 0,50 масс.% V, но предпочтительно не менее 0,10 масс.% V и не более 0,50 масс.% V, и более предпочтительно не более 0,30 масс.% V. Ванадий можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Ванадий является дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Действие титана, ниобия и ниобия с танталом
Для некоторых областей применения, где желательно более высокое содержание углерода, составляющее не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C, целенаправленно готовят определенные варианты нержавеющей стали 304HM4N или 304M4N, а именно 304HM4NTi или 304M4NTi, таким образом, чтобы они имели содержание титана согласно следующим формулам: Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс., соответственно, с целью получения производных сплава, стабилизированных титаном. Для вариантов сплавов, стабилизированных титаном, можно проводить стабилизирующую термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом, ванадием и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Для некоторых областей применения, где желательно более высокое содержание углерода, составляющее не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C, также целенаправленно готовят определенные варианты нержавеющей стали 304HM4N или 304M4N, а именно 304HM4NNb или 304M4NNb, таким образом, чтобы они имели содержание ниобия согласно следующим формулам: Nb8×Смин., 1,0 масс.% Nbмакс. или Nb10×Смин., 1,0 масс.% Nbмакс., соответственно с целью получения производных сплава, стабилизированных ниобием. Кроме того, могут быть также изготовлены другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, то есть варианты 304HM4NNbTa или 304M4NnbTa, в которых содержание ниобия с танталом регулируют согласно следующим формулам: Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс. Для вариантов сплавов, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием с танталом, можно проводить стабилизирующую термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом, ванадием и/или титаном в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Эквивалент стойкости к точечной коррозии
На основании описанного выше очевидно, что ряд легирующих элементов в нержавеющих сталях смещает потенциал питтингообразования в инертном направлении. Эти полезные действия являются комплексными и взаимодействующими, и сделаны попытки применения эмпирических взаимоотношений для показателей стойкости к питтинговой коррозии, выведенных на основе композиции. Чаще всего для вычисления эквивалента стойкости к точечной коррозии используют следующую формулу:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
N
N
Общепризнано, что такие сплавы, как описано в настоящей работе, имеющие значения PRE, составляющие менее 40, можно классифицировать как "аустенитные" нержавеющие стали, тогда как такие сплавы, как описано в настоящей работе, имеющие значения PRE, большие или равные 40, можно классифицировать как "супераустенитные" нержавеющие стали, что отражает их наилучшую устойчивость к общей и локализованной коррозии. Данную нержавеющую сталь 304LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 17,50 масс.% Cr и не более 20,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 18,25 масс.% Cr,
(ii) Содержание молибдена не более 2,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% Mo и не более 2,0 масс.% Mo, и более предпочтительно не менее 1,0 масс.% Mo,
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
N
NW
N
N
Нержавеющая сталь 304LM4N имеет высокий нормативный уровень азота и значение PRE, составляющеене не менее 25, но предпочтительно PRE составляет не менее 30. В результате, нержавеющая сталь 304LM4N обладает уникальным сочетанием свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии. Существуют оговорки, касающиеся использования таких формул полностью изолированно. В этих формулах не учтены полезные эффекты других элементов, таких как вольфрам, улучшающих питтинговые характеристики. Для вариантов нержавеющей стали 304LM4N, содержащих вольфрам, эквивалент стойкости к точечной коррозии вычисляют, используя формулу: PRE=% Cr+[3,3×%(Mo+W)]+(16×% N). Общепризнано, что такие сплавы, как описано в настоящей работе, имеющие значения PRE, составляющие менее 40, можно классифицировать как "аустенитные" нержавеющие стали, тогда как такие сплавы, как описано в настоящей работе, имеющие значения PRE, большие или равные 40, можно классифицировать как "супераустенитные" нержавеющие стали, что отражает их наилучшую устойчивость к общей и локализованной коррозии. Данный вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 304LM4N готовят определенным образом, чтобы они имел следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 17,50 масс.% Cr и не более 20,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 18,25 масс.% Cr,
(ii) Содержание молибдена не более 2,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% Mo и не более 2,0 масс.% Mo, и более предпочтительно не менее 1,0 масс.% Mo,
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N,
(iv) Содержание вольфрама не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W.
NW
NW
Вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 304LM4N имеет высокий нормативный уровень азота и значение PRE, составляющее не менее 27, но предпочтительно PRE составляет не менее 32. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают действие микроструктурных факторов на разрушение пассивности за счет точечной или контактной коррозии.
Аустенитная микроструктура
Химическая композиция нержавеющей стали 304LM4N первого воплощения оптимизирована на стадии плавки таким образом, что первично обеспечивает аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, в характерном случае проводимой в диапазоне от 1100°C до 1250°C, с последующей закалкой в воде.
Микроструктуру основного материала 304LM4N в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом в состоянии непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, как обсуждено выше, чтобы первично гарантировать, что сплав является аустенитным.
4
4
4
4
4
Относительная эффективность элементов, стабилизирующих ферритную и аустенитную фазы, может быть выражена в отношении их эквивалентов [Cr] и [Ni]. Сочетанное действие использования эквивалентов [Cr] и [Ni] продемонстрировано с использованием способа, предложенного Schaeffler для предсказания структур сварочных металлов. Диаграмма Schaeffler применима только строго к быстро отлитым и охлажденным сплавам, таким как сварные соединения или кокильные отливки. Тем не менее, диаграмма Schaeffler также может дать указание на баланс фаз исходных материалов. Schaeffler предсказал структуры сварочных металлов из нержавеющей стали, формованных после быстрого охлаждения, в соответствии с их химической композицией, выраженной в отношении их эквивалентов [Cr] и [Ni]. В диаграмме Schaeffler использованы эквиваленты [Cr] и [Ni] согласно следующим формулам:
4
4
5
5
4
Тем не менее, диаграмма Schaeffler не учитывает значительное влияние азота при стабилизации аустенита. Поэтому диаграмма Schaeffler модифицирована автором DeLong, включившим важное влияние азота в качестве аустенито-образующего элемента. В диаграмме DeLong использована та же формула эквивалента [Cr], которая использована Schaeffler в уравнении (1). Тем не менее, эквивалент [Ni] модифицирован в соответствии со следующей формулой:
5
4
5
4
5
Данная диаграмма DeLong показывает содержание феррита в отношении содержания феррита и ферритного числа Совета по исследования в области сварки (WRC; от англ. Welding Research Council), определяемого с помощью магнитометрических измерений. Отличие ферритного числа от процентного содержания феррита (то есть при значениях, составляющих более 6% феррита) связано с методами калибровки WRC и калибровочными кривыми, используемыми для магнитометрических измерений. Сравнение диаграммы Schaeffler и модифицированной DeLong диаграммы Schaeffler выявило, что для данного эквивалента [Cr] и эквивалента [Ni] диаграмма DeLong предсказывает более высокое содержание феррита (то есть приблизительно на 5% выше).
4
5
Как диаграмма Schaeffler, так и диаграмма DeLong принципиально разработаны для сварных соединений, и поэтому нестрого применимы к исходному материалу. Тем не менее, они обеспечивают хороший показатель фаз, которые, вероятно, присутствуют, и дают ценную информацию об относительном влиянии различных легирующих элементов.
6
4
4
7
6
Автором Schoefer продемонстрировано, что модифицированный вариант диаграммы Schaeffler можно использовать для описания ферритного числа в отливках. Это достигнуто путем преобразования координат диаграммы Schaeffler либо в ферритное число, либо в процентное содержание феррита по объему на горизонтальной оси, как адаптировано стандартом ASTM в A800/A800M - 10. Вертикальную ось выражают в виде отношения, представляющего собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni]. Schoefer также модифицировал коэффициенты эквивалента [Cr] и эквивалента [Ni] согласно следующей формуле:
6
Также предполагают, что другие элементы, являющиеся стабилизаторами феррита, также, вероятно, влияют на коэффициенты эквивалента [Cr], в результате чего получили изменение таких уравнений, адаптированных Schoefer. Эти уравнения включают следующие элементы, обозначенные соответствующими коэффициентами эквивалента [Cr], которые могут быть релевантными для вариантов сплавов, содержащихся в данной работе:
Элемент
Коэффициент эквивалента [Cr]
вольфрам
0,72
ванадий
2,27
титан
2,20
тантал
0,21
алюминий
2,48
6
Аналогично предполагают, что другие элементы, являющиеся стабилизаторами аустенита, также, вероятно, влияют на коэффициенты эквивалента [Ni], в результате чего получили изменение таких уравнений, адаптированных Schoefer. Эти уравнения включают следующие элементы, обозначенные соответствующими коэффициентами эквивалента [Ni], которые могут быть релевантными для вариантов сплавов, содержащихся в данной работе:
Элемент
Коэффициент эквивалента [Ni]
медь
0,44
7
6
Тем не менее, в стандарте ASTM A800/A800M - 10 указано, что диаграмма Schoefer применима только к сплавам нержавеющей стали, содержащим легирующие элементы в процентах по массе в соответствии с приведенным ниже нормативным диапазоном:
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
Nb
N
МИН.
17,00
4,00
МАКС.
0,20
2,00
2,00
28,00
13,00
4,00
1,00
0,20
6
7
6
На основании описанного выше можно вывести, что содержание азота в нержавеющей стали 304LM4N составляет не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N. Эти значения превышают максимальные ограничения диаграммы Schoefer, адаптированные стандартом ASTM A800/A800M - 10. Несмотря на это, где это целесообразно, диаграмма Schoefer дает относительное сравнение ферритного числа или процентного содержания феррита по объему, присутствующего в аустенитных нержавеющих сталях, имеющих высокое содержание азота.
2
23
6
Азот является крайне сильным аустенито-образующим элементом параллельно с углеродом. Аналогично, марганец и никель также являются аустенито-образующими элементами, хотя и в меньшей степени. Уровни аустенито-образующих элементов, таких как азот и углерод, а также марганец и никель, оптимизированы, чтобы сбалансировать феррито-образующие элементы, такие как хром, молибден и кремний, чтобы первично сохранить аустенитную микроструктуру. В результате азот косвенно ограничивает склонность к образованию интерметаллических фаз, поскольку скорости диффузии в аустените значительно медленнее. Следовательно, кинетика образования интерметаллической фазы снижена. Также, в свете того факта, что аустенит обладает хорошей растворимостью для азота, это означает, что снижается потенциал образования вредных осадков, таких как MX (карбонитриды, нитриды, бориды, боронитриды или борокарбиды), а также карбиды MC, в сварочном металле и в зоне термического влияния сварных соединений во время сварочных циклов. Как уже обсуждалось, другие варианты нержавеющих сталей могут также включать такие элементы, как вольфрам, ванадий, титан, тантал, алюминий и медь.
6
Таким образом, нержавеющая сталь 304LM4N разработана определенным образом, что, прежде всего, гарантирует, что структура основного материала в условиях обработки на твердый раствор параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений является аустенитной. Это контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами. Следовательно, химический анализ нержавеющей стали 304LM4N оптимизирован на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в диапазоне от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95.
В результате нержавеющая сталь 304LM4N проявляет уникальное сочетание высокой прочности и пластичности при температурах окружающей среды, и, в то же время, гарантирует отличную вязкость при температурах окружающей среды и криогенных температурах. Кроме того, этот сплав можно изготавливать и поставлять в не намагниченном состоянии.
Оптимальная химическая композиция
В результате описанного выше определено, что оптимальный диапазон химической композиции нержавеющей стали 304LM4N является избирательным и включает в процентах по массе следующие элементы:
(i) не более 0,030 масс.% C максимум, но предпочтительно не менее 0,020 масс.% C и не более 0,030 масс.% C, и более предпочтительно не более 0,025 масс.% C;
(ii) не более 2,0 масс.% Mn, но предпочтительно не менее 1,0 масс.% Mn и не более 2,0 масс.% Mn, и более предпочтительно не менее 1,20 масс.% Mn и не более 1,50 масс.% Mn, причем, отношение Mn к N составляет не более 5,0, и предпочтительно не менее 1,42 и не более 5,0, но более предпочтительно не менее 1,42 и не более 3,75, для сплавов с более низким уровнем содержания марганца;
(iii) не более 0,030 масс.% P, но предпочтительно не более 0,025 масс.% P, и более предпочтительно не более 0,020 масс.% P, и даже более предпочтительно не более 0,015 масс.% P, и еще более предпочтительно не более 0,010 масс.% P;
(iv) не более 0,010 масс.% S, но предпочтительно не более 0,005 масс.% S, и более предпочтительно не более 0,003 масс.% S, и даже более предпочтительно не более 0,001 масс.% S;
(v) не более 0,070 масс.% O, но предпочтительно не более 0,050 масс.% O, и более предпочтительно не более 0,030 масс.% O, и даже более предпочтительно не более 0,010 масс.% O, и еще более предпочтительно не более 0,005 масс.% O;
(vi) не более 0,75 масс.% Si, но предпочтительно не менее 0,25 масс.% Si и не более 0,75 масс.% Si, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% Si и не более 0,60 масс.% Si;
(vii) не менее 17,50 масс.% Cr и не более 20,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 18,25 масс.% Cr;
(viii) не менее 8,00 масс.% Ni и не более 12,00 масс.% Ni, но предпочтительно не более 11 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 10 масс.% Ni;
(ix) не более 2,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% Mo и не более 2,00 масс.% Mo, и более предпочтительно не менее 1,0 масс.% Mo;
(x) не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
N
6
Нержавеющая сталь 304LM4N имеет высокий нормативный уровень азота и значение PRE, составляющее не менее 25, но предпочтительно PRE не менее 30. Химическая композиция нержавеющей стали 304LM4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в диапазоне от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95.
Нержавеющая сталь 304LM4N также содержит, в основном, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, а также другие примеси, которые могут присутствовать на остаточных уровнях. Нержавеющую сталь 304LM4N можно изготавливать без добавления бора, и остаточный уровень бора в характерном случае составляет не менее 0,0001 масс.% B и не более 0,0006 масс.% B для сталеплавильных заводов, которые предпочитают целенаправленно не добавлять бор при плавке. Альтернативно нержавеющую сталь 304LM4N можно изготавливать определенным образом, чтобы она имела содержание бора, составляющее не менее 0,001 масс.% B и не более 0,010 масс.% B, но предпочтительно не менее 0,0015 масс.% B и не более 0,0035 масс.% B. Церий можно добавлять в таком количестве, чтобы содержание церия составляло не более 0,10 масс.% Ce, но предпочтительно не менее 0,01 масс.% Ce и не более 0,10 масс.% Ce, и более предпочтительно не менее 0,03 масс.% Ce и не более 0,08 масс.% Ce. Если нержавеющая сталь содержит церий, она может также возможно содержать другие редкоземельные металлы (REM), такие как лантан, поскольку REM очень часто поставляют изготовителям нержавеющей стали в виде мишметалла. Следует отметить, что редкоземельные металлы можно использовать по отдельности или вместе в виде мишметалла, при условии, что суммарное количество REM удовлетворяет уровням Ce, указанным в настоящей работе. Алюминий можно добавлять в таком количестве, чтобы содержание алюминия составляло не более 0,050 масс.% Al, но предпочтительно не менее 0,005 масс.% Al и не более 0,050 масс.% Al, и более предпочтительно не менее 0,010 масс.% Al и не более 0,030 масс.% Al. Кальций и/или магний можно добавлять в таком количестве, чтобы содержание Ca и/или Mg составляло не менее 0,001 и не более 0,01 масс.% Ca и/или Mg, но предпочтительно не более 0,005 масс.% Ca и/или Mg.
На основании описанного выше, в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 304LM4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 304LM4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S30403 и S30453, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения могут быть значительно более высокими. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 304LM4N могут быть выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22 Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25 Cr.
Также понятно, что, если специфицируют и используют ковкую нержавеющую сталь 304LM4N, это может привести к общей экономии затрат на изготовление и конструирование, поскольку компоненты стен конструкций могут быть тоньше, что легче в обращении и требует меньше времени на изготовление. Таким образом, нержавеющую сталь 304LM4N можно использовать в широком ряду промышленных применений, в которых требуется структурная целостность и коррозионная стойкость, и она особенно пригодна как для морских, так и для наземных применений в области нефтяной и газовой промышленности.
Деформируемая нержавеющая сталь 304LM4N идеальна для применения в широком ряду областей применения на различных рынках и в различных отраслях промышленности, таких как верхние трубопроводные системы и готовые элементы конструкций, применяемые для морских плавучих заводов СПГ (сжиженного природного газа) (FLNG; от англ. Floating Liquefied Natural Gas) в связи со значительными достижимыми экономиями массы и экономиями времени на изготовление, что, в свою очередь, приводит к значительной экономии затрат. Нержавеющая сталь 304LM4N может быть также специфицирована и может применяться для трубопроводных систем, применяемых как морских, так и для наземных областей применения, например, для трубопроводных систем, применяемых для морских плавучих заводов СПГ, так и для наземных заводов СПГ, в связи с ее свойствами высокой механической прочности и пластичности, а также в связи с тем, что она обладает отличной вязкостью при температурах окружающей среды и криогенных температурах.
В дополнение к аустенитной нержавеющей стали 304LM4N, также предложено второе воплощение, соответственно, называемое в настоящем описании как 316LM4N.
316LM4N
N
N
N
Высокопрочная аустенитная нержавеющая сталь 316LM4N содержит высокий уровень азота и эквивалент стойкости к точечной коррозии PRE, составляющий не менее 30, но предпочтительно PRE составляет не менее 35. Эквивалент стойкости к точечной коррозии, обозначенный как PRE, вычисляют согласно формуле:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 316LM4N готовят таким образом, что она обладает уникальным сочетанием свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии. Химическая композиция нержавеющей стали 316LM4N является избирательной и характеризуется сплавом химических элементов в следующем процентном содержании по массе: 0,030 масс.% Cмакс., 2,00 масс.% Mn макс., 0,030 масс.% P макс., 0,010 масс.% S макс., 0,75 масс.% Si макс., 16,00 масс.% Cr - 18,00 масс.% Cr, 10,00 масс.% Ni - 14,00 масс.% Ni, 2,00 масс.% Mo - 4,00 масс.% Mo, 0,40 масс.% N - 0,70 масс.% N.
N
N
Нержавеющая сталь 316LM4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, например, 0,010 масс.% B макс., 0,10 масс.% Ce макс., 0,050 масс.% Al макс., 0,01 масс.% Ca макс. и/или 0,01 масс.% Mg макс., и другие примеси, которые обычно присутствуют на остаточных уровнях. Химическая композиция нержавеющей стали 316LM4N оптимизирована на стадии плавки таким образом, чтобы, прежде всего, гарантировать аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, в характерном случае проводимой в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом в состоянии непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. В результате, нержавеющая сталь 316LM4N проявляет уникальное сочетание высокой прочности и пластичности при температурах окружающей среды, при этом, в то же время, достигая отличной вязкости при температурах окружающей среды и криогенных температурах. В свете того факта, что химический анализ нержавеющей стали 316LM4N регулируют таким образом, чтобы гарантировать значение PRE, составляющее не менее 30, но предпочтительно PRE не менее 35, это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 316LM4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31603 и UNS S31653.
Определено, что оптимальный диапазон химической композиции нержавеющей стали 316LM4N тщательно подобран и содержит следующие химические элементы в процентах по массе на основании второго воплощения:
Углерод (C)
Содержание углерода нержавеющей стали 316LM4N составляет не более 0,030 масс.% C максимально, но предпочтительно не менее 0,020 масс.% C и не более 0,030 масс.% C, и более предпочтительно не более 0,025 масс.% C.
Марганец (Mn)
Нержавеющая сталь 316LM4N второго воплощения может выпускаться в двух вариантах: с низким содержанием марганца или с высоким содержанием марганца.
Для сплавов, имеющих низкое содержание марганца, содержание марганца нержавеющей стали 316LM4N составляет не более 2,0 масс.% Mn, но предпочтительно не менее 1,0 масс.% Mn и не более 2,0 масс.% Mn, и более предпочтительно не менее 1,20 масс.% Mn и не более 1,50 масс.% Mn. При такой композиции достигается оптимальное отношение Mn к N, составляющее не более 5,0, и предпочтительно не менее 1,42 и не более 5,0. Более предпочтительно это соотношение составляет не менее 1,42 и не более 3,75.
Для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, содержание марганца 316MN4N составляет не более 4,0 масс.% Mn. Предпочтительно содержание марганца составляет не менее 2,0 масс.% Mn и не более 4,0 масс.% Mn, и более предпочтительно верхний предел составляет не более 3,0 масс.% Mn. Даже более предпочтительно верхний предел составляет не более 2,50 масс.% Mn. При данных выбранных диапазонах отношение Mn к N составляет не более 10,0, и предпочтительно не менее 2,85 и не более 10,0. Более предпочтительно отношение Mn к N для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, составляет не менее 2,85 и не более 7,50, и даже более предпочтительно не менее 2,85 и не более 6,25.
Фосфор (P)
Содержание фосфора нержавеющей стали 316LM4N регулируют таким образом, что оно составляет не более 0,030 масс.% P. Предпочтительно сплав 316LM4N имеет не более 0,025 масс.% P, и более предпочтительно не более 0,020 масс.% P. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,015 масс.% P, и еще более предпочтительно не более 0,010 масс.% P.
Сера (S)
Содержание серы нержавеющей стали 316LM4N составляет не более 0,010 масс.% S. Предпочтительно 316LM4N имеет не более 0,005 масс.% S, и более предпочтительно не более 0,003 масс.% S, и даже более предпочтительно не более 0,001 масс.% S.
Кислород (O)
Содержание кислорода нержавеющей стали 316LM4N регулируют таким образом, чтобы оно было как можно более низким, и во втором воплощении 316LM4N имеет не более 0,070 масс.% O. Предпочтительно 316LM4N имеет не более 0,050 масс.% O, и более предпочтительно не более 0,030 масс.% O. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,010 масс.% O, и еще более предпочтительно не более 0,005 масс.% O.
Кремний (Si)
Содержание кремния нержавеющей стали 316LM4N составляет не более 0,75 масс.% Si. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 0,25 масс.% Si и не более 0,75 масс.% Si. Более предпочтительно этот диапазон составляет не менее 0,40 масс.% Si и не более 0,60 масс.% Si. Тем не менее, для высокотемпературных применений, где требуется повышенная устойчивость к окислению, содержание кремния может составлять не менее 0,75 масс.% Si и не более 2,00 масс.% Si.
Хром (Cr)
Содержание хрома нержавеющей стали 316LM4N составляет не менее 16,00 масс.% Cr и не более 18,00 масс.% Cr. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 17,25 масс.% Cr.
Никель (Ni)
Содержание никеля нержавеющей стали 316LM4N составляет не менее 10,00 масс.% Ni и не более 14,00 масс.% Ni. Предпочтительно верхний предел содержания Ni сплава составляет не более 13,00 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 12,00 масс.% Ni.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена нержавеющей стали 316LM4N составляет не менее 2,00 масс.% Mo и не более 4,00 масс.% Mo. Предпочтительно нижний предел составляет не менее 3,0 масс.% Mo.
Азот (N)
Содержание азота нержавеющей стали 316LM4N составляет не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N. Более предпочтительно 316LM4N имеет не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
PRE
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии (PRE) вычисляют, используя формулу:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 316LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 16,00 масс.% Cr и не более 18,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 17,25 масс.% Cr,
(ii) Содержание молибдена не менее 2,00 масс.% Mo и не более 4,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 3,0 масс.% Mo,
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
N
При высоком уровне азота нержавеющая сталь 316LM4N достигает значения PRE, составляющего не менее 30, и предпочтительно PRE составляет не менее 35. Это гарантирует, что данный сплав также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 316LM4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31603 и UNS S31653. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 316LM4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Нержавеющая сталь 316LM4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к этим элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае.
Нержавеющая сталь 316LM4N согласно второму воплощению обладает минимальным пределом текучести, составляющим 55 ksi или 380 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 62 ksi или 430 МПа, может быть достигнут для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальным пределом текучести, составляющим 41 ksi или 280 МПа. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 48 ksi или 330 МПа, может быть достигнут для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 316LM4N и UNS S31603 позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 316LM4N может быть в 2,5 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31603. Сравнение свойств механической прочности новой ковкой нержавеющей стали 316LM4N по изобретению и UNS S31653 также может позволить предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 316LM4N в 2,1 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31653.
Нержавеющая сталь 316LM4N согласно второму воплощению обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 102 ksi или 700 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 109 ksi или 750 МПа, может быть достигнута для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 95 ksi или 650 МПа. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 102 ksi или 700 МПа, может быть достигнута для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 316LM4N и UNS S31603 может позволить предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 316LM4N более чем в 1,5 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31603. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 316LM4N и UNS S31653 также может позволить предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 316LM4N может быть в 1,45 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31653. Действительно, при сравнении свойств механической прочности новой ковкой нержавеющей стали 316LM4N по изобретению и дуплексной нержавеющей стали 22Cr, можно продемонстрировать, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 316LM4N может быть приблизительно в 1,2 раза выше, чем указано в нормативах для S31803, и аналогична указанной в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr. Таким образом, свойства минимальной механической прочности нержавеющей стали 316LM4N значительно улучшены по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31603 и UNS S31653, а свойства прочности на растяжение являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны свойствам, указанным в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 316LM4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 316LM4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31603 и S31653, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 316LM4N могут быть выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 316LM4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 316LM4N является избирательным и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 316LM4N.
Вольфрам (W)
Содержание вольфрама нержавеющей стали 316LM4N составляет не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0.75 масс.% W. Для вариантов нержавеющей стали 316LM4N, содержащих вольфрам, эквивалент стойкости к точечной коррозии вычисляют, используя формулу:
NW
PRE=% Cr+[3,3×%(Mo+W)]+(16×% N).
Данный вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 316LM4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 16,00 масс.% Cr и не более 18,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 17,25 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 2,00 масс.% Mo и не более 4,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 3,0 масс.% Mo;
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N; и
(iv) Содержание вольфрама не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W.
NW
Вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 316LM4N имеет высокий нормативный уровень азота и Значение PRENW, составляющее не менее 32, но предпочтительно PRE не менее 37. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии. Вольфрам можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Вольфрам является крайне дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, при этом, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Углерод (C)
Для некоторых областей применения желательны другие варианты нержавеющей стали 316LM4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, содержание углерода нержавеющей стали 316LM4N может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C. Эти определенные варианты нержавеющей стали 316LM4N можно рассматривать как варианты 316HM4N или 316M4N соответственно.
Титан Ti/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 316HM4N или 316M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% Cu менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 316HM4NTi или 316M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов нержавеющей стали 316LM4N. Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 316HM4NNb или 316M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 316HM4NNbTa или 316M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 316HM4N параллельно с другими вариантами и воплощениями, обсуждаемыми в настоящем описании, обычно поставляют в состоянии отжига на твердый раствор. Тем не менее, сварные соединения деталей, полученных путем обработки давлением, модули и штампованные детали обычно поставляют в состоянии непосредственно после сварки при условии, что соответствующие квалификационные требования к технологии сварки предварительно оценены на соответствие техническим условиям согласно соответствующим стандартам и нормативам. Для определенных областей применения ковкие варианты могут быть также поставлены в нагартованном состоянии.
Понятно, что действие различных элементов и их композиций, обсуждаемое в отношении 304LM4N, также применимо к 316LM4N (а также к обсуждаемым ниже воплощениям), чтобы понять, как получить оптимальную химическую композицию для нержавеющей стали 316LM4N (а также остальных воплощений).
В дополнение к аустенитным нержавеющим сталям 304LM4N и 316LM4N также предложен дополнительный вариант, называемый соответственно 317L57M4N, который составляет третье воплощение данного изобретения.
[317L57M4N]
N
N
N
Высокопрочная аустенитная нержавеющая сталь 317L57M4N содержит высокий уровень азота и эквивалент стойкости к точечной коррозии PRE, составляющий не менее 40, но предпочтительно PRE составляет не менее 45. Эквивалент стойкости к точечной коррозии, обозначенный как PRE, вычисляют согласно формуле:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 317L57M4N готовят таким образом, что она обладает уникальным сочетанием свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии. Химическая композиция нержавеющей стали 317L57M4N является избирательной и характеризуется сплавом химических элементов в следующем процентном содержании по массе; 0,030 масс.% C макс., 2,00 масс.% Mn макс., 0,030 масс.% P макс., 0,010 масс.% S макс., 0,75 масс.% Si макс., 18,00 масс.% Cr - 20,00 масс.% Cr, 11,00 масс.% Ni - 15,00 масс.% Ni, 5,00 масс.% Mo - 7,00 масс.% Mo, 0,40 масс.% N - 0,70 масс.% N.
Нержавеющая сталь 317L57M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, например, 0,010 масс.% B макс., 0,10 масс.% Ce макс., 0,050 масс.% Al макс., 0,01 масс.% Ca макс. и/или 0,01 масс.% Mg макс. и другие примеси, которые обычно присутствуют на остаточных уровнях.
N
N
Химическая композиция нержавеющей стали 317L57M4N оптимизирована на стадии плавки таким образом, чтобы, прежде всего, гарантировать аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, в характерном случае проводимой в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом в состоянии непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. В результате, нержавеющая сталь 317L57M4N проявляет уникальное сочетание высокой прочности и пластичности при температурах окружающей среды, при этом, в то же время, достигая отличной вязкости при температурах окружающей среды и криогенных температурах. В свете того факта, что химический анализ нержавеющей стали 317L57M4N регулируют таким образом, чтобы гарантировать значение PRE, составляющее не менее 40, но предпочтительно PRE составляет не менее 45, что гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 317L57M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753.
Определено, что оптимальный диапазон химической композиции нержавеющей стали 317L57M4N тщательно подобран и содержит следующие химические элементы в процентах по массе на основании третьего воплощения:
Углерод (C)
Содержание углерода нержавеющей стали 317L57M4N составляет не более 0,030 масс.% C максимум. Предпочтительно количество углерода долно составлять не менее 0,020 масс.% C и не более 0,030 масс.% C, и более предпочтительно не более 0,025 масс.% C.
Марганец (Mn)
Нержавеющая сталь 317LM57M4N третьего воплощения может выпускаться в двух вариантах: с низким содержанием марганца или с высоким содержанием марганца.
Для сплавов, имеющих низкое содержание марганца, содержание марганца нержавеющей стали 317L57M4N составляет не более 2,0 масс.% Mn. Предпочтительно диапазон составляет не менее 1,0 масс.% Mn и не более 2,0 масс.% Mn, и более предпочтительно не менее 1,20 масс.% Mn и не более 1,50 масс.% Mn. При таких композициях достигается оптимальное отношение Mn к N, составляющее не более 5,0, и предпочтительно не менее 1,42 и не более 5,0. Более предпочтительно это соотношение составляет не менее 1,42 и не более 3,75.
Для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, содержание марганца 317L57M4N составляет не более 4,0 масс.% Mn. Предпочтительно the содержание марганца составляет не менее 2,0 масс.% Mn и не более 4,0 масс.% Mn, и более предпочтительно верхний предел составляет не более 3,0 масс.% Mn. Даже более предпочтительно верхний предел составляет не более 2,50 масс.% Mn. При таких выбранных диапазонах достигается отношение Mn к N, составляющее не более 10,0, и предпочтительно не менее 2,85 и не более 10,0. Более предпочтительно отношение Mn к N для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, составляет не менее 2,85 и не более 7,50, и даже более предпочтительно не менее 2,85 и не более 6,25.
фосфор (P)
Содержание фосфора нержавеющей стали 317L57M4N регулируют таким образом, что оно составляет не более 0,030 масс.% P. Предпочтительно сплав 317L57M4N имеет не более 0,025 масс.% P, и более предпочтительно не более 0,020 масс.% P. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,015 масс.% P, и еще более предпочтительно не более 0,010 масс.% P.
Сера (S)
Содержание серы нержавеющей стали 317L57M4N третьего воплощения включает не более 0,010 масс.% S. Предпочтительно 317L57M4N имеет не более 0,005 масс.% S, и более предпочтительно не более 0,003 масс.% S, и даже более предпочтительно не более 0,001 масс.% S.
Кислород (O)
Содержание кислорода нержавеющей стали 317L57M4N регулируют таким образом, чтобы оно было как можно более низким, и в третьем воплощении 317L57M4N также имеет не более 0,070 масс.% O. Предпочтительно сплав 317L57M4N имеет не более 0,050 масс.% O, и более предпочтительно не более 0,030 масс.% O. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,010 масс.% O, и еще более предпочтительно не более 0,005 масс.% O.
Кремний (Si)
Содержание кремния нержавеющей стали 317L57M4N составляет не более 0,75 масс.% Si. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 0,25 масс.% Si и не более 0,75 масс.% Si. Более предпочтительно диапазон составляет не менее 0,40 масс.% Si и не более 0,60 масс.% Si. Тем не менее, для высокотемпературных применений, где требуется повышенная устойчивость к окислению, содержание кремния может составлять не менее 0,75 масс.% Si и не более 2,00 масс.% Si.
Хром (Cr)
Содержание хрома нержавеющей стали 317L57M4N составляет не менее 18,00 масс.% Cr и не более 20,00 масс.% Cr. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 19,00 масс.% Cr.
Никель (Ni)
Содержание никеля нержавеющей стали 317L57M4N составляет не менее 11,00 масс.% Ni и не более 15,00 масс.% Ni. Предпочтительно верхний предел содержания Ni сплава составляет не более 14,00 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 13,00 масс.% Ni для сплавов с более низким уровнем содержания никеля.
Для сплавов, имеющих более высокий уровень содержания никеля, содержание никеля нержавеющей стали 317L57M4N может составлять не менее 13,50 масс.% Ni и не более 17,50 масс.% Ni. Предпочтительно верхний предел содержания Ni составляет не более 16,50 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 15,50 масс.% Ni для сплавов, имеющих более высокий уровнь содержания никеля.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена сплава нержавеющей стали 317L57M4N составляет не менее 5,00 масс.% Mo и не более 7,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 6,00 масс.% Mo. Иными словами, молибден имеет максимальное содержание, составляющее 7,00 масс.% Mo.
Азот (N)
Содержание азота нержавеющей стали 317L57M4N составляет не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N. Более предпочтительно 317L57M4N имеет не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
PRE
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии (PRE) вычисляют, используя формулу:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 317L57M4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 18,00 масс.% Cr и не более 20,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 19,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 5,00 масс.% Mo и не более 7,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 6,00 масс.% Mo;
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
N
При высоком уровне азота нержавеющая сталь 317L57M4N достигает значения PRE, составляющего не менее 40, и предпочтительно PRE составляет не менее 45. Это гарантирует, что данный сплав обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 317L57M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 317L57M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Нержавеющая сталь 317L57M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к этим элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае.
Нержавеющая сталь 317L57M4N согласно третьему воплощению обладает минимальным пределом текучести, составляющим 55 ksi или 380 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 62 ksi или 430 МПа, может быть достигнут для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальным пределом текучести, составляющим 41 ksi или 280 МПа. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 48 ksi или 330 МПа, может быть достигнут для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности новой ковкой нержавеющей стали 317L57M4N по изобретению и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 317L57M4N может быть в 2,1 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 317L57M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 317L57M4N может быть в 1,79 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753.
Нержавеющая сталь 317L57M4N согласно третьему воплощению обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 102 ksi или 700 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 109 ksi или 750 МПа, может быть достигнута для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 95 ksi или 650 МПа. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 102 ksi или 700 МПа, может быть достигнута для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 317L57M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 317L57M4N может быть более чем в 1,45 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности новой ковкой нержавеющей стали 317L57M4N по изобретению и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 317L57M4N может быть в 1,36 раз выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. Действительно, при сравнении свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 317L57M4N и дуплексной нержавеющей стали 22Cr в таблице 2 можно продемонстрировать, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 317L57M4N приблизительно в 1,2 раза выше, чем указано в нормативах для S31803, и аналогична указанной в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr. Таким образом, свойства минимальной механической прочности нержавеющей стали 317L57M4N значительно улучшены по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753, а свойства прочности на растяжение являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны свойствам, указанным в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 317L57M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 317L57M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и S31753, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 317L57M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 317L57M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 317L57M4N является избирательным и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 317L57M4N.
Вольфрам (W)
Содержание вольфрама нержавеющей стали 317L57M4N составляет не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W. Для вариантов нержавеющей стали 317L57M4N, содержащих вольфрам, эквивалент стойкости к точечной коррозии вычисляют, используя формулу:
NW
PRE=% Cr+[3,3×%(Mo+W)]+(16×% N).
Данный вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 317L57M4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 18,00 масс.% Cr и не более 20,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 19,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 5,00 масс.% Mo и не более 7,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 6,00 масс.% Mo,
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N; и
(iv) Содержание вольфрама не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W.
NW
Вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 317L57M4N имеет высокий нормативный уровень азота и Значение PRENW, составляющее не менее 42, но предпочтительно PRE составляет не менее 47. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии. Вольфрам можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Вольфрам является крайне дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, при этом, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Углерод (C)
Для некоторых областей применения желательны другие варианты нержавеющей стали 317L57M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, содержание углерода нержавеющей стали 317L57M4N может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C. Эти определенные варианты нержавеющей стали 317L57M4N представляют собой варианты 317H57M4N или 31757M4N соответственно.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 317H57M4N или 31757M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 317H57M4NTi или 31757M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов стали 317L574N. Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 317H57M4NNb или 31757M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 317H57M4NNbTa или 31757M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 317L57M4N параллельно с другими вариантами и воплощениями, обсуждаемыми в настоящем описании, обычно поставляют так же, как предшествующие воплощения.
Кроме того, предложен дополнительный вариант высокопрочной аустенитной нержавеющей стали, соответственно, называемый 317L35M4N, который представляет собой четвертое воплощение изобретения. Нержавеющая сталь 317L35M4N имеет практически такие же химические композиции, как нержавеющая сталь 317L57M4N, за исключением содержания молибдена. Таким образом, вместо повторения различных химических композиций описано только отличие.
[317L35M4N]
Как упомянуто выше, 317L35M4N имеет точно такое же процентное содержание по массе углерода, марганца, фосфора, серы, кислорода, кремния, хрома, никеля и содержание азота, как и третье воплощение нержавеющей стали 317L57M4N, за исключением содержания молибдена. В нержавеющей стали 317L57M4N уровень молибдена составляет от 5,00 масс.% до 7,00 масс.% Mo. В отличие от этого, содержание молибдена нержавеющей стали 317L35M4N составляет от 3,00 масс.% до 5,00% Mo. Иными словами, 317L35M4N можно рассматривать как вариант нержавеющей стали 317L57M4N с более низким содержанием молибдена.
Понятно, что разделы, относящиеся к 317L57M4N, также применимы в данном случае за исключением содержания молибдена.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена нержавеющей стали 317L35M4N может составлять не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo. Иными словами, содержание молибдена 317L35M4N составляет максимально 5,00 масс.% Mo.
N
PRE
N
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии для 317L35M4N вычисляют, используя ту же формулу, что и для 317L57M4N, но в связи с другим содержанием молибдена значение PRE составляет не менее 35, но предпочтительно PRE составляет не менее 40. Это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 317L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 317L35M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. В результате нержавеющая сталь 317L35M4N проявляет уникальное сочетание высокой прочности и пластичности при температурах окружающей среды, при этом, в то же время, гарантируя отличную вязкость при температурах окружающей среды и криогенных температурах. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Подобно воплощению 317L57M4N, нержавеющая сталь 317L35M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 317L57M4N, и, следовательно, для 304LM4N.
Нержавеющая сталь 317L35M4N четвертого воплощения имеет свойства, представляющие собой минимальный предел текучести и минимальную прочность на растяжение, аналогичные этим свойствам для нержавеющей стали 317L57M4N или сравнимые с ними. Аналогично, свойства прочности ковких и литых вариантов 317L35M4N также сравнимы со свойствами 317L57M4N. Следовательно, конкретные значения прочности в данном случае не повторяют, а ссылаются на предшествующие разделы, относящиеся к 317L57M4N. Сравнение свойств механической прочности между ковкой 317L35M4N и традиционной аустенитной нержавеющей сталью UNS S31703 и между 317L35M4N и UNS S31753 позволяет предположить более сильные пределы текучести и прочности на растяжение, имеющие значения, аналогичные обнаруженным для 317L57M4N. Также сравнение свойств при растяжении 317L35M4N демонстрирует, что они являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичными супердуплексной нержавеющей стали 25Cr, точно так же, как для 317L57M4N.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 317L35M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 317L35M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и S31753, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 317L35M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексным нержавеющим сталям 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 317L35M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 317L35M4N является избирательным и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 317L57M4N и как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 317L35M4N.
Вольфрам (W)
NW
NW
Содержание вольфрама нержавеющей стали 317L35M4N аналогично содержанию вольфрама 317L57M4N, и эквивалент стойкости к точечной коррозии PRE 317L35M4N, вычисленный с использованием той же формулы, как упомянуто выше для 317L57M4N, составляет не менее 37, и предпочтительно PRE составляет не менее 42 в связи с другим содержанием молибдена. Очевидно, что раздел, относящийся к применению и действиям вольфрама, для 317L57M4N также применим к 317L35M4N.
Кроме того, 317L35M4N может иметь более высокие уровни углерода, относящиеся к вариантам 317H35M4N и 31735M4N, которые соответствуют обсуждаемым выше вариантам 317H57M4N и 31757M4N соответственно, и диапазоны содержания углерода в масс.%, обсуждаемые выше, также применимы к 317H35M4N и 31735M4N.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 317H35M4N или 31735M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 317H35M4NTi или 31735M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов 317L35M4N. Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 317H35M4NNb или 31735M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 317H35M4NNbTa или 31735M4NNbTa в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 317L35M4N параллельно с другими вариантами, как правило, поставляют так же, как и предшествующие воплощения.
Кроме того, предложен дополнительный вариант, соответственно, называемый в данном описании 312L35M4N, который представляет собой пятое воплощение изобретения.
[312L35M4N]
N
N
N
Высокопрочная аустенитная нержавеющая сталь 312L35M4N имеет высокий уровень азота и эквивалент стойкости к точечной коррозии PRE, составляющий не менее 37, но предпочтительно PRE составляет не менее 42. Эквивалент стойкости к точечной коррозии, обозначенный PRE, вычисляют согласно формуле:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 312L35M4N готовят таким образом, что она обладает уникальным сочетанием свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии. Химическая композиция нержавеющей стали 312L35M4N является избирательной и характеризуется сплавом, имеющим следующий химический анализ в процентах по массе: 0,030 масс.% C макс., 2,00 масс.% Mn макс., 0,030 масс.% P макс., 0,010 масс.% S макс., 0,75 масс.% Si макс., 20,00 масс.% Cr - 22,00 масс.% Cr, 15,00 масс.% Ni - 19,00 масс.% Ni, 3,00 масс.% Mo - 5,00 масс.% Mo, 0,40 масс.% N - 0,70 масс.% N.
Нержавеющая сталь 312L35M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, например, 0,010 масс.% B макс., 0,10 масс.% Ce макс., 0,050 масс.% Al макс., 0,01 масс.% Ca макс. и/или 0,01 масс.% Mg макс., и другие примеси, которые обычно присутствуют на остаточных уровнях.
N
N
Химическая композиция нержавеющей стали 312L35M4N оптимизирована на стадии плавки таким образом, чтобы, прежде всего, гарантировать аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, в характерном случае проводимой в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом в состоянии непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. В результате, нержавеющая сталь 312L35M4N проявляет уникальное сочетание высокой прочности и пластичности при температурах окружающей среды, при этом, в то же время, гарантируя отличную вязкость при температурах окружающей среды и криогенных температурах. В свете того факта, что химическую композицию нержавеющей стали 312L35M4N регулируют таким образом, чтобы достичь значения PRE, составляющего не менее 37, но предпочтительно PRE составляет не менее 42, это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 312L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753.
Определено, что оптимальный диапазон химической композиции нержавеющей стали 312L35M4N тщательно подобран, и содержит следующие химические элементы в процентах по массе на основании пятого воплощения:
Углерод (C)
Содержание углерода нержавеющей стали 312L35M4N составляет не более 0,030 масс.% Смаксимально. Предпочтительно количество углерода должно составлять не менее 0,020 масс.% C и не более 0,030 масс.% C, и более предпочтительно не более 0,025 масс.% C.
Марганец (Mn)
Нержавеющая сталь 312L35M4N пятого воплощения может выпускаться в двух вариантах: с низким содержанием марганца или с высоким содержанием марганца.
Для сплавов, имеющих низкое содержание марганца, содержание марганца нержавеющей стали 312L35M4N составляет не более 2,0 масс.% Mn.
Предпочтительно диапазон составляет не менее 1,0 масс.% Mn и не более 2,0 масс.% Mn, и более предпочтительно не менее 1,20 масс.% Mn и не более 1,50 масс.% Mn. При таких композициях достигается оптимальное отношение Mn к N, составляющее не более 5,0, и предпочтительно не менее 1,42 и не более 5,0. Более предпочтительно это соотношение составляет не менее 1,42 и не более 3,75.
Для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, содержание марганца 312L35M4N составляет не более 4,0 масс.% Mn. Предпочтительно содержание марганца составляет не менее 2,0 масс.% Mn и не более 4,0 масс.% Mn, и более предпочтительно верхний предел составляет не более 3,0 масс.% Mn. Даже более предпочтительно верхний предел составляет не более 2,50 масс.% Mn. При данных выбранных диапазонах отношение Mn к N составляет не более 10,0, и предпочтительно не менее 2,85 и не более 10,0. Более предпочтительно отношение Mn к N для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, составляет не менее 2,85 и не более 7,50, и даже более предпочтительно не менее 2,85 и не более 6,25.
Фосфор (P)
Содержание фосфора нержавеющей стали 312L35M4N регулируют таким образом, что оно составляет не более 0,030 масс.% P. Предпочтительно сплав 317L57M4N имеет не более 0,025 масс.% P, и более предпочтительно не более 0,020 масс.% P. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,015 масс.% P, и еще более предпочтительно не более 0,010 масс.% P.
Сера (S)
Содержание серы нержавеющей стали 312L35M4N пятого воплощения включает не более 0,010 масс.% S. Предпочтительно 312L35M4N имеет не более 0,005 масс.% S, и более предпочтительно не более 0,003 масс.% S, и даже более предпочтительно не более 0,001 масс.% S.
Кислород (O)
Содержание кислорода нержавеющей стали 312L35M4N регулируют таким образом, чтобы оно было как можно более низким, и в пятом воплощении 312L35M4N имеет не более 0,070 масс.% O. Предпочтительно 312L35M4N имеет не более 0,050 масс.% O, и более предпочтительно не более 0,030 масс.% O. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,010 масс.% O, и еще более предпочтительно не более 0,005 масс.% O.
Кремний (Si)
Содержание кремния нержавеющей стали 312L35M4N составляет не более 0,75 масс.% Si. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 0,25 масс.% Si и не более 0,75 масс.% Si. Более предпочтительно диапазон составляет не менее 0,40 масс.% Si и не более 0,60 масс.% Si. Тем не менее, для определенных высокотемпературных применений, где требуется повышенная устойчивость к окислению, содержание кремния может составлять не менее 0,75 масс.% Si и не более 2,00 масс.% Si.
Хром (Cr)
Содержание хрома нержавеющей стали 312L35M4N составляет не менее 20,00 масс.% Cr и не более 22,00 масс.% Cr. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 21,00 масс.% Cr.
Никель (Ni)
Содержание никеля нержавеющей стали 312L35M4N составляет не менее 15,00 масс.% Ni и не более 19,00 масс.% Ni. Предпочтительно верхний предел содержания Ni сплава составляет не более 18,00 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 17,00 масс.% Ni.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена сплава нержавеющей стали 312L35M4N составляет не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo. Иными словами, молибден данного воплощения имеет максимальное содержание, составляющее 5,00 масс.% Mo.
Азот (N)
Содержание азота нержавеющей стали 312L35M4N составляет не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N. Более предпочтительно 312L35M4N имеет не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
PRE
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии (PRE) вычисляют, используя формулу:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 312L35M4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 20,00 масс.% Cr и не более 22,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 21,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo;
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
N
При высоком уровне азота нержавеющая сталь 312L35M4N достигает значения PRE, составляющего не менее 37, и предпочтительно PRE составляет не менее 42. Это гарантирует, что этот сплав обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 312L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 312L35M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Нержавеющая сталь 312L35M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к этим элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае.
Нержавеющая сталь 312L35M4N согласно пятому воплощению обладает минимальным пределом текучести, составляющим 55 ksi или 380 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 62 ksi или 430 МПа, может быть достигнут для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальным пределом текучести, составляющим 41 ksi или 280 МПа. Более предпочтительно" минимальный предел текучести, составляющий 48 ksi или 330 МПа, может быть достигнут для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 312L35M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 312L35M4N может быть в 2,1 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 312L35M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 312L35M4N может быть в 1,79 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 312L35M4N и UNS S31254 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 312L35M4N может быть в 1,38 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31254.
Нержавеющая сталь 312L35M4N согласно пятому воплощению обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 102 ksi или 700 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 109 ksi или 750 МПа, может быть достигнута для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 95 ksi или 650 МПа. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 102 ksi или 700 МПа, может быть достигнута для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 312L35M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 312L35M4N может быть более чем в 1,45 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 312L35M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 312L35M4N может быть в 1,36 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 312L35M4N и UNS S31254 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 312L35M4N может быть в 1,14 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31254. Действительно, при сравнении свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 312L35M4N и дуплексной нержавеющей стали 22Cr можно продемонстрировать, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 312L35M4N приблизительно в 1,2 раза выше, чем указано в нормативах для S31803, и аналогична указанной в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr. Таким образом, свойства минимальной механической прочности нержавеющей стали 312L35M4N значительно улучшены по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, UNS S31753 и UNS S31254, а свойства прочности на растяжение являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны свойствам, указанным в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 312L35M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 312L35M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, 831753 и S31254, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 312L35M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 312L35M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 312L35M4N является избирательным, и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 312L35M4N.
Вольфрам (W)
Содержание вольфрама нержавеющей стали 312L35M4N составляет не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W. Для вариантов нержавеющей стали 312L35M4N, содержащих вольфрам, эквивалент стойкости к точечной коррозии вычисляют, используя формулу:
NW
PRE=% Cr+[3,3×%(Mo+W)]+(16×% N).
Данный вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 312L35M4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 20,00 масс.% Cr и не более 22,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 21,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo;
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0.55 масс.% N; и
(iv) Содержание вольфрама не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W.
NW
NW
Вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 312L35M4N имеет высокий нормативный уровень азота и значение PRE, составляющее не менее 39, но предпочтительно PRE составляет не менее 44. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии. Вольфрам можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Вольфрам является крайне дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, при этом, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Углерод
Для некоторых областей применения желательны другие варианты нержавеющей стали 312L35M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, содержание углерода нержавеющей стали 312L35M4N может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C. Эти определенные варианты нержавеющей стали 312L35M4N представляют собой варианты 312H35M4N или 31235M4N соответственно.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 312H35M4N или 31235M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 312H35M4NTi или 31235M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов стали 312L35M4N. Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 312H35M4NNb или 31235M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 312H35M4NNbTa или 31235M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 312L35M4N параллельно с другими вариантами, как правило, поставляют так же, как и предшествующие воплощения.
Кроме того, также предложен дополнительный вариант высокопрочной аустенитной нержавеющей стали, называемый соответственно 312L57M4N, который представляет собой шестое воплощение изобретения. Нержавеющая сталь 312L57M4N имеет практически такую же химическую композицию, как нержавеющая сталь 312L35M4N, за исключением содержания молибдена. Таким образом, вместо повторения различных химических композиций описано только отличие.
[312L57M4N]
Как упомянуто выше, 312L57M4N имеет точно такое же содержание в масс.% углерода, марганца, фосфора, серы, кислорода, кремния, хрома, никеля и содержание азота, как и в пятом воплощении нержавеющей стали 312L35M4N, за исключением содержания молибдена. В 312L35M4N содержание молибдена составляет от 3,00 масс.% до 5,00 масс.% Mo. В отличие от этого, содержание молибдена нержавеющей стали 312L57M4N составляет от 5,00 масс.% до 7,00 масс.% Mo. Иными словами, 312L57M4N можно рассматривать как вариант нержавеющей стали 312L35M4N, имеющий более высокое содержание молибдена.
Понятно, что разделы, относящиеся к 312L35M4N, также применимы в данном случае за исключением содержания молибдена.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена нержавеющей стали 312L57M4N может составлять не менее 5,00 масс.% Mo и не более 7,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 6,00 масс.% Mo. Иными словами, содержание молибдена 312L57M4N имеет максимальное значение, составляющее 7,00 масс.% Mo.
N
PRE
N
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии для 312L57M4N, вычисляют, используя ту же формулу, что и для 312L35M4N, но в связи с содержанием молибдена PRE составляет не менее 43, но предпочтительно PRE составляет не менее 48. Это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 312L57M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 312L57M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Аналогично воплощению 312L35M4N, нержавеющая сталь 312L57M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 312L35M4N, и, следовательно, такими же, как для 304LM4N.
Нержавеющая сталь 312L57M4N шестого воплощения имеет свойства, представляющие собой минимальный предел текучести и минимальную прочность на растяжение, аналогичные свойствам для нержавеющей стали 312L35M4N или сравнимые с ними. Аналогично, свойства прочности ковких и литых вариантов 312L57M4N также сравнимы со свойствами 312L35M4N. Следовательно, конкретные значения прочности в данном случае не повторяют, а делают ссылку на предшествующие разделы 312L35M4N. Сравнение свойств механической прочности между ковкой 312L57M4N и традиционной аустенитной нержавеющей сталью UNS S31703 и между 312L57M4N и UNS S31753/UNS S31254 позволяет предположить более сильные пределы текучести и прочности на растяжение, имеющие значения, аналогичные обнаруженным для 312L35M4N. Также сравнение свойств при растяжении 312L57M4N демонстрирует, что они являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичными супердуплексной нержавеющей стали 25Cr, точно так же, как для 312L35M4N.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 312L57M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 312L57M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, S31753 и S31254, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 312L57M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 312L57M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 312L57M4N является избирательным, и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 312L35M4N, и как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам Для 304LM4N, также применимы в данном случае к 312L57M4N.
Вольфрам (W)
NW
NW
NW
Содержание вольфрама нержавеющей стали 312L57M4N аналогично содержанию вольфрама 312L35M4N, и эквивалент стойкости к точечной коррозии, PRE, 312L57M4N, вычисленный с использованием той же формулы, как упомянуто выше для 312L35M4N, составляет значение PRE не менее 45, и предпочтительно PRE не менее 50, вследствие другого содержания молибдена. Очевидно, что раздел, относящийся к применению и действиям вольфрама, для 312L35M4N также применим к 312L57M4N.
Кроме того, 312L57M4N может иметь более высокие уровни углерода, относящиеся к вариантам 312H57M4N или 31257M4N, которые соответствуют обсуждаемым выше вариантам 312H35M4N и 31235M4N соответственно, и уровни углерода в масс.%, обсуждаемые выше, также применимы к 312H57M4N и 31257M4N.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 312H57M4N или 31257M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 312H57M4NTi или 31257M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов нержавеющей стали 316LM4N. Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 312H57M4NNb или 31257M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 312H57M4NNbTa или 31257M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 312L57M4N параллельно с другими вариантами, как правило, поставляют так же, как и предшествующие воплощения.
Кроме того, предложен дополнительный вариант, соответственно называемый в данном описании 320L35M4N, который представляет собой седьмое воплощение изобретения.
[320L35M4N]
N
N
N
Высокопрочная аустенитная нержавеющая сталь 320L35M4N имеет высокий уровень азота и эквивалент стойкости к точечной коррозии PRE, составляющий не менее 39, но предпочтительно PRE составляет не менее 44. Эквивалент стойкости к точечной коррозии, обозначенный PRE, вычисляют согласно формуле:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 320L35M4N готовят таким образом, что она обладает уникальной комбинацией свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии. Химическая композиция нержавеющей стали 320L35M4N является избирательной и характеризуется сплавом, имеющим следующий химический анализ в процентах по массе: 0,030 масс.% C макс., 2,00 масс.% Mn макс., 0,030 масс.% P макс., 0,010 масс.% S макс., 0,75 масс.% Si макс., 22,00 масс.% Cr - 24,00 масс.% Cr, 17,00 масс.% Ni - 21,00 масс.% Ni, 3,00 масс.% Mo - 5,00 масс.% Mo, 0,40 масс.% N - 0,70 масс.% N.
Нержавеющая сталь 320L35M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, например, 0,010 масс.% B макс., 0,10 масс.% Ce макс., 0,050 масс.% Al макс., 0,01 масс.% Ca макс. и/или 0,01 масс.% Mg макс., и другие примеси, которые обычно присутствуют на остаточных уровнях.
N
N
Химическая композиция нержавеющей стали 320L35M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы первично гарантировать аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, в характерном случае проводимой в диапазоне 1100 град C - 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор параллельно со сварным металлом в состоянии непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. В результате нержавеющая сталь 320L35M4N проявляет уникальную комбинацию высокой прочности и пластичности при температурах окружающей среды, при этом, в то же время, гарантируя отличную вязкость при температурах окружающей среды и криогенных температурах. В свете того факта, что химическую композицию нержавеющей стали 320L35M4N регулируют таким образом, что она достигает значения PRE, составляющего не менее 39, но предпочтительно PRE составляет не менее 44, это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 320L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753.
Определено, что оптимальный диапазон химической композиции нержавеющей стали 320L35M4N тщательно подобран, и содержит следующие химические элементы в следующих процентах по массе на основании седьмого воплощения:
Углерод (C)
Содержание углерода нержавеющей стали 320L35M4N составляет не более 0,030 масс.% С максимально. Предпочтительно количество углерода должно составлять не менее 0,020 масс.% C и не более 0,030 масс.% C, и более предпочтительно не более 0,025 масс.% C.
Марганец (Mn)
Нержавеющая сталь 320L35M4N седьмого воплощения может выпускаться в двух вариантах: с низким содержанием марганца или с высоким содержанием марганца.
Для сплавов, имеющих низкое содержание марганца, содержание марганца нержавеющей стали 320L35M4N составляет не более 2,0 масс.% Mn. Предпочтительно диапазон составляет не менее 1,0 масс.% Mn и не более 2,0 масс.% Mn, и более предпочтительно не менее 1,20 масс.% Mn и не более 1,50 масс.% Mn. При таких композициях достигается оптимальное отношение Mn к N, составляющее не более 5,0, и предпочтительно не менее 1,42 и не более 5,0. Более предпочтительно это соотношение составляет не менее 1,42 и не более 3,75.
Для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, содержание марганца нержавеющей стали 320L35M4N составляет не более 4,0 масс.% Mn. Предпочтительно содержание марганца составляет не менее 2,0 масс.% Mn и не более 4,0 масс.% Mn, и более предпочтительно верхний предел составляет не более 3,0 масс.% Mn. Даже более предпочтительно верхний предел составляет не более 2,50 масс.% Mn. При таких выбранных диапазонах достигается отношение Mn к N, составляющее не более 10.0, и предпочтительно не менее 2,85 и не более 10,0. Более предпочтительно отношение Mn к N для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, составляет не менее 2,85 и не более 7,50, и даже более предпочтительно не менее 2,85 и не более 6,25.
Фосфор (P)
Содержание фосфора нержавеющей стали 320L35M4N регулируют таким образом, чтобы оно составляло не более 0,030 масс.% P. Предпочтительно сплав 320L35M4N имеет не более 0,025 масс.% P, и более предпочтительно не более 0,020 масс.% P. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,015 масс.% P, и еще более предпочтительно не более 0,010 масс.% P.
Сера (S)
Содержание серы нержавеющей стали 320L35M4N седьмого воплощения включает не более 0,010 масс.% S. Предпочтительно 320L35M4N имеет не более 0,005 масс.% S, и более предпочтительно не более 0,003 масс.% S, и даже более предпочтительно не более 0,001 масс.% S.
Кислород (O)
Содержание кислорода нержавеющей стали 320L35M4N регулируют таким образом, чтобы оно было как можно более низким, и в седьмом воплощении 320L35M4N имеет не более 0,070 масс.% O. Предпочтительно 320L35M4N имеет не более 0,050 масс.% O, и более предпочтительно не более 0,030 масс.% O. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,010 масс.% O, и еще более предпочтительно не более 0,005 масс.% O.
Кремний (Si)
Содержание кремния нержавеющей стали 320L35M4N составляет не более 0,75 масс.% Si. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 0,25 масс.% Si и не более 0,75 масс.% Si. Более предпочтительно диапазон составляет не менее 0,40 масс.% Si и не более 0,60 масс.% Si. Тем не менее, длч определенных высокотемпературных применений, где требуется повышенная устойчивость к окислению, содержание кремния может составлять не менее 0,75 масс.% Si и не более 2,00 масс.% Si.
Хром (Cr)
Содержание хрома нержавеющей стали 320L35M4N составляет не менее 22,00 масс.% Cr и не более 24,00 масс.% Cr. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 23,00 масс.% Cr.
Никель (Ni)
Содержание никеля нержавеющей стали 320L35M4N составляет не менее 17,00 масс.% Ni и не более 21,00 масс.% Ni. Предпочтительно верхний предел содержания Ni сплава составляет не более 20,00 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 19,00 масс.% Ni.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена сплава нержавеющей стали 320L35M4N составляет не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo.
Азот (N)
Содержание азота нержавеющей стали 320L35M4N составляет не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N. Более предпочтительно 320L35M4N имеет не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
PRE
Эквивалент стойкости к точечной коррозии вычисляют, используя формулу:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 320L35M4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 22,00 масс.% Cr и не более 24,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 23,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo,
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
N
При высоком уровне азота нержавеющая сталь 320L35M4N достигает значения PRE, составляющего не менее 39, и предпочтительно PRE составляет не менее 44. Это гарантирует, что этот сплав имеет хорошую устойчивость к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 320L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 320L35M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Нержавеющая сталь 320L35M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к этим элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае.
Нержавеющая сталь 320L35M4N согласно седьмому воплощению обладает минимальным пределом текучести, составляющим 55 ksi или 380 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 62 ksi или 430 МПа, может быть достигнут для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальным пределом текучести, составляющим 41 ksi или 280 МПа. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 48 ksi или 330 МПа, может быть достигнут для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 320L35M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 320L35M4N может быть в 2,1 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 320L35M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 320L35M4N может быть в 1,79 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 320L35M4N и UNS S32053 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 320L35M4N может быть в 1,45 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S32053.
Нержавеющая сталь 320L35M4N согласно седьмому воплощению обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 102 ksi или 700 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 109 ksi или 750 МПа, может быть достигнута для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 95 ksi или 650 МПа. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 102 ksi или 700 МПа, может быть достигнута для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 320L35M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 320L35M4N может быть более чем в 1,45 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 320L35M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 320L35M4N может быть в 1,36 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 320L35M4N и UNS S32053 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 320L35M4N может быть в 1,17 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S32053. Действительно, при сравнении свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 320L35M4N и дуплексной нержавеющей стали 22Cr можно продемонстрировать, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 320L35M4N приблизительно в 1,2 раза выше, чем указано в нормативах для S31803, и аналогична указанной в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr. Таким образом, свойства минимальной механической прочности новой нержавеющей стали 320L35M4N по изобретению значительно улучшены по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, UNS S31753 и UNS S32053, а свойства прочности на растяжение являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны свойствам, указанным в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 320L35M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 320L35M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, S31753 и S32053, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 320L35M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 320L35M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 320L35M4N является избирательным, и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 320L35M4N.
Вольфрам (W)
Содержание вольфрама нержавеющей стали 320L35M4N составляет не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W. Для вариантов нержавеющей стали 320L35M4N, содержащих вольфрам, эквивалент стойкости к точечной коррозии вычисляют, используя формулу:
NW
PRE=% Cr+[3,3×%(Mo+W)]+(16×% N).
Вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 320L35M4N готовят определенным образом, чтобы он имел следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 22,00 масс.% Cr и не более 24,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 23,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo;
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N; и
(iv) Содержание вольфрама не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W.
NW
NW
Вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 320L35M4N имеет высокий нормативный уровень азота и значение PRE, составляющее не менее 41, но предпочтительно PRE составляет не менее 46. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии. Вольфрам можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Вольфрам является крайне дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, при этом, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Углерод (C)
Для некоторых областей применения желательны другие варианты нержавеющей стали 320L35M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, содержание углерода нержавеющей стали 320L35M4N может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C. Эти определенные варианты нержавеющей стали 320L35M4N представляют собой 320H35M4N или 32035M4N соответственно.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 320H35M4N или 32035M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 320H35M4NTi или 32035M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов нержавеющей стали 320L35M4N. Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 320H35M4NNb или 32035M4NNb в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 320H35M4NNbTa или 32035M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 320L35M4N параллельно с другими вариантами обычно поставляют так же, как и предшествующие воплощения.
Кроме того, предложен дополнительный вариант высокопрочной аустенитной нержавеющей стали 320L57M4N, который представляет собой восьмое воплощение изобретения. Нержавеющая сталь 320L57M4N имеет практически такую же химическую композицию, как 320L35M4N, за исключением содержания молибдена. Таким образом, вместо повторения различных химических композиций описано только отличие.
[320L57M4N]
Как упомянуто выше, 320L57M4N имеет точно такое же содержание в масс.% углерода, марганца, фосфора, серы, кислорода, кремния, хрома, никеля и содержание азота, как седьмое воплощение нержавеющей стали 320L35M4N за исключением содержания молибдена. В 320L35M4N содержание молибдена составляет от 3,00 масс.% до 5,00 масс.% Mo. В отличие от этого, содержание молибдена нержавеющей стали 320L57M4N составляет от 5,00 масс.% до 7,00 масс.% Mo. Иными словами, 320L57M4N можно рассматривать как вариант нержавеющей стали 320L35M4N, имеющий более высокое содержание молибдена.
Понятно, что разделы, относящиеся к 320L35M4N, также применимы в данном случае за исключением содержания молибдена.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена нержавеющей стали 320L57M4N может составлять не менее 5,00 масс.% Mo и не более 7,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 6,00 масс.% Mo. Иными словами, содержание молибдена 320L57M4N имеет максимальное значение, составляющее 7,00 масс.% Mo.
N
PRE
N
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии для 320L57M4N вычисляют, используя ту же формулу, что и для 320L35M4N, но в связи с содержанием молибдена PRE составляет не менее 45, но предпочтительно PRE составляет не менее 50. Это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 320L57M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 320L57M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Аналогично воплощению 320L35M4N, нержавеющая сталь 320L57M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 320L35M4N, и, следовательно, такими же, как для 304LM4N.
Нержавеющая сталь 320L57M4N восьмого воплощения имеет свойства, представляющие собой минимальный предел текучести и минимальную прочность на растяжение, аналогичные свойствам для нержавеющей стали 320L35M4N или сравнимые с ними. Аналогично, свойства прочности ковких и литых вариантов 320L57M4N также сравнимы со свойствами 320L35M4N. Следовательно, конкретные значения прочности в данном случае не повторяют, а делают ссылку на предшествующие разделы 320L35M4N. Сравнение свойств механической прочности между ковкой 320L57M4N и традиционной аустенитной нержавеющей сталью UNS S31703 и между 320L57M4N и UNS S31753/UNS S32053 позволяет предположить более сильные пределы текучести и прочности на растяжение, имеющие значения, аналогичные обнаруженным для 320L35M4N. Также сравнение свойств при растяжении 320L57M4N демонстрирует, что они являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичными супердуплексной нержавеющей стали 25Cr, точно так же, как для 320L35M4N.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 320L57M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 320L57M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, S31753 и S32053, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 320L57M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 320L57M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 320L57M4N является избирательным, и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 312L35M4N, и как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 320L57M4N.
Вольфрам (W)
NW
NW
NW
Содержание вольфрама нержавеющей стали 320L57M4N аналогично содержанию вольфрама 320L35M4N, и эквивалент стойкости к точечной коррозии, PRE, 320L57M4N вычисленный с использованием той же формулы, как упомянуто выше для 320L35M4N, составляет значение PRE не менее 47, и предпочтительно PRE не менее 52, вследствие другого содержания молибдена. Очевидно, что раздел, относящийся к применению и действиям вольфрама, для 320L35M4N также применим к 320L57M4N.
Кроме того, 320L57M4N может иметь более высокие уровни углерода, называемые 320H57M4N или 32057M4N, которые соответствуют обсуждаемым выше вариантам 320H35M4N и 32035M4N соответственно, и уровни углерода в масс.%, обсуждаемые выше, также применимы к 320H57M4N и 32057M4N.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 320H57M4N или 32057M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 320H57M4NTi или 32057M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов нержавеющей стали 316LM4N. Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 320H57M4NNb или 32057M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 320H57M4NNbTa или 32057M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 320L57M4N параллельно с другими вариантами, как правило, поставляют так же, как и предшествующие воплощения.
Кроме того, предложен дополнительный вариант, соответственно называемый в данном описании 326L35M4N, который представляет собой девятое воплощение изобретения.
[326L35M4N]
N
N
N
Высокопрочная аустенитная нержавеющая сталь 326L35M4N имеет высокий уровень азота и эквивалент стойкости к точечной коррозии PRE, составляющий не менее 42, но предпочтительно PRE составляет не менее 47. Эквивалент стойкости к точечной коррозии, обозначенный PRE, вычисляют согласно формуле:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 326L35M4N готовят таким образом, что она обладает уникальным сочетанием свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии. Химическая композиция нержавеющей стали 326L35M4N является избирательной и характеризуется сплавом, имеющими следующий химический анализ в процентах по массе: 0,030 масс.% C макс., 2,00 масс.% Mn макс., 0,030 масс.% P макс., 0,010 масс.% S макс., 0,75 масс.% Si макс., 24,00 масс.% Cr - 26,00 масс.% Cr, 19,00 масс.% Ni - 23,00 масс.% Ni, 3,00 масс.% Mo - 5,00 масс.% Mo, 0,40 масс.% N - 0,70 масс.% N.
Нержавеющая сталь 326L35M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, например, 0,010 масс.% Bмакс., 0,10 масс.% Ce макс., 0,050 масс.% Al макс., 0,01 масс.% Ca макс. и/или 0,01 масс.% Mg макс., и другие примеси, которые обычно присутствуют на остаточных уровнях.
N
N
Химическая композиция нержавеющей стали 326L35M4N оптимизирована на стадии плавки таким образом, чтобы, прежде всего, гарантировать аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, в характерном случае проводимой в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом в состоянии непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. В результате, нержавеющая сталь 326L35M4N проявляет уникальное сочетание высокой прочности и пластичности при температурах окружающей среды, при этом, в то же время, достигая отличной вязкости при температурах окружающей среды и криогенных температурах. В свете того факта, что химическую композицию нержавеющей стали 326L35M4N регулируют таким образом, чтобы гарантировать значение PPE, составляющее не менее 42, но предпочтительно PRE не менее 47, это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 326L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753.
Определено, что оптимальный диапазон химической композиции нержавеющей стали 326L35M4N тщательно подобран таким образом, что содержит следующие химические элементы в следующих процентах по массе на основании девятого воплощения:
Углерод (C)
Содержание углерода нержавеющей стали 326L35M4N составляет не более 0,030 масс.% С максимально. Предпочтительно количество углерода должно составлять не менее 0,020 масс.% C и не более 0,030 масс.% C, и более предпочтительно не более 0,025 масс.% C.
Марганец (Mn)
Нержавеющая сталь 326L35M4N девятого воплощения может выпускаться в двух вариантах: с низким содержанием марганца или с высоким содержанием марганца.
Для сплавов, имеющих низкое содержание марганца, содержание марганца нержавеющей стали 326L35M4N составляет не более 2,0 масс.% Mn. Предпочтительно диапазон составляет не менее 1,0 масс.% Mn и не более 2,0 масс.% Mn, и более предпочтительно не менее 1,20 масс.% Mn и не более 1,50 масс.% Mn. При таких композициях достигается оптимальное отношение Mn к N, составляющее не более 5,0, и предпочтительно не менее 1,42 и не более 5,0. Более предпочтительно это отношение составляет не менее 1,42 и не более 3,75.
Для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, содержание марганца 326L35M4N составляет не более 4,0 масс.% Mn. Предпочтительно содержание марганца составляет не менее 2,0 масс.% Mn и не более 4,0 масс.% Mn, и более предпочтительно верхний предел составляет не более 3,0 масс.% Mn. Даже более предпочтительно верхний предел составляет не более 2,50 масс.% Mn. При таких выбранных диапазонах достигается отношение Mn к N, составляющее не более 10,0, и предпочтительно не менее 2,85 и не более 10,0. Более предпочтительно отношение Mn к N для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, составляет не менее 2,85 и не более 7,50, и даже более предпочтительно не менее 2,85 и не более 6,25 для сплавов с более высоким содержанием марганца.
Фосфор (P)
Содержание фосфора нержавеющей стали 326L35M4N регулируют таким образом, что оно составляет не более 0,030 масс.% P. Предпочтительно сплав 326L35M4N имеет не более 0,025 масс.% P, и более предпочтительно не более 0,020 масс.% P. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,015 масс.% P, и еще более предпочтительно не более 0,010 масс.% P.
Сера (S)
Содержание серы нержавеющей стали 326L35M4N девятого воплощения включает не более 0,010 масс.% S. Предпочтительно 326L35M4N имеет не более 0,005 масс.% S, и более предпочтительно не более 0,003 масс.% S, и даже более предпочтительно не более 0,001 масс.% S.
Кислород (O)
Содержание кислорода нержавеющей стали 326L35M4N регулируют таким образом, чтобы оно было как можно более низким, и в девятом воплощении 326L35M4N имеет не более 0,070 масс.% O. Предпочтительно 326L35M4N имеет не более 0,050 масс.% O, и более предпочтительно не более 0,030 масс.% O. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,010 масс.% O, и еще более предпочтительно не более 0,005 масс.% O.
Кремний(Si)
Содержание кремния нержавеющей стали 326L35M4N составляет не более 0,75 масс.% Si. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 0,25 масс.% Si и не более 0,75 масс.% Si. Более предпочтительно диапазон составляет не менее 0,40 масс.% Si и не более 0,60 масс.% Si. Тем не менее, для определенных высокотемпературных применений, где требуется повышенная устойчивость к окислению, содержание кремния может составлять не менее 0,75 масс.% Si и не более 2,00 масс.% Si.
Хром (Cr)
Содержание хрома нержавеющей стали 326L35M4N составляет не менее 24,00 масс.% Cr и не более 26,00 масс.% Cr. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 25,00 масс.% Cr.
Никель (Ni)
Содержание никеля нержавеющей стали 326L35M4N составляет не менее 19,00 масс.% Ni и не более 23,00 масс.% Ni. Предпочтительно верхний предел содержания Ni сплава составляет не более 22,00 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 21,00 масс.% Ni.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена сплава нержавеющей стали 326L35M4N составляет не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo.
Азот (N)
Содержание азота нержавеющей стали 326L35M4N составляет не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N. Более предпочтительно 326L35M4N имеет не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии (PRE) вычисляют, используя формулу:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 326L35M4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
i) Содержание хрома не менее 24,00 масс.% Cr и не более 26,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 25,00 масс.% Cr;
ii) Содержание молибдена не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo;
iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
N
При высоком уровне азота нержавеющая сталь 326L35M4N достигает значения PRE, составляющего не менее 42, и предпочтительно PREсоставляет не менее 47. Это гарантирует, что данный сплав также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 326L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 326L35M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Нержавеющая сталь 326L35M4N также имеет, главным образом, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к этим элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае.
Нержавеющая сталь 326L35M4N согласно девятому воплощению обладает минимальным пределом текучести, составляющим 55 ksi или 380 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 62 ksi или 430 МПа, может быть достигнут для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальным пределом текучести, составляющим 41 ksi или 280 МПа. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 48 ksi или 330 МПа, может быть достигнут для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 326L35M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 326L35M4N может быть в 2,1 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 326L35M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 326L35M4N может быть в 1,79 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 326L35M4N и UNS S32615 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 326L35M4N может быть в 1,95 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S32615.
Нержавеющая сталь 326L35M4N согласно девятому воплощению обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 102 ksi или 700 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 109 ksi или 750 МПа, может быть достигнута для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 95 ksi или 650 МПа. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 102 ksi или 700 МПа, может быть достигнута для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 326L35M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 326L35M4N может быть более чем в 1,45 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 326L35M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 326L35M4N может быть в 1,36 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 326L35M4N и UNS S32615 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 326L35M4N может быть в 1,36 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S32615. Действительно, при сравнении свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 326L35M4N и дуплексной нержавеющей стали 22Cr можно продемонстрировать, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 326L35M4N приблизительно в 1,2 раза выше, чем указано в нормативах для S31803, и аналогична указанной в нормативах для супердуплексной нержавеющих стали 25Cr. Таким образом, свойства минимальной механической прочности нержавеющей стали 326L35M4N значительно улучшены по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, UNS S31753 и UNS S32615, а свойства прочности на растяжение являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны свойствам, указанным в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 326L35M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 326L35M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, S31753 и S32615, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 326L35M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 326L35M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 326L35M4N является избирательным, и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к этим элементам для 304LM4N, также применимы к 320L35M4N.
Вольфрам (W)
Содержание вольфрама нержавеющей стали 326L35M4N составляет не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W. Для вариантов нержавеющей стали 326L35M4N, содержащих вольфрам, эквивалент стойкости к точечной коррозии вычисляют, используя формулу:
NW
PRE=% Cr+[3,3×%(Mo+W)]+(16×% N).
Данный вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 326L35M4N готовят определенным образом, чтобы он имел следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 24,00 масс.% Cr и не более 26,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 25,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo;
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N; и
(iv) Содержание вольфрама не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W.
NW
NW
Вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 326L35M4N имеет высокий нормативный уровень азота и значение PRE, составляющее не менее 44, но предпочтительно PRE составляет не менее 49. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии. Вольфрам можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Вольфрам является крайне дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, при этом, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Углерод (C)
Для некоторых областей применения желательны другие варианты нержавеющей стали 326L35M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, содержание углерода нержавеющей стали 320L35M4N может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C, или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C. Эти определенные варианты нержавеющей стали 326L35M4N представляют собой варианты 326H35M4N или 32635M4N соответственно.
Титан (Ti)ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 326H35M4N или 32635M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 326H35M4NTi или 32635M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов нержавеющей стали 326L35M4N. Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 326H35M4NNb или 32635M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 326H35M4NNbTa или 32635M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 326L35M4N параллельно с другими вариантами, как правило, поставляют так же, как предшествующие воплощения.
Кроме того, предложен дополнительный вариант высокопрочной аустенитной нержавеющей стали, называемый 326L57M4N, который представляет собой десятое воплощение изобретения. Нержавеющая сталь 326L57M4N имеет практически такую же химическую композицию, как нержавеющая сталь 326L35M4N, за исключением содержания молибдена. Таким образом, вместо повторения различных химических композиций описано только отличие.
[326L57M4N]
Как упомянуто выше, 326L57M4N имеет точно такое же содержание в масс.% углерода, марганца, фосфора, серы, кислорода, кремния, хрома, никеля и содержание азота, как и в девятом воплощении нержавеющей стали 326L35M4N, за исключением содержания молибдена. В 326L35M4N содержание молибдена В 312L35M4N содержание молибдена составляет от 3,00 масс.% до 5,00 масс.% Mo. В отличие от этого, содержание молибдена нержавеющей стали 326L57M4N содержание молибдена составляет от 5,00 масс.% до 7,00 масс.% Mo. Иными словами, 326L57M4N можно рассматривать как вариант нержавеющей стали 326L35M4N с более высоким содержанием молибдена.
Понятно, что разделы, относящиеся к 326L35M4N, также применимы в данном случае, за исключением содержания молибдена.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена нержавеющей стали 326L57M4N может составлять не менее 5,00 масс.% Mo и не более 7,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 6,00 масс.% Mo и не более 7,00 масс.% Mo, и более предпочтительно не менее 6,50 масс.% Mo. Иными словами, содержание молибдена 326L57M4N имеет максимальное значение, составляющее 7,00 масс.% Mo.
N
PRE
N
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии для 312L57M4N, вычисляют, используя ту же формулу, что и для 326L35M4N, но в связи с содержанием молибдена PRE составляет не менее 48,5, но предпочтительно PREсоставляет не менее 53,5. Это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 326L57M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 326L57M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Аналогично воплощению 326L35M4N, нержавеющая сталь 326L57M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 326L35M4N, и, следовательно, такими же, как для 304LM4N.
Нержавеющая сталь 326L57M4N десятого воплощения имеет свойства, представляющие собой минимальный предел текучести и минимальную прочность на растяжение, аналогичные свойствам для нержавеющей стали 326L35M4N или сравнимые с ними. Аналогично, свойства прочности ковких и литых вариантов 326L57M4N также сравнимы со свойствами 326L35M4N. Следовательно, конкретные значения прочности в данном случае не повторяют, а делают ссылку на предшествующие разделы 326L35M4N. Сравнение свойств механической прочности между ковкой 326L57M4N и традиционной аустенитной нержавеющей сталью UNS S31703 и между 326L57M4N и UNS S31753/UNS S32615 позволяет предположить более сильные пределы текучести и прочности на растяжение, имеющие значения, аналогичные обнаруженным для 326L35M4N. Также сравнение свойств при растяжении 326L57M4N демонстрирует, что они являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичными супердуплексной нержавеющей стали 25Cr, точно так же, как для 326L35M4N.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 326L57M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 326L57M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, S31753 и S32615, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 326L57M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 326L57M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 326L57M4N является избирательным, и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 326L35M4N, и как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 326L57M4N
Вольфрам (W)
NW
NW
NW
Содержание вольфрама нержавеющей стали 326L57M4N аналогично содержанию вольфрама 326L35M4N, и эквивалент стойкости к точечной коррозии, PRE, 326L57M4N, вычисленный с использованием той же формулы, как упомянуто выше для 326L35M4N, составляет значение PRE не менее 50,5, и предпочтительно PRE не менее 55,5, вследствие другого содержания молибдена. Очевидно, что раздел, относящийся к применению и действиям вольфрама, для 326L35M4N, также применим к 326L57M4N.
Кроме того, 326L57M4N может иметь более высокие уровни углерода, относящиеся к вариантам 326H57M4N или 32657M4N, которые соответствуют обсуждаемым выше вариантам 326H35M4N и 32635M4N соответственно, и уровни углерода в масс.%, обсуждаемые выше, также применимы к 326H57M4N и 32657M4N.
Титан (Ti)ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 326H57M4N или 32657M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 326H57M4NTi или 32657M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов 326L57M4N. Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 326H57M4NNb или 32657M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 326H57M4NNbTa или 32657M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 326L57M4N параллельно с другими вариантами, как правило, поставляют так же, как и предшествующие воплощения.
Кроме того, предложен дополнительный вариант, соответственно называемый в данном описании 351L35M4N, который представляет собой одиннадцатое воплощение изобретения.
[351L35M4N]
N
N
N
Нержавеющая сталь 351L35M4N имеет высокий уровень азота и эквивалент стойкости к точечной коррозии PRE, составляющий не менее 44, но предпочтительно PRE составляет не менее 49. Эквивалент стойкости к точечной коррозии, обозначенный PRE, вычисляют согласно формуле:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 351L35M4N готовят таким образом, что она обладает уникальным сочетанием свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии. Химическая композиция нержавеющей стали 351L35M4N является избирательной и характеризуется сплавом, имеющим следующий химический анализ в процентах по массе: 0,030 масс.% Cмакс., 2,00 масс.% Mnмакс., 0,030 масс.% Pмакс., 0,010 масс.% Sмакс., 0,75 масс.% Siмакс., 26,00 масс.% Cr - 28,00 масс.% Cr, 21,00 масс.% Ni - 25,00 масс.% Ni, 3,00 масс.% Mo - 5,00 масс.% Mo, 0,40 масс.% N - 0,70 масс.% N.
Нержавеющая сталь 351L35M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, например, 0,010 масс.% B макс., 0,10 масс.% Ce макс., 0,050 масс.% Al макс., 0,01 масс.% Ca макс. и/или 0,01 масс.% Mg макс., и другие примеси, которые обычно присутствуют на остаточных уровнях.
N
N
Химическая композиция нержавеющей стали 351L35M4N оптимизирована на стадии плавки таким образом, чтобы, прежде всего, гарантировать аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, в характерном случае проводимой в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом в состоянии непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. В результате нержавеющая сталь 351L35M4N проявляет уникальное сочетание высокой прочности и пластичности при температурах окружающей среды, при этом, в то же время, достигая отличной вязкости при температурах окружающей среды и криогенных температурах. В свете того факта, что химический анализ нержавеющей стали 351L35M4N регулируют таким образом, чтобы достичь значения PRE, составляющего не менее 44, но предпочтительно PRE составляет не менее 49, это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 351L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753.
Определено, что оптимальный диапазон химической композиции нержавеющей стали 351L35M4N тщательно подобран таким образом, что содержит следующие химические элементы в следующих процентах по массе на основании одиннадцатого воплощения:
Углерод (C)
Содержание углерода нержавеющей стали 351L35M4N составляет не более 0,030 масс.% С максимально. Предпочтительно количество углерода должно составлять не менее 0,020 масс.% C и не более 0,030 масс.% C, и более предпочтительно не более 0,025 масс.% C.
Марганец (Mn)
Нержавеющую сталь 351L35M4N одиннадцатого воплощения может выпускаться в двух вариантах: с низким содержанием марганца или с высоким содержанием марганца.
Для сплавов, имеющих низкое содержание марганца, содержание марганца нержавеющей стали 351L35M4N составляет не более 2,0 масс.% Mn. Предпочтительно диапазон составляет не менее 1,0 масс.% Mn и не более 2,0 масс.% Mn, и более предпочтительно не менее 1,20 масс.% Mn и не более 1,50 масс.% Mn. При таких композициях достигается оптимальное отношение Mn к N, составляющее не более 5,0, и предпочтительно не менее 1,42 и не более 5,0. Более предпочтительно это отношение составляет не менее 1,42 и не более 3,75.
Для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, содержание марганца 351L35M4N составляет не более 4,0 масс.% Mn. Предпочтительно содержание марганца составляет не менее 2,0 масс.% Mn и не более 4,0 масс.% Mn, и более предпочтительно верхний предел составляет не более 3,0 масс.% Mn. Даже более предпочтительно верхний предел составляет не более 2,50 масс.% Mn. При данных выбранных диапазонах достигается отношение Mn к N, составляющее не более 10,0, и предпочтительно не менее 2,85 и не более 10,0. Более предпочтительно отношение Mn к N для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, составляет не менее 2,85 и не более 7,50, и даже более предпочтительно не менее 2,85 и не более 6,25.
Фосфор (P)
Содержание фосфора нержавеющей стали 351L35M4N регулируют таким образом, что оно составляет не более 0,030 масс.% P. Предпочтительно сплав 351L35M4N имеет не более 0,025 масс.% P, и более предпочтительно не более 0,020 масс.% P. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,015 масс.% P, и еще более предпочтительно не более 0,010 масс.% P.
Сера (S)
Содержание серы нержавеющей стали 351L35M4N одиннадцатого воплощения включает не более 0,010 масс.% S. Предпочтительно 351L35M4N имеет не более 0,005 масс.% S, и более предпочтительно не более 0,003 масс.% S, и даже более предпочтительно не более 0,001 масс.% S.
Кислород (O)
Содержание кислорода нержавеющей стали регулируют таким образом, чтобы оно было как можно более низким, и в одиннадцатом воплощении 351L35M4N имеет не более 0,070 масс.% O. Предпочтительно 351L35M4N имеет не более 0,050 масс.% O, и более предпочтительно не более 0,030 масс.% O. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,010 масс.% O, и еще более предпочтительно не более 0,005 масс.% O.
Кремний (Si)
Содержание кремния нержавеющей стали 351L35M4N составляет не более 0,75 масс.% Si. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 0,25 масс.% Si и не более 0,75 масс.% Si. Более предпочтительно диапазон составляет не менее 0,40 масс.% Si и не более 0,60 масс.% Si. Тем не менее, для определенных высокотемпературных применений, где требуется повышенная устойчивость к окислению, содержание кремния может составлять не менее 0,75 масс.% Si и не более 2,00 масс.% Si.
Хром (Cr)
Содержание хрома нержавеющей стали 351L35M4N составляет не менее 26,00 масс.% Cr и не более 28,00 масс.% Cr. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 27,00 масс.% Cr.
Никель (Ni)
Содержание никеля нержавеющей стали 351L35M4N составляет не менее 21,00 масс.% Ni и не более 25,00 масс.% Ni. Предпочтительно верхний предел содержания Ni сплава составляет не более 24,00 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 23,00 масс.% Ni.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена нержавеющей стали 351L35M4N составляет не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo.
Азот (N)
Содержание азота нержавеющей стали 351L35M4N составляет не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N. Более предпочтительно 351L35M4N имеет не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
PRE
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии (PRE) вычисляют, используя формулу:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 351L35M4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 26,00 масс.% Cr и не более 28,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 27,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo,
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
N
При высоком уровне азота нержавеющая сталь 351L35M4N достигает значения PRE, составляющего не менее 44, и предпочтительно PRE составляет не менее 49. Это гарантирует, что данный сплав также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 351L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 351L35M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Нержавеющая сталь 351L35M4N также имеет, главным образом, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к этим элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае.
Нержавеющая сталь 351L35M4N согласно одиннадцатому воплощению обладает минимальным пределом текучести, составляющим 55 ksi или 380 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 62 ksi или 430 МПа, может быть достигнут для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальным пределом текучести, составляющим 41 ksi или 280 МПа. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 48 ksi или 330 МПа, может быть достигнут для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 351L35M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 351L35M4N может быть в 2,1 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 351L35M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 351L35M4N может быть в 1,79 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 351L35M4N и UNS S35115 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 351L35M4N может быть в 1,56 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S35115.
Нержавеющая сталь 351L35M4N согласно одиннадцатому воплощению обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 102 ksi или 700 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 109 ksi или 750 МПа, может быть достигнута для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 95 ksi или 650 МПа. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 102 ksi или 700 МПа, может быть достигнута для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 351L35M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 351L35M4N может быть более чем в 1,45 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 351L35M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 351L35M4N может быть в 1,36 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 351L35M4N и UNS S35115 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 351L35M4N может быть в 1,28 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S35115. Действительно, при сравнении свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 351L35M4N и дуплексной нержавеющей стали 22Cr можно продемонстрировать, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 351L35M4N приблизительно в 1,2 раза выше, чем указано в нормативах для S31803, и аналогична указанной в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr. Таким образом, свойства минимальной механической прочности нержавеющей стали 351L35M4N значительно улучшены по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, UNS S31753 и UNS S35115, а свойства прочности на растяжение являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны свойствам, указанным в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 351L35M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 351L35M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, S31753 и S35115, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 351L35M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 351L35M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 351L35M4N является избирательным, композиции меди и ванадия являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 351L35M4N.
Вольфрам (W)
Содержание вольфрама нержавеющей стали 351L35M4N составляет не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0.75 масс.% W. Для вариантов нержавеющей стали 316LM4N, содержащих вольфрам, эквивалент стойкости к точечной коррозии вычисляют, используя формулу:
NW
PRE=% Cr+[3,3×%(Mo+W)]+(16×% N).
Данный вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 351L35M4N готовят определенным образом, чтобы он имел следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 26,00 масс.% Cr и не более 28,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 27,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo,
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N; и
(iv) Содержание вольфрама не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W.
NW
NW
Вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 351L35M4N имеет высокий нормативный уровень азота и PRE, составляющий не менее 46, но предпочтительно PRE составляет не менее 51. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии. Вольфрам можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Вольфрам является крайне дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, при этом, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Углерод (C)
Для некоторых областей применения желательны другие варианты нержавеющей стали 351L35M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, содержание углерода нержавеющей стали 351L35M4N может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C, или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C. Эти определенные варианты нержавеющей стали 351L35M4N представляют собой варианты 351H35M4N или 35135M4N соответственно.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 351H35M4N или 35135M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C, или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 351H35M4NTi или 35135M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов 351L35M4N.
Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 351H35M4NNb или 35135M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 351H35M4NNbTa или 35135M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 351L35M4N параллельно с другими вариантами, как правило, поставляют так же, как и в предшествующих воплощениях.
Кроме того, предложен дополнительный вариант высокопрочной аустенитной нержавеющей стали, соответственно, называемый 351L57M4N, который представляет собой двенадцатое воплощение изобретения. Нержавеющая сталь 351L57M4N имеет практически такую же химическую композицию, как 351L35M4N, за исключением содержания молибдена. Таким образом, вместо повторения различных химических композиций описано только отличие.
[351L57M4N]
Как упомянуто выше, 351L57M4N имеет точно такое же содержание в масс.% углерода, марганца, фосфора, серы, кислорода, кремния, хрома, никеля и содержание азота, как и в одиннадцатом воплощении нержавеющей стали 351L35M4N, за исключением содержания молибдена. В 351L35M4N содержание молибдена составляет от 3,00 масс.% до 5,00 масс.% Mo. В отличие от этого, содержание молибдена нержавеющей стали 351L57M4N составляет от 5,00 масс.% до 7,00 масс.% Mo. Иными словами, 351L57M4N можно рассматривать как вариант нержавеющей стали 351L35M4N с более высоким содержанием молибдена.
Понятно, что разделы, относящиеся к 351L35M4N, также применимы в данном случае, за исключением содержания молибдена.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена нержавеющей стали 351L57M4N может составлять не менее 5,00 масс.% Mo и не более 7,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 6,00 масс.% Mo. Иными словами, содержание молибдена 351L57M4N имеет максимальное значение, составляющее 7,00 масс.% Mo.
N
PRE
N
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии для 351L57M4N вычисляют, используя ту же формулу, что и для 351L35M4N, но в связи с содержанием молибдена PRE составляет не менее 50,5, но предпочтительно PREсоставляет не менее 55,5. Это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 351L57M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 351L57M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Аналогично воплощению 351L35M4N, нержавеющая сталь 351L57M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части, и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 351L35M4N, и, следовательно, такими же, как для 304LM4N.
Нержавеющая сталь 351L57M4N двенадцатого воплощения имеет свойства, представляющие собой минимальный предел текучести и минимальную прочность на растяжение, аналогичные свойствам для нержавеющей стали 351L35M4N или сравнимые с ними. Аналогично, свойства прочности ковких и литых вариантов 351L57M4N также сравнимы со свойствами 351L35M4N. Следовательно, конкретные значения прочности в данном случае не повторяют, а делают ссылку на предшествующие разделы 351L35M4N Сравнение свойств механической прочности между ковкой 351L57M4N и традиционной аустенитной нержавеющей сталью UNS S31703 и между 351L57M4N и UNS S31753/UNS S35115 позволяет предположить более сильные пределы текучести и прочности на растяжение, имеющие значения, аналогичные обнаруженным для 351L35M4N. Также сравнение свойств при растяжении 351L57M4N демонстрирует, что они являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичными супердуплексной нержавеющей стали 25Cr, точно так же, как для 351L35M4N.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 351L57M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 351L57M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, S31753 и S35115, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 351L57M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 351L57M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 351L57M4N является избирательным, и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 351L35M4N, и как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 351L57M4N.
Вольфрам (W)
NW
NW
NW
Содержание вольфрама нержавеющей стали 351L57M4N аналогично содержанию вольфрама 351L35M4N, и эквивалент стойкости к точечной коррозии, PRE, 351L57M4N, вычисленный с использованием той же формулы, как упомянуто выше для 351L35M4N, составляет значение PRE не менее 52,5, и предпочтительно PRE не менее 57,5, вследствие другого содержания молибдена. Очевидно, что раздел, относящийся к применению и действиям вольфрама, для 351L35M4N также применим к 351L57M4N.
Кроме того, 351L57M4N может иметь более высокие уровни углерода, относящиеся к вариантам 351H57M4N или 35157M4N, которые соответствуют обсуждаемым выше 351H35M4N и 35135M4N соответственно, и уровни углерода в масс.%, обсуждаемые выше, также применимы к 351H57M4N и 35157M4N.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 351H57M4N или 35157M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C, или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 351H57M4NTi или 35157M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов 351L57M4N.
Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 351H57M4NNb или 35157M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 351H57M4NNbTa или 35157M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 351L57M4N, параллельно с другими вариантами, как правило, поставляют так же, как и предшествующие воплощения.
Кроме того, предложен дополнительный вариант, соответственно называемый в данном описании 353L35M4N, который представляет собой тринадцатое воплощение изобретения.
[353L35M4N]
N
N
Нержавеющая сталь 353L35M4N имеет высокий уровень азота и эквивалент стойкости к точечной коррозии PRE, составляющий не менее 46, но предпочтительно PREN составляет не менее 51. Эквивалент стойкости к точечной коррозии, обозначенный PRE, вычисляют согласно формуле:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющая сталь 353L35M4N готовят таким образом, что она обладает уникальным сочетанием свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии. Химическая композиция нержавеющей стали 353L35M4N является избирательной и характеризуется сплавом, имеющим следующий химический анализ в процентах по массе: 0,030 масс.% C макс., 2,00 масс.% Mn макс., 0,030 масс.% P макс., 0,010 масс.% S макс., 0,75 масс.% Si макс., 28,00 масс.% Cr - 30,00 масс.% Cr, 23,00 масс.% Ni - 27,00 масс.% Ni, 3,00 масс.% Mo - 5,00 масс.% Mo, 0,40 масс.% N - 0,70 масс.% N.
Нержавеющая сталь 353L35M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, например, 0,010 масс.% B макс., 0,10 масс.% Ce макс., 0,050 масс.% Al макс., 0,01 масс.% Ca макс. и/или 0,01 масс.% Mg макс., и другие примеси, которые обычно присутствуют на остаточных уровнях.
N
N
Химическая композиция нержавеющей стали 353L35M4N оптимизирована на стадии плавки таким образом, чтобы, прежде всего, гарантировать аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, в характерном случае проводимой в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом в состоянии непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. В результате, нержавеющая сталь 353L35M4N проявляет уникальное сочетание высокой прочности и пластичности при температурах окружающей среды, при этом, в то же время, достигая отличной вязкости при температурах окружающей среды и криогенных температурах. В свете того факта, что химический анализ нержавеющей стали 353L35M4N регулируют таким образом, чтобы достичь значения PRE, составляющего не менее 46, но предпочтительно PRE составляет не менее 51, это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 353L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753.
Определено, что оптимальный диапазон химической композиции нержавеющей стали 353L35M4N тщательно подобран таким образом, что содержит следующие химические элементы в следующих процентах по массе на основании тринадцатого воплощения:
Углерод (C)
Содержание углерода нержавеющей стали 353L35M4N составляет не более 0,030 масс.% С максимально. Предпочтительно количество углерода должно составлять не менее 0,020 масс.% C и не более 0,030 масс.% C, и более предпочтительно не более 0,025 масс.% C.
Марганец (Mn)
Нержавеющая сталь 353L35M4N тринадцатого воплощения может выпускаться в двух вариантах: с низким содержанием марганца или с высоким содержанием марганца.
Для сплавов, имеющих низкое содержание марганца, содержание марганца нержавеющей стали 353L35M4N составляет не более 2,0 масс.% Mn. Предпочтительно диапазон составляет не менее 1,0 масс.% Mn и не более 2,0 масс.% Mn, и более предпочтительно не менее 1,20 масс.% Mn и не более 1,50 масс.% Mn. При таких композициях достигается оптимальное отношение Mn к N, составляющее не более 5,0, и предпочтительно не менее 1,42 и не более 5,0. Более предпочтительно это отношение составляет не менее 1,42 и не более 3,75.
Для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, содержание марганца 353L35M4N составляет не более 4,0 масс.% Mn. Предпочтительно содержание марганца составляет не менее 2,0 масс.% Mn и не более 4,0 масс.% Mn, и более предпочтительно верхний предел составляет не более 3,0 масс.% Mn. Даже более предпочтительно верхний предел составляет не более 2,50 масс.% Mn. При данных выбранных диапазонах отношение Mn к N составляет не более 10,0, и предпочтительно не менее 2,85 и не более 10,0. Более предпочтительно отношение Mn к N для сплавов, имеющих высокое содержание марганца, составляет не менее 2,85 и не более 7,50, и даже более предпочтительно не менее 2,85 и не более 6,25.
фосфор (P)
Содержание фосфора нержавеющей стали 353L35M4N регулируют таким образом, что оно составляет не более 0,030 масс.% P. Предпочтительно сплав 353L35M4N имеет не более 0,025 масс.% P, и более предпочтительно не более 0,020 масс.% P. Даже более предпочтительно, этот сплав имеет не более 0,015 масс.% P, и еще более предпочтительно не более 0,010 масс.% P.
Сера (S)
Содержание серы нержавеющей стали 353L35M4N тринадцатого воплощения включает не более 0,010 масс.% S. Предпочтительно 353L35M4N имеет не более 0,005 масс.% S, и более предпочтительно не более 0,003 масс.% S, и даже более предпочтительно не более 0,001 масс.% S.
Кислород (O)
Содержание кислорода нержавеющей стали 353L35M4N регулируют таким образом, чтобы оно было как можно более низким, и в тринадцатом воплощении 353L35M4N имеет не более 0,070 масс.% O. Предпочтительно 353L35M4N имеет не более 0,050 масс.% O, и более предпочтительно не более 0,030 масс.% O. Даже более предпочтительно этот сплав имеет не более 0,010 масс.% O, и еще более предпочтительно не более 0,005 масс.% O.
Кремний (Si)
Содержание кремния нержавеющей стали 353L35M4N составляет не более 0,75 масс.% Si. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 0,25 масс.% Si и не более 0,75 масс.% Si. Более предпочтительно диапазон составляет не менее 0,40 масс.% Si и не более 0,60 масс.% Si. Тем не менее, для определенных высокотемпературных применений, где требуется повышенная устойчивость к окислению, содержание кремния может составлять не менее 0,75 масс.% Si и не более 2,00 масс.% Si.
Хром (Cr)
Содержание хрома нержавеющей стали 353L35M4N составляет не менее 28,00 масс.% Cr и не более 30,00 масс.% Cr. Предпочтительно этот сплав имеет не менее 29,00 масс.% Cr.
Никель (Ni)
Содержание никеля нержавеющей стали 353L35M4N составляет не менее 23,00 масс.% Ni и не более 27,00 масс.% Ni. Предпочтительно верхний предел содержания Ni сплава составляет не более 26,00 масс.% Ni, и более предпочтительно не более 25,00 масс.% Ni.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена нержавеющей стали 353L35M4N составляет не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo.
Азот (N)
Содержание азота нержавеющей стали 353L35M4N составляет не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N. Более предпочтительно 353L35M4N имеет не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
PRE
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии (PRE) вычисляют, используя формулу:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N).
Нержавеющую сталь 353L35M4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 28,00 масс.% Cr и не более 30,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 29,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo;
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N.
N
N
При высоком уровне азота нержавеющая сталь 353L35M4N достигает значения PRE, составляющего не менее 46, и предпочтительно PRE составляет не менее 51. Это гарантирует, что данный сплав также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 353L35M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 353L35M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Нержавеющая сталь 353L35M4N также имеет, главным образом, Fe в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к этим элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае.
Нержавеющая сталь 353L35M4N согласно тринадцатому воплощению обладает минимальным пределом текучести, составляющим 55 ksi или 380 МПа для ковкового варианта. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 62 ksi или 430 МПа, может быть достигнут для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальным пределом текучести, составляющим 41 ksi или 280 МПа. Более предпочтительно минимальный предел текучести, составляющий 48 ksi или 330 МПа, может быть достигнут для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 353L35M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 353L35M4N может быть в 2,1 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 353L35M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 353L35M4N может быть в 1,79 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 353L35M4N и UNS S35315 также позволяет предположить, что минимальный предел текучести нержавеющей стали 353L35M4N может быть в 1,59 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S35315.
Нержавеющая сталь 353L35M4N согласно тринадцатому воплощению обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 102 ksi или 700 МПа для ковкого варианта. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 109 ksi или 750 МПа, может быть достигнута для ковкого варианта. Литой вариант обладает минимальной прочностью на растяжение, составляющей 95 ksi или 650 МПа. Более предпочтительно минимальная прочность на растяжение, составляющая 102 ksi или 700 МПа, может быть достигнута для литого варианта. На основании предпочтительных значений сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 353L35M4N и UNS S31703 позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 353L35M4N может быть более чем в 1,45 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31703. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 353L35M4N и UNS S31753 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 353L35M4N может быть в 1,36 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S31753. Сравнение свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 353L35M4N и UNS S35315 также позволяет предположить, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 353L35M4N может быть в 1,15 раза выше, чем указано в нормативах для UNS S35315. Действительно, при сравнении свойств механической прочности ковкой нержавеющей стали 353L35M4N и дуплексной нержавеющей стали 22Cr можно продемонстрировать, что минимальная прочность на растяжение нержавеющей стали 353L35M4N приблизительно в 1,2 раза выше, чем указано в нормативах для S31803, и аналогична указанной в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr. Таким образом, свойства минимальной механической прочности нержавеющей стали 353L35M4N значительно улучшены по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, UNS S31753 и UNS S35315, а свойства прочности на растяжение являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны свойствам, указанным в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 353L35M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 353L35M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, S31753 и S35315, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 353L35M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 353L35M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 353L35M4N по пункту 1 формулы изобретения является избирательным, и композиции of медь and ванадий являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, меди и ванадия являются такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 353L35M4N.
Вольфрам (W)
Содержание вольфрама нержавеющей стали 353L35M4N составляет не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0.75 масс.% W. Для вариантов нержавеющей стали 353L35M4N, содержащих вольфрам, эквивалент стойкости к точечной коррозии вычисляют, используя формулу:
NW
PRE=% Cr+[3,3×%(Mo+W)]+(16×% N).
Данный вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 353L35M4N готовят определенным образом, чтобы она имела следующую композицию:
(i) Содержание хрома не менее 28,00 масс.% Cr и не более 30,00 масс.% Cr, но предпочтительно не менее 29,00 масс.% Cr;
(ii) Содержание молибдена не менее 3,00 масс.% Mo и не более 5,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 4,00 масс.% Mo;
(iii) Содержание азота не более 0,70 масс.% N, но предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,70 масс.% N, и более предпочтительно не менее 0,40 масс.% N и не более 0,60 масс.% N, и даже более предпочтительно не менее 0,45 масс.% N и не более 0,55 масс.% N; и
(iv) Содержание вольфрама не более 2,00 масс.% W, но предпочтительно не менее 0,50 масс.% W и не более 1,00 масс.% W, и более предпочтительно не менее 0,75 масс.% W.
NW
NW
Вольфрамсодержащий вариант нержавеющей стали 353L35M4N имеет высокий нормативный уровень азота и PRE, составляющий не менее 48, но предпочтительно PRE составляет не менее 53. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии. Вольфрам можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, ванадием, титаном и/или ниобием и/или ниобием с танталом в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава. Вольфрам является крайне дорогостоящим, и поэтому его целенаправленно ограничивают, чтобы оптимизировать рентабельность сплава, при этом, в то же время, оптимизируя пластичность, вязкость и коррозионные характеристики сплава.
Углерод (C)
Для некоторых областей применения желательны другие варианты нержавеющей стали 353L35M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, содержание углерода 353L35M4N может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C, или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C. Эти определенные варианты нержавеющей стали 353L35M4N представляют собой варианты 353H35M4N или 35335M4N соответственно.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 353H35M4N или 35335M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C, или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% С, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 353H35M4NTi или 35335M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов 353L35M4N.
Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 353H35M4NNb или 35335M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 353H35M4NNbTa или 35335M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 353L35M4N параллельно с другими вариантами, как правило, поставляют так же, как и предшествующие воплощения.
Кроме того, предложен дополнительный вариант высокопрочной аустенитной нержавеющей стали, соответственно называемый 353L57M4N, который представляет собой четырнадцатое воплощение изобретения. Нержавеющая сталь 353L57M4N имеет практически такую же химическую композицию, как 353L35M4N, за исключением содержания молибдена. Таким образом, вместо повторения различных химических композиций описано только отличие.
[353L57M4N]
Как упомянуто выше, 353L57M4N имеет точно такое же содержание в масс.% углерода, марганца, фосфора, серы, кислорода, кремния, хрома, никеля и содержание азота, как и в тринадцатом воплощении нержавеющей стали 353L35M4N, за исключением содержания молибдена. В 353L35M4N содержание молибдена составляет от 3,00 масс.% до 5,00 масс.% Mo. В отличие от этого, содержание молибдена нержавеющей стали 5.00 масс.% and 7.00 масс.% Mo. Иными словами, 353L57M4N можно рассматривать как вариант нержавеющей стали 353L35M4N с более высоким содержанием молибдена.
Понятно, что разделы, относящиеся к 353L35M4N, также применимы в данном случае, за исключением содержания молибдена.
Молибден (Mo)
Содержание молибдена нержавеющей стали 312L57M4N может составлять не менее 5,00 масс.% Mo и не более 7,00 масс.% Mo, но предпочтительно не менее 6,00 масс.% Mo. Иными словами, содержание молибдена 353L57M4N имеет максимальное значение, составляющее 7,00 масс.% Mo.
N
PRE
N
N
Эквивалент стойкости к точечной коррозии для 353L57M4N вычисляют, используя ту же формулу, что и для 353L35M4N, но в связи с содержанием молибдена PRE составляет не менее 52,5, но предпочтительно PRE составляет не менее 57,5. Это гарантирует, что материал также обладает хорошей устойчивостью к общей коррозии и локализованной коррозии (точечной коррозии и контактной коррозии) в широком диапазоне рабочих условий окружающей среды. Нержавеющая сталь 353L57M4N также обладает повышенной устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях окружающей среды, содержащей хлориды, по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703 и UNS S31753. Следует подчеркнуть, что данные уравнения не учитывают воздействия микроструктурных факторов на разрушение пассивности в результате точечной или контактной коррозии.
6
Химическая композиция нержавеющей стали 353L57M4N оптимизирована на стадии плавки, чтобы гарантировать, что отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer находится в пределах от более 0,40 до менее 1,05, но предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы, прежде всего, получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, которую в характерном случае проводят в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Следовательно, этот сплав можно готовить и поставлять в не намагниченном состоянии.
Аналогично 353L35M4N, нержавеющая сталь 353L57M4N также содержит, главным образом, Fe в качестве остальной части и может также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, церий, алюминий, кальций и/или магний, и композиции этих элементов в процентах по массе являются такими же, как для 353L35M4N, и, следовательно, такими же, как для 304LM4N.
Нержавеющая сталь 353L57M4N четырнадцатого воплощения имеет свойства, представляющие собой минимальный предел текучести и минимальную прочность на растяжение, аналогичные свойствам для нержавеющей стали 353L35M4N или сравнимые с ними. Аналогично, свойства прочности ковких и литых вариантов 353L57M4N также сравнимы со свойствами 353L35M4N. Следовательно, конкретные значения прочности в данном случае не повторяют, а делают ссылку на предшествующие разделы 353L35M4N. Сравнение свойств механической прочности между ковкой 353L57M4N и традиционной аустенитной нержавеющей сталью UNS S31703 и между 353L57M4N и UNS S31753/UNS S35315 позволяет предположить более сильные пределы текучести и прочности на растяжение, имеющие значения, аналогичные обнаруженным для 353L35M4N. Также сравнение свойств при растяжении 353L57M4N демонстрирует, что они являются лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr, точно также, как для 353L35M4N.
Это означает, что в областях применения, где используют ковкую нержавеющую сталь 353L57M4N, конструкции могут часто иметь сниженную толщину стенок, что, таким образом, приводит к значительной экономии массы при спецификации нержавеющей стали 353L57M4N по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как UNS S31703, S31753 и S35315, поскольку минимально допустимые расчетные напряжения значительно выше. Действительно, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой нержавеющей стали 353L57M4N выше, чем для дуплексной нержавеющей стали 22Cr, и аналогичны супердуплексной нержавеющей стали 25Cr.
Для некоторых областей применения целенаправленно готовят другие варианты для изготовления нержавеющей стали 353L57M4N, чтобы она содержала определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь, вольфрам и ванадий. Определено, что оптимальный диапазон химической композиции этих других вариантов нержавеющей стали 353L57M4N является избирательным, и композиции меди и ванадия являются такими же, как для 353L35M4N, и такими же, как для 304LM4N. Иными словами, разделы, относящиеся к данным элементам для 304LM4N, также применимы в данном случае к 353L57M4N.
Вольфрам (W)
NW
NW
NW
Содержание вольфрама нержавеющей стали 353L57M4N аналогично содержанию вольфрама 353L35M4N, и эквивалент стойкости к точечной коррозии, PRE, 353L57M4N, вычисленный с использованием той же формулы, как упомянуто выше для 353L35M4N, составляет значение PRE не менее 54,5, и предпочтительно PRE не менее 59,5, вследствие другого содержания молибдена. Очевидно, что раздел, относящийся к применению и действиям вольфрама, для 353L35M4N также применим к 353L57M4N.
Кроме того, 353L57M4N может иметь более высокие уровни углерода, относящиеся к вариантам 353H57M4N или 35357M4N, которые соответствуют обсуждаемым выше 353H35M4N и 35335M4N соответственно, и уровни углерода в масс.%, обсуждаемые выше, также применимы к 353H57M4N и 35357M4N.
Титан (Ti)/ниобий (Nb)/ниобий (Nb) с танталом (Ta)
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие стабилизированные варианты нержавеющей стали 353H57M4N или 35357M4N, которые готовят для изготовления определенным образом, чтобы они содержали более высокие уровни углерода. В частности, количество углерода может составлять не менее 0,040 масс.% C и менее 0,10 масс.% C, но предпочтительно не более 0,050 масс.% C или более 0,030 масс.% C и не более 0,08 масс.% C, но предпочтительно менее 0,040 масс.% C.
(i) Эти варианты включают варианты, стабилизированные титаном, которые называют 353H57M4NTi или 35357M4NTi, чтобы отличать их от родственных вариантов 353L57M4N. Содержание титана регулируют в соответствии со следующими формулами:
Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или
Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, с целью получения стабилизированных титаном производных сплава.
(ii) Также существуют варианты, стабилизированные ниобием, 353H57M4NNb или 35357M4NNb, в которых содержание ниобия регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или
Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, с целью получения стабилизированных ниобием производных сплава.
(iii) Кроме того, можно также изготавливать другие варианты сплава, стабилизированные ниобием с танталом, 353H57M4NNbTa или 35357M4NNbTa, в которых содержание ниобия и тантала регулируют в соответствии со следующими формулами:
Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или
Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс.
Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Ковкие и литые варианты нержавеющей стали 353L57M4N параллельно с другими вариантами, как правило, поставляют так же, как и предшествующие воплощения.
6
Описанные воплощения не следует истолковывать как ограничивающие, и в дополнение к описанным в данной работе можно готовить другие. Например, описанные выше воплощения или серии аустенитной нержавеющей стали для всех различных типов композиций сплава и их вариантов можно готовить с отрегулированными химическими композициями для конкретных областей применения. Одним из таких примеров является применение более высокого содержания марганца, составляющего более 2,00 масс.% Mn и не более 4,00 масс.% Mn, с целью снижения уровня содержания никеля на соразмерное количество согласно уравнениям, предложенным Schoefer. Это снизило бы общую стоимость сплавов, поскольку никель является крайне дорогостоящим. Следовательно, содержание никеля можно целенаправленно ограничивать, чтобы оптимизировать рентабельность сплавов.
Описанные воплощения можно также регулировать таким образом, чтобы они удовлетворяли другим критериям, отличающимся от уже определенных в данной работе. Например, в дополнение к отношениям содержания марганца к содержанию азота воплощения также регулируют таким образом, чтобы они имели определенные отношения содержания марганца к суммарному содержанию углерода и азота.
В результате этого для типов сплавов "LM4N", имеющих низкий уровень марганца, достигается оптимальное отношение Mn к C+N, составляющее не более 4,76, и предпочтительно не менее 1,37 и не более 4,76. Более предпочтительно отношение Mn к C+N составляет не менее 1,37 и не более 3,57. Для типов сплавов "LM4N", имеющих высокий уровень марганца, достигается оптимальное отношение Mn к C+N, составляющее не более 9,52, и предпочтительно не менее 2,74 и не более 9,52. Более предпочтительно отношение Mn к C+N для этих типов сплавов "LM4N", имеющих высокий уровень марганца, составляет не менее 2,74 и не более 7,14, и даже более предпочтительно отношение Mn к C+N составляет не менее 2,74 и не более 5,95. Настоящие воплощения включают следующие типы сплавов, обозначенные 304LM4N, 316LM4N, 317L35M4N, 317L57M4N, 312L35M4N, 312L57M4N, 320L35M4N, 320L57M4N, 326L35M4N и 326L57M4N, 351L35M4N, 351L57M4N, 353L35M4N, 353L57M4N, а также их варианты, которые могут содержать вплоть до 0,030 масс.% углерода максимально,
Для типов сплавов "HM4N", имеющих низкий уровень марганца, достигается оптимальное отношение Mn к C+N, составляющее не более 4,55, и предпочтительно не менее 1,25 и не более 4,55. Более предпочтительно отношение Mn к C+N составляет не менее 1,25 и не более 3,41. Для типов сплавов "HM4N", имеющих высокий уровень марганца, достигается оптимальное отношение Mn к C+N, составляющее не более 9,10, и предпочтительно не менее от 2,50 и не более 9,10. Более предпочтительно отношение Mn к C+N для этих типов сплавов "HM4N", имеющих высокий уровень марганца, составляет не менее 2,50 и не более 6,82, и даже более предпочтительно отношение Mn к C+N составляет не менее 2,50 и не более 5,68. Настоящие воплощения включают следующие типы сплавов, обозначенные 304HM4N, 316HM4N 317H57M4N, 317H35M4N, 312H35M4N, 312H57M4N, 320H35M4N, 320H57M4N, 326H35M4N, 326H57M4N, 351H35M4N, 351H57M4N, 353H35M4N и 353H57M4N, а также их варианты, которые могут содержать от 0,040 масс.% углерода вплоть до 0,10 масс.% углерода, и
Для типов сплавов "M4N", имеющих низкий уровень марганца, достигается оптимальное отношение Mn к C+N, составляющее не более 4,64, и предпочтительно не менее 1,28 и не более 4,64. Более предпочтительно отношение Mn к C+N составляет не менее 1,28 и не более 3,48. Для типов сплавов "M4N", имеющих высокий уровень марганца, достигается оптимальное отношение Mn к C+N, составляющее не более 9,28, и предпочтительно не менее 2,56 и не более 9,28. Более предпочтительно отношение Nn к C+N для этих типов сплавов "M4N", имеющих высокий уровень марганца, составляет не менее 2,56 и не более 6,96, и даже более предпочтительно отношение Mn к C+N составляет не менее 2,56 и не более 5,80. Настоящие воплощения включают следующие типы сплавов, обозначенные 304M4N, 316M4N 31757M4N, 31735M4N, 31235M4N, 31257M4N, 32035M4N, 32057M4N, 32635M4N, 32657M4N, 35135M4N, 35157M4N, 35335M4N и 35357M4N, а также их варианты, которые могут содержать от более чем 0,030 масс.% углерода вплоть до 0,080 масс.% углерода.
Для серии высокопрочных аустенитных и супераустенитных нержавеющих сталей N′GENIUS™, включающей типы сплавов "LM4N", "HM4N" и "M4N", а также другие варианты, обсуждаемые в данной работе, могут быть специфицированы и использованы в виде ряда изделий и пакетов изделий для целых систем.
Очевидно, что диапазоны химической композиции, указанные для одного элемента (например, хрома, никеля, молибдена, углерода и азота и т.д.) для определенных типов композиций сплавов и их вариантов, могут быть также применимы к элементам в других типах композиций сплавов и их вариантах.
Изделия, рынки, отрасли промышленности и области применения
Предложенная серия высокопрочных аустенитных и супераустенитных нержавеющих сталей N′GENIUS™ может быть специфицирована до международных стандартов и нормативов, и ее можно применять для ряда изделий, используемых как в морских, так и в наземных областях применения в свете ее свойств высокой механической прочности, отличной пластичности и вязкости при температурах окружающей среды и при криогенных температурах, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии.
Изделия
Изделия включают, но не ограничены ими, первичные и вторичные изделия, такие как следующие изделия: литые заготовки, прокатанные заготовки непрерывного литья, каландрированные штрипсы, блюмсы, трубная заготовка, прокат, плоский прокат, формы, катанка, проволока, сварочная проволока, расходные материалы для сварки, пластина, лист, полоса и рулонная полоса, кузнечные изделия, статические отливки, отливки, выполненные под давлением, отливки, полученные центробежным литьем, порошковые металлургические изделия, прессованные изделия, выполненные горячим изостатическим прессованием, бесшовная магистральная труба, бесшовная труба и рукав, буровая труба, нефтегазопромысловые трубы, обсадные трубы, трубки конденсаторов и теплообменников, сварная магистральная труба, сварная труба и рукав, трубчатые изделия, отводы, изготовленные индукционным методом, фитинги стыковой сварки, бесшовные фиттинги, крепежные детали, элементы болтового соединения, шурупы и гвозди, холоднотянутый и холоднокатаный сортовой прокат, катанка и проволока, холоднотянутая и холоднокатаная труба и рукав, фланцы, уплотненные фланцы, зажимные соединители, кованые стальные фиттинги, насосы, клапаны, сепараторы, реакторы и вспомогательные изделия. Первичные и вторичные изделия, перечисленные выше, также релевантны для изделий с металлургической плакировкой (например, соединенные термомеханическим путем, соединенные прокаткой в горячем состоянии, соединенные взрывом и т.д.), изделия, плакированные наплавленным слоем сварного шва, изделия, футерованные механическим путем, или изделия, футерованные гидравлическим путем, или изделия, футерованные нержавеющими сплавами (CRA; от англ. corrosion resistant alloys).
Как понятно на основании ряда альтернативных композиций сплава, обсуждаемых выше, предложенная серия высокопрочных аустенитных и супераустенитных нержавеющих сталей N′GENIUS™ может быть специфицирована на различных рынках и в различных отраслях промышленности в широком ряду областей применения. При использовании этих сплавов могут быть достигнуты значительные экономии массы и экономии времени на изготовление, что, в свою очередь, приводит к значительной экономии затрат в общих затратах на конструирование.
Рынки, отрасли промышленности и области применения
Сегмент разведки и добычи и перерабатывающий сегмент нефтегазовой промышленности (наземной и морской, включая мелководную, глубоководную технологию и технологию сверхбольших глубин)
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
2
2
Наземные и морксие трубопроводы, включая межпромысловые трубопроводы и поточные линии, внутрипромысловые трубопроподы и поточные линии, муфты, препятствующие распространению смятия, трубопроводы высокого давления и высокой температуры (HPHT; от англ. High pressure/high temperature) для многофазных флюидов, таких как нефть, газ и конденсаты, содержащие хлориды, CO и HS, и другие составные части, инжекционные трубы для морской воды и подземной воды, оборудование подводно-устьевого комплекса, коллекторы, перемычки, состыковки, трубные узлы, петли для внутренней очистки трубопроводов, трубные изделия, нефтегазопромысловые трубы (OCTG; от англ. oil country tubular goods) и обсадные трубы, райзеры из стальной арматуры, вертикальные трубы, вертикальные трубы конструкций зоны воздействия брызг, трубопроводы для прокладки через реку, клапаны, насосы, сепараторы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование.
Комплексные системы труб, такие как следующие системы: технологические системы и системы вспомогательного обслуживания технологического процесса, охлаждающие системы с морской водой и системы водяного пожаротушения, которые можно использовать во всех типах наземных и морксих применений. Морксие применения включают, но не ограничены ими, следующие применения: стационарные платформы, плавучие платформы, SPA and Hull, такие как технологические платформы, системы инженерного оборудования платформы, морские платформы для кустового бурения, райзерные платформы, компрессионные платформы, платформы типа FPSO (плавучие системы для добычи, хранения и отгрузки нефти), ПНХ (плавучие нефтеналивные хранилища), инфраструктура SPA and Hull, готовые узлы, готовые элементы конструкций и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование.
Комплексные системы трубок, такие как следующие системы: комбинированные реагентопроводы, конденсаторы, теплообменники, обессоливание, десульфурация и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование.
Промышленное производство СПГ (сжиженного природного газа)
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения: инфраструктуру, трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, цистерны, насосы, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое для цистерн морских плавучих заводов СПГ (FLNG; от англ. Floating Liquefied Natural Gas), плавучие установки для хранения и регазификации (FSRU; от англ. floating storage and re-gasification unit) или наземных заводов СПГ, судов и цистерн, а также терминалов для переработки, хранения и перевозки сжиженного природного газа (СПГ) при криогенных температурах.
Химическая, нефтехимическая, газожидкостная и нефтеперерабатывающая промышленность
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, включающее танкеры для перевозки химикатов железная дорога - автомобильная дорога, применяемые для переработки и перевозки коррозионно-агрессивных жидкостей из химической, нефтехимической, газожидкостной и нефтеперерабатывающей промышленности, а также кислот, щелочей и других коррозионных жидкостей, включающих химикаты, в характерном случае находящиеся в вакуумных колоннах, атмосферных колоннах и колоннах для гидроочистки.
Природоохранная промышленность
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
2
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое для отходов и токсичных конденсатных газов из химической и нефтеперерабатывающей промышленности, контроля загрязнения окружающей среды, например, системы рекуперации пара, содержания CO и десульфуризации отработанного газа.
Металлургическая промышленность
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое для изготовления и обработки железа и стали.
Горнодобывающая промышленность
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое для экстракции полезных ископаемых и минералов и для перевозки эрозионно-коррозионных суспензий и для осушения шахт.
Энергетика
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое для выработки электроэнергии и для перевозки коррозионных сред, связанных с выработки электроэнергии, то есть природного топлива, газового топлива, ядерного топлива; для геотермических электростанций, гидроэлектростанций и всех других форм электростанций.
Целлюлозно-бумажная промышленность
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое в целлюлозно-бумажной промышленности и для перевозки агрессивных жидкостей на заводы отбелки волокнистого полуфабриката.
Промышленное обессоливание
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое в промышленности для обессоливания и для перевозки морской воды и рассолов, применяемых в установках обессоливания.
Военно-морская и оборонная промышленность
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое для военно-морской и оборонной промышленности и для перевозки агрессивных сред, а также системы вспомогательного обслуживания танкеров для перевозки химикатов, кораблестроения и подводных лодок.
Водохозяйственные и водоочистные комплексы
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое в водохозяйственных и водоочистных комплексах, включая обсадные трубы, применяемые для водных скважин, систем коммуникации, канализационных сетей и ирригационных систем.
Архитектурная, инженерная и строительная промышленность
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубы, трубопроводы, инфраструктуру, готовые узлы, кузнечные изделия и крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое для конструктивной целостности и декоративных применений в архитектурной, общестроительной и механической инженерии и строительной промышленности.
Пищевая и пивоваренная промышленность
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое в пищевой и пивоваренной промышленности, а также в производстве родственных продуктов потребления.
Фармацевтическая, биохимическая промышленность, здравоохранение и медицинская промышленность
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое в фармацевтической, биохимической промышленности, здравоохранении и медицинской промышленности, а также в производстве родственных продуктов потребления.
Автомобильная промышленность
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали, компоненты и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое в автомобильной промышленности, включая пизготовление транспортных средств для автомобильных и железнодорожных применений, а также наземных и подземных системах массовых транспортных перевозок.
Индустрия исследований и конструкторско-технологических разработок
Области применения готовых изделий могут включать, но не ограничены ими, следующие области применения:
Трубопроводы и комплексные системы трубопроводов, инфраструктуру, готовые узлы, готовые элементы конструкций, клапаны, насосы, цистерны, фильтрационные системы, кузнечные изделия, крепежные детали и все сопутствующие вспомогательные изделия и оборудование, применяемое в индустрии исследований и конструкторско-технологических разработок.
N
Данное изобретение относится к аустенитным нержавеющим сталям, содержащим высокий уровень азота и минимальный эквивалент стойкости к точечной коррозии для каждого обозначенного типа сплава. Эквивалент стойкости к точечной коррозии, обозначенный PRE, вычисляют согласно формуле:
N
PRE=% Cr+(3,3×% Mo)+(16×% N); и/или
NW
PRE=% Cr+[3,3×%(Mo+W)]+(16×% N), где применимо,
как обсуждается выше, для каждого обозначенного типа сплава.
6
Низкий уровень содержания углерода сплавов для различных воплощений или типов аустенитных нержавеющих сталей и/или супераустенитных нержавеющих сталей, идентифицирован как 304LM4N, 316LM4N, 317L35M4N, 317L57M4N, 312L35M4N, 312L57M4N, 320L35M4N, 320L57M4N, 326L35M4N, 326L57M4N, 351L35M4N, 351L57M4N, 353L35M4N и 353L57M4N, а также тех, которые раскрыты среди других вариантов. В описанных воплощениях аустенитные нержавеющие стали и/или супераустенитные нержавеющие стали содержат от 16,00 масс.% хрома до 30,00 масс.% хрома; от 8,00 масс.% никеля до 27,00 масс.% никеля; не более чем 7,00 масс.% молибдена и не более чем 0,70 масс.% азота, но предпочтительно от 0,40 масс.% азота до 0,70 масс.% азота. Для сплавов с более низким уровнем углерода они содержат не более чем 0,030 масс.% углерода. Для сплавов с более низким уровнем марганца они включают не более чем 2,00 масс.% марганца, причем, отношение марганца к азоту регулируют до меньшего или равного 5,0, и предпочтительно от минимум 1,42 до меньшего или равного 5,0, или более предпочтительно от минимум 1,42 до меньшего или равного 3,75. Для сплавов с более высоким уровнем марганца они включают не более чем 4,00 масс.% марганца, причем, отношение марганца к азоту регулируют до меньшего или равного 10,0, и предпочтительно от минимум 2,85 до меньшего или равного 10,0, или более предпочтительно от минимум 2,85 до меньшего или равного 7,50, или даже более предпочтительно от минимум 2,85 до меньшего или равного 6,25, или еще более предпочтительно от минимум 2,85 до меньшего или равного 5,0, или еще более предпочтительно от минимум 2,85 до меньшего или равного 3,75. Уровень фосфора составляет не более чем 0,030 масс.% фосфора, и его регулируют до как можно более низкого, так что, он может быть меньшим или равным 0,010 масс.% фосфора. Уровень серы составляет не более чем 0,010 масс.% серы, и его регулируют до как можно более низкого, так что, он может быть меньшим или равным 0,001 масс.% серы. Уровень кислорода в сплавах составляет не более чем 0,070 масс.% кислорода, и его строго регулируют до как можно более низкого, так что, он может быть меньшим или равным 0,005 масс.% кислорода. Уровень кремния в сплавах составляет не более чем 0,75 масс.% кремния, за исключпением определенных высокотемпературных областей применения, где требуется повышенная устойчивость к окислению, где содержание кремния может составлять от 0,75 масс.% кремния до 2,00 масс.% кремния. Для некоторых областей применения целенаправленно готовят для изготовления другие варианты нержавеющей стали и супераустенитной нержавеющей стали, содержащие определенные уровни других легирующих элементов, таких как медь не более чем 1,50 масс.% меди для сплавов с более низким уровнем содержания меди, и не более чем 3,50 масс.% меди для сплавов с более высоким уровнем содержания меди, вольфрам не более чем 2,00 масс.% вольфрама и ванадий не более чем 0,50 масс.% ванадия. Аустенитные нержавеющие стали и супераустенитные нержавеющие стали также содержат, главным образом, Fe в качестве остальной части и могут также содержать очень малые количества других элементов, таких как бор, не более чем 0,010 масс.% бора, церий, не более чем 0,10 масс.% церия, алюминий, не более чем 0,050 масс.% алюминия, и кальций и/или магний, не более чем 0,010 масс.% кальция и/или магния. Аустенитные нержавеющие стали и супераустенитные нержавеющие стали готовят таким образом, что они обладают уникальным сочетанием свойств высокой механической прочности с отличной пластичностью и вязкостью, параллельно с хорошей свариваемостью и хорошей устойчивостью к общей и локализованной коррозии. Химический анализ нержавеющих сталей и супераустенитных нержавеющих сталей отличается тем, что он оптимизирован на стадии плавки таким образом, что гарантирует отношение, представляющее собой эквивалент [Cr], деленный на эквивалент [Ni], согласно Schoefer, находящееся в диапазоне от более 0,40 до менее 1,05, или предпочтительно от более 0,45 до менее 0,95, чтобы первично получить аустенитную микроструктуру в основном материале после обработки на твердый раствор, в характерном случае проводимой в диапазоне от 1100 град C до 1250 град C, с последующей закалкой в воде. Микроструктуру основного материала в условиях обработки на твердый раствор, параллельно со сварочным металлом в состоянии непосредственно после сварки и зонами термического влияния сварных соединений, контролируют путем оптимизации баланса между аустенито-образующими элементами и феррито-образующими элементами, чтобы, прежде всего, гарантировать, что сплав является аустенитным. Таким образом, эти сплавы можно изготавливать и поставлять в не намагниченном состоянии. Свойства минимальной нормативной механической прочности новых нержавеющих сталей и супераустенитных нержавеющих сталей по изобретению значительно улучшены по сравнению с их соответствующими аналогами, включающими аустенитные нержавеющие стали, такие как UNS S30403, UNS S30453, UNS S31603, UNS S31703, UNS S31753, UNS S31254, UNS S32053, UNS S32615, UNS S35115 и UNS S35315. Кроме того, свойства минимальной нормативной прочности на растяжение могут быть лучшими, чем указано в нормативах для дуплексной нержавеющей стали 22Cr (UNS S31803), и аналогичны указанным в нормативах для супердуплексной нержавеющей стали 25Cr (UNS S32760). Это означает, что компоненты систем для различных областей применения, в которых применяют ковкие нержавеющие стали, отличаются тем, что конструкции, содержащие сплавы, могут иметь сниженную толщину стен, что приводит, таким образом, к значительным экономиям массы при спецификации нержавеющих сталей по сравнению с традиционными аустенитными нержавеющими сталями, такими как стали, подробно описанные в данной работе, поскольку минимальные допустимые расчетные напряжения могут быть значительно выше. В действительности, минимально допустимые расчетные напряжения для ковкой аустенитной нержавеющей стали могут быть выше, чем для 22Cr дуплексной нержавеющей стали, и сходными с таковыми для 25Cr супердуплексной нержавеющей стали.
Для некоторых областей применения определенным образом готовят для изготовления другие варианты аустенитных нержавеющих сталей и супераустенитных нержавеющих сталей, содержащих более высокие уровни углерода, чем определено в данной работе выше. Более высокий уровень содержания углерода сплавов для различных типов аустенитных нержавеющих сталей и супераустенитных нержавеющих сталей относится к следующим типам сплава: 304HM4N, 316HM4N, 317H35M4N, 317H57M4N, 312H35M4N, 312H57M4N, 320H35M4N, 320H57M4N, 326H35M4N, 326H57M4N, 351H35M4N, 351H57M4N, 353H35M4N и 353H57M4N, и данные типы сплава содержат от 0,040 масс.% углерода вплоть до менее 0,10 масс.% углерода, тогда как следующие типы сплава: 304M4N, 316M4N, 31735M4N, 31757M4N, 31235M4N, 31257M4N, 32035M4N, 32057M4N, 32635M4N, 32657M4N, 35135M4N, 35157M4N, 35335M4N и 35357M4N содержат от более чем 0,030 масс.% углерода вплоть до 0,080 масс.% углерода.
Кроме того, для некоторых областей применения желательны другие варианты сплавов аустенитных нержавеющих сталей и супераустенитных нержавеющих сталей, имеющих более высокие уровни содержания углерода, которые определенным образом готовят для изготовления в виде стабилизированных вариантов. Эти определенные варианты аустенитных нержавеющих сталей и супераустенитных нержавеющих сталей представляют собой стабилизированные титаном типы сплавов "HM4NTi" или "M4NTi", в которых содержание титана регулируют согласно следующим формулам: Ti4×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. или Ti5×C мин., 0,70 масс.% Ti макс. соответственно, чтобы получить стабилизированные титаном производные сплава. Также существуют стабилизированные ниобием типы сплавов, "HM4NNb" или "M4NNb", в которых содержание ниобия составляет согласно следующим формулам: Nb8×C мин., 1,0 масс.% Nb макс. или Nb10×C мин., 1,0 масс.% Nb макс., соответственно, чтобы получить стабилизированные титаном производные сплава. Кроме того, можно также изготавливать другие типы сплава, стабилизированные ниобием с танталом, "HM4NNbTa" или "M4NNbTa", в которых содержание ниобия с танталом регулируют согласно следующим формулам: Nb+Ta8×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс., или Nb+Ta10×C мин., 1,0 масс.% Nb+Ta макс., 0,10 масс.% Ta макс. Для вариантов сплава, стабилизированных титаном, стабилизированных ниобием и стабилизированных ниобием и танталом, можно проводить стабилизационную термическую обработку при более низкой температуре, чем температура первоначальной обработки на твердый раствор. Титан и/или ниобий и/или ниобий с танталом можно добавлять отдельно или в сочетании с медью, вольфрамом и ванадием в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы оптимизировать сплав для некоторых областей применения, в которых желательны более высокие содержания углерода. Эти легирующие элементы можно использовать отдельно или в любых различных комбинациях этих элементов, чтобы приспособить нержавеющую сталь к конкретным областям применения, и чтобы дополнительно улучшить общие коррозионные характеристики сплава.
Источники информации
1. A.J. Sedriks, Stainless Steels ′84, Proceedings of Göteborg Conference, Book No 320. The Institute of Metals, 1 Carlton House Terrace, London SW1Y 5DB, p.125, 1985.
2. P. Guha and C.A. Clark, Duplex Stainless Steel Conference Proceedings, ASM Metals/Materials Technology Series, Paper (8201-018) p.355, 1982.
3. N. Bui, A. Irhzo, F. Dabosi and Y. Limouzin-Maire, Corrosion NACE, Vol.39, p.491, 1983.
4. A.L. Schaeffler, Metal Progress, Vol.56, p.680, 1949.
5. С.L. Long and W.T. DeLong, Welding Journal, Vol.52, p.281s, 1973.
6. E.A. Schoefer, Welding Journal, Vol.53, p.10s, 1974.
7. ASTM A800/A800M-10