EA201592160A1 20160630 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2016\PDF/201592160 Полный текст описания [**] EA201592160 20140612 Регистрационный номер и дата заявки FI20135649 20130613 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок FI2014/050476 Номер международной заявки (PCT) WO2014/199019 20141218 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [PDF] eaa21606 Номер бюллетеня [**] ДВУХФАЗНАЯ АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ Название документа [8] C22C 38/42, [8] C22C 38/44, [8] C22C 38/54, [8] C22C 38/58 Индексы МПК [SE] Оливер Джеймс, [SE] Шедин Эрик, [SE] Петтерссон Ракел Сведения об авторах [FI] ОУТОКУМПУ ОИЙ Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201592160a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Изобретение относится к двухфазной аустенитно-ферритной нержавеющей стали, содержащей 40-60 об.% феррита и 40-60 об.% аустенита, предпочтительно 45-55 об.% феррита и 45-55 об.% аустенита в состоянии после отжига, и обладающей улучшенными способностью к обработке в холодном состоянии и ударной вязкостью. Данная нержавеющая сталь содержит, мас.%: менее 0,07 углерода (С), 0,1-2,0 кремния (Si), 3-5 марганца (Mn), 19-23 хрома (Cr), 1,1-1,9 никеля (Ni), 1,1-3,5 меди (Cu), 0,18-0,30 азота (N), возможно молибден (Мо) и/или вольфрам (W) в полном количестве, вычисленном по формуле (Mo+1/2W) <1,0, возможно 0,001-0,005 бора (В), возможно до 0,03 каждого из таких элементов, как церий (Се) и/или кальций (Са), остаток составляет железо (Fe) и неизбежные примеси при таких условиях для ферритообразующих элементов и аустенитообразующих элементов, т.е. для хромового эквивалента (Cr eq ) и никелевого эквивалента (Ni eq ): 20 eq <24,5 и Ni eq > 10, где Cr eq =Cr+1,5Si+Mo+2Ti+0,5Nb, a Ni eq =Ni+0,5Mn+30(C+N)+0,5(Cu+Co).


Полный текст патента

[RU] (57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к двухфазной аустенитно-ферритной нержавеющей стали, содержащей 40-60 об.% феррита и 40-60 об.% аустенита, предпочтительно 45-55 об.% феррита и 45-55 об.% аустенита в состоянии после отжига, и обладающей улучшенными способностью к обработке в холодном состоянии и ударной вязкостью. Данная нержавеющая сталь содержит, мас.%: менее 0,07 углерода (С), 0,1-2,0 кремния (Si), 3-5 марганца (Mn), 19-23 хрома (Cr), 1,1-1,9 никеля (Ni), 1,1-3,5 меди (Cu), 0,18-0,30 азота (N), возможно молибден (Мо) и/или вольфрам (W) в полном количестве, вычисленном по формуле (Mo+1/2W) <1,0, возможно 0,001-0,005 бора (В), возможно до 0,03 каждого из таких элементов, как церий (Се) и/или кальций (Са), остаток составляет железо (Fe) и неизбежные примеси при таких условиях для ферритообразующих элементов и аустенитообразующих элементов, т.е. для хромового эквивалента (Cr eq ) и никелевого эквивалента (Ni eq ): 20 eq <24,5 и Ni eq > 10, где Cr eq =Cr+1,5Si+Mo+2Ti+0,5Nb, a Ni eq =Ni+0,5Mn+30(C+N)+0,5(Cu+Co).


PCT/FI2014/050476
С22С 38/42; С22С 38/44; С22С 38/54; С22С 38/58
Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь
Данное изобретение относится к двухфазной аустенитно-ферритной нержавеющей стали, имеющей микроструктуру, которая в основном состоит из 40 - 60 об.% феррита и 40 - 60 об.% аустенита, предпочтительно 45 - 55 об.% феррита и 45 - 55 об.% аустенита, и обладающей улучшенной способностью к обработке в холодном состоянии и улучшенными свойствами ударной вязкости за счет добавления меди.
Обычно содержание меди в нержавеющих сталях ограничивают до приблизительно 3 масс.%, чтобы главным образом избежать образования горячих трещин, которое происходит при сварке, литье или горячей обработке при температурах, близких к температуре плавления. Однако в некоторых марках нержавеющей стали медь присутствует в более низких количествах (0,5-2,0 масс.%), которые могут приводить к более высокой механической обрабатываемости и улучшению процесса холодной обработки. Двухфазные нержавеющие стали в общем обладают хорошей стойкостью к образованию горячих трещин.
Из патента ЕР 1327008 известна двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь, которую продают под товарным знаком LDX 2101(r), и которая содержит (в масс.%) 0,02 - 0,07 % углерода (С), 0,1 - 2,0 % кремния (Si), 3 - 8 % марганца (Мп), 19-23 % хрома (Сг), 1,1 - 1,7 % никеля (Ni), 0,18 - 0,30 % азота (N), возможно молибден (Мо) и/или вольфрам (W) в полном количестве, составляющем максимум 1,0 % в пределах формулы (Mo + /4W), возможно до максимум 1,0 % меди (Си), возможно 0,001 - 0,005 % бора (В), возможно до 0,03 % каждого из таких элементов, как церий (Се) и/или кальций (Са), остаток составляет железо (Fe) и неизбежные примеси при таких условиях для ферритообразующих элементов и аустенитообразующих элементов, то есть для хромового эквивалента (Creq) и никелевого эквивалента (Nieq): 20 < Creq < 24,5 и Nieq > 10, где
Creq = Сг + 1,5Si + Mo + 2Ti + 0,5Nb
Nieq = Ni + 0,5Mn + 30(C+N) + 0,5(Cu+Co).
В патенте ЕР 1327008 указано, что медь является ценным аустенитообразующим элементом и может оказывать благоприятное воздействие на стойкость к коррозии в некоторых средах. Однако, с другой
стороны, существует опасность осаждения меди в случае ее слишком высокого содержания, из-за чего содержание меди должно составлять максимум 1,0 масс.%, предпочтительно максимум 0,7 масс.%.
Как указано в патенте ЕР 1786975 , аустенитно-ферритная нержавеющая сталь, описанная в патенте ЕР 1327008, обладает хорошей механической обрабатываемостью и поэтому подходит, например, для операций резания.
Патентная заявка ЕР 1715073 относится к аустенитно-ферритной нержавеющей стали с низким содержанием никеля и высоким содержанием азота, в которой процентное содержание аустенитной фазы в стали регулируют в интервале 10-85 об.%. Соответственно, содержание ферритной фазы находится в интервале 15-90 об.%. Высокая формуемость этой аустенитно-ферритной нержавеющей стали была достигнута путем регулирования суммы содержаний углерода и азота (C+N) в аустенитной фазе в интервале от 0,16 до 2 масс.%. Далее, в документе ЕР 1715073 медь упомянута как возможный элемент, присутствующий в интервале менее 4 масс.%. В документе ЕР 1715073 показано очень большое количество химических составов для испытываемых нержавеющих сталей, однако только очень немногие стали содержат более 1 масс.% меди. Таким образом, в ЕР 1715073 медь указана только как один альтернативный элемент для нержавеющей стали, чтобы увеличить стойкость к коррозии, однако в ЕР 1715073 не описано какое-либо другое воздействие меди на свойства нержавеющей стали в пределах указанного интервала содержания меди.
В WO 2010/070202 описана двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь, содержащая (в масс.%) 0,005 - 0,04 % углерода (С), 0,2 -0,7 % кремния (Si), 2,5 - 5 % марганца (Мп), 23 - 27 % хрома (Сг), 2,5 - 5 % никеля (Ni), 0,5-2,5 % молибдена (Мо), 0,2 - 0,35 % азота (N), 0,1-1,0 % меди (Си), возможно менее 1 % вольфрама (W), менее 0,0030 % одного ИЛИ более элементов из группы, содержащей бор (В) и кальций (Са), менее 0,1 % церия (Се), менее 0,04 % алюминия (AI), менее 0,010 % серы (S), а остаток составляет железо (Fe) и неизбежные примеси. В WO 2010/070202 указано, что было известно, что медь подавляет образование интерметаллической фазы при содержании более 0,1 масс.%, а содержание меди более 1 масс.% приводит к большему количеству интерметаллической фазы.
WO 2012/004473 относится к аустенитно-ферритной нержавеющей стали, обладающей улучшенной механической обрабатываемостью. Данная сталь содержит (в масс.%) 0,01 - 0,1 % углерода (С), 0,2 - 1,5 % кремния (Si), 0,5 - 2,0 % марганца (Мп), 20,0 - 24,0 % хрома (Сг), 1,0 - 3,0 % никеля (Ni), 0,05 - 1,0 % молибдена (Мо) и < 0,15 % вольфрама (W), так чтобы 0,05 < Mo + % W < 1,0 %, 1,6 - 3,0 % меди (Си), 0,12 - 0,20 % азота (N), < 0,05 % алюминия (AI), < 0,5 % ванадия (V), < 0,5 % ниобия, < 0,5 % титана (~П), < 0,003 % бора (В), < 0,5 % кобальта (Со), < 1,0 % РЗМ (редкоземельного металла), < 0,03 % кальция (Са), < 0,1 % магния (Мд), < 0,005 % селена (Se), а остаток составляет железо (Fe) и примеси. В данной публикации указано, что медь, присутствующая в количестве от 1,6 до 3,0 %, вносит вклад в достижение требуемой двухфазной аустенитно-ферритной структуры для получения лучшей стойкости к общей коррозии без необходимости слишком большого увеличения уровня азота. При содержании меди ниже 1,6 %, уровень азота, необходимый для требуемой фазовой структуры, начинает становиться слишком большим для того, чтобы избежать проблем качества поверхности полученных непрерывным литьем блюмов, а при содержании меди выше 3,0 % возникает опасность сегрегации и/или осаждения меди и, таким образом, может снизиться стойкость к локальной коррозии и уменьшиться ударная вязкость при длительном использовании.
JP 2010222695 относится к аустенитно-ферритной нержавеющей стали, которая содержит (в масс.%) 0,06 % или менее С, 0,1 - 1,5 % Si, 0,1 - 6,0 % Мп, 0,05 % или менее Р, 0,005 % или менее S, 0,25 - 4,0 % Ni, 19,0 - 23,0 % Сг, 0,05 - 1,0 % Мо, 3,0 % или менее Си, 0,15 - 0,25 % N, 0,003 - 0,050 % AI, 0,06 - 0,30 % V и 0,007 % ИЛИ менее О, при этом баланс Ni, представленный выражением
баланс Ni = (Ni+0,5Mn+0,5Cu+30C+30N)-1,1(Cr+1,5Si+Mo+W)+8,2
регулируют в интервале от -8 до -4, а сталь включает 40 - 70 % относительной площади аустенитных фаз.
В US 2011097234 описана малолегированная двухфазная нержавеющая сталь, способная сдерживать падение стойкости к коррозии и ударной вязкости в зоне теплового воздействия при сварке, отличающаяся содержанием
(в масс.%) 0,06 % или менее С, 0,1 - 1,5 % Si, 2,0 - 4,0 % Мп, 0,05 % или менее Р, 0,005 % или менее S, 19,0 - 23,0 % Сг, 1,0 - 4,0 % Ni, 1,0 % или менее Мо, 0,1 - 3,0 % Си, 0,05 - 0,5 % V, 0,003 - 0,050 % AI, 0,007 % ИЛИ менее О, 0,10 - 0,25 % N и 0,05 % ИЛИ менее ~П, остаток составляет Fe и неизбежные примеси, имеющая значение температуры Md3o, выраженное формулой
Md3o = 551-462(C+N)-9,2Si-8,1Mn-29(Ni+Cu)-13,7Cr-18,5Mo-68Nb
составляющее 80 или менее, имеющая баланс Ni, выраженный формулой
баланс Ni = (Ni+0,5Mn+0,5Cu+30C+30N)-1,1(Cr+1,5Si+Mo+W)+8,2
составляющий от -8 до -4, и имеющая соотношение между балансом Ni и содержанием N, удовлетворяющее формуле
N(%) < 0,37+0,03(баланс Ni)
а также имеющая процентную долю площади аустенитной фазы от 40 до 70 %, и имеющая сумму 2Ni+Cu, составляющую 3,5 или более.
В обеих публикациях, JP 2010222695 и US 2011097234, ванадий является важным добавочным элементом, поскольку, согласно этим публикациям, ванадий снижает активность азота и, таким образом, задерживает осаждение нитридов. Осаждение нитридов является критически важным, потому что азот добавляют для улучшения стойкости к коррозии в зоне теплового воздействия (ЗТВ) при сварке, и при высоком содержании азота возрастает опасность ухудшения свойства из-за осаждения нитрида на границах зерен.
Целью настоящего изобретения является устранение некоторых недостатков предшествующего уровня техники и улучшение способности к обработке в холодном состоянии и ударной вязкости для двухфазной аустенитно-ферритной нержавеющей стали согласно патенту ЕР 1327008 с помощью увеличения содержания меди. Существенные признаки настоящего изобретения указаны в приложенной формуле изобретения.
Согласно настоящему изобретению, было обнаружено, что повышение содержания меди в двухфазной аустенитно-ферритной нержавеющей стали,
описанной в патенте ЕР 1327008 и продаваемой под товарным знаком LDX 2101(r), так что аустенитно-ферритная нержавеющая сталь содержит 1,1 - 3,5 масс.% меди, приводит к улучшению свойств способности к обработке в холодном состоянии. Добавление меди также влияло на механическую обрабатываемость. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по настоящему изобретению, содержащая 40 - 60 об.% феррита и 40 - 60 об.% аустенита, предпочтительно 45 - 55 об.% феррита и 45 - 55 об.% аустенита в состоянии после отжига, содержит (в масс.%) менее 0,07 % углерода (С), 0,1 - 2,0 % кремния (Si), 3 - 5 % марганца (Мп), 19-23 % хрома (Сг), 1,1 - 1,9 % никеля (Ni), 1,1 - 3,5 % меди (Си), 0,18 - 0,30 % азота (N), возможно молибден (Мо) и/или вольфрам (W) в полном количестве, вычисленном по формуле (Мо + %W) < 1,0 %, возможно 0,001 - 0,005 % бора (В), возможно до 0,03 % каждого из таких элементов, как церий (Се) и/или кальций (Са), остаток составляет железо (Fe) и неизбежные примеси при таких условиях для ферритообразующих элементов и аустенитообразующих элементов, то есть для хромового эквивалента (Creq) и никелевого эквивалента (Nieq): 20 < Creq < 24,5 и Nieq > 10, где
Creq = Сг + 1,5Si + Мо + 2Ti + 0,5Nb
Nieq = Ni + 0,5Mn + 30(C+N) + 0,5(Cu+Co).
Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по настоящему изобретению содержит предпочтительно 1,1 - 2,5 масс.% меди, более предпочтительно 1,1 - 1,5% меди. Критическая температура питтинга (КТП) (точечной коррозии) для стали по настоящему изобретению составляет 13 -19°С, предпочтительно 13,4 - 18,9°С, более предпочтительно 14,5 - 17,7°С.
Далее описано влияние различных элементов в микроструктуре, при этом содержания элементов указаны в масс.%.
Углерод (С) вносит вклад в прочность стали, а также является ценным аустенитообразующим элементом. Однако требуется много времени, чтобы довести содержание углерода до низких уровней в связи с обезуглероживанием стали, и это также является затратным, потому что это увеличивает расход восстанавливающих агентов. Если содержание углерода является высоким, существует опасность осаждения карбидов, которые могут уменьшить ударную вязкость стали и стойкость к межкристаллической коррозии. Также следует учесть, что углерод имеет очень небольшую растворимость в феррите, что
означает, что углерод в стали в основном накапливается в аустенитной фазе. Поэтому содержание углерода следует ограничить максимум 0,07 %, предпочтительно максимум 0,05 %, более предпочтительно максимум 0,04 %.
Кремний (Si) можно использовать для раскисления при производстве стали, и он присутствует как остаток при изготовлении стали в количестве, составляющем по меньшей мере 0,1 %. Кремний обладает благоприятными свойствами в стали, благодаря тому, что он усиливает высокотемпературную прочность феррита, что очень важно при производстве. Кремний также является сильным ферритообразующим элементом и в этом качестве участвует в стабилизации двухфазной структуры и, по этим причинам, должен присутствовать в количестве, составляющем по меньшей мере 0,2 %, предпочтительно в количестве по меньшей мере 0,35 %. Кремний также обладает некоторыми неблагоприятными свойствами, потому что он заметно уменьшает растворимость азота, который должен присутствовать в большом количестве, и если содержание кремния является высоким, также возрастает опасность осаждения нежелательных интерметаллических фаз. Поэтому содержание кремния ограничивают максимум 2,0 %, предпочтительно максимум 1,5 %, более предпочтительно максимум 1,0 %. Оптимальное содержание кремния составляет 0,35 - 0,80 %.
Марганец (Мп) является важным аустенитообразующим элементом и увеличивает растворимость азота в стали и поэтому должен присутствовать в количестве, составляющем по меньшей мере 3 %, предпочтительно по меньшей мере 3,8 %. С другой стороны, марганец уменьшает коррозионную стойкость стали. Кроме того, трудно обезуглеродить расплавы нержавеющей стали, содержащие большое количество марганца, что означает, что марганец нужно добавлять после окончания обезуглероживания в форме сравнительно чистого и, следовательно, дорогого марганца. Поэтому сталь не должна содержать более 5 % марганца. Оптимальное содержание марганца составляет 3,8-4,5 %.
Хром (Сг) является наиболее важным элементом для достижения требуемой стойкости стали к коррозии. Хром также является наиболее важным ферритообразующим элементом стали и придает, в сочетании с другими ферритообразующими элементами и с сбалансированным содержанием аустенитообразующих элементов стали, требуемый двухфазный характер
стали. Если содержание хрома низкое, то существует опасность, что сталь будет содержать мартенсит, а если содержание хрома высокое, то существует опасность снижения устойчивости к осаждению интерметаллических фаз и так называемого охрупчивания при 475°С, и несбалансированного фазового состава стали. По этим причинам содержание хрома должно составлять по меньшей мере 19 %, предпочтительно по меньшей мере 20 %, более предпочтительно по меньшей мере 20,5 %, и максимум 23 %, более предпочтительно максимум 22,5 %. Подходящим содержанием хрома является 21,0 - 22,0 %, номинально 21,2 - 21,8 %.
Никель (Ni) является сильным аустенитообразующим элементом и оказывает благоприятное воздействие на ковкость стали и поэтому должен присутствовать в количестве, составляющем по меньшей мере 1,1 %. Однако, стоимость никелевого сырья часто является высокой и колеблется, в связи с чем никель, согласно одному аспекту настоящего изобретения, по возможности заменяют другими легирующими элементами. Не более 1,9 % никеля необходимо для стабилизации требуемой двухфазной структуры стали в сочетании с другими легирующими элементами. Поэтому оптимальное содержание никеля составляет 1,35 - 1,90 % Ni.
Молибден (Мо) является элементом, который можно не включать, согласно расширенному аспекту состава стали, то есть молибден является необязательным элементом в стали по настоящему изобретению. Однако молибден совместно с азотом оказывает благоприятное синергетическое воздействие на стойкость к коррозии. Поэтому, с учетом высокого содержания азота в стали, сталь должна содержать по меньшей мере 0,1 % молибдена, предпочтительно по меньшей мере 0,15 %. Однако молибден является сильным ферритообразующим элементом и может стабилизировать сигма-фазу в микроструктуре стали, и он также склонен к сегрегации. Кроме того, молибден является дорогим легирующим элементом. По этим причинам содержание молибдена ограничивают максимум 1,0 %, предпочтительно максимум 0,8 %, более предпочтительно максимум 0,65 %. Оптимальное содержание молибдена составляет 0,15 - 0,54 %. Молибден можно частично заменить двойным количеством вольфрама (W), который обладает свойствами, аналогичными свойствам молибдена. Полное количество молибдена и вольфрама вычисляют в соответствии с формулой (Мо + /4W) < 1,0 %. Однако в
предпочтительном составе стали содержание вольфрама в стали составляет не более максимум 0,5 %.
Медь (Си) является ценным аустенитообразующим элементом и может оказывать благоприятное влияние на стойкость к коррозии в некоторых средах, особенно в некоторых кислых средах. Медь также улучшает холодную обработку и ударную вязкость нержавеющей стали по настоящему изобретению. Поэтому медь должна присутствовать в количестве, составляющем по меньшей мере 1,1 %. Сталь по настоящему изобретению предпочтительно содержит 1,1 - 3,5 % меди, более предпочтительно 1,0-2,5 % меди и наиболее предпочтительно 1,1 - 1,5 % меди.
Азот (N) имеет фундаментальную значимость, поскольку он является доминирующим аустенитообразующим элементом стали. Азот также вносит вклад в прочность и стойкость стали к коррозии и поэтому должен присутствовать в минимальном количестве, составляющем 0,15 %, предпочтительно по меньшей мере 0,18 %. Однако растворимость азота в стали ограничена. В случае слишком высокого содержания азота существует опасность образования трещин при отверждении стали и опасность образования пор в связи со сваркой стали. Поэтому сталь не должна содержать более 0,30 % азота, предпочтительно максимум 0,26 % азота. Оптимальное содержание составляет 0,20 - 0,24 %.
Бор (В) при необходимости может присутствовать в стали как микролегирующая добавка в количестве до максимум 0,005 % (50 частей на млн.), для улучшения ковкости стали в горячем состоянии. Если бор присутствует в качестве специально добавленного элемента, он должен присутствовать в количестве, составляющем по меньшей мере 0,001 % для обеспечения требуемого эффекта, касающегося улучшенной ковкости стали в горячем состоянии.
Аналогичным образом, церий и/или кальций при необходимости могут присутствовать в стали в количествах, составляющих максимум 0,03 % для каждого из указанного элементов, чтобы улучшить ковкость стали в горячем состоянии.
Помимо вышеупомянутых элементов сталь по существу не содержит каких-либо дополнительных специально добавленных элементов, за исключением примесей и железа. Фосфор, как и в большинстве сталей,
является нежелательной примесью и предпочтительно не должен присутствовать в количестве, превышающем максимум 0,035 %. Содержание серы также следует поддерживать на таком низком уровне, насколько это возможно с экономической и производственной точки зрения, предпочтительно в количестве, составляющем максимум 0,10 %, более предпочтительно в меньшем количестве, например, максимум 0,002 %, чтобы не ухудшать ковкость стали в горячем состоянии и, следовательно, ее способность к прокатке, что может быть общей проблемой, связанной с двухфазными сталями.
Результаты испытаний аустенитно-ферритных нержавеющих сталей по настоящему изобретению более подробно показаны на следующих чертежах, где:
на Фиг. 1 показаны результаты механических испытаний для сталей в состоянии непосредственно после ковки,
на Фиг. 2 показаны результаты механических испытаний для сталей после отжига при температуре 1050°С,
на Фиг. 3 показаны результаты ударных испытаний для сталей как в состоянии непосредственно после ковки, так и после отжига при температуре 1050°С.
Влияние меди на свойства способности к обработке в холодном состоянии испытывали, используя для каждого сплава 30 кг расплавов, полученных в вакуумной печи. Перед механическим испытанием сплавы ковали до конечной толщины, составляющей 50 мм. Для всех расплавов использовали двухфазную аустенитно-ферритную нержавеющую сталь, продаваемую под товарным знаком LDX 2101(r), в качестве основного материала с различными добавками меди. Химические составы испытываемых сплавов описаны в таблице 1, которая также содержит химический состав соответствующего расплава стали, продаваемой под товарным знаком LDX2101(r).
Микроструктурные исследования выполняли главным образом для проверки содержания феррита. Это связано с тем, что медь является стабилизатором аустенита, и ожидали, что содержание аустенита увеличивается с добавлениями меди. При поддержании содержания феррита на уровне по меньшей мере 45 об.%, содержание марганца, как стабилизатора аустенита, уменьшали приблизительно до интервала 3 - 5 %. Также считали необходимым, чтобы медь была полностью растворена в ферритной фазе, так как частицы меди или богатые медью фазы могут причинять вред стойкости к точечной коррозии.
Микроструктуры образцов выявляли путем травления в растворе Behara II после отжига при температуре 1050°С и/или 1150°С. Отжиг осуществляли путем термической обработки на твердый раствор. Микроструктура сплава с 0,85 % Си по существу одинакова с контрольным сплавом. При содержаниях меди, составляющих 1,1 % Си и выше, содержание ферритной фазы постепенно снижается. Вторичная аустенитная фаза легко образуется при добавлении 2,5 % Си, а частицы меди присутствуют в ферритной фазе, отожженной при температуре 1050°С, но могут растворяться при отжиге при температуре 1150°С, по мере того, как содержание феррита возрастает. Сплав с 3,5 % Си содержит частицы меди в ферритной фазе, даже отожженной при температуре 1150°С.
Содержание феррита для отожженных образцов при температурах (Т) отжига 1050°С и 1150°С измеряли, используя анализ изображения. Результаты представлены в таблице 2.
Из результатов, представленных в таблице 2, можно отметить, что до содержания меди, составляющего 1,5 %, содержание феррита является хорошим, однако при уровнях, превышающих указанное значение, содержание феррита является слишком низким даже при отжиге при более высокой температуре. Обычно при увеличении температуры отжига содержание феррита увеличивается на 5 - 7 об.%, как это имеет место в случае для сплавов с 1,1 % Си и 3,5 % Си. Содержание феррита для 2,5 % Си является одинаковым при обеих температурах отжига. Возможно, это обусловлено тем, что медь полностью растворяется в ферритной фазе при более высокой температуре (1150°С), что приводит к образованию вторичной аустенитной фазы, противодействующей увеличению содержания ферритной фазы.
Для сплавов с 0,75 % Си, 1,0 % Си и 1,5 % Си микроструктуру определяли в состоянии сразу после ковки; в этом случае содержание феррита составляло от 61 до 66 % для всех этих сплавов. После отжига при температуре 1050°С наблюдали уменьшение содержания феррита приблизительно на 6 - 8 % для всех сплавов. Из анализа изображения определили, что уменьшение содержания феррита в основном обусловлено присутствием вторичной аустенитной фазы, которая становится более видимой по мере увеличения содержания меди. В сплаве с 1,5 % Си большое количество аустенитной фазы присутствует между зернами феррита.
Критическую температуру питтинга (КТП) определяли для сплавов, отожженных при температуре 1050°С, согласно испытанию ASTM G150 с 1,0 М NaCI. Для каждого сплава испытание проводили два раза (КТП1 и КТП2). Результаты этих испытаний представлены в таблице 3.
Результаты, представленные в таблице 3, показывают, что в этой среде медь оказывает положительное воздействие на КТП. КПТ действительно является самой высокой для сплава 3,5 %, несмотря на присутствие частиц меди в микроструктуре. Это неожиданно и в некоторой степени противоречит гипотезе, что частицы меди оказывают вредное воздействие на стойкость к точечной коррозии.
Испытание на холодную высадку, как часть способности к обработке в холодном состоянии, выполняли на образцах в состоянии сразу после ковки и на отожженных (1050°С) образцах, чтобы определить, что двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по настоящему изобретению обладает лучшими свойствами по сравнению с контрольным материалом LDX 2101(r). Материалы подвергали механической обработке с получением цилиндрических образцов размерами 12 мм * 8 мм для сжатия образцов при высоких скоростях, составляющих 200 - 400 мм/с. Образцы оценивали, отмечая растрескавшиеся (вышедшие из строя) или не растрескавшиеся (прошедшие испытание).
В этом способе испытания растрескивание происходило только тогда, когда образец сжимали с максимальным сжатием до фактической конечной толщины, составляющей приблизительно 3 мм, независимо от скорости сжатия. Растрескивание было немного более сильным при сжатии с более высокими скоростями.
Результаты испытания на холодную высадку представлены в таблице 4, в которой представлены образцы в состоянии сразу после ковки, за исключением образцов, отожженных при температуре 1050°С, которые в колонке "Отожженные" обозначены словом "да".
1,0 % Си
2,6
400
Без трещин
1,0 % Си
2,4
400
Небольшие трещины
1,5 % Си
Нет
2,4
200
Без трещин
1,5 % Си
Нет
3,1
200
Без трещин
1,5 % Си
Нет
2,5
200
Без трещин
1,5 % Си
3,1
200
Без трещин
1,5 % Си
2,5
200
Без трещин
1,5 % Си
2,5
200
Небольшие трещины
1,5 % Си
Нет
2,5
300
Без трещин
1,5 % Си
Нет
2,5
300
Без трещин
1,5 % Си
2,4
300
Без трещин
1,5 % Си
2,5
300
Небольшая трещина
1,5 % Си
2,5
300
Без трещин
1,5 % Си
Нет
2,4
400
Без трещин
1,5 % Си
Нет
2,4
400
Трещины
1,5 % Си
2,5
400
Трещина
1,5 % Си
2,4
400
Небольшая трещина
1,5 % Си
2,5
400
Без трещин
Результаты, представленные в таблице 4, показывают, что в испытаниях на кованом материале все образцы для LDX 2101(r) и 0,75 % Си потерпели неудачу из-за растрескивания, в то время как число образцов, успешно прошедших испытания, увеличивалось по мере увеличения содержания меди. Все прошедшие испытание образцы 1,5 % Си, за исключением одного, были в состоянии сразу после ковки. После отжига при температуре 1050°С сплавы вплоть до 1,0 % Си показали похожие результаты - приблизительно одна треть образцов прошла испытание. Для сплава 1,5 % Си более половины испытываемых изделий прошли испытание, что указывает на положительное воздействие меди.
Результаты испытания на холодную высадку также показаны на Фиг. 1 и 2 с использованием характеристик "неудачный" или "прошедший", в зависимости от количества трещин на поверхности стали. На Фиг. 1 и 2 показано, что доля "прошедших" испытание образцов возрастает с добавлением меди как в состоянии сразу после ковки, так и после отжига при температуре 1050°С.
Аустенитно-ферритные нержавеющие стали по настоящему изобретению также испытывали путем измерения ударной вязкости сталей, чтобы получить
информацию об ударной вязкости сталей. Измерения выполняли как в состоянии сразу после ковки, так и после отжига при температуре 1050°С. В таблице 5 представлены образцы в состоянии сразу после ковки, за исключением образцов, отожженных при температуре 1050°С, которые в колонке "Отожженные" обозначены словом "да". Как в таблице 5, так и на Фиг. 3 показаны результаты измерений ударной вязкости.
Результаты, представленные в таблице 5 и на Фиг. 3, показывают, что добавление меди значительно увеличивает ударную вязкость, когда содержание меди составляет более 0,75 %. Как было упомянуто ранее, увеличение содержания меди приводит к увеличению содержания вторичного аустенита, что может уменьшить/задержать распространение трещины в феррите.
Двухфазную аустенитно-ферритную сталь, изготовленную в соответствии с настоящим изобретением, можно производить в виде отливок, слитков, слябов, блюмов, биллетов и листового проката, такого как пластины, листы, полоски, рулоны, и сортового проката, такого как пруты, брус, проволоки, профильные и фасонные стальные изделия, бесшовные и сварные трубы и/или трубопроводы. Также можно производить дополнительные изделия, такие как металлический порошок, формованные профильные и фасонные стальные изделия.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь, содержащая 40 - 60 об.% феррита и 40 - 60 об.% аустенита, предпочтительно 45 - 55 об.% феррита и 45 - 55 об.% аустенита в состоянии после отжига, и обладающая улучшенными способностью к обработке в холодном состоянии и ударной вязкостью, отличающаяся тем, что сталь содержит (в масс.%) менее 0,07 % углерода (С), 0,1 - 2,0 % кремния (Si), 3 - 5 % марганца (Мп), 19-23 % хрома (Сг), 1,1 - 1,9 % никеля (Ni), 1,1 - 3,5 % меди (Си), 0,18 - 0,30 % азота (N), возможно молибден (Мо) и/или вольфрам (W) в полном количестве, вычисленном по формуле (Мо + %W) < 1,0 %, возможно 0,001 - 0,005 % бора (В), возможно до 0,03 % каждого из таких элементов, как церий (Се) и/или кальций (Са), остаток составляет железо (Fe) и неизбежные примеси при таких условиях для ферритообразующих элементов и аустенитообразующих элементов, то есть для хромового эквивалента (Creq) и никелевого эквивалента (Nieq): 20 < Creq < 24,5 и Nieq > 10, где
Creq = Сг + 1,5Si + Мо + 2Ti + 0,5Nb
Nieq = Ni + 0,5Mn + 30(C+N) + 0,5(Cu+Co).
2. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что сталь содержит 1,1 -2,5 масс.% меди.
3. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что сталь содержит 1,1 -1,5 масс.% меди.
4. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что критическая температура питтинга (КТП) составляет 13 - 19°С.
5. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что критическая температура питтинга (КТП) составляет 13,4 - 18,9°С.
2.
6. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что критическая температура питтинга (КТП) составляет 14,5 - 17,7°С.
7. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 20 - 22 масс.% хрома.
8. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 21 - 22 масс.% хрома.
9. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 21,2 - 21,8 масс.% хрома.
10. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 1,35 - 1,9 масс.% никеля.
11. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 3,8 - 5,0 масс.% марганца.
12. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 3,8 - 4,5 масс.% марганца.
13. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 0,20 - 0,26 масс.% азота.
10.
14. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 0,20 - 0,24 масс.% азота.
15. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что сталь производят в виде слитков, слябов, блюмов, биллетов, пластин, листов, полос, рулонов, прутов, бруса, проволок, профильных и фасонных стальных изделий, бесшовных и сварных труб и/или трубопроводов, металлического порошка, формованных профильных и фасонных стальных изделий.
10.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ (измененная на международной стадии)
1. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь, содержащая 40 - 60 об.% феррита и 40 - 60 об.% аустенита, предпочтительно 45 - 55 об.% феррита и 45 - 55 об.% аустенита в состоянии после отжига, и обладающая улучшенными способностью к обработке в холодном состоянии и ударной вязкостью, отличающаяся тем, что сталь, имеющая ударную вязкость, составляющую по меньшей мере 27,5 Дж, содержит (в масс.%) менее 0,07 % углерода (С), 0,1 - 2,0 % кремния (Si), 3 - 5 % марганца (Мп), 19-23 % хрома (Сг), 1,1 - 1,9 % никеля (Ni), 1,1 - 3,5 % меди (Си), 0,18 - 0,30 % азота (N), возможно молибден (Мо) и/или вольфрам (W) в полном количестве, вычисленном по формуле (Мо + %W) < 1,0 %, возможно 0,001 - 0,005 % бора (В), возможно до 0,03 % каждого из таких элементов, как церий (Се) и/или кальций (Са), остаток составляет железо (Fe) и неизбежные примеси при таких условиях для ферритообразующих элементов и аустенитообразующих элементов, то есть для хромового эквивалента (Creq) и никелевого эквивалента (Nieq): 20 < Creq < 24,5 и Nieq > 10, где
Creq = Сг + 1,5Si + Мо + 2Ti + 0,5Nb
Nieq = Ni + 0,5Mn + 30(C+N) + 0,5(Cu+Co).
2. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что сталь содержит 1,1- 2,5 масс.% меди.
3. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что сталь содержит 1,1 -1,5 масс.% меди.
4. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что критическая температура питтинга (КТП) составляет 13 - 19°С.
5. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что критическая температура питтинга (КТП) составляет 13,4 - 18,9°С.
2.
6. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что критическая температура питтинга (КТП) составляет 14,5 - 17,7°С.
7. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 20 - 22 масс.% хрома.
8. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 21 - 22 масс.% хрома.
9. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 21,2 - 21,8 масс.% хрома.
10. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 1,35 - 1,9 масс.% никеля.
11. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 3,8 - 5,0 масс.% марганца.
12. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 3,8 - 4,5 масс.% марганца.
13. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 0,20 - 0,26 масс.% азота.
10.
14. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сталь содержит 0,20 - 0,24 масс.% азота.
15. Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что сталь производят в виде слитков, слябов, блюмов, биллетов, пластин, листов, полос, рулонов, прутов, бруса, проволок, профильных и фасонных стальных изделий, бесшовных и сварных труб и/или трубопроводов, металлического порошка, формованных профильных и фасонных стальных изделий.
10.
14.
2/2
Заменяющий лист
Заменяющий лист
Заменяющий лист
Заменяющий лист
Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь
Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь
Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь
Двухфазная аустенитно-ферритная нержавеющая сталь