способ получения трехслойных листов и полос

Формула изобретения

1. Способ получения трехслойных листов и полос, включающий получение биметаллической заготовки наплавкой плакирующего слоя из коррозионностойкой стали на заготовку основного слоя из углеродистой или низколегированной стали и последующую прокатку заготовки, отличающийся тем, что наплавляют сталь, содержащую, мас.

Углерод 0,01-0,15

Хром 15-28

Азот 0,02-0,05

Ниобий 5(С+0,5N) 2,0

Ванадий 4N 0,5

Железо Остальное

причем наплавку проводят с глубиной проплавления основного слоя 2-10 мм, а прокатку заканчивают в интервале температур 850-900^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сталь для наплавки содержит 1,5-5,0% молибдена.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению биметаллических (двух- и трехслойных) листов и полос с плакирующим слоем из коррозионно-стойкой хромистой стали ферритного класса. Основные требования, предъявляемые к указанным полосам и листам, высокий уровень характеристик прочности сцепления слоев, механических свойств и коррозионной стойкости.

Известен способ получения биметаллических полос прокаткой заготовок, полученных сваркой взрывом [1] Недостатком этого способа является сравнительно низкая прочность сцепления слоев (сопротивление срезу 280 330 МПа).

Известен способ получения трехслойных полос в рулонах с двухсторонней плакировкой из коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, включающий получение трехслойной заготовки методом наплавки и ее последующую прокатку [2] При этом для наплавки используются известные коррозионно-стойкие стали аустенитного класса 08Х18Н10; 12Х18Н9 и др. (ГОСТ 5632-70). Недостатком этого способа является низкая стойкость плакирующего слоя против коррозионного растрескивания и питтинговой коррозии.

Техническим результатом настоящего предложения является повышение коррозионной стойкости плакирующего слоя, в частности обеспечение стойкости против коррозионного растрескивания, питтинговой и межкристаллитной коррозии (МКК) при высоком качестве соединения слоев и удовлетворительной пластичности.

Глубина проплавления основного слоя в пределах 2 10 мм обеспечивает прочность сцепления слоев на уровне 400 МПа и выше.

Содержание хрома в исходной стали для наплавки в пределах 15 28% ниобия 0,5 2,0% и ванадия 0,1 0,5% обеспечивает высокую коррозионную стойкость трехслойной стали за счет определенного химсостава наплавленного слоя, а также формирование в нем однородной ферритной структуры.

Высокая пластичность трехслойных листов и полос достигается за счет мелкозернистой структуры, формирующейся в стали плакирующего слоя при низких температурах конца прокатки в присутствии нитридов ванадия при определенном соотношении содержаний ванадия и азота.

Для обеспечения стойкости стали плакирующего слоя против питтинговой коррозии сталь легируют молибденом в количестве 1,5 5,0%

Углерод является одним из основных элементов, определяющих стойкость против МКК. Нижний предел содержания 0,01% определен тем, что при выплавке достижение более низкого содержания углерода технически сложно и экономически нецелесообразно. Верхний предел содержания 0,15% определен тем, что при более высоком содержании углерода данный химический состав не обеспечивает высокую коррозионную стойкость.

При снижении содержания хрома в исходной стали до значений менее 15% снижается коррозионная стойкость плакирующего слоя.

При повышении содержания хрома в исходной стали до значений более 28% существенно снижается технологическая пластичность исходной стали и наплавленного слоя, что затрудняет получение электродов для наплавки и прокатку биметаллической заготовки.

Легирование ниобием менее 5(C + 0,5N) неэффективно для устранения МКК. Увеличение содержания ниобия более 2,0% приводит к выделению избыточных фаз и, следовательно, к снижению коррозионной стойкости вследствие гетерогенизации твердого раствора.

Снижение содержания азота менее 0,02% и ванадия менее 4N неэффективно для получения мелкозернистой структуры в стали плакирующего слоя и, следовательно, для получения удовлетворительной технологической пластичности.

Увеличение содержания азота более 0,05% и ванадия более 0,5% не приводит к дополнительному измельчению зерна, но может снизить коррозионную стойкость из-за повышенного количества нитридов ванадия.

Увеличение температуры конца прокатки более 900^oC приводит к получению крупного ферритного зерна в стали плакирующего слоя и, следовательно, к снижению пластичности.

Уменьшение температуры конца прокатки ниже 850^oC приводит и снижению механических характеристик стали основного слоя.

При глубине проплавления основного слоя менее 2 мм прочность сцепления снижается до 300 МПа и ниже. При глубине проплавления более 10 мм из-за разбавления наплавляемой стали содержание хрома в наплавленном слое становится ниже, чем требуется для обеспечения коррозионной стойкости плакирующего слоя.

Содержание молибдена ниже 1,5% не обеспечивает высокой стойкости плакирующего слоя против питтинговой коррозии; выше 5% экономически нецелесообразно.

Пример конкретного выполнения способа.

Трехслойные заготовки с основным слоем из стали 10 и плакирующим слоем из коррозионно-стойкой хромистой стали ферритного класса размером 250х1400х5000 мм с толщиной плакирующего слоя 30 50 мм были получены электрошлаковой наплавкой электродами различного химсостава. Глубина проплавления основного слоя менялась от 1 до 12 мм, что достигалось варьированием напряжения на электродах, глубины шлаковой ванны и толщины наплавленного слоя в соответствии с уравнением

h=K₁U K₂h_шв K₃H,

где h глубина проплавления, мм;

h_шв глубина шлаковой ванны, мм (70 50 мм);

H толщина наплавленного слоя, мм (30 50 мм);

U напряжение на электродах, В (38 42 В);

K₁, K₂, K₃ коэффициенты пропорциональности,

где K₁ 0,5 мм/В

K₂ 0,1

K₃ 0,1

Заготовки нагревали для горячей прокатки на стане 2000 до температуры 1230^oC и прокатывали на толщину 2,5 6,0 мм. На полученных заготовках и полосах исследовали прочность сцепления слоев (сопротивление срезу определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 10885-85), химический состав наплавленного слоя, стойкость против общей коррозии, МКК, коррозионного растрескивания, механические свойства при испытаниях на растяжение, в том числе относительное удлинение _s.

Испытания образцов на стойкость против общей коррозии проводили в 30%-ной кипящей азотной кислоте. По результатам испытаний образцы условно разделили на две группы:

1 с высокой коррозионной стойкостью, скорость коррозии составила 0,15 - 0,4 мм/год;

2 с низкой коррозионной стойкостью, скорость коррозии 0,5 0,8 мм/год.

Стойкость стали против МКК определяли по ГОСТ 6032-89 методом АМУ.

Испытания стали на стойкость против коррозионного растрескивания проводили в воде, содержащей ионы хлора (вода + 200 мг Cl^-/1 кг + 0,3 - 6 мг O₂/1 кг), растягивающее напряжение 300 МПа.

Стойкость стали против питтинговой коррозии определяли в соответствии со стандартом ASTMG 48 76 в 10%-ном растворе FeCl₃ при 25^oC в течение 72 ч.

Значения глубины проплавления основного слоя, химический состав наплавленной стали, температура конца прокатки, а также значения указанных выше характеристик качества трехслойного металла представлены в таблице.

Как следует из таблицы, способ производства биметаллических листов, в котором в качестве наплавляемой используется сталь заявленного состава при указанной глубине проплавления основного слоя и температуре конца прокатки, обеспечивает оптимальный комплекс свойств (примеры, соответствующие формуле, приведены под номерами 1 4 в таблице).