плакированная коррозионностойкая сталь и изделие, выполненное из нее
Классы МПК: | B32B15/18 содержащие чугун или сталь C22C38/00 Сплавы черных металлов, например легированные стали C22C38/14 содержащие титан или цирконий |
Автор(ы): | Франтов И.И., Родионова И.Г., Киреева Т.С., Шаповалов Э.Т., Столяров В.И., Назаров А.В., Бакланова О.Н., Гунько Б.А., Тишков В.Я., Голованов А.В., Губанов В.И., Антипов Б.Ф., Дешин В.А., Кравцов Б.Л., Никонов В.В., Бекетов Б.И. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество открытого типа "Северсталь" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-08-27 публикация патента:
20.07.1998 |
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению плакированной коррозионно-стойкой стали и изделий из нее. В плакированной коррозионно-стойкой стали, состоящей из основного слоя из углеродистой или низколегированной стали и по крайней мере одного плакирующего слоя из коррозионностойкой стали, содержание углерода в стали основного слоя составляет 0,02 - 0,20%, прочность сцепления слоев не ниже прочности стали основного слоя, а отношение толщины плакирующего слоя к общей толщине слоев определяется в зависимости от термических коэффициентов линейного расширения сталей плакирующего и основного слоев по следующей зависимости:
где
о.с и
п.с - термические коэффициенты линейного расширения сталей основного и плакирующего слоев соответственно; hобщ и hп.с. - общая толщина слоев и толщина плакирующего слоя соответственно. Основной слой выполнен из углеродистой или низколегированной стали, содержащей углерод 0,02 - 0,2%; кремний 0,05 - 0,8%; марганец 0,3 - 2,1% и один или несколько элементов из группы, включающей ниобий 0,005 - 0,1%; ванадий 0,005 - 0,12%; титан 0,005 - 0,08%; бор 0,001 - 0,006%, при этом 0,045 < С - 0,11
Mn + 0,477
V - 0,49
Nb + 0,286
Ti + 0,193
C
Mn + 0,373
Mn
Nb -2,47
V
Nb - 4,12
V
Ti - 3,88
C2 + 0,02
Mn2 + 0,037
Si + 5,0
B < 0,104, 0,155 < C + 0,44
Mn + 0,92
Ti + 1,21
C Mn - 0,7
Mn
Ti - 0,13
Mn2 + 0,04
Si < 0,729, а плакирующий слой выполнен из коррозионно-стойкой стали, содержащей 5 - 20% хрома и не более 0,01% серы. Изделия выполняют из вышеуказанной плакированной коррозионно-стойкой стали. Высокое качество соединенных слоев стали, их удовлетворительная свариваемость, прочность, пластичность, вязкость и хладостойкость позволяют повысить стойкость против коррозионно-механического разрушения выполненных из нее изделий. 2 с. и 2 з. п.ф-лы, 3 табл.
Рисунок 1


























Формула изобретения
1. Плакированная коррозионностойкая сталь, состоящая из основного слоя из углеродистой или низколегированной стали и по крайней мере одного плакирующего слоя из коррозионностойкой стали, отличающаяся тем, что содержание углерода в стали основного слоя составляет 0,02 - 0,20%, прочность сцепления слоев не ниже прочности стали основного слоя, а отношение толщины плакирующего слоя к общей толщине слоев определяется в зависимости от термических коэффициентов линейного расширения сталей плакирующего и основного слоев по следующей зависимости:
где


hобщ., hп.с. - общая толщина слоев и толщина плакирующего слоя соответственно. 2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что сталь основного слоя содержит следующие компоненты, мас.%:
Углерод - 0,02 - 0,2
Кремний - 0,05 - 0,8
Марганец - 0,3 - 2,1
Один или несколько элементов из группы, включающей
Ниобий - 0,005 - 0,1
Ванадий - 0,005 - 0,12
Титан - 0,005 - 0,08
Бор - 0,001 - 0,006,
при этом
C - 0,11
















C + 0,44








а коррозионностойкая сталь плакирующего слоя содержит 5 - 20% хрома и не более 0,01% серы. 3. Изделие, выполненное из плакированной коррозионностойкой стали, состоящей из основного слоя из углеродистой или низколегированной стали и по крайней мере одного плакирующего слоя из коррозионностойкой стали, отличающееся тем, что основной слой выполнен из стали, содержащей 0,02 - 0,20% углерода, прочность сцепления слоев не ниже прочности стали основного слоя, а отношение толщины плакирующего слоя к общей толщине слоев определяется в зависимости от термических коэффициентов линейного расширения сталей плакирующего и основного слоев по следующей зависимости:

где


hобщ., hп.с. - общая толщина слоев и толщина плакирующего слоя соответственно. 4. Изделие по п.3, отличающееся тем, что основной слой выполнен из углеродистой или низколегированной стали, содержащей следующие компоненты, мас. %:
Углерод - 0,02 - 0,2
Кремний - 0,05 - 0,8
Марганец - 0,3 - 2,1
Один или несколько элементов из группы, включающей
Ниобий - 0,005 - 0,1
Ванадий - 0,005 - 0,12
Титан - 0,005 - 0,08
Бор - 0,001 - 0,006,
при этом
C - 0,11
















C + 0,44








а плакирующий слой выполнен из коррозионностойкой стали, содержащей 5 - 20% хрома и не более 0,01% серы.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению плакированной коррозионно-стойкой стали, и изделий из нее, в частности листов и труб, применяемых для оборудования нефтехимического машиностроения, для нефтепроводов, тепловых сетей и других целей. Основные требования, предъявляемые к указанной стали и изделиям из нее, - коррозионная стойкость, высокое качество соединения слоев, удовлетворительная свариваемость, а также прочность, пластичность, вязкость и хладостойкость. Известна трехслойная сталь с плакирующими слоями из коррозионно-стойких сталей и основой из низкоуглеродистой стали, получаемая с использованием сварки взрывом [1]. При этом прочность сцепления слоев ниже прочности основного слоя, входящего в композицию, и напряжения, возникающие при сварке, могут вызвать расслоения. Известна трехслойная коррозионно-стойкая сталь, включающая основной слой из конструкционной стали, промежуточный слой и покрытие из нержавеющих сталей [2] , в которой повышение стойкости к коррозии в хлоридсодержащих средах достигается использованием в качестве покрытия стали, имеющей стационарный электродный потенциал (потенциал коррозии) электроотрицательнее потенциала стали, взятой в качестве промежуточного слоя. При этом не обеспечивается коррозионная стойкость сварных соединений из-за нарушения в зоне сварного шва чередования слоев, а также стойкость трехслойной стали против коррозионно-механического разрушения. Известна плакированная коррозионно-стойкая сталь, содержащая наружные слои из коррозионно-стойкой высоколегированной стали 08Х18Н10 и основной слой из стали 10, получаемая с использованием способа электрошлаковой наплавки [3] (прототип изобретения "сталь"), имеющая высокую прочность сцепления слоев, а также стойкость против общей коррозии в ряде агрессивных сред. В этом случае при сравнительно высоком расходе легирующих элементов, но произвольно выбранном соотношении толщин слоев не обеспечиваются стойкость трехслойной стали против некоторых видов коррозионно-механического разрушения и ее свариваемость, а также вязкость и хладостойкость. Известны листы из плакированной коррозионно-стойкой стали с основой из стали 08Ю с содержанием углерода не более, чем в плакирующих слоях, в которой толщина плакирующих слоев прямо пропорциональна их удлинениям [4]. При этом определенный комплекс механических характеристик, в частности высокая пластичность, достигается регулированием толщины плакирующего слоя. При использовании для плакирования высокопластичных коррозионно-стойких сталей типа 08Х18Н10 увеличение толщины плакирующих слоев приводит к повышенному расходу легирующих элементов. При использовании малопластичных коррозионно-стойких сталей, например, сталей ферритного или феррито-мартенситного классов увеличение пластичности композици за счет уменьшения толщины плакирующего слоя приводит к снижению коррозионной стойкости. Известны трубы с покрытиями для нефтепроводов - с внутренним эпоксидным покрытием и наружным полимерным или другим неметаллическим покрытием [5]. Учитывая, что на концы труб, подлежащие сварке в условиях монтажа нефтепроводов, покрытия не наносится, следует предусматривать дополнительные технологические решения, обеспечивающие защиту стыков от коррозии, что дорого и не всегда эффективно. Известны трехслойные трубы с основным слоем из углеродистой стали и плакирующими слоями из коррозионно-стойких сталей, получаемые способами совместного горячего пластического деформирования однослойных труб [6] (прототип изобретения "изделие"). При этом прочность сцепления слоев ниже прочности основного слоя и напряжения, возникающие при сварке (в частности при монтаже трубопровода), вызывают расслоения. Кроме того, плакирующий слой из коррозионно-стойкой стали аустенитного класса при произвольно выбранном соотношении толщин слоев может не обеспечивать стойкость биметаллических труб против коррозионно-механического разрушения. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании плакированной двух - или трехслойной коррозионно-стойкой стали и изделий из нее, сочетающих следующий комплекс свойств - стойкость против различных видов коррозионного и коррозионно-механического разрушения при минимальном расходе легирующих элементов, высокое качество соединения слоев, удовлетворительную свариваемость при достаточной прочности, пластичности, а также вязкости и хладостойкости. Техническим результатом изобретения является повышение стойкости против коррозионно-механического разрушения и снижение расхода легирующих элементов при сохранении высокого качества соединения слоев, стойкости против общей коррозии, прочности и пластичности. Кроме того, техническим результатом изобретения является повышение свариваемости, вязкости и хладостойкости. Указанный технический результат достигается тем, что в плакированной коррозионно-стойкой стали, состоящей из основного слоя из углеродистой или низколегированной стали и по крайней мере одного плакирующего слоя из коррозионно-стойкой стали, содержание углерода в стали основного слоя составляет 0,02-0,20%, прочность сцепления слоев не ниже прочности стали основного слоя, а отношение толщины плакирующего слоя к общей толщине слоев определяется в зависимости от термических коэффициентов линейного расширения сталей плакирующего и основного слоев по следующей зависимости:
где


hобщ и hп.с - общая толщина слоев и толщина плакирующего слоя соответственно. В предлагаемой плакированной коррозионно-стойкой стали основной слой выполнен из углеродистой или низколегированной стали, содержащей следующие компоненты, мас.%: углерод 0,02-0,2; кремний 0,05-0,8; марганец 0,3-2,1 и один или несколько элементов из группы, включающей ниобий 0,005-0,1; ванадий 0,005-0,12; титан 0,005-0,08; бор 0,001-0,006, при этом
C - 0,11
















C + 0,44








а плакирующий слой выполнен из коррозионно-стойкой стали, содержащей 5-20% хрома и не более 0,1% серы. Указанный технический результат достигается также тем, что изделия выполняют из вышеуказанной плакированной коррозионно-стойкой стали. Ограничение значений толщины каждого плакирующего слоя в соответствии с зависимостью (1) обеспечивает удовлетворительную коррозионную стойкость плакированной стали при минимальном расходе легирующих элементов. Увеличение отношения толщины плакирующего слоя к общей толщине свыше 0,20 приводит к повышенному расходу легирующих элементов. Кроме того, при использовании в качестве плакирующего слоя коррозионно-стойких сталей феррито-мартенситного класса с содержанием мартенсита более 50%, имеющих ограниченную свариваемость, уменьшение доли основного слоя в суммарной толщине слоев приводит к ухудшению свариваемости. При снижении значений толщины плакирующего слоя менее рассчитанных по зависимости (1) снижается стойкость плакированной стали против общей коррозии и против коррозионно-механического разрушения. Стойкость плакированной стали против коррозионно-механического разрушения, в частности против коррозионного растрескивания и коррозионной усталости, зависит от уровня и знака внутренних напряжений в поверхностных слоях. Снижая уровень растягивающих напряжений или создавая сжимающие напряжения в поверхностных слоях, контактирующих с агрессивной средой, можно повысить стойкость материала к указанным видам разрушения. Напряжения в поверхностном плакирующем слое зависит от соотношения термических коэффициентов линейного расширения сталей основного и плакирующего слоев и от их толщин. Для случаев, когда термический коэффициент линейного расширения основы из углеродистой или низколегированной стали выше, чем у плакировки, т.е. для случаев плакирующих слоев из хромистых ферритных или феррито-мартенситных сталей, при охлаждении после горячей прокатки и термической обработки в плакирующем слое возникают напряжения сжатия, уровень которых тем выше, чем меньше отношение толщины плакирующего слоя к общей толщине слоев. Тогда уменьшение относительной толщины плакирующего слоя приводит к увеличению в нем уровня сжимающих напряжений и, следовательно, к повышению стойкости против коррозионно-механического разрушения, при этом ограничение минимального значения этого отношения выражением (1) определяется необходимостью обеспечения стойкости против общей коррозии. При использовании плакирующих слоев с более высокими термическими коэффициентами линейного расширения увеличение минимально допустимого значения отношения hп.с/hобщ предупреждает появление растягивающих напряжений в плакирующем слое, а следовательно, и склонность к коррозионно-механическому разрушению. Ограничение содержания углерода в стали основного слоя в интервале 0,02 - 0,20% при толщине его не менее 60% от суммарной толщины слоев для варианта трехслойной стали и не менее 80% для варианта двухслойной стали позволяет получить требуемый уровень прочности в широком диапазоне свойств в зависимости от назначения. При более низком содержании углерода - менее 0,02% - прочность трехслойной стали и изделий из нее будет низкой независимо от прочности стали плакирующих слоев. При содержании углерода в стали основного слоя более 0,20% ухудшаются свариваемость и пластичность плакированной стали. Высокая прочность сцепления слоев - не ниже прочности стали основного слоя - обеспечивается использованием для получения плакированной заготовки способов наплавки на основу из углеродистой или низколегированной стали слоя из коррозионно-стойкой стали при глубине проплавления основы не менее 3 мм, определяется при испытаниях на срез плакирующего слоя (по ГОСТ 10885-85). Такая прочность сцепления позволяет подвергать плакированную сталь различным видам сварки без нарушения сплошности соединения слоев. При более низкой прочности сцепления слоев напряжения, возникающие при сварке, могут вызывать расслоения. При ограничении содержания серы в плакирующем слое - не более 0,01%, что достигается использованием для получения трехслойной заготовки методов электрошлаковой наплавки, правильным выбором наплавки и состава шлаков, - для обеспечения высокой коррозионной стойкости трехслойной стали и изделий из нее в стали плакирующего слоя достаточно поддерживать содержание хрома на уровне 5-20%. При большом содержании серы для обеспечения коррозионной стойкости требуется более высокое содержание основного легирующего элемента - хрома или других легирующих элементов, - что может быть экономически нецелесообразно. Предельные содержания по углероду (0,02-0,2%), кремнию (0,05-0,8%) и марганцу (0,3)2,1%) в основном слое обеспечивают необходимый уровень прочностных, пластических, вязких свойств и свариваемости (ударной вязкости сварных соединений и склонности к холодным трещинам). При снижении содержания основных легирующих элементов - углерода, кремния, марганца - прочностные свойства достигаются за счет микролегирования карбидообразующими элементами - ниобием 0,005-0,1%; ванадием 0,005-0,12%; титаном 0,005-0,08% и бором 0,001-0,006%. Наличие достаточного количества микролегирующих элементов позволяет даже при низком содержании углерода обеспечить необходимый уровень прочности стали при сохранении свойств сварных соединений. Выбор химического состава основного слоя в соответствии с определенными соотношениями химических элементов направлен на обеспечение требуемого комплекса свойств плакированной стали и ее сварных соединений, в частности параметров вязкости и хладостойкости. Соотношение C - 0,11
































1. Конон А. и др. Коррозионно-стойкий биметалл для сельхозмашиностроения. -М.: Машиностроение. 1984 с.12. 2. Овсянников В.Г., Шевбунов Э.В., Шейко В.Н., Малышев В.А. и др. Трехслойная коррозионно-стойкая сталь. Авт.св. N 912550, кл. B 328 B 15/01. Заявка 11.07.79 г., опублик. 15.03.82 г. 3. Родионова И.Г., Бакланова О.Н., Липухин Ю.В., Тишков В.Я., Голованов А. В. Улучшение качества поверхности биметаллических листов, полученных электрошлаковой наплавкой. - Сталь, N 8, 1991, с.70-73. 4. Патент РФ N 2015925, кл. B 32 B 15/18, опублик. 15.07.94. 5. Трубы для нефтяной промышленности. /Под ред. В.А.Ткаченко и др. -М.: Металлургия, 1986, с.244-250. 6. Производство биметаллических труб. - Обзорная информация. Вып. 2. -М. : 1992, с.23-24.
Класс B32B15/18 содержащие чугун или сталь
Класс C22C38/00 Сплавы черных металлов, например легированные стали
Класс C22C38/14 содержащие титан или цирконий