RU2790717C1 - Unstabilized austenitic steel resistant to local corrosion in scp-water - Google Patents
Unstabilized austenitic steel resistant to local corrosion in scp-water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790717C1 RU2790717C1 RU2022104994A RU2022104994A RU2790717C1 RU 2790717 C1 RU2790717 C1 RU 2790717C1 RU 2022104994 A RU2022104994 A RU 2022104994A RU 2022104994 A RU2022104994 A RU 2022104994A RU 2790717 C1 RU2790717 C1 RU 2790717C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- corrosion
- water
- nitrogen
- resistance
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 58
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 10
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 15
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 abstract description 4
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 9
- 238000003878 thermal aging Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 4
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 chromium nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 229910000604 Ferrochrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000617 Mangalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004210 cathodic protection Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к высокопрочным коррозионностойким аустенитным сталям, используемым при изготовлении элементов ядерных энергоблоков, работающих в условиях сверхкритического давления (СКД) теплоносителя в контакте с водой при температурах до 580°С. Известна коррозионностойкая сталь, содержащая, мас. %:The invention relates to metallurgy, namely to high-strength corrosion-resistant austenitic steels used in the manufacture of elements of nuclear power units operating under supercritical pressure (SCP) coolant in contact with water at temperatures up to 580°C. Known corrosion-resistant steel containing, wt. %:
при выполнении следующих соотношений:when the following relations are fulfilled:
(%V+%Ce+%Ca)/(%C+%N)=0,25-0,65,(%V+%Ce+%Ca)/(%C+%N)=0.25-0.65,
0,5<(%Ni+0,5%Mn)/(%Cr+%Mo+l,5%Si+%V)<0,90,0.5<(%Ni+0.5%Mn)/(%Cr+%Mo+1.5%Si+%V)<0.90,
%Ni+16(%C+%N)-(%Cr+l,5%Mo-20)2/12=14-24,%Ni+16(%C+%N)-(%Cr+l,5%Mo-20) 2 /12=14-24,
при этом сульфиды в стали не превышают 2 балла, а строчечные и точечные нитриды и карбонитриды - не более 3 балла по каждому виду.while sulfides in steel do not exceed 2 points, and line and point nitrides and carbonitrides - no more than 3 points for each type.
(патент РФ №2409697, МПК С22С 38/58, С22С 38/46, опуб. 20.01.2011).(RF patent No. 2409697, IPC C22C 38/58, C22C 38/46, published on January 20, 2011).
Недостатками известной стали являются низкая стойкость против длительного теплового старения при 580°С, склонность к межкристаллитной коррозии (МКК) и межкристаллитному коррозионному растрескиванию в хлоридсодержащих средах. Известен коррозионностойкий сплав 625, содержащий, мас. %:The disadvantages of the known steel are low resistance to long-term thermal aging at 580°C, susceptibility to intergranular corrosion (ICC) and intergranular corrosion cracking in chloride-containing environments. Known corrosion-resistant alloy 625, containing, wt. %:
(Пышин И.В., Белов И.А., Седов А.А. и др. ФГУП РНЦ «Курчатовский институт». Проблемы коррозии и массопереноса в реакторном контуре энергетического корпусного реактора с закритическими параметрами воды. Сб. трудов 7-й МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР». 17-20 мая 2011 г. ОКБ «Гидропресс», Подольск, Россия.)(Pyshin I.V., Belov I.A., Sedov A.A. et al. Federal State Unitary Enterprise RRC "Kurchatov Institute". Problems of corrosion and mass transfer in the reactor circuit of a power vessel reactor with supercritical water parameters. Proceedings of the 7th MNTK "Ensuring the safety of nuclear power plants with VVER", May 17-20, 2011 OKB "Gidropress", Podolsk, Russia.)
Недостатками известного сплава являются высокое содержание никеля и, как следствие, низкая растворимость элементов внедрения (углерода и азота) в аустените. вызывающая падение термической стабильности металла и выделение вторичных фаз в процессе длительного нагрева при температурах 500°С и выше, инициирующих склонность сплава к питтинговой коррозии.The disadvantages of the known alloy are the high nickel content and, as a consequence, the low solubility of interstitial elements (carbon and nitrogen) in austenite. causing a drop in the thermal stability of the metal and the release of secondary phases during prolonged heating at temperatures of 500 ° C and above, initiating the tendency of the alloy to pitting corrosion.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является коррозионностойкая аустенитная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, азот, ванадий, вольфрам, ниобий, бор, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас. %:The closest to the proposed invention in terms of essential features and the achieved result is a corrosion-resistant austenitic steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, nitrogen, vanadium, tungsten, niobium, boron, iron and inevitable impurities in the following ratio, wt . %:
при выполнении соотношения:when the ratio is fulfilled:
([Cr]+[Mo]+l,5[Si]+0,5[Nb+W])/([Ni]+30[C+N]+0,5[Mn])=0,95-1,25,([Cr]+[Mo]+l.5[Si]+0.5[Nb+W])/([Ni]+30[C+N]+0.5[Mn])=0.95- 1.25
где [Cr]+[Mo]+l,5[Si]+0,5[Nb+W]≤28,5 иwhere [Cr]+[Mo]+l.5[Si]+0.5[Nb+W]≤28.5 and
[Ni]+30[C+N]+0,5[Mn]≤27,0[Ni]+30[C+N]+0.5[Mn]≤27.0
и при выполнении следующей зависимости:and when doing the following dependency:
[Cr]+3,3[Mo+Si]+16[N]+0,5W≥35.[Cr]+3.3[Mo+Si]+16[N]+0.5W≥35.
(Патент РФ №2499075, МПК С22С 38/58, С22С 38/54, опуб. 20.11.213).(Patent of the Russian Federation No. 2499075, IPC C22C 38/58, C22C 38/54, pub. 20.11.213).
Недостатками известной стали являются низкая стойкость против термического старения, выпадение вторичных фаз в процессе длительного нагрева при 580°С, приводящее к сенсибилизации стали и, как следствие, к ее межкристаллитной, питтинговой коррозии и коррозионному растрескиванию в хлоридсодержащих средах. При нагреве до 500°С и выше после сварки стабилизированная ниобием сталь становится склонной к ножевой коррозии и локальному разрушению околошовной зоны.The disadvantages of the known steel are low resistance to thermal aging, precipitation of secondary phases during prolonged heating at 580°C, leading to steel sensitization and, as a result, to its intergranular, pitting corrosion and stress corrosion cracking in chloride-containing media. When heated to 500°C and higher after welding, niobium-stabilized steel becomes prone to knife corrosion and local destruction of the heat-affected zone.
В реакторах сверхкритического давления теплоносителя вода находится в жидком состоянии, в котором реализуется электрохимический механизм коррозии металла. Поэтому заявляемая сталь, в отличие от прототипа, должна быть термически стабильной. В процессе длительного нагрева в ее структуре не должно происходить выделений вторичных фаз, вызывающих склонность металла к локальной коррозии.In supercritical coolant reactors, water is in a liquid state, in which the electrochemical mechanism of metal corrosion is realized. Therefore, the claimed steel, unlike the prototype, must be thermally stable. In the process of prolonged heating, no precipitation of secondary phases should occur in its structure, causing the metal to be prone to local corrosion.
Задача, решаемая предлагаемой заявкой на изобретение, заключается в создании нестабилизированной нержавеющей высокопрочной аустенитной стали для элементов ядерных энергетических установок СКД, стойкой к локальным видам коррозии в условиях длительного контакта с водой при температурах до 580°С.The problem solved by the proposed application for the invention is to create unstabilized stainless high-strength austenitic steel for elements of nuclear power plants SKD, resistant to local types of corrosion under conditions of prolonged contact with water at temperatures up to 580°C.
Технический результат изобретения состоит в повышении стойкости против термического старения стали (сенсибилизации - выделения вторичных фаз по границам зерен при длительном нагреве), в устранении склонности к межкристаллитной, питтинговой коррозии и коррозионному растрескиванию после длительного нагрева при температурах до 580°С. В результате исключения из химического состава стали ниобия достигается устранение склонности металла к ножевой коррозии и локальному разрушению околошовной зоны.The technical result of the invention is to increase the resistance against thermal aging of steel (sensitization - precipitation of secondary phases along the grain boundaries during prolonged heating), to eliminate the tendency to intergranular, pitting corrosion and corrosion cracking after prolonged heating at temperatures up to 580 ° C. As a result of the exclusion of niobium from the chemical composition of steel, the tendency of the metal to knife corrosion and local destruction of the near-weld zone is eliminated.
Технический результат изобретения достигается тем, что нестабилизированная коррозионностойкая аустенитная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, азот, ванадий, вольфрам, бор, согласно изобретению, дополнительно содержит кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result of the invention is achieved in that the unstabilized corrosion-resistant austenitic steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, nitrogen, vanadium, tungsten, boron, according to the invention, additionally contains calcium and cerium in the following ratio, wt. %:
при выполнении соотношений:when the ratios are fulfilled:
ЭСТС=(1,5[Cr]+1,2[Mn]+1,1[Mo]+2,4[V]+0,5[W]-1,7[Si]-1,2[Ni]-2,3[B])/([N]+[C])≥90,ECTS=(1.5[Cr]+1.2[Mn]+1.1[Mo]+2.4[V]+0.5[W]-1.7[Si]-1.2[Ni ]-2.3[B])/([N]+[C])≥90,
ЭСПС=([Cr]+[Mo]+1,5[Si]+0,5[W]+[V]) / ([Ni]+0,5[Mn]+30[N]+30[C])≤1,10,ESPS=([Cr]+[Mo]+1.5[Si]+0.5[W]+[V]) / ([Ni]+0.5[Mn]+30[N]+30[C ])≤1.10,
где ЭСТС - эквивалент структурной термической стабильности или стойкости стали против термического старения;where ECTS is the equivalent of structural thermal stability or resistance of steel against thermal aging;
ЭСПС - эквивалент стойкости стали против сигматизации.ESPS is the equivalent of steel resistance against sigmatization.
Пределы содержания легирующих элементов определены исходя из результатов испытаний стали разных химических составов и на основании структурных диаграмм Шеффлера, Потака-Сагалевич, тройной системы Fe-Cr-Ni, с учетов роли отдельных составляющих в структурообразовании стали.The limits of the content of alloying elements are determined based on the results of tests of steel of different chemical compositions and on the basis of the structural diagrams of Sheffler, Potak-Sagalevich, the Fe-Cr-Ni ternary system, taking into account the role of individual components in the steel structure formation.
Верхний предел по содержанию углерода ограничен 0,04% в целях предотвращения склонности стали к межкристаллитной коррозии в хлоридсодержащих средах.The upper limit on carbon content is limited to 0.04% in order to prevent the tendency of steel to intergranular corrosion in chloride-containing environments.
Содержание марганца в пределах от более 3,0 до 5,0% определяется его количеством, необходимым для достаточного усвоения азота с целью предотвращения выделения вторичных фаз (интерметаллидных соединений типа FeCr, нитридов и карбонитридов) в процессе длительного нагрева стали. При более высокой концентрации марганца снижается стойкость стали против локальной коррозии в связи с усилением депассивирующего влияния хлор-иона на поверхность металла.The content of manganese in the range from more than 3.0 to 5.0% is determined by its amount necessary for sufficient assimilation of nitrogen in order to prevent the release of secondary phases (intermetallic compounds such as FeCr, nitrides and carbonitrides) during prolonged heating of steel. At a higher concentration of manganese, the resistance of steel to local corrosion decreases due to the increased depassivating effect of the chloride ion on the metal surface.
Установленные пределы содержания хрома от более 25,0 до 28,0% обеспечивают термическую стабильность структуры стали в процессе ее длительного нагрева и необходимую защиту от локальной коррозии в СКД-воде при температурах до 580°С.The established limits of chromium content from more than 25.0 to 28.0% provide the thermal stability of the steel structure during its long-term heating and the necessary protection against local corrosion in SKD-water at temperatures up to 580°C.
Ограничение верхнего предела - 28,0% связано с необходимостью предотвращения образования в структуре стали интерметаллидной сигма-фазы, оказывающей негативное влияние на коррозионную стойкость, механические и технологические свойства металла. При содержании хрома менее 25,0% сталь становится склонной к тепловому старению при 580°С и выделению вторичных фаз, инициирующих падение стойкости стали против локальных видов коррозии.The limitation of the upper limit - 28.0% is associated with the need to prevent the formation of an intermetallic sigma phase in the steel structure, which has a negative effect on the corrosion resistance, mechanical and technological properties of the metal. When the chromium content is less than 25.0%, the steel becomes prone to thermal aging at 580°C and the release of secondary phases, initiating a drop in the resistance of steel against local types of corrosion.
Содержание никеля в пределах 20,0-23,0% обусловлено необходимостью предотвращения образования дельта-феррита в структуре стали при ее длительном нагреве. При меньшей концентрации никеля его эффективность снижается. Более высокое содержание никеля приведет к неоправданному удорожанию стали и снижению ее стойкости против теплового старения.The nickel content in the range of 20.0-23.0% is due to the need to prevent the formation of delta ferrite in the steel structure during its prolonged heating. At a lower concentration of nickel, its efficiency decreases. A higher nickel content will lead to an unjustified increase in the cost of steel and a decrease in its resistance to thermal aging.
Молибден и кремний в пределах соответственно 2,0-2,5 и 1,2-1,9% обеспечивают стойкость стали против межкристаллитной и питтинговой коррозии в воде при 580°С. При содержании молибдена и кремния менее нижних пределов уменьшается стойкость стали к локальной коррозии. Концентрация молибдена и кремния, превышающая верхние пределы, вызывает образование в структуре включений соответственно дельта-феррита и силикатов, отрицательно влияющих на технологичность стали в процессе ее горячей деформации.Molybdenum and silicon in the range of 2.0-2.5 and 1.2-1.9%, respectively, ensure the resistance of steel against intergranular and pitting corrosion in water at 580°C. When the content of molybdenum and silicon is less than the lower limits, the resistance of steel to local corrosion decreases. The concentration of molybdenum and silicon, exceeding the upper limits, causes the formation of delta ferrite and silicates in the structure of inclusions, respectively, which adversely affect the manufacturability of steel during its hot deformation.
Легирование азотом в пределах 0,10-0,21% необходимо для обеспечения высокой прочности и предотвращения питтинговой коррозии стали в процессе ее длительного нагрева в СКД-воде. При содержании азота менее 0,10% не реализуется требуемый уровень указанных свойств. Концентрация азота более 0,21% может, в процессе эксплуатации при температуре 580°С, вызвать образование нитридов хрома по границам зерен аустенита, инициирующих локальную коррозию стали.Alloying with nitrogen in the range of 0.10-0.21% is necessary to ensure high strength and prevent pitting corrosion of steel during its long-term heating in SKD water. When the nitrogen content is less than 0.10%, the required level of these properties is not realized. A nitrogen concentration of more than 0.21% can, during operation at a temperature of 580°C, cause the formation of chromium nitrides along the boundaries of austenite grains, initiating local corrosion of the steel.
Ванадий в азотсодержащей стали ограничивает рост зерна аустенита, образовывает кластеры мелкодисперсных нитридов наноразмеров, выполняющих функцию катодной защиты от коррозии в воде и дополнительного (к твердорастворному) упрочнения металла. Верхний предел по содержанию ванадия ограничен 0,12% с тем, чтобы максимальное количество азота могло остаться в твердом растворе. При содержании ванадия менее 0,02% эффективность его влияния на свойства стали падает.Vanadium in nitrogen-containing steel limits the growth of austenite grains, forms clusters of finely dispersed nanosized nitrides, which perform the function of cathodic protection against corrosion in water and additional (to solid-solution) hardening of the metal. The upper limit on the content of vanadium is limited to 0.12% so that the maximum amount of nitrogen can remain in solid solution. When the content of vanadium is less than 0.02%, the effectiveness of its influence on the properties of steel falls.
Легирование вольфрамом стали способствует повышению ее прочностных характеристик при температуре воды 580°С и сверхкритическом давлении. Содержание вольфрама более 0,2% способствует образованию в структуре металла дельта-феррита, который снижает стойкость марганцовистой стали против коррозионного растрескивания в воде. При концентрации вольфрама менее 0,10% его влияние на прочностные свойства снижается.Alloying steel with tungsten enhances its strength characteristics at a water temperature of 580°C and supercritical pressure. The tungsten content of more than 0.2% contributes to the formation of delta ferrite in the metal structure, which reduces the resistance of manganese steel to corrosion cracking in water. When the concentration of tungsten is less than 0.10%, its effect on the strength properties is reduced.
Легирование бором способствует очищению от дисперсных включений границ зерен, повышению технологической пластичности стали и ее стойкости против межкристаллитной коррозии. При содержании бора свыше 0,008% по границам зерен аустенита образуются избыточные фазы - бориды, снижающие технологические свойства и коррозионную стойкость стали. Концентрация бора менее 0,0005% малоэффективна.Alloying with boron helps to clean grain boundaries from dispersed inclusions, increase the technological plasticity of steel and its resistance to intergranular corrosion. With a boron content of more than 0.008%, excess phases are formed along the austenite grain boundaries - borides, which reduce the technological properties and corrosion resistance of steel. Boron concentration less than 0.0005% is ineffective.
Церий (0,001-0,005%) и кальций (0,001-0,015) в заявляемой стали выполняют функцию предотвращения образования нитридов и карбонитридов по границам зерна аустенита.Cerium (0.001-0.005%) and calcium (0.001-0.015) in the proposed steel perform the function of preventing the formation of nitrides and carbonitrides along the austenite grain boundaries.
Кальций повышает вязкость стали за счет эффекта очистки от зернограничных примесей (серы, фосфора, цветных металлов) и повышает технологическую пластичность азотсодержащей кремнистой стали в процессе ее горячей и холодной деформации. При увеличении содержания кальция более 0,015% может увеличиться загрязненность стали неметаллическими включениями. В количестве менее 0,001% кальций и церий практически не влияют на свойства стали, поэтому такое их содержание не эффективно. Содержание церия выше 0,005% для данной стали экономически не целесообразно.Calcium increases the toughness of steel due to the effect of cleaning from grain-boundary impurities (sulfur, phosphorus, non-ferrous metals) and increases the technological plasticity of nitrogen-containing silicon steel during its hot and cold deformation. With an increase in the calcium content of more than 0.015%, the contamination of steel with non-metallic inclusions may increase. In an amount of less than 0.001%, calcium and cerium practically do not affect the properties of steel, so their content is not effective. The cerium content above 0.005% for this steel is not economically feasible.
СоотношениеRatio
ЭСТС=(1,5[Cr]+1,2[Mn]+1,1[Mo]+2,4[V]+0,5[W]-1,7[Si]-1,2[Ni]-2,3[B])/([N]+[C])≥90 в заявленных пределах обеспечивает получение нестабилизированной аустенитной азотсодержащей кремнистой стали, не склонной к длительному термическому старению (выделению вторичных фаз в аустените) при температуре 580°С и, как следствие, стойкой против локальных видов коррозии. При значениях ЭСТС ниже 90 стойкость стали против теплового старения падает. В результате при длительном нагреве металла в его структуре происходит выделение вторичных нитридных, карбидных и карбонитридных фаз.ECTS=(1.5[Cr]+1.2[Mn]+1.1[Mo]+2.4[V]+0.5[W]-1.7[Si]-1.2[Ni ]-2.3[B])/([N]+[C])≥90 within the stated limits ensures the production of unstabilized austenitic nitrogen-containing silicon steel, not prone to long-term thermal aging (separation of secondary phases in austenite) at a temperature of 580°C and, as a result, resistant to local types of corrosion. At ECTS values below 90, the resistance of steel against thermal aging decreases. As a result, during prolonged heating of the metal, secondary nitride, carbide, and carbonitride phases precipitate in its structure.
Для предотвращения сигматизации заявляемой стали в процессе ее длительного нагрева при 580°С должно выполняться следующее соотношение феррито- и аустенитообразующих элементов:To prevent sigmatization of the inventive steel during its long-term heating at 580°C, the following ratio of ferrite- and austenite-forming elements must be fulfilled:
ЭСПС=([Cr]+[Mo]+1,5[Si]+0,5[W]+[V]) / ([Ni]+0,5[Mn]+30[N]+30[C]) ≤ 1,10 ESPS=([Cr]+[Mo]+1.5[Si]+0.5[W]+[V]) / ([Ni]+0.5[Mn]+30[N]+30[C ]) ≤ 1.10
При ЭСПС более 1,10 в процессе нагрева происходит выделение сигма-фазы в стали, инициирующей ее склонность к локальным видам коррозии в СКД-воде. When ESSP is more than 1.10, during heating, the sigma phase is released in steel, initiating its tendency to local types of corrosion in SKD water.
Сущность и примеры изобретения поясняются таблицами 1 и 2, где представлены химические составы и результаты испытаний заявляемой стали и прототипа.The essence and examples of the invention are illustrated in tables 1 and 2, which presents the chemical compositions and test results of the claimed steel and prototype.
Сталь выплавляют в открытой индукционной печи и разливают в слитки массой 17 кг, которые затем куют, прокатывают на сутунку и аустенизируют по режиму 1130°С, вода. Температурный интервал горячей деформации 950-1180°С. Из термообработанных прутков изготовляют образцы, которые выдерживают при температуре 580°С в течение 2000 ч, затем подвергают коррозионным, механическим испытаниям и металлографическим исследованиям по следующим методикам:Steel is smelted in an open induction furnace and poured into ingots weighing 17 kg, which are then forged, rolled on a slug and austenitized at 1130°C, water. The temperature range of hot deformation is 950-1180°C. Samples are made from heat-treated rods, which are kept at a temperature of 580 ° C for 2000 hours, then subjected to corrosion, mechanical tests and metallographic studies according to the following methods:
- скорость питтинговой коррозии определяют в растворе 10% FeCl3⋅6H2O в соответствии с ГОСТ 9.912-89; - the rate of pitting corrosion is determined in a solution of 10% FeCl 3 ⋅6H 2 O in accordance with GOST 9.912-89;
- испытания на стойкость против МКК проводят по методу АМУ, ГОСТ 6032-2003, с применением провоцирующего нагрева образцов при температуре 650°С в течение 1 ч;- tests for resistance to MCC are carried out according to the AMU method, GOST 6032-2003, using provocative heating of samples at a temperature of 650 ° C for 1 hour;
- статические испытания на растяжение при температурах 580 и 20°С проводят соответственно согласно ГОСТ 9651-84 и ГОСТ 1497-84;- static tensile tests at temperatures of 580 and 20°C are carried out, respectively, according to GOST 9651-84 and GOST 1497-84;
- наличие вторичных фаз в структуре стали определяют металлографическим методом при помощи оптического и электронного микроскопов, с использованием структурных диаграмм Шеффлера, Потака-Сагалевич и тройных систем Fe-Cr-Ni. - the presence of secondary phases in the steel structure is determined by the metallographic method using optical and electron microscopes, using structural diagrams of Scheffler, Potak-Sagalevich and Fe-Cr-Ni ternary systems.
Из таблиц 1 и 2 видно, что величина ЭСТС всех плавок заявляемой стали находится на уровне выше 90, что характеризует ее удовлетворительную термическую стабильность в процессе нагрева при 580°С в течение 2000 ч и отсутствие сенсибилизации структуры, связанной с выделением вторичных фаз. Это обеспечивает стойкость стали против локальных видов коррозии, в отличие от прототипа, что подтверждается результатами коррозионных испытаний, представленных в таблице 2. Величины ЭСПС всех исследованных плавок не превышают 1,10 (таблица 1), что свидетельствует о сохранении стойкости к сигматизации заявляемой стали и подтверждается отсутствием в ней сигма-фазы при рассмотрении в тройной структурной диаграмме системы Fe-Cr-Ni.From tables 1 and 2 it can be seen that the value of ECTS of all heats of the claimed steel is at a level above 90, which characterizes its satisfactory thermal stability during heating at 580°C for 2000 hours and the absence of sensitization of the structure associated with the release of secondary phases. This ensures the resistance of steel against local types of corrosion, in contrast to the prototype, which is confirmed by the results of corrosion tests presented in table 2. The values of ESPS of all investigated melts do not exceed 1.10 (table 1), which indicates the preservation of resistance to sigmatization of the claimed steel and is confirmed by the absence of the sigma phase in it when considered in the triple structural diagram of the Fe-Cr-Ni system.
Согласно диаграммам Шеффлера и Потака-Сагалевич дельта-феррит в структуре плавок заявляемой стали также отсутствует.According to the Scheffler and Potak-Sagalevich diagrams, delta-ferrite is also absent in the melting structure of the inventive steel.
Прочностные свойства предлагаемой стали (временное сопротивление разрыву σв и условный предел текучести σ0.2) при температурах 20 и 580°С, как следует из таблицы 2, выше, чем у прототипа, а пластичность (относительное удлинение δ5) сохраняется на уровне прототипа.The strength properties of the proposed steel (tensile strength σv and nominal yield strength σ 0.2 ) at temperatures of 20 and 580°C, as follows from table 2, is higher than that of the prototype, and ductility (relative elongation δ 5 ) remains at the level of the prototype.
Claims (5)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2790717C1 true RU2790717C1 (en) | 2023-02-28 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2409697C1 (en) * | 2009-08-05 | 2011-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Астрахань" (ООО "Газпром добыча Астрахань") Открытого Акционерного Общества "Газпром" (ОАО "Газпром") | Corrosion resistant steel |
RU2499075C1 (en) * | 2012-08-21 | 2013-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Corrosion-resistant austenitic steel |
RU2553112C1 (en) * | 2011-06-28 | 2015-06-10 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Pipe out of austenite stainless steel |
WO2016204005A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-22 | 新日鐵住金株式会社 | HIGH-Cr AUSTENITIC STAINLESS STEEL |
RU2716922C1 (en) * | 2019-08-14 | 2020-03-17 | Общество с ограниченной отвественностью "Лаборатория специальной металлургии" (ООО "Ласмет") | Austenitic corrosion-resistant steel with nitrogen |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2409697C1 (en) * | 2009-08-05 | 2011-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Астрахань" (ООО "Газпром добыча Астрахань") Открытого Акционерного Общества "Газпром" (ОАО "Газпром") | Corrosion resistant steel |
RU2553112C1 (en) * | 2011-06-28 | 2015-06-10 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Pipe out of austenite stainless steel |
RU2499075C1 (en) * | 2012-08-21 | 2013-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Corrosion-resistant austenitic steel |
WO2016204005A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-22 | 新日鐵住金株式会社 | HIGH-Cr AUSTENITIC STAINLESS STEEL |
RU2716922C1 (en) * | 2019-08-14 | 2020-03-17 | Общество с ограниченной отвественностью "Лаборатория специальной металлургии" (ООО "Ласмет") | Austenitic corrosion-resistant steel with nitrogen |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГОСТ 5632-2014 Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки., М.: "Стандартинформ", 2015, сталь 08Х18Н10Т. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1867745B1 (en) | Ferritic heat-resistant steel | |
EP2199420B1 (en) | Austenitic stainless steel | |
EP0219089B1 (en) | High-strength high-cr ferritic heat-resistant steel and process for producing the same | |
EP1081245B1 (en) | Heat resistant Cr-Mo alloy steel | |
EP0787813B1 (en) | A low mn-low Cr ferritic heat resistant steel excellent in strength at elevated temperatures | |
US4078920A (en) | Austenitic stainless steel with high molybdenum content | |
US20130294959A1 (en) | Heat-resistant steel | |
EP3575427A1 (en) | Two-phase stainless-clad steel and method for producing same | |
RU2683173C1 (en) | High-strength nonmagnetic corrosion-resistant steel | |
US8865060B2 (en) | Austenitic stainless steel | |
EP1930460B1 (en) | Low alloy steel | |
EP2977478A1 (en) | Ni ALLOY CLAD STEEL HAVING EXCELLENT GRAIN BOUNDARY CORROSION RESISTANCE PROPERTIES, AND METHOD FOR PRODUCING SAME | |
EP1103626B1 (en) | HIGH Cr FERRITIC HEAT RESISTANCE STEEL | |
EP0770696B1 (en) | High strength and high toughness heat resisting steel and its manufacturing method | |
JP6547599B2 (en) | Austenitic heat resistant steel | |
JP4485424B2 (en) | Manufacturing method of high-strength bolts with excellent delayed fracture resistance | |
RU2790717C1 (en) | Unstabilized austenitic steel resistant to local corrosion in scp-water | |
JP2002194485A (en) | Low alloy heat resistant steel | |
EP1087028B1 (en) | High-chromium containing ferrite based heat resistant steel | |
JPH11350076A (en) | Precipitation strengthening type ferritic heat resistant steel | |
RU2782832C1 (en) | High-strength low-magnetic non-stabilized weldable steel, resistant to local corrosion in zones of thermal affect of welding and prolonged heating in the area of hazardous temperatures | |
KR20230156447A (en) | New austenitic stainless alloy | |
RU2798479C1 (en) | Unstabilized austenitic steel corrosion-resistant in liquid lead and steam water medium | |
KR20210137184A (en) | Ferritic heat-resistant steel | |
JP7687882B2 (en) | Hydrogen embrittlement resistant high hardness stainless steel |