автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка технологии производства высокопрочных коррозионностойких сталей ферритного и аустенитного классов с применением метода твердофазного легирования азотом

РГО ОД Г*

, . , - ■ РО^ЩРСТЗЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЛ

¿к' I *

Па правах рукописи

ТРЕГУШКО Геннадий Николаевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

ЫСОКОПРОЧШХ КОРРОЗИОШОСГОЙКИХ СТАЛЕЙ ФЕРРИТНОГО А АУСГЕНИТНОГО КЛАССОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЖГОДА ТВЕРДОФАЗНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ АЗОТОВ

ОЬ .16.02 "Металлургия черных металлов"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск - 1994

Диссертация есть рукопись.

Работа выполнена з Государственной металлургической академии Украины.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор технических; наук, профессор

кандидат технических наук, доцент

ведущее предприятие Госуцарственный трубный институт ,

¿.¿.Рабинович

Э.Н.Ц;-ш:;рко

¿.С.Акатьев

Защита состоится

"7 " ¿у/о//^. г. часс

на заседай;«; специализированного совета и Coo.Gki.Cl пр:; Государственной металлургической академии Украины по адресу: 3^0635, г.Днепропетровск, ГСП, пр.Гагарина, 4.

С диссертацией «окно ознакомиться в библиотеке акаде;.;;;и. Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета канд.техн.наук, доцент

ОШЯ^Ът^

Ю.С .Паниотов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНОЖА РАБОТЫ

Актуальность работы. Урогекь гксияуатоционяых характеркиты: •.•зь-сткмх коррозлонностойкпх степей £орритного и аустещиного классов не удовлетворяет постоянно возрастающий требованиям их службы. Одним из путей повышения комплекса прочностшх свойств п коррозионной стойкости этих стэлей является достакение ;лики-галъной концентрации углерода в сочетании с упрочнение:.; азото:.:. Дополнительней эффект ;.;о;::ет быть достигнут пр;: легировании азог-со.перкапшх коррозионностойкпх сталей молибденом и ыаргаше:л, а тэк'се при дисперсионном упрочнен:»; нитридами ванадия или титана.

Эффективным способом обеспечения требуемого уровня концентрации азота и углерода является метод твердофазного обезуглерс-мнвания и легирования азотом (ТОЛА), разработке технологических параметров которого для широкого круга высоко хромистых сталей и посвящена настоящая работа.

Цель работы. Исследование термодинамических и кинетических закономерностей ззакподейстзия азота с твердыми лшогокоыпонент-пнд:н спетэ;.:а:л; :: разработка на этой осноге технолог:::; производства высокопрочных коррозионноетсйккх сталей ^ероитного и ааете-нитного классов.

Методика исследований, для реиеннк поставленных в работе задач применен ряд современных средств фнзико-хжгпчеекпх исследований :■; методов анализа в математической обработки, обеспечении:: влсок^ю степень достоверности и яадеглостп полученных экспериментальных дакяьгх и аналитических зависимостей.

При проведении термодинамических и кинетических исследований применяли металлографический, химический и локальный реит-геноспектральный методы анализа. Содержание азота определяли с по:тю:цью анализатора 10-135 фирмы "Леко". Результаты всех экспериментов обрабатывали на ЭВМ.

Научная новизна. В широком интервале концентраций легиру^о-щих элементов изучено предельное содержание и активность азота в системах 5ё-Сг_Мо , Вс-О-Д/а , Ре-Сг-- №-Мо ,

, Т^-О-Мо"^ и Яг-О-Л/!- Мп-Мо с

различишь содержанием ванадия и титана при температурах 1200-1300°С. Впервые определены параметры взаимодействия хром - азот второго порядка, ванадий - азот и молибден - азот первого по-

рядка. Получена обобщенная зависимость концентрации азота в твердо,'.! растворе от состава стали, температура в давления. Найдеш температурные зависимости содержания азота, связанного в нитриды ваяздия ;; титана.

Определен: эффективные и истинные коэффициенты дщцузяп азота в указанных системах, не содержащих титан; найдена их количественная зависимость от состава стали и температуры. Получена обойденная зависимость константа скорости абсорбции аиста в поверхностно;,: слое стали ища аБ&ВВйР от содержания з ней титана к температур:;.

Практическая ценность. Определено влияние химического и фазового состава ферритных и аустенитных взсокоазотистых стале! на их механические и коррозионные свойства.

Показано, что комплексное легирование ст^лн типа Х1*М23БФР титаном и азотом при их оптимальном содернаняв (0,35 к 0,1Ь% мае. соответственно) обеспечивает повышение длительной прочности при температуре 700°С и б = 64 Ша более чем в 30 раз.

Установлено, что уровень прочностных.езойств труб пз ста-лт5 типа ^2Н10Ам2 со сверхразнозесншл содержанием азота 0,6Э/о, существенно выше, чем у стали, легированной азотом пр;: плавке. Но данным Санкт-Петербургского научно-производственного объединения арматуростроенкя "Знамя труда" циклическая прочность спльфонов из высокоазотистых сталей типа 22-10(6)-0(2) при параметрах по ГОСТ ¿1744-83 примерно на порядок больше, чем у серийно применяемой стали 0Ьа16Н10Т.

Реализация работы в промышленности, ¿¡етод ЮЛА йил применен при изготовлении опытно-промышленной партии холоднокатан-шх труб к многослойных сильфоков из особонизкоуглеродистых высокохромистых аустенитных сталей. Экономический эффект от реализации технологии составляет 267,7 тыс.руб. в год (в ценах 1990 г.). - " .............

Апробация"работы. Материалы диссертации дол оке ны на второй конференции "Высокоазотистые стали" (г.Киев, 1992 г.); на У научно-технической конференции "Ноше конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" (г.Запор'ожье, 1992 г.),-на третьей мекду-. народной•*конференции- .Н^ЬГ^КХфгоо^п' " (г^Сиев,

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из 6-ти разделов и выводов. Изложена на 1Ь0 страницах, включая 1С2 страницы . мапикопиокого текста, 43 рисунка, 34 таблицы п И прзло&ензя. В списке использованной литературы 119 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЖлАНИй РАБОТЫ

I. Перспективы развития производства коррозионно-стойких: сталей,'легированных азотом

На основании литературных и собственных данных проанализировано ■злияние азота на структуру и свойства зисокохромкстых сталей. Показано, что перспективны.'« направлениями разработки высокопрочного коррозионноетойкого металла являются: во-первых, аустенитнае стали с твердорастзорнк;,! упрочнение:.] азотом и, во-вторых, комплексное легирование феррптных и аустенитных сталей азотой и сильными нитрадообразук'ди:.::! элементами.

И результате анализа сущестзуэдзх способов произведет?^ : зысокоазотистых коррозионкоотойкпх сталей определено, что одни:.! из эффективных летодоз является твердофазное обезуглероживание и легирование азотом тонкостенного передельного проката.

Основной задачей настоящей работы являлось исследование физико-химических закономерностей ззз'шодейстзнл азота с твер-гзаи .металлическими с потеками и разработка па этой основе технологических параметров .метода ТОЛА для высокохрампстых сталей феррйтного.и аустенитяого классов.

2. Исследование физико-химических закономерностей взаимодействия азота с твердыни высоколегированными металлическими системами

2.1. Термодинамические закономерности ззаимо-действая азота с высокохромистым ферритом и ауо теня том

Исследовано предельное- содержание азота в интервале температур 1200-1300°С в многокомпонентных системах, условные обозначения которых'в. срответсгвии с общепринятой маркировкойлегированных сталей, .;Прйведеш' в' табл^2Л.

Таблица 2.1

Предельное содержание азота и параметры его диффузии в высоколегированном феррите и аустенитз

см*7с

Тип стали

| а,

Дж/ Дж/ ■|,ш«'см1'1Дк/г-атом ,т-атом; (г-атом-Ю ¡, > с

1. -Л'ЛлЗ

2. ХХ7ыЗ^

3. Д7ШФ2 4: Х25

Х25Ш

Х25Ф2

Х25МЗ

Х25МЗФ

Х25МЗФ2

0,060-0, 0,0ЪУ-0, 0,1.82-0, 0,163-0, 0,1Ь5-0, 0,306-0, 0,173-0, О,18Ь-0, 0,315-0,

Ферритные О¿6 ±4000 ОУУ 20600 414 15ЬЙ00 174 12900 204 19200 563 Ц4500 189 16900 224 23600 570 113600

- 27,0

- 30,3

- 112,0

- 20,4

- 23,3

- 64,1 ~ '¿к,, 5

- 25,6

- 63,3 Аустснитные стали

ГО. Х22Н10 0,44 II; ШШОФ 0,54

12. л22Щ0Ф2 0,92

13. Х22Н±0МЗ 0,51

14. Х22НШМЗФ 0,61

15. Х22Н10ЫЗФ2 0,90

16. Х22Н10Г5 0,57

17. Х22Н10Г5Ф 0,69

18. 2Е2ШаГ5»2 1,00

19. Х22НЮГ5Ш 0,65 20:122Н10ГШЗФ 0,7Ь 21. Х22Н10Г5МЗФ2 1,13

5,8-2,7 1,075

4,6-2,0 175оОО 3,202

3.5-1,5 167400 6,164 2,8-1,1 197200 11,040

3,3-1,4 1УС000 7,14Ь

2.6-1,0 202400 15,25

0,605 0,4 52

0,5^9 0,451

0,707 0,575

0,654 0,569

1) - Предельное содержание-, азота в ферритных сталях приведено

для его парциального давления 51 кПа; в аустенитннх сталях - для 101 кПа.

2) - Первое значение для 1300°С, второе - для ШЮ°С.

Эксперименты проводились на плоских образцах толщиной 0,3-2 ш в вакуумной печи сопротивления. Нагрев до заданной температуры осуществляли в вакууме с осгаточнш! давлением порядка 0,13 Па. Изотермическую 3*7.0 ;.".K¿ ::ро1Ю.т:.:;.'к: ь атмосфере особочистого азота (//» ъй,9ь'6/<>) му: даь-лшш, в основной, 51 кПа для феррвтнах а 101 íaía - r.-j-i а^-стен^тпку. ц?алС. Часть экспериментов, проведенная пр:; дз2...кцях 10, 30, 51 ц Vi кПа, подтвердила подчинение везх ф-зрр::-;:к:-: сталей закону Сивертса. Необходимая для достижения предо,:ь.-:сгс содер:::й::::я азота длительность изотермической выдержки сп?:.-оляд8сь по результата;.-: предварительных' кинетических исследований.

Б табл.2.1 представлена результата обработки экспериментальных даншх в форме уравнения:

joJOfe.^ + , (2.1)

где - предельное содер;::а;г.:~ азота, %;

р^ - парциальное давление* ¿зота, Па;

f - температура, 11;

^Ц - изменение энтальп:;:: ;:огло-динш' озо?а, Дк/г-ато:.;;

д^ - изменение энтроп:;:-;, м-.:/(г-ето;,:«»0.

Анализ полученных зависимости-.; покэзазает, что процесс твердофазного насыщения азотом все:: исследованиях сталей является экзотермическим, т.е. про::с;сод:гг уменьшение предельного содерязния азота с ростом температуры. При этом теплота растворения азота возрастает, а эктрсг.::я уменьшается з пределах каждой группы составов с увелзченкзм содержания хрома, марганца, молибдена и ванадия при фиксированном содержании остальных элементов, следствием чего и является повышение растворимости азота.

Установлено скачкообразное влияние концентрации ванадия при. ее увеличении до 1,5$ на предельное содержание азота и его температурную зависимость, что объясняется изменением формы существования азота в стали. Металлографически показано, что в сталях с концентрацией ванадия ^ 0,6% при всех изученных температурах легирования азот полностью находится в твердом растворе, а при—1,5% уже при изотермической вкдеркке образуются первичные нитриды, которые и обеспечивают дополнительное пог-лодание азота металлом. Соответственно для сталей с концентра-

цией ванадия 1,5% суммарное предельное сопергоэние азота ваше его рас творимое т;: и равно:

где - °бщее предельное содержание азота в стали,

ШЗ^м» - содержание азота в твердо:.! растворе (растворимость ), '/о;

м»м<- ~ °°деРкание азота, связанного в нитрид, %. Полученные аналитические выражении. температурной зависимости растворимости азота в стати?: с концентрацией ванадия 0,6/« позволили провести' расчет параметров взаимодействия в уравнена и:

и.з)

где Кке - константа растворимости азота в чпото:.; - или V -мелево, ^/Па1^; -р" - коэффициент активности азота в стали; -еЦ- - параметра взаимодействия 7ierjr.orG :. второго порядков;

[Щ^ - концентрации легирулух элементов, %;

^ - число компонентов систомы, не считая азота. Температурные зависимости параметров взаимодействия первого и второго порядков определили обработкой даншх. методом наименьших квадратов в форме уравнения

.¡я ^ -

* 1ШЙ 13,15

ет - тйН - -Ч^- > (2.4)

где и - параметра взаимодействия первого и второ-

го порядков для энтальпии и энтропии соответственно, Да/г-ато;.: и ,Цк/(г-атом»К). Весь комплекс выполненных исследований и расчетов позволил получить обобщенное уравнение, связывающее содержание азота в

У

твердом растворе высоколегированного феррита с его химически;.; составом, температурой и давлением :

С, ЙЫы - - m

- (- 0ДМ7)&И- -

0.0022)u.s)

Для ферратных сталей с ванадием ^1,5% из уравнений (2.2) и (2.5) обработкой эксперимента ль;;ы:с данных полечена зависимость кошент^аакн связанного в нктэид азота от температуры:

ML* = Ъ,о14 . U.6)

о отлвчяе от ферритных сталей, данные по предельной^ со-деркэнкв азота з которых в ¿.а:.. (шла вгсьма

ограничена, c::cvc-.~a яелгзо'- ::рсм - никель - :чпгакоп - зго? з области приведенных в ?збл.2.1 составов при темпера^ рэх ТОлА (I2GC-I30ûcC) асследозаяэ достаточно подробно.

Нами дополнительно исследовано влияние молибдена и занадкя. При проведении этих экспериментов, результат^. которых призедек^ в табл.2.1, ограничилась лииь температурой 1«яХ°С и давлением азота ICI tôia. Полученные дэнньг з сочетании с известными лнтз-ра тур ними данными позволили рассчитать значен;« параметров взаимодействия ванадий - азот v ) >: молибден - азот (е^* ) для температуры 13С0°С:

ev„=-o,{53: } -0,020 î-,

¡леталлогрзфнческий анализ показал, что в аустенитных сталях с ванадием-~ 1,5% азот находится как в твердом растворе, так и в первичных нитридах ванадия. По аналогии с ферритшш сталях™ балансовым расчетом получено содеряэние азота, связанного з нитрид, которое для I30G°C составляете G,0£(fc.

Полученные уравнения позволяют с достаточной для практики точностью рассчитывать предельное содержание, растворимость и количество азота, связанного в нитрид для'широкого круга высокохромистых сталей, ферригного и аустенитного классов, в том чи-

(

io

• еле легированных ванадием и-молибденом з области температур, приемлемых для ТОЛА.

2.2. Кинетические закономерности твердофазного легирования азотом стабилизированных взна-дкеи высокохромистых сталей

Исследование кинетики касыценяя азсто;.: плос:;::,: o6pc3Lci: тол-цаноа 2-4 м:; тгрозодила по методике, огранкой .-»¿и?. С иельк исключения влияния дыффузм:: через торщ.,. отиер ::рси ос_уд;сti^î-ла на рассзоянап не менее толщены образца от ого йоэф-

фицаенты- диффузии азота (¿Г) - твердо:.'. растзор= определяли, приняв в качестве грзяичша: условий его одинаковую концентрацию в объеме образца до опита и ее постоянство нз поверхности в течение всей изотермической выдеркка. Расчет црозодили в форме известного решения второго закона «¿ика для случая независимости коэффициента диффузии от концентрации диффундирующего вещества:

'Результатц расчетов для граничных темпераТ/р приведены з табл.2.1.

<;1ате;.-,атической обработкой экспериментальны-,: данных получено обобщенное уравнение, связызавдее коэффициент диффузии азот* в твердом растворе високохроикстых феррвтшх с.алс.; с температурой и их составов:

Ц =- (Ы+0,054/ [О] 4 о, 025 [Мо]+ 0,1177 M -_ S5b04 (54fO] +49ДСМо] -v<463[у\ .

Числитель дроби уравнения (2.8) вставляет собой величину 0. /19,15, а остальные члены - '

Как видно из уравнения (¿.И) в табл.2.1, введение ванадия существенно снижает диффузионную подвижность азота как в -, так.и в ^ -твердом растворе.

Для случая высоковаяад истых сталей, содержащих первичные

нитриды, расчет необходимой длительности изотермической выдержки при ТОЛА проводил» по уравнению:

Т , и.9)

где 0 - стехиометрический коэффициент;

[Ме]- концентрация нитридообразуклцего элемента з метзлле, Я; - коэффициент диффузии азота з твердо:: оС (- растворе.

С целью качественной оценки ллилная элементов

на диффузию азота в высокохромистом феррите и аустените выполнен расчет истинных коэффициентов диффузии'с учетом термодинамической активности з исследованных сталях.

Показано, что хром в марганец - увеличивает, ванадий -уменьшает, а молибден практически не влияет на величину истинного коэффициента диффузии азота з твердом растворе стабилизированных высокохромистых сталей ферратного класса, линяние мо ванадия в X -твердом растворе оказалось зсс^. -- не зшзчизкл&н^".

'¿.3. Исследование влияния титана на ^паныо-хпмнческне

закономерности твердофазного легирования азотом стали типа Л2гд2ТьфР

л результате экспериментов получены кино--".: .еские насыщения азотом стали типа М^аХ'й&р с резне.:. содержанием ."■::-тана при парциальном давления азота 10-51 каа, температурах 1^00-1300°С и длительностях изотермической зыг.ергки часов. Полученные кривые достаточно хорошо описываются ¿равнение;-.;:

00ге Юпр - (йпР - (-1 • (.ли)

где $/\Г - геометрический фактор, для пластины Уь

V, $ д 1\ - объем, площадь, поверхности и тишина: образна соответственно, см3, с:,■л и см; Н-(2.и) ~ константа скорости реакции:

являющейся лимитирующим звеном процесса.

12 ■

• Экспериментальные значения константы скорости реакции (2,1 (табл.2.2) были обработаны методом наименьших'квадратов в виде уравнения температурной зависимости: : ■

где Н- энергия активации реакции (2.11), Да/г-атсм;

У^- предзкспоненциальный (частотный) мнокитель, с:.;/с.

Таблица г.г

Предельное содеркэнюе азота а значения константы скорости реакции (2.11) в стали тина Л2У2ТБРФ

{^(ОЛ Н1?С | мР^ >*Де< <42.11 с.\;/с ■ ■ Дк

1200 ¡1250 { 10 { 30 | 51 1200¡1300

ш,

к0-ю?

см/с

0,35 0,191 0,182 0,175 0,262 0,321 20,7 21,6 18300 С,93

1,0 " 0,325 0,301 0,279 0,366 0,4*5 ь,у 10,4' ¿4500 1,32

1,20 0,366 0,337 0,311 0,Зуб 0,457 6,8 8,3 47У00 2,«У

1,35 0,397 0,364 0,335 - - 5,6- 7,0 55000 4,77

"1,75 0,479 0,437 0.399 0,486 0,545 3,3 4,5 71500 12,50

Значение константы скорости реакции (2.11) для исследуемой стали, как видно из табл.2.2, зависит не только от температуры, но и от содержания в ней титана. Поэтому для получения обобщенного З'равнения экспериментальные значения К были обработаны методом наименьших квадратов как функция указанных параметров:

' 4г*. м- (2.и)

' При наличии в составе стали, сильных нитридообразующих элементов, к числу которых, в большей мере, чем ванадий, относите* 'и титан, происходит дополнительное поглощение азота, благодаря реакции:

В этом случае насыщенный-твёрдый раствор является переносчиком азота, а его средневзвешенное предельное содернание в металле .будет дополнительно определяться концентрацией титана.

Соответственно обработку экспериментальных данных (табл.2.2) выполнили методом наименьших квадратов в форме линейного уравнения:

[ЮпГ - 0,5М)М4 0,00«*^

связывающего предельное содержание азота в стали типа Н2М2ТБФР с концентрацией в ней титана, температурой и давлением.

3. Исследование влияния химического и фазового состава дшперсиошоудрочненных аысокоазогнетах сталей на механические к коррозионные свойства

Анализ данных по влиянии температурно-временных параметров рекристаллизации и старения на значения ьшкро твердое т>: исследуемых сталей позволил выбрать оптшэльяые режимы термообработки' образцов опытного металла для испытаний на растяжение при 20°С. На основании полученных результатов, а так^е данных по испытаниям стали типа лКЖТБфР. на длпемл^к прочность при 700°С, мо;;:но сделать елсдуящё зизодь с влняк:;:; химического к фазового состава высскохро;.-ксты:: стаяьы на тл ;:ехакнческие свойства, ¿о-первых, погог.!:?5льное влияние коэдезтрацзк азота и катрздообра-зувщего элемента на «ехэннческ:.« свойства ферраках сталей экстремально и имеет'максиму:: при [М1 = 0,0Ь - 0,5% или [ДП~ 0,35/о. во-вторых, г феррита: сталях очень сильное положительное влияние хрома - мовниекиэ предела прочности к текучести на 20 ьЛа/Х. аоьхие•::;:: содержания молибдена на '3% ел::я-ет на механические свойства неоднозначно - он практически не изменяет'предел текучести, ко повышает предел прочности и пластичность. В-третьих, в'аустенитных сталях молибден незначительно повышает механические свойства, а добавка 5% марганца - практически не влияет на прочность и значительно уменьшает пластичность. В-четвертых, увеличение длительности старения с 5 до 20ч практически не влияет на изменение микротвердости феррита, что позволяет сделать вывод о стабильности механических свойств вы-сокбазотистых ферритных сталей в области температур Эксплуатации. Это положение такие подтверждается и результатами испытаний стали типа Х12М2ХБФР с различным содержанием титана и азота на; длительную прочность при 700°С в интервале напряжений 32-' 101 Ша.

i 4

Все исследованные ферритов стали .поело ТОлА ;; старения при 650°С не склонны к шккристоллна,но& коррозии при испытаниях методом АМ (ГОСТ 6032-ва), ь то время как ксходной металл эти испытания не выдергивает. Невосприимчивость к diuv во всех состояниях показали и аустениткые стали, кро;„е одного образца из стали ОЗХ22НГОГ5МЗАФ (0,4t#A/) после кратковременного (5 ч) старения.при 650°С.

4, Изготовление опытно-промышленной партии холодкокатаннык труб и многослойных спль-фонов из высокоазотистых. аустенитных сталей

Полученные результаты бил;: полонени в осноц$ разработанной технологии производства опытно-проашалениок цартви холоднока-танных труб и многослойных сшгьфонов из коррознойноетойких высокопрочных аустенитных сталей, легированных ааого:.: з кэдком л твердом состоянии.

Производство холоднокатаины:-: труб из столп ü3á¿¿HIüAm<¡ осуществлялось из двух партий металла с еццергаааеи азота ü,3I и 0,69$. Как видно из та'бл.''4.1, 'уровень прочностных свойств :.¡a~ талла, прошедшего обработку ¡/.етодш ТОлА, суц.?сл;енно вико, чеы у металла, легированного азоте-.: при плавке, пластичность ке находится практически на одного уровне. Обращает да себя вяшенве тот факт, что измельчение зерно .металла с tyra;,ouir ? азотом 0,31% не приводит к повыьзпрочностных ^рок'лгркс'.'Ж. ¡¡ то же время ыета.чл с 0,6b% a ¿o va- r.p« ото:.- ^¡рочпл« тся.

Коррозионные испытания но погоду Áut с кпдлчой!.о,„ ¿4 часа металла в состоянии поставки (без провоцирующего от ига) свидетельствуют об отсутствии склонности к »¿их стали из^&ШХОАы* как с 0>31, так и с 0,6У$ азота.

Изготовлена опытяо-прошшязmiau партия многослойных силь-фонов различных типоразмеров из особонизкоуглиродзетш; ч ($0,03% С) высокоазотистых (ü,¿b-U,6C#,M ) нес та й ьли зированних •аустенитных хроыоникелевых и хромоникельмолабденових сталей типа 22-I0(6)-GG¿). Результаты испытаний труб-слоев свидетельствуют, что механические свойства стали являются функцией концентрации азота и величины зерна. По сравнение со сталью CibjíIBHlüT предел прочности всех опытны;: сгалай больии в~х,5 раза,. предел текучести - более чеы в Z раза при сохранении достаточно

Таблица 4.1

1К0

труб аз стали 03л^Н1иА;,к

Механические свойства при 2ииС холоднокатанннх

Состояние Ю, ¡ Зерно,! Механические свойства

металла | % ! % ! балл ! ^ >Ша ; ^ >Ша , ^

Легирование п пт „ поп „ 4Л0-4ЭД 7Ю-7Ш 4^-51

азотом пои 0,31 0,029 7-Ь(6) —т™— 7^0— ЯП плавке

Дополнительное 620-6сС '-'5С--1С30 3^47

насыщение л 0,01/ /-Ь(а) ——-— —---———

азотом при ТОЛА 660 9Я} 44

высокого уровня пластичности.

Циклическая прочность опытных спльфонсз при 350°С примерно на порядок больше, чем у серийно применяемой стали ОЬПЬНЮТ, как за счет увеличения содержания азота, тек и за счет легирования молибденом. Установлено, что все исследованные стали в состоянии поставки не склонны к «¿иС.

За счет улучшения эксплуатационных свойств сильнонов достигается экономический эффект ¿67,7 тыс.р^б. (в пенах Х9Ь0 г.).

й ¡1 в 0 д а

1. л результате анализа литературных и собственных данных о влияние азота на структуру и свойства высокохромистых сталей показано, что перспективными высокопрочными коррозионноетонкими материалами являются как аустенитные стали с тзердорастворным упрочнением азотом, так и комплексно-легированные азотом и сильными нитридообразувдши элементами ферритные и аустенитные стали. Одним из эффективных методов их производства является твердофазное легирование азотом тонкостенного передельного проката. • ______ _______________ -

2. Исследованы термодинамические закономерности взаимодействия азота с ферритннми сталями" при температурах 1200-13С0°С и его парциальном давлении 10-71 кДа и с аустенитншли - при 1300°С и 101 кПа. Показано, что предельное содержание азота в сталях обоих классов подчиняется закону Сивертса. Определены численные значения и температурные зависимости констант, растворимости азота в ферритных сталях и параметры взаимодействия хром - азот

второго порядка, ванадий - азот и молибден - азот перзого порядка. Для аустенитных сталей рассчитаны -е« и при 13С0°С. Найдены температурные зависимости концентрация ззота а твердом рзотворг и связанного з перяные к:;тр::ды иападия к клона.

3. Изучен»' кинетические закономерности зысокотеь-пературло-го твердофазного легирования азотом выссксхромпстых сталей. Установлено, что лимитирующей стадией указанного процесса для

. безтитэнастых склей обоих классов, не зависло от содержания занэдвя, является двффузпсяяы:! кассоперс-нос азота в о&ема металла. Определены параметры диффузии ззота Саредекспоненцпадь-ний множитель и энергия актйззции) и их. количественная зависимость от состава металла, что позволяет рассчитывать основные характеристики ТОМ без проведения дополнительных экспериментов.

Показано, что введение в состав металла титана изменяет лимитирующее звено процесса, которым станозится перенос азота в поверхностном слое. Рассчитаны константы скорости абсорбции азота в поверхностном слое стали типа лХй.йТБй? длл различных содержаний з ней титана и температуры и получена ах обобщенная зоззспаость.

4. Исследованы ¡¿азовы? презри д^н:;я в зысокохромаст^х феррите и аустените после тзердофазнсгс легирования азото?.; а при дополнительное старении. Доказано, что з структуре сталей обоих классов с содержанием ззнадия > 1,4% кроме мелких игольчатого вида нитридов, выделяющихся в процессе охлаждения ло определенным кристаллографическим направлениям, наблюдаются относительно крупные (до Б ыкм) первичные нитриды призматической формы, образующиеся з процессе изотермической выдернки. В стали типа Х12Ы2ХЕФР, независимо от концентрации титана (>0,35%), имеет йесто образование мелкодисперсных первичных нитридов.

5." Исследовано влияние химического состава и температурно-временных параметров рекристаллизационного отжига и старения

на механические свойства я стойкость к меккристаллйтной коррозии высокохромистых ферритных и аустенитных сталей.

На основании результатов испытаний стали типа Х121.12ТШР с различным содержанием титана и азота на длительную прочность при 700°С в интервале-напряжений 32-101 Ша, показано, что

увеличивает время до разрушения образцов более чем на по. рядок; '

¿се исследованные ферритные стали после TOjIA и старения при 650°С не склонны к меккристаллитной коррозии, в то время как есгодный металл эти испытания не выдерживает. Невосприимчивость :: ;.iuC показали к аустенптнке стали, промодмие ТОЛА.

6. Изготовлена опытно-промышленная партия холоднокатакных труб из стали тина .Х22ШОДЫ2. Установлено, что уровень прочности^ свойств металла, проведшего обработку методой ТОЛА, существенно выше, чем у металла, легированного прп плавке.«

Временное сопротивление возрастает с 750 до 990 Ша, предел текучести с 470 до 660 Ша при незначительном снижении относительного удлинения (с 50 до 44%).

Коррозионные испытания по методу Ai<i металла в состоянии поставки свидетельствуют об отсутствии склонности к ЫКК стали типа i22Hl0Aid2 независимо от уровня концентрации азотт вплоть до 0,69% мае.

7. Изготовлена экспериментальная партия многослойных силь-фонов пз особонпзкоуглеродистых высокохроыистых аустенвтных сталей, легированных азотом в кидком и твердом состоянии. Определено, что механические свойства труб-слоев является функцией концентрации азота в металле и величины зерна. Установлено, что циклическая прочность сильфоноз из высскоазотистых сталей типа 22-10(6)-0(2) при 350°С примерно на порядок больше, чем у серийно применяемой стали 08XI8HI0T.

Экономический эффект от реализации технологии ТОЛА на объем опытной партии составил 267,7 тыс.руб. (в ценах 1990 г.).

Основное содержание диссертации, опубликовано в работах:

1. Трегубенко Г.Н., Коростелев Г.Р., Заславский Ю.Б. Исследование влияния ванадия и молибдена на физико-химические'закономерности взаимодействия азота с высокохромистым ферритом. // Новые конетрутеционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности'изделий: Тез.докл. У научно-техн.конф. - Запорожье, 1992 . - C.I30-I3I.

2. Исследование влияния титана на физико-химические закономерности твердофазного легирования азотом коррозионностойквх сталей ферриткого и аустенитногб классов / А.Б.Рабинович, Ю.Б. Заславский; Г.Н.Т^егубенйо и Др: // Высокоазотистые стали:

Тр. П конф. - Киев,'1992. - £.1. - С.ЗЫЗ.

1В

3. Применение новых высокопрочных коррозионноетойкпх сталей, легированных азотом, при изготовлении многослойных сильно-ыов / А.Б.Рабинович, ¡ц.Б.оаслэзскли, Г.Н.Тр'Г^ск-иыо и др. // аы:..">:ческсе и нефтяное машиностроение. - ¿ззЗ.-й 6. - 0.30-32. р/и&сяб- /Ие>сА#»;£)>» ар

аИоусМ? г>/ - с&гоы'н/» ¿у ЪЛ^о^еа/

V. ЯШп'по^/сА, (я.Л'.Тпе^/убеп/^о , М7. Т&^а^уеи

¿/¿гя^е*? ^¿сыф ■ Р^ос.О/ -¿/?<? /¿-¿ег: остр. - /^3. - Р&г-б 7~

5. рй^сбею ¡св/ ГериЗуч^

с/ ¿Н■¿■его/сё-Уоп ¿¿^ кУел с?лс/

МоТхУб лУ^/и-^^

¿■•Р.СЯ&Г'^Иэъ^&^.Р&бгЪог/сА, ¿п-р.- Мг^-Т- - & У<££.

°1П -ехр&г/О/ -¿#¿/1 -¿к&ф -

уце^е су® /¡¡ф/? - ^¿¿гарел ~ гер/ур-бя/Ш

¿£/'/70 рЪцХе алс/

яебоу-щр % ^/'¿го^е/7 Ые{/,ос/ ()РР<#6ГЛ0/ о?. У. г/сА, Уч. ¿. Tre>íj¿/¿e/7¿0J

1.М. АН¿ощ ¿Ре,г£ Д-/> 604

7. Исследование влияния титана на ^исино-мехеничеоки-:. закономерности твердофазного л егирования азотом коррозионное топких сталей ферритного и аустзнвтнсго классов /' Б.11.Черный, А.^. ланг.а, В.П.Миноков, '».¡.¿.Бредихин, А.¿>.Рабинович, ¡¿.Б.Заславский Г.Н.Трегубенко и др. // Вопросы атомной науки и техники. Зерня: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение - Харьков, 1993. - Вып.1. - С.43-49.

8. Исследование предельного содержания азота в высокохромистом феррите, легированном ванадием и молибденом /'А.^.Рабинович, Г.Н.Трегубенко, Ю.Б.Заславсккй в др. // Пробл.спец. электрометаллургии. - 1993. - 3. - С.83-68.

ЮТЗ,эакД409,тарД00 экз.