Сталь
Изобретение относится к области металлургии , в частности к высокопрочной свариваемой стали, предназначенной для сварных конструкций в строительстве и машиностроении . С целью повышения свариваемости , способности к формоизменению в холодном состоянии, хладостойкости при сохранении прочности сталь дополнительно содержит титан и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0.09-0,15, кремний 0,15-0,6. марганец 1,0- 1,9, хром 0,5-1,0, никель 0,5-1,4, молибден 0,05-0,50, ванадий 0,02-0,10, ниобий 0,01- 0,06, азот 0,008-0,020, алюминий 0,01-0,08 медь 0,05-0,40. титан 0.005-0.08, кальций 0,001-0.01, железо остальное. При выполнении следующих соотношений: углерод+марганец/6+кремний/24+хром/5+ни кель/40ь медь/13+ванадий/14 0,70, 530- 415 углерод+90 углерод - 35 марганец - 20 никель - 10 молибден 350; ниобий+ванадий+(титан - 3,4 азот)0,05-0,20. 2 табл. ел С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з С 22 С 38/50, 38/58
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4878838/02 (22) 30.10.90 (46) 23.07.92. Бюл. N. 27 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П, Бардина (72) Д.A. Литвиненко, В,Н. Никитин, Л.И.
Эфрон, В.Г. Лазько, B.М. Маслюк, Ф.И. Басин, Ю,В, Дружинин, А.Д, Леонов, Н.Г. Рябова, Е.М. Титиевский, Л.И. Миходуй и Н,Ю.
Доскин (56) Авторское свидетельство СССР
N. 1059022, кл, С 22 С 38/48, 1983. (54) СТАЛЬ (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочной свариваемой стали, предназначенной для сварных конструкций в строительстве и маИзобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе железа; точнее к конструкционным свариваемым сталям, используемым для сварных конструкций в строительстве и машиностроении, Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является сталь, содержащая, мас.%:
Углерод 0,10-0,17
Кремний 0,15 — 0,50
Марганец 1.0 — 1.6
Хром 1.0- 1,5
Молибден 0,2-0,5
Никель 1,6-2,3
Ванадий 0.05-0.26
Азот 0,010-0,030
Алюминий 0.03-0,10 Ж „, 1749307 А1 шиностроении. С целью повышения свариваемости, способности к формоизменению в холодном состоянии, хладостойкости при сохранении прочности сталь дополнительно содержит титан и кальций при следующем соотношении компонентов, мас,ь: углерод
0.09-0,15. кремний 0,15-0,6, марганец 1,01,9, хром 0,5-1,0, никель 0,5-1.4, молибден
0,05-0,50, ванадий 0,02 — 0,10, ниобий 0,010,06, азот 0,008-0,020, алюминий 0,01-0,08, медь 0,05 — 0,40. титан 0,005 — 0.08, кальций
0,001-0.01, железо остальное, При выполнении следующих соотношений: углерод+марганец/6+кремний/24+хром/5+ни кель/40+ медь/13+ванадий/14< 0,70; 530415 углерод+90 углерод — 35 марганец — 20 никель — 10 молибден>350; ниобий+ванадий+(титан — 3,4 азот)=0,05-0,20. 2 табл.
Ниобий 0 03 — 0 20
Медь 0,3-1,0
Церий . 0,005-0,03
Железо Остальное
Однако она имеет неудовлетворительные свариваемость, пластичность и хладостойкость и не может быть использована для ответственных сварных конструкций, работающих при отрицательных температурах, Целью изобретения является улучшение свариваемости и способности к формоизменению в холодном состоянии, хладостойкости при сохранении прочности, Поставленная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, ванадий, 1749307
20
50 азот, алюминий, ниобий, медь и железо, дополнительно содержит титан и кальций при следующем соотношении компонентов, мас,%:
Углерод 0,09-0,15
Кремний 0,15-0,6
Марганец 1,0-1,9
Хром, 0,5-1,0
Никель . 0,5-1,4
Молибден 0,05-0,50
Ванадий 0,02-0,10
Ниобий . 0,01-0,06
Титан 0,005-0,08
Алюминий 0,01-0,08
Азот 0,008 — 0,020
Медь 0,05 —.0,40
Кальций 0,001-0,01
Железо Остальное
При этом должны быть выполнены следующие соотношения;
1) С+ Mn(6+ Si) 24+ Сг(5+ Ni) 40+
+ Cu (13+ V ) 14 < 0,70;
2) 530 — 415С+ 90С вЂ” 35 Mn— — 30 Cr — 20Ni — 10 Мо > 350;
3) Nb+ V+ (Ti — 3,4N) =0,05 — 0,20
Содержание углерода в выбранных пределах необходимо для обеспечения требуемого комплекса свойств (прочность, хладостойкость). При его содержании в мартенсите (бейните) менее 0,09% {с учетом части углерода, связанного в карбиды ниобия, ванадия и титана) не обеспечивается уровень йрочности (от 700-800 Н/мм ), а при содержании более 0,15% снижаются пластичность и хладостойкость стали.
Пределы содержания элементов, входящих в твердый раствор: марганца, хрома, молибдена и никеля, выбраны с целью обеспечения прокаливаемости стали и формирования структуры малоуглерадистого мартенсита (воэможно, с долей бейнита}.
Кроме того, молибден вводится для снижения склонности стали к отпускной хрупкости, а никель — для повышения хладостойкости стали. Увеличение содержания укаэанных элементов выше предлагаемого верхйего предела ухудшает пластичность и свариваемость стали, Содержание марганца менее 1%, хрома и никеля менее 0.5% каждого снижает прокаливаемость стали, приводит к формированию в c1pya Алюминий обеспечивает раскисленике стали, предотвращает угар вводимых титана и кальция, Минимально необходимое количество алюминия для раскисления составляет 0,01%, увеличение его более 0,08% приводит к ухудшению технологичности при разливке, а также к образованию поверхностных дефектов. Минимальное количество вводимой меди обеспечивает повышение коррозионной стойкости стали, а максимальное обусловлено предотвращением склонности к образованию поверхностных трещин. Кальций обеспечивает модифицирование сульфидных включений, связывая серу в прочные соединения, что обеспечивает повышенную ударную вязкость и способность к формоизменению в холодном состоянии. Кроме того, образуемые кальцием отдельно, а так>ке комплексно с титаном, серой и углеродом (карбосульфиды) труднорастворимые включения способствуют измельчению зерна аустенита, тормозя его рост при нагреве под прокатку и в паузах между проходами, что также улучшает ударную вязкость и хладостойкость стали. Содер>кание кальция менее 0,001% iie обеспечивает положительного влияния на указанные свойства, а повышение его содержания более 0,01% увеличивает загрязненность стали неметаллическими включениями и ухудшает пластичность и ударную вязкость, Азот в предлагаемой стали входит в состав дисперсных частиц нитрида титана и карбонитрида ванадия. Нижний предел содержания азота обеспечивает минимально необходимую объемную долю дисперсных частиц нитрида титана. Увеличение содержания азота более 0,020% способствует еще в жидком состоянии интенсивному образованию крупных (более 1 мкм) первичных частиц нитрида титана, которые образуют скопления, что приводит к снижению ударной вязкости и хладостойкости Титан, в зависимости от его соотношения с азОтом, выполняет в предлагаемой стали двоякую роль: при его содержании. не превышающем стехиометри .еского соотношения с азотом (Ti<3,4Т), титан образует 1749307 Второе соотношение представляет собой статистическую модель, описывающая влияние основных легирующих элементов на мартенситную точку Мн(С), При температуре Мн ниже 350 С в процессе мартенситного превращения при термомеханической обработке не происходит самоот ;уска мартенсита, что отрицательно отражается на уровне вязкости и хладостойкости стали и может приводить к образованию трегцин. Граничной температурой, гарантирующей, отсутствие трещин, является 350 С. Пример, Сталь выплавляют в индукционной печи и разливают в слитки массой 25 кг. Слитки после нагрева до 1200 С куют на заготовки сечением 60х60 мм. которые подвергают горячей деформации за девять пропусков на лист толщиной 10 мм по схеме термомеханической обработки: температу ра натрева 1200 С. температура окончания деформации 850 С, последеформационное охлаждение в воде, отпуск 650 С (2 ч). Иэ полученных листов вырезают поперечные круглые пятикратные образцы для испытания на статическое растяжение по ГОСТ 1497-84 и поперечные ударные образцы II типа для определения ударной вязкости по ГОСТ 9454-78 и порога хладноломкости. Также проводят имитацию термического цикла сварки по ГОСТ 2387079 с определением ударной вязкости в имитированной околошовной зоне. В табл. 1 приведены составы предлагаемой и известной сталей, в табл. 2 — их механические свойства, Как видно иэ полученных данных (см. табл. 2), предлагаемая сталь обеспечивает более высокий комплекс характеристик хладостойкости, свариваемости и способности к формоизменению в холодном состоянии при сохранении прочностй, что говорит о пригодности предлагаемой стали для изготовления сварных конструкций ответственного назначения, в том числе в северном 5 исполнении. При одинаковом уровне прочностных свойств предлагаемая сталь содержит в среднем на 0,6% хрома и на 0,95% никеля меньше. Формула изобретения Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, ниобий, алюминий, азот, медь и железо, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения свариваемости и способности к формоизменению в холодном состоянии. хладостойкости при сохранении прочности, она дополнительно содержит титан и кальций при следующем соотношении компонентов мас.%, углерод — 0,09 0,15; кремний С+ Mn+ Si + Сг+ 6 24 5 + Ni + Cu \/ .„ 40 13 14 530 — 415С+90С2 — 35Mn— -ЗОСг — 20NI — 10Мо>350 Выполнение первого соотношения обеспечивает удовлетворительную свариваемость и отсутствие склонности к холодным трещинам при сварке. 55 При превышении указанного соотйошения (0,70) в околошовной зоне при сварке плавлением образуется мартенсит с высокой твердостью и возникают трещины в сварном соединении. дисперсные частицы (ТIN), обеспечивающие иэмельчение зерна аустенита и улучшение вязкости стали эа счет торможения роста аустенитного зерна при нагреве подпрокат- ку и между проходами в цикле термодефор- 5 мационной обработки. Минимальное содержание титана обусловлено получени-. ем достаточного количества (не менее 0,004 об.%) дисперсных частиц (0,02 мкм) нитрида титана. 10 Ванадий, ниобий и титан (при его содержании, превышающем стехиометрическое соотношение с азотом;Т!>3,4И) — карбидообразующие элементы. Они введены с целью дисперсного упрочнения матрицы l5 (низкоуглеродистого мартенсита или бейнита). Кроме того, легирование указанными выше элементами (в первую очередь ниобием и титаном) обеспечивает управление процессом рекристаллизации аустенита в 20 цикле термомеханической обработки. Минимальное содержание ванадия и ниобия (0,02 и 0,01%, соответственно) и суммарное содержание V+Nb+(TI — 3,4N) выбраны с учетом их растворимости и необхо- 25 димого содержания углерода в матрице для обеспечения необходимой доли упрочняющих частиц. Содержание ванадия более 0,10%, ниобия более 0,06%, титана более 0,08% или суммарного содержания карби- 30 дообразующих более 0,2% вызывает интенсивное дисперсное упрочнение, ухудшающее хладостойкость, пластичность и свариваемость. Кроме указанных выше пределов содер- 35 жания элементов и соотношений между ними для обеспечения требуемого комплекса механических и технологических характеристик необходимо выполнение еще двух соотношений; 40 1749307 Таблица 1 Хнничеснма состаа нрерлтгаемоа н нэеестноа стелса оотноненме е Соаарнанна алемеитое, нас.2 ) С (» )- ) ° )- T (41 )» ) j- (Ореолатаенал сталь 0,09 0,6 1 0 0,5 1,4 0,05 0,10 0,01 0 ° 005 0,01 ОТ008 0,40 416 0 45 0,56 0,69 0,69 0,45 0,01 Осталь- О, Н 1,45 0,)5 0,95 О ° 2) 0,06 0,035 0,042 0,045 1 9 1 0 О 5 О 50 О 02 О 06 О 08 0 08 1 9 1 0 О 5 0 5 О 02 О 03 О 065 0 08 1,0 0,5 1,4 0,05 0,10 0,05 0,025 0,01 »ааестнал сталь 1,0 1,0 2,3 0,35 0,26 0,03 0,03 1,3 1,5 1,95 0,2 О, 15 0 ° 1 1 - 0,06 l,6 1,25 1,6 0,5 . 0,05 0,20 - 0,10 4 н н 1)»Ь + Р + (fi - 3.4») " 0.05 " О 201 2) 330 - 413C t 90Се-ЭЭ»е - 30Cr - ?О»4 — 1121о>3301 1ьт Si Cr »i Cv V Э) С + + тС + 3- + тцн + т5 + тт (О,Т. 0,014 0,15 0,020 0,05 0,020 0,05 0,008 0,40 0,0025 0,001 0,001 0,01 0,095 385,5 0.102 359 0,05 359 O,2 416 То не н и 0,12 0,1S 0,15 0,09 0,35 0,15 0 15 0,6 0,10 0,50 0, 14 0, 33 О,1) 0 ° 15 0,030 0,015 0,005 н 0,010 0,30 0,020 0,65 0,030 1,0 н. аСоотноееннл Таблица 2 Механические свойства предлагаемои и известной сталей т Составитель Ф.Басин Техред M,Ìîðãåíòàë Редактор Т.Иванова Корректор Э.Лончакова Заказ 2567 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР t13035, Москва. Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужсород. ул,Гагарина, 101 — 0,15-0.6: марганец — 1,0-1,9; хром — 0,51,0: никель — 0,5-1,4; молибден — 0.05-0,50; ванадий — -0.02-0,10: ниобий — 0,01-0,06; алюмийий —. 0,01-0.08: азот — 0.008-0,020; медь — 0,05 — 0,40; титан — 0,005-0,08; кальций — О,001-0,01:железо — остальное при выполненч и следующих соотношений: углерод+марганец/6+кремний/24+хром/5 +никель/ 40 + медь/13 + ванадий/14<0,7; 530- 415углерод + 90углерод-в квадрате5 35марганец-30хром-20ни кель-10молибден> 350; ванадий+ниобий+(титан-3,4азот)= 0,05 — 0,20.
