Сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к стали, которая может быть использована для изготовления крупногабаритных изделий, например, сосудов давления типа корпус реактора АЭС с сечением заготовок до 350 мм. С целью повышения ударной вязкости сталь дополнительно содержит кальций и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,13 - 0,18; кремний 0,15 - 0,35; марганец 0,65 - 1,10; никель 0,5 - 0,8; хром 1,8 - 2,5; молибден 0,5 - 0,8; ванадий 0,015 - 0,045; алюминий 0,01 - 0,07; азот 0,006 - 0,012; кальций 0,0002 - 0,0009; бор 0,0002 - 0,003; железо остальное. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к сталям, которые могут быть использованы для изготовления крупногабаритных изделий, например, сосудов давления типа корпус реактора АЭС с сечением заготовок до 350 мм (КП 45 при 350^оС).

Известна сталь, состоящая из следующих компонентов, мас.%: углерода 0,08-0,12; кремния 0,15-0,35; марганца 0,6-1,2; никеля 0,5-0,9; хрома 1,8-2,5; молибдена 0,5-0,8; ванадия 0,015-0,045; алюминия 0,01-0,07; азота 0,006-0,012; кальция 0,0002-0,0009; железо остальное.

Недостатком указанной стали является пониженная прочность.

Наиболее близкой по составу и достигаемому эффекту является сталь, которая может быть принята за прототип предлагаемой стали, состоящая из следующих компонентов, мас.%: углерод 0,13-0,18; кремний 0,17-0,37; марганец 0,30-0,60; хром 1,70-2,40; никель 1,00-1,50; молибден 0,50-0,70; ванадий 0,05-0,12. алюминий 0,01-0,035; азот 0,005-0.012. медь 0,11-0,20. мышьяк 0,0035-0,0055; железо остальное.

Недостатком указанной стали является нестабильность ударной вязкости в процессе технологических циклов изготовления (сварки и промежуточных отпусков) и эксплуатации изделия.

Целью данного изобретения является повышение ударной вязкости.

Цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, молибден, ванадий, алюминий, азот и железо, дополнительно содержит кальций и бор следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,13-0,18; кремний 0,15-0,35, марганец 0,65-1,10; никель 0,5-0,8; хром 1,8-2,5; молибден 0,5-0,8; ванадий 0,015-0,0045; алюминий 0,01-0,07; азот 0,006-0,012; кальций 0,0002-0,0009; бор 0,0002-0,003; железо - остальное. Сталь может содержать примеси, мас.%: меди до 0,2; серы до 0,02; фосфора до 0,02.

Предлагаемая сталь содержит в среднем на 0,5% никеля меньше по сравнению с известной сталью при более высоком содержании марганца, что предотвращает падение ударной вязкости при технологических циклах изготовления (сварки и промежуточных отпусках) и эксплуатации изделия за счет повышения точки А₁ до 750-765^оС (по сравнению с 700-730^оС для известной стали) и исключения образования локальных микрообъемов относительно стабильного аустенита в процессе технологических отпусков в интервале температур 620-680^оС (обусловленном допускаемым уровнем остаточных напряжений в зоне сварного шва) общей длительностью до 45 ч.

Введение в предлагаемую сталь дополнительного количества марганца (0,65-1,10% ) для сохранения необходимой прокаливаемости не приводит к снижению ударной вязкости по указанной причине, так как суммарная дендритная ликвация по этим аустенитообразующим элементам уменьшается (дендритная ликвация марганца в крупных поковках рассматриваемых сталей составляет, как правило, 0,15-0,18% , в то время как никеля 0,30-0,35%). Уменьшение содержания никеля в стали приводит также к снижению стоимости стали.

Введение в сталь дополнительно бора в указанном количестве повышает прокаливаемость и способствует улучшению однородности свойств толстостенных заготовок в результате замедления выделения феррита при низких скоростях охлаждения.

Наличие в предлагаемой стали кальция в количестве 0,0002-0,0009 мас.% вызывает увеличение ее пластичности за счет благоприятного влияния на распpеделение сульфидных включений.

В табл. 1 приведен состав трех плавок предлагаемой стали с содержанием компонентов на нижнем, среднем и верхнем пределах и известной стали двух плавок с содержанием компонентов на нижнем и верхнем пределах, а в табл.2 приведены механические свойства предлагаемой и известной стали после оптимальной термообработки, имитирующей термообработку поковки сечение 350 мм на КП 45 (при 350^оС), а также результаты испытаний ударной вязкости после специальной циклической обработки при отрицательных температурах (до минус 190^о), направленной на выявление нестабильности ударной вязкости.

Как видно из табл.2, предлагаемая сталь при одинаковом с известной сталью уровне прочностных и пластических характеристик характеризуется неизменностью значений ударной вязкости при -25^оС после дополнительного трехкратного охлаждения до -190^оС.

У известной стали после аналогичной обработки происходит падение ударной вязкости почти в 1,5 раза. Металлографическими исследованиями (цветная металлография) и дилатометрическими исследованиями падение ударной вязкости для известной стали связали с распадом при циклическом охлаждении до -190^оС небольших количеств (2-5% ) аустенита, образовавшегося в процессе отпуска при температурах, близких к точке А_с1.

Применение предлагаемой стали для изготовления сосуда высокого давления типа реактора АЭС позволит снизить затраты на изготовление одного корпуса.

Формула изобретения

СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, хром, молибден, ванадий, алюминий, азот и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения ударной вязкости, она дополнительно содержит кальций и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,13 - 0,18 Кремний 0,15 - 0,35 Марганец 0,65 - 1,1 Никель 0,5 - 0,8 Хром 1,8 - 2,5 Молибден 0,5 - 0,8 Ванадий 0,015 - 0,045 Алюминий 0,01 - 0,07
Азот 0,006 - 0,012
Кальций 0,0002 - 0,0009
Бор 0,0002 - 0,003
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2