Свариваемая сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к свариваемой стали, применяемой в машиностроении, строительстве. Толстолистовая высокопрочная экономно легированная свариваемая сталь дополнительно содержит титан, хром, никель при следующих соотношениях компонентов, мас.%: углерод 0,09... 0,18; марганец 1,2...1,9; кремний 0,10...0,50; алюминий 0,02...0,10; титан 0,02. . . 0,10; ванадий 0.02...0,10; бор 0,002...0,006; молибден 0,05...0,3; никель 0,3...0,9; хром 0,3...0,9; иттрий 0,001...0,008; железо - остальное, причем соотношение элементов должно быть: Сталь при высоких прочностных свойствах, высокой ударной вязкости при отрицательных температурах и высокой пластичности обладает повышенной равномерностью свойств во всех направлениях толстого листа (высокие значения свойств в Z- направлении), что позволяет применить ее в машиностроении, строительстве для ответственных металлоконструкций. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сталям, применяемым в машиностроении, строительстве. Сталь подвергается гибке, ударным воздействиям, сварке.

Сталь обладает высоким комплексом свойств: высокой прочностью, хорошей пластичностью, высокой ударной вязкостью, малой анизотропией свойств.

Известны высокопрочные свариваемые стали, применяемые в машиностроении и строительстве. Сталь 14ХГНМДАФБТР и сталь 14ХГН2МДАФБ.

Эти стали имеют в состоянии после закалки и высокого отпуска предел прочности более 800 Н/мм², предел текучести более 700 Н/мм² и удовлетворительную вязкость.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является сталь, содержащая, мас.%: Углерод 0,12...0,18 Марганец 1,4...1,8 Кремний 0,17... 0,40 Алюминий 0,02...0,09 Ванадий 0,02...0,06 Бор 0,001...0,005 Молибден 0,01...0,08 Иттрий 0,001...0,008 Железо Остальное причем сумма (Al+Y+V+Mo)=0,08...0,19 Сталь имеет следующие механические свойства: Предел текучести ≥700 Н/мм² Предел прочности ≥800 Н/мм² Относительное удлинение ≥17% Ударная вязкость KCV^-40 ≥60 Дж/см² Недостатком известной стали является то, что она имеет повышенную анизотропию свойств листа, особенно в Z-направлении, недостаточные прочность и вязкость, что приводит к снижению конструктивной прочности стали и к опасности разрушения конструкции при ударном нагружении.

Предлагаемая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ванадий, молибден, бор, иттрий и железо, дополнительно содержит титан, никель, хром при следующих соотношениях компонентов, мас.%: Углерод 0,09... 0,18 Марганец 1,2. ..1,9 Кремний 0,10...0,50 Алюминий 0,02...0,10 Титан 0,02...0,10 Ванадий 0,02...0,10 Бор 0,002...0,006 Молибден 0,05...0,3 Никель 0,3. ..0,9 Хром 0,3...0,9 Иттрий 0,001...0,008 Железо Остальное причем соотношение элементов должно быть 0,146 > > 0,01 Предлагаемая сталь при высоких прочностных свойствах, высокой ударной вязкости при отрицательных температурах и хорошей пластичности обладает повышенной равномерностью свойств во всех направлениях толстого листа (имеет высокие свойства в Z-направлении), что позволяет ее применить в машиностроении, строительстве (для ответственных металлоконструкций).

Введение в сталь добавки 0,146 > > 0,01 затормаживает реакцию образования полигонального феррита и приводит к образованию бейнитной структуры с дисперсными сферическими частицами (Al, Ti, Y) CN. При этом легирование должно быть таким, чтобы обеспечивать температуру бейнитного превращения В_н=590...650^оС. В итоге образуется бейнитная структура с минимальными внутренними напряжениями в сочетаниях большого размера и минимальной гетерогенностью, что приводит к равномерности свойств во всех направлениях.

Содержание углерода более 0,18% ухудшает вязкость и свариваемость стали, содержание углерода менее 0,09% недостаточно для достижения нужной прочности.

Содержание марганца более 1,9% приводит к снижению пластичности, содержание марганца менее 1,2% недостаточно для снижения критических точек.

Содержание кремния более 0,5% приводит к избыточному выделению феррита, содержание кремния менее 0,10% недостаточно для раскисления стали.

Содержание никеля и хрома в количестве менее 0,3% недостаточно для снижения критических точек, содержание их более 0,9% приводит к резкому повышению прочности, к снижению ударной вязкости и к повышению углеродного эквивалента.

Содержание ванадия более 0,10% приводит к падению вязкости из-за загрязнения карбонитридами, содержание ванадия меньше 0,02% недостаточно для сохранения необходимой прочности.

Алюминий в количестве менее 0,02% не обеспечивает качественного раскисления стали, при его содержании более 0,10% резко возрастает количество неметаллических включений.

Содержание титана более 0,10% может привести к хрупкости, содержание титана менее 0,02% недостаточно для связывания углерода и азота.

Бор в количестве более 0,006% может привести к хрупкости стали, количество бора менее 0,002% недостаточно для подавления ферритного превращения.

Содержание молибдена более 0,3% экономически не целесообразно, содержание молибдена менее 0,05% не позволяет получить нужную прокаливаемость.

Содержание иттрия более 0,008% загрязняет сталь неметаллическими включениями, содержание иттрия менее 0,001% недостаточно для глобуляризации всех частиц.

При отношении более 0/146 более 0,146 задержка образования полигонального феррита становится неустойчивой из-за опасности перехода бора в неэффективную форму, при отношении менее 0,01 бора недостаточно для подавления полигонального феррита.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленный состав стали отличается от известного введением новых элементов: титана, хрома, никеля и соотношением суммы элементов 0,146 > > 0,01.

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию новизна.

Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, которой бы достигался сходный эффект - при высоких прочностных свойствах, высокой ударной вязкости при отрицательных температурах и повышенной пластичности с повышенной равномерностью свойств во всех направлениях (имеет высокие значения свойств в Z-направлении).

Заявляемая совокупность признаков соответствует критерию "изобретательский уровень".

Другие варианты осуществления изобретения.

Сталь выплавляли в 50 кг индукционной печи, прокатывали на лист толщиной 60 мм. После термообработки, состоящей из закалки и отпуска при температуре 650^оС, изготавливали образцы для испытаний. Механические свойства при растяжении определяли при комнатной температуре по ГОСТ 1497-81 на цилиндрических образцах, вырезанных из листа в направлении поперек прокатки и по толщине листа (в Z-направлении). Ударную вязкость определяли по ГОСТ 9454-78 также на поперечных образцах и в Z-направлении.

В табл. 1 приведен химический состав предлагаемой и известной стали, в табл. 2 - механические свойства предлагаемой и известной стали. Как видно из полученных данных, предлагаемая сталь при высоких прочностных свойствах, высокой ударной вязкости, пластичности обладает повышенной равномерностью свойств во всех направлениях толстого листа (имеет высокие значения свойств как в поперечном направлении, так и в Z-направлении).

Предлагаемая сталь может быть изготовлена на металлургических заводах черной металлургии, например на металлургическом комбинате "Азовсталь".

Формула изобретения

СВАРИВАЕМАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ванадий, молибден, иттрий, бор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан, хром, никель при следующем соотношении компонентов, мас.% : Углерод - 0,09 - 0,18 Марганец - 1,2 - 1,9 Кремний - 0,1 - 0,5
Алюминий - 0,02 - 0,10
Титан - 0,002 - 0,10
Ванадий - 0,02 - 0,10
Бор - 0,002 - 0,006
Молибден - 0,05 - 0,3
Никель - 0,3 - 0,9
Хром - 0,3 - 0,9
Иттрий - 0,001 - 0,008
Железо - Остальное
при этом

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2