Конструкционная сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к низколегированной стали, предназначенной для изготовления металлических конструкций, устойчивых к морской коррозии и низким температурам. Сущность: сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, титан и железо, дополнительно содержит азот и кальций при следующих соотношениях компонентов, мас.%: С 0,10-0,18; Si 0,50-1,10; Mn 0,30- 0,80; Аl 0,01-0,05; Ti 0,005-0,020; N 0.008-0,025; Са 0,005-0,020 и железо - остальное. Сталь обладает хорошим сочетанием стойкости к морской коррозии и механических свойств. При достаточно высоких прочностных свойствах предлагаемая сталь обладает высокой пластичностью. Кроме того, данная сталь по величине ударной вязкости отвечает требованиям, предъявляемым к сталям для эксплуатации в условиях Севера. Данной сталью можно заменить ряд более дорогих конструкционных сталей для металлических сооружений портов, в частности для изготовления шпунтовых свай. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к низколегированной стали, предназначенной для изготовления металлических конструкций устойчивых к морской коррозии и низким температурам.

Известна сталь, содержащая, мас. углерод 0,12; кремний 0,80; марганец 0,50-0,80; хром 0,60-0,90; никель 0,50-0,80; медь 0,40-0,60; железо остальное [1] Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является сталь, содержащая 2 мас. углерод 0,09-0,13; кремний 0,40-1,13; марганец 0,60-1,00; хром 0,90-1,30; алюминий 0,01-0,03; титан 0,01-0,03; железо остальное [2] Эта сталь обладает повышенной стойкостью к морской коррозии и высокими механическими свойствами за счет рационального соотношения содержания углерода, кремния и марганца и предназначена для металлических сооружений портов, в частности для изготовления шпунтовых свай. Однако возрастающие требования к конструкционным сталям для работы в морской воде по стойкости к морской коррозии и по уровню механических свойств ограничивает ее применение. По уровню прочностных свойств и ударной вязкости при низких температурах данная сталь заменяется в конструкциях на другие, более дорогие стали.

Целью изобретения является усовершенствование конструкционной стали регламентированием интервалов значений количества вводимых в сталь углерода, кремния и марганца, алюминия, титана, кальция, азота к морской воде, прочность и ударную вязкость при температуре до -70^oС.

Это достигается тем, что известная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, титан и железо, дополнительно содержит азот и кальций при следующих соотношениях компонентов, мас. углерод 0,10; кремний 0,10-0,50; марганец 0,30-0,80; алюминий 0,01-0,05; титан 0,005-0,020; азот 0,008-0,025; кальций 0,005-0,020; железо остальное.

В предлагаемой стали содержание углерода и марганца близко к содержанию данных элементов в прототипе. Увеличение содержания углерода до 0,18 мас. в предлагаемой стали осуществляется с целью повышения технологичности ее выплавки и прочностных свойств.

Уменьшение содержания марганца до пределов 0,30-0,80 мас. что в 1,5 раза меньше, чем в прототипе, выполнено для снижения себестоимости производства предлагаемой стали.

Содержание кремния в предлагаемой стали принято равным 0,50-1,10 мас. что в 1,5 раза выше по граничным пределам, чем в прототипе. Данное содержание кремния наилучшим образом обеспечивает высокие прочностные свойства данной стали.

Отсутствие в заявляемой стали хрома компенсируется для сохранения высокой коррозионной стойкости микродобавками ряда элементов с получением в результате этого существенной экономии.

Дополнительный ввод в заявляемую сталь азота и кальция в предлагаемых пределах обеспечивает повышение стойкости к морской коррозии, механических свойств и, прежде всего, пластических свойств и ударной вязкости.

Повышение свойств стали достигается как за счет заявленного сочетания содержания углерода кремния и марганца, так и за счет образования путем дополнительного ввода алюминия, титана и азота, нитридов, обеспечивающих формирование стабильной мелкодисперсной структуры, независимо от технологии горячей механической обработки. Наиболее эффективным является содержание азота в пределах 0,008-0,025 мас. Снижение содержания азота ниже 0,008 мас. не обеспечивает необходимого уровня свойств. Повышение содержания азота выше 0,025 мас. приводит к снижению пластических свойств стали в результате переупрочнения металла и увеличению склонности его к деформационному старению.

Введение титана в пределах 0,005-0,020 мас. обеспечивает формирование в стали нитридов титана требуемых размеров для образования мелкодисперсной структуры. Так, при уменьшении содержания титана ниже 0,005 мас. в стали используется неэффективно, а при увеличении его свыше 0,020 мас. происходит увеличение размеров нитридов титана, что приводит к уменьшению прочностных свойств и, в большей степени, пластичности стали.

Оптимальное содержание алюминия в стали 0,01-0,05 мас. При уменьшении его содержания ниже 0,01 мас. установлено понижение уровня механических свойств стали. Содержание алюминия свыше 0,05 мас. не приводит к повышению механических свойств, но существенно затрудняет разливку стали ввиду затягивания канала разливочного стакана.

Проверку стали осуществляли на сталях, химический состав которых приведен в табл. 1. Выплавку металла проводили в индукционной печи ИСТ-60, а легирование азотом присадкой в сталеразливочный ковш азотированного Si-Mn и SiCa. Разливку металла проводили сверху в уширенную книзу изложницу. Масса слитков составляла 150 кг. Горячую деформацию слитков на сутунку осуществляли свободной ковкой на 10-тонном молоте.

Результаты проведения механических испытаний опытных сталей, выполненных в соответствии с требованиями ГОСТа, приведены в табл.2.

Из табл. 2 следует, что предлагаемая сталь в сравнении с известной обладает более высокими механическими свойствами, в частности, в 1,2 раза более высокими прочностными свойствами, в 1,3 раза более высокими пластическими свойствами и в 2 раза более высокой ударной вязкостью при низких температурах.

В результате коррозионных испытаний заявляемой стали и известного состава стали по прототипу установлено, что заявляемая сталь обладает на 10-15 более высокой стойкостью к морской коррозии по сравнению с прототипом.

Наиболее высокая коррозионная стойкость к морской коррозии получена в образцах от плавок N 3,6,7, которые отличаются от других плавок несколько большим суммарным содержанием углерода, кремния и марганца (табл.3).

Проведенные сравнительные испытания коррозионной стойкости ряда известных сталей также подтвердили высокую стойкость к морской коррозии заявляемой стали, в частности и по сравнению со сталями 10ХСНД и 15ХСНД.

Из этого следует, что предлагаемая сталь обладает хорошим сочетанием стойкости к морской коррозии и механических свойств. При достаточно высоких прочностных свойствах предлагаемая сталь обладает высокой пластичностью. Кроме того, данная сталь по величине ударной вязкости отвечает требованиям, предъявляемым к сталям для эксплуатации в условиях Севера.

Таким образом, данной сталью можно заменить ряд более дорогих конструкционных сталей для металлических сооружений портов, в частности для изготовления шпунтовых свай.

Формула изобретения

Конструкционная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, алюминий, титан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций и азот при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,1 0,18 Кремний 0,5 1,1 Марганец 0,3 0,8 Алюминий 0,01 0,05 Титан 0,01 0,1 Кальций 0,005 0,02 Азот 0,008 0,025
Железо Остальноеа

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3