Сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционной стали, применяемой для тяжело нагруженных деталей современных плавучих буровых установок, ледоколов, кранов, судовых конструкций. Высокопрочная свариваемая сталь в толщинах до 300 мм имеет высокую прочность, ударную вязкость в сочетании с высокой пластичностью. Сталь содержит компоненты, мас. %: углерод 0,08-0,16; кремний 0,1-0,4; марганец 0,2-0,6; хром 0,75-1,4; никель; никель 3,5-5,7; молибден 0,2-1; медь 1-1,5; ванадий 0,08-0,25; алюминий 0,02-0,06; сера 0,001-0,015; фосфор 0,001-0,015; железо - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, к конструкционным сталям, применяемым при изготовлении толстолистового проката и поковок для судовых и других тяжело нагруженных деталей, отвечающих требованиям высокой прочности в сочетании с хорошей вязкостью и свариваемостью.

Известен ряд сталей для изготовления листового проката, деталей судового и энергетического машиностроения, однако требуемого сочетания толщины, высокой прочности с хорошей вязкостью и свариваемостью эти стали не имеют.

Широко применяемая сталь марки 08ГДНФ (ОСТ 5.9125-83) обеспечивает хорошую пластичность и свариваемость, но гарантирует в сечении до 200 мм предел текучести не более 45 кгс/мм² (441 Н/мм²).

Известна сталь 20ХН (ГОСТ 4543-71) следующего химического состава (прототип), мас.

Углерод 0,17-0,23 Кремний 0,17-0,37 Марганец 0,40-0,70 Хром 0,45-0,75 Никель 1,00-1,40 Медь ≅0,25 Сера ≅0,015 Фосфор ≅ 0,015 Железо Остальное Сталь обеспечивает предел текучести не менее 60 кгс/мм² (588 Н/мм²), работу удара при +20^oC не менее 80 Дж (8 кг·см). Относительное сужение составляет не менее 50%
Однако сталь неудовлетворительно сваривается и не дает вязкого излома в сечениях до 300 мм.

Целью изобретения является создание новой марки стали, обладающей высокой прочностью в сочетании с высокой пластичностью и вязкостью в сечениях до 300 мм, а также хорошо свариваемой.

Цель достигается введением в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, серу, фосфор, железо дополнительного количества никеля и меди, а также введением молибдена, ванадия, алюминия и понижением содержания углерода, при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,08-0,16
Кремний 0,10-0,40
Марганец 0,20-0,60
Хром 0,75-1,40
Никель 3,50-5,70
Молибден 0,20-1,00
Медь 1,00-1,50
Ванадий 0,08-0,25
Алюминий 0,02-0,06
Сера 0,001-0,015
Фосфор 0,001-0,015
Железо Остальное.

При массовой доле легирующих элементов в пределах заявляемого состава новая сталь обеспечивает в толщинах до 300 мм гарантированный предел текучести 60, 70, 80 кгс/мм², (588, 687, 785 Н/мм²), что обеспечивается соответствующей термической обработкой, и полную прокаливаемость за счет увеличения массовой доли никеля и меди, а также повышенной массовой доли молибдена.

Мелкозернистая структура, получаемая в результате легирования стали ванадием и микролегирования алюминием, обеспечивает высокое значение характеристик пластичности и ударной вязкости (>45% KV⁺²⁰ > 60 Дж (6 кг·см)).

Повышение свариваемости обеспечивается понижением массовой доли углерода.

Заявляемая сталь и сталь прототип изготовлены в ЦНИИ КМ "Прометей", определены механические свойства и вид излома, характеризующий прокаливаемость стали.

Химический состав исследуемых сталей приведен в табл.1.

Металл изготавливался в индукционной печи. После ковки образцы стали подвергали термической обработке (закалка + отпуск). Результаты испытаний (табл. 2) подтверждают преимущества предлагаемой стали по прочности и пластичности в сечениях до 300 мм.

Таким образом, высокий уровень прочности стали в сочетании с высокими значениями пластичности, вязкости и сопротивляемости хрупким разрушениям в толщинах до 300 мм, (что достигается за счет повышения прокаливаемости стали, эффекта твердорастворного упрочнения, а также более эффективного развития процессов вторичного твердения) позволяет использовать сталь для тяжело нагруженных деталей современных плавучих буровых установок, ледоколов, кранов, судовых и машиностроительных конструкций, повышая их надежность и сроки эксплуатации.

Формула изобретения

Сталь содержащая углерод, кремний, марганц, хром, никель, медь, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден, ванадий, алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,08 0,16
Кремний 0,1 0,4
Марганец 0,2 0,6
Хром 0,75 1,40
Никель 3,5 5,7
Молибден 0,2 1,0
Медь 1,0 1,5
Ванадий 0,08 0,25
Алюминий 0,02 0,06
Сера 0,001 0,015
Фосфор 0,001 0,015
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2