Высокопрочная хладостойкая сталь

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве толстолистового проката из стали высокой прочности, хладостойкости и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,07-0,11, кремний 0,15-0,40, марганец 0,30-0,60, хром 0,30-0,70, никель 1,80-2,20, медь 0,40-0,70, молибден 0,25-0,35, ванадий 0,03-0,06, алюминий 0,01-0,05, кальций 0,001-0,005, сера 0,001-0,005, фосфор 0,001-0,010, мышьяк 0,001-0,006, олово 0,001-0,010, свинец 0,001-0,004, цинк 0,001-0,012, железо - остальное. Суммарное содержание мышьяка, олова, свинца и цинка составляет не более 0,020 мас.%, а величина коэффициента трещиностойкости при сварке Pсм не превышает 0,27%. Сталь обладает высокой прочностью с гарантированной величиной предела текучести 590 МПа и имеет высокую хладостойкость при температурах до минус 80°C. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве толстолистового проката из стали высокой прочности улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении и других отраслях промышленности.

Для изготовления ответственных сварных конструкций достаточно широко используется сталь следующего химического состава, мас.% [1]:

Углерод 0,08-0,12
Кремний 0,2-0,4
Марганец 0,45-0,75
Хром 1,05-1,30
Медь 0,35-0,65
Никель 1,05-2,20
Молибден 0,10-0,18
Алюминий 0,01-0,06
Ванадий 0,04-0,06
Ниобий 0,02-0,05
Кальций 0,005-0,050
Cepa 0,001-0,005
Железо остальное

причем величина коэффициента трещиностойкости при сварке Pсм, рассчитываемого по формуле

не должна быть выше 0,28%.

Известная сталь обеспечивает высокие требования по хладостойкости до минус 80°C, улучшенную свариваемость (по величине коэффициента трещиностойкости), высокую трещиностойкость по критерию CTOD в зоне термического влияния сварного шва. Основным недостатком указанной стали является недостаточный уровень прочности - гарантированная величина предела текучести составляет 500 МПа, что ограничивает применение стали для изготовления тяжелонагруженных конструкций.

Для изготовления корпусов кораблей и морских технических сооружений используется низкоуглеродистая хромоникельмолибденовая сталь, принятая за прототип, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.% [2]:

Углерод 0,07-0,11
Кремний 0,17-0,37
Марганец 0,30-0,60
Хром 0,30-0,70
Никель 1,80-2,30
Медь 0,40-0,70
Молибден 0,25-0,35
Ванадий 0,02-0,05
Алюминий 0,005-0,04
Элемент из группы, содержащей кальций, барий 0,005-0,05
Сера 0,003-0,015
Фосфор 0,003-0,015
Железо остальное

при условии, что сумма (никель + медь) не менее 2,4 мас.%; сумма (сера + фосфор) не более 0,025 мас.%.

В листовом прокате толщиной до 30 мм сталь обеспечивает высокую прочность при сохранении высокой пластичности, сопротивляемости хрупким и коррозионно-механическим разрушениям, хорошей свариваемости, изотропности свойств и сопротивления слоистому разрыву, однако высокие показатели ударной вязкости гарантируются при температурах не ниже минус 40°C.

Техническим результатом изобретения является разработка конструкционной стали высокой прочности с гарантированной величиной предела текучести не менее 590 МПа, обладающей высокой хладостойкостью при температурах до минус 80°C.

Технический результат достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, ванадий, алюминий, кальций, серу, фосфор и железо, дополнительно содержит мышьяк, олово, свинец и цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,07-0,11
Кремний 0,15-0,40
Марганец 0,30-0,60
Хром 0,30-0,70
Никель 1,80-2,20
Медь 0,40-0,70
Молибден 0,25-0,35
Ванадий 0,03-0,06
Алюминий 0,01-0,05
Кальций 0,001-0,005
Сера 0,001-0,005
Фосфор 0,001-0,010
Мышьяк 0,001-0,006
Олово 0,001-0,010
Свинец 0,001-0,004
Цинк 0,001-0,012
Железо остальное

при условии, что сумма (мышьяк + олово + свинец + цинк) не более 0,020 мас.%, а величина коэффициента трещиностойкости при сварке Pсм, рассчитываемого по формуле

(п.4.2.2 части XII «Правил классификации, постройки и оборудования ПБУ и МСП») не должна быть выше 0,27%.

Содержание углерода в указанных пределах способствует обеспечению высокой прочности стали. Превышение указанных пределов нецелесообразно вследствие существенного снижения пластичности, вязкости, хладостойкости, а также повышения закаливаемости и увеличения склонности стали к образованию горячих и холодных трещин при сварке.

Пределы содержания марганца, хрома, меди, никеля и молибдена обеспечивают необходимую прочность стали и низкотемпературную вязкость стали посредством твердорастворного упрочнения, а также прокаливаемость за счет повышения стабильности аустенита в ферритной области при γ-α превращении и образования преимущественно бейнитно-мартенситных структур при закалке проката в толщинах до 30 мм.

Ванадий способствует достижению необходимого уровня прочности и вязкости вследствие измельчения микроструктуры за счет выделения дисперсных частиц карбидов и карбонитридов в процессе прокатки. Алюминий вводится в сталь в качестве раскислителя, а также с целью измельчения зерна. Кальций в указанных пределах вводится в сталь с целью модифицирования неметаллических включений, что благоприятно сказывается на изотропности механических свойств и вязкости стали, в том числе при отрицательных температурах.

Сера и фосфор являются элементами, отрицательно влияющими на изотропность механических свойств стали, пластичность и вязкость при низких температурах. Фосфор обуславливает повышенную склонность к хрупким разрушениям при понижении температуры испытаний и отпускной хрупкости за счет обогащения межзеренных границ. Ограничение содержания фосфора в указанных пределах способствует обеспечению высокой хладостойкости стали при температурах до минус 80°C, а в сочетании с введением молибдена в указанных пределах позволяет исключить отпускную хрупкость.

Влияние мышьяка на свойства стали аналогично влиянию фосфора, и при массовой доли в стали не более 0,008 мышьяк не оказывает отрицательного влияния на свойства стали [3]. Олово, свинец и цинк оказывают отрицательное влияние на горячую и холодную пластичность стали при прокатке и гибке листового проката. При суммарном содержании мышьяка, олова, свинца и цинка в металле более 0,020% происходит снижение значений ударной вязкости и сдвиг температуры вязко-хрупкого перехода в область более высоких температур. Такое влияние известно и связано со склонностью примесей цветных металлов образовывать при кристаллизации легкоплавкие эвтектики в межосных участках дендритов [4].

Пример

Сталь была выплавлена в электропечи и после внепечного рафинирования и вакуумирования разлита в непрерывнолитые слябы. Химический состав приведен в таблице 1.

Слябы прокатывали на листы толщиной 8-30 мм, которые подвергали термическому улучшению (закалка в воду от температуры 920±20°C с отпуском в интервале температур 610÷680°C).

Механические свойства определяли на образцах, вырезанных поперек направления прокатки. Испытание на растяжение выполняли по ГОСТ 1497 на плоских образцах типа I №18 (для листов толщиной 8 мм), цилиндрических образцах типа III №6 (для листов толщиной 20 мм), цилиндрических образцах типа III №3 (для листов толщиной 30 мм). Испытания на ударный изгиб выполняли по ГОСТ 9454 на образцах с V-образным надрезом тип 11 при температурах плюс 20, минус 40, минус 60°C и минус 80°C.

Результаты механических испытаний (средние значения по результатам двух испытаний на растяжение и трех на ударный изгиб) приведены в таблице 2.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2269588, МПК С22С 38/48, 2004 г.

2. Патент Российской Федерации №1676276, МПК С22С 38/46, 1994 г.

3. Явойский В.И., Кряковский Ю.В., Григорьев В.П. и др. Металлургия стали. - М.: Металлургия, 1983. - 584 с.

4. Бернштейн М.Л., Добаткин C.B., Капуткина Л.М., Прокошкин С.Д. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства сталей. - М.: Металлургия, 1989. - 544 с.

Хладостойкая высокопрочная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, ванадий, алюминий, кальций, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит мышьяк, олово, свинец и цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,07-0,11
кремний 0,15-0,40
марганец 0,30-0,60
хром 0.30-0,70
никель 1,80-2,20
медь 0,40-0,70
молибден 0,25-0,35
ванадий 0,03 -0,06
алюминий 0,01-0,05
кальций 0,001-0,005
сера 0,001-0,005
фосфор 0,001-0,010
мышьяк 0,001-0,006
олово 0,001-0,010
свинец 0,001-0,004
цинк 0,001-0,012
железо остальное

при этом суммарное содержание (мышьяк + олово + свинец + цинк) составляет не более 0,020 мас.%, а величина коэффициента трещиностойкости при сварке Рсм не превышает 0,27%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к горячедеформированным насосно-компрессорным трубам и муфтам к ним, изготавливаемым из конструкционных сталей.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к двухслойному листовому прокату толщиной 10-50 мм, состоящему из слоя износостойкой стали и слоя свариваемой стали, для изготовления сварных конструкций, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре до -40°C.
Сталь // 2532662
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям, применяемым для изготовления силовых деталей, шестерен и валов, поверхности которых упрочняют азотированием.

Высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный погружением стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженный оцинкованный погружением стальной лист, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаного стального листа, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованного погружением стального листа и способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженного оцинкованного погружением стального листа // 2531216
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, имеющему отношение предела текучести к пределу прочности 0,6 или более. Лист выполнен из стали следующего состава, в мас.%: 0,03-0,20% С, 1,0% или менее Si, от более 1,5 до 3,0% Mn, 0,10% или меньше Р, 0,05% или менее S, 0,10% или менее Аl, 0,010% или менее N, один или несколько видов элементов, выбранных из Ti, Nb и V, общее содержание которых составляет 0,010-1,000%, 0,001-0,01 Ta, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным комплекснолегированным высокопрочным сталям, закаливающимся на воздухе, и может быть использовано при производстве осесимметричных деталей, работающих под давлением.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным конструкционным сталям, закаливающимся преимущественно на воздухе, используемым для изготовления осесимметричных корпусных деталей.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения свариваемых штрипсов категории прочности X100 по стандарту API 5L-04, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов высокого давления.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству крупного горячекатаного сортового и фасонного проката из низкоуглеродистой низколегированной стали.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из двухслойного проката, длительно эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях интенсивного механического, коррозионно-эрозионного воздействия мощных ледовых полей и морской воды, в частности корпусов атомных ледоколов, судов ледового плавания, морских ледостойких стационарных и плавучих платформ для добычи углеводородов на арктическом шельфе.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению труб для добычи нефти и газа, которые могут эксплуатироваться как в обычных условиях, так и в условиях коррозионного воздействия со стороны добываемого флюида в присутствии сероводорода (H2S) и углекислого газа (CO2). Труба изготовлена из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,21-0,28, кремний 0,15-0,45, марганец 0,50-0,95, хром 0,80-1,30, молибден 0,25-0,45, никель не более 0,50, медь не более 0,30, алюминий 0,015-0,050, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,012, ванадий 0,03-0,08 или бор 0,001-0,004 и титан не более 0,045, железо и неизбежные примеси остальное. Достигается требуемая коррозионная стойкость труб в средах, содержащих сероводород и углекислый газ, при обеспечении предела прочности не менее 655 МПа и предела текучести от 552 до 826 МПа. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионностойким сталям переходного класса, используемым для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций в машиностроении и судостроении, работающих в условиях воздействия коррозионной среды. Сталь содержит в мас.%: углерод 0,12-0,35, азот 0,11-0,21, хром 14,0-15,0, никель 2,5-3,5, марганец 0,5-1,5, молибден 1,2-1,7, кремний 0,2-0,6, медь 1,5-2,0, ванадий 0,05-0,10, кальций 0,005-0,050, церий 0,005-0,030, иттрий 0,005-0,030, лантан 0,005-0,030, барий 0,005-0,020, железо - остальное. Обеспечивается высокий уровень механических и коррозионных свойств. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу конструкционной стали повышенной прочности и трещиностойкости, используемой для изготовления высоконагруженных бандажей колес тягового подвижного состава железных дорог. Сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,35-0,50, кремний 0,23-0,47, марганец 0,65-0,95, хром 0,63-0,87, никель 1,85-2,15, молибден 0,14-0,27, ванадий 0,06-0,20, железо остальное. Повышаются временное сопротивление разрыву, твердость, ударная вязкость и трещиностойкость, а также износостойкость и контактно-усталостная выносливость стали. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам высокопрочных коррозионно-стойких сталей, используемых для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,01-0,04, кремний 0,10-0,80, марганец 0,50-1,50, хром 14,0-16,0, никель 3,0-5,0, азот 0,1-0,2, медь от более 0,5 до 2,5, ванадий 0,02-0,20, кальций от более 0,005 до 0,030, железо и примеси - остальное. Отношение содержания углерода к содержанию азота составляет 0,2 или менее. Сталь обладает высокими пределом текучести и пределом прочности при сохранении высокой пластичности и ударной вязкости. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойким сталям, используемым для производства бесшовных горячекатаных насосно-компрессорных и обсадных труб, работающих в условиях высокой концентрации углекислого газа и сероводорода в составе перекачиваемой углеводородной среды на месторождениях, расположенных в арктических районах. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,14-0,23, кремний 0,17-0,4, марганец 0,4-0,7, хром от более 1,0 до 5,1, молибден 0,15-0,5, ванадий 0,04-0,06, никель 0,1-0,7, медь 0,15-0,5, алюминий 0,02-0,05, сера не более 0,007, фосфор не более 0,015, азот не более 0,014, железо - остальное. Коэффициент эксплуатационной надежности стали, определяемый по выражению R=0,8×[Cr]+3,5×[Mo]+2,5×[Cu], составляет 2,0÷5,5, а содержание серы должно составлять не более Smax=0,01-0,01×[Cu], мас.%. Обеспечивается повышенная эксплуатационная надежность труб за счет увеличения стойкости к углекислотной коррозии при сохранении стойкости к сульфидной коррозии, высокая хладостойкость и предотвращение явления красноломкости при горячем прокате труб. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам высокопрочных конструкционных сталей, используемых в оборудовании для холодной обработки давлением, в конструкциях летательных аппаратов, в транспортном, горнодобывающем и дорожно-строительном машиностроении, в деталях и механизмах, длительно сопротивляющимся постоянным и знакопеременным нагрузкам в широком диапазоне температур. Сталь содержит, мас.%: углерод от более 0,50 до 0,70, марганец 0,42-0,82, кремний 0,80-1,80, хром 0,80-2,00, никель 1,50-3,00, молибден 0,30-0,60, алюминий 0,02-0,15, ванадий 0,02-0,12, церий 0,005-0,02, медь 0,03-2,00, кальций от более 0,005 до 0,015, железо и неизбежные примеси – остальное. Обеспечивается сочетание высокой прочности и пластичности стали, а именно: временное сопротивление разрыву (σB) 2200-2500 МПа, относительное удлинение (δ) 12-14,5%, относительное сужение (Ψ) 30-40%, ударная вязкость (KCU) более 50 Дж/м2 и твердость (HRC) 56-60. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали для изготовления стальных колёс для рельсового транспорта. Сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод от 0,45 до 0,60, кремний от 0,38 до 0,50, марганец от 0,80 до 1,00, ванадий не более 0,15, хром от 0,80 до 1,00, фосфор не более 0,02, сера не более 0,015, медь не более 0,3, никель не более 0,25, алюминий не более 0,04, железо – остальное. Достигается повышение механических и эксплуатационных свойств стали, предназначенной для изготовления железнодорожных колёс методами обработки металлов давлением и литья.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к металлу сварного шва, применяемому в сварных конструкциях. Металл сварного шва, содержащий в мас. %: С от 0,02 до 0,10, Si от 0,10 до 0,60, Mn от 0,90 до 2,5, Ni от 0,20 до 2,00, Cr от 0,05 до 1,0, Мо от 0,10 до 1,50, Ti от 0,040 до 0,15, В от 0,0010 до 0,0050, О от 0,030 до 0,100, и N 0,015 или менее, железо и неизбежные примеси – остальное. Средний диаметр эквивалентной окружности карбидов, имеющих диаметр эквивалентной окружности 0,40 мкм или более, среди присутствующих на границах зерен металла сварного шва карбидов, составляет 0,75 мкм или менее. Металл сварного шва имеет высокие значения низкотемпературной ударной вязкости при более низких температурах, прочности после SR-отжига, а также при применении дуговой сварки в защитном газе с использованием проволоки с флюсовой сердцевиной. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к атмосферостойкой стали, используемой для изготовления высокопрочных болтов, гаек и шайб. Сталь содержит углерод, марганец, фосфор, серу, кремний, хром, никель, медь, молибден, ванадий, титан и железо при следующем соотношении, мас.%: углерод от более 0,3 до 0,42, марганец 0,4-1,4, фосфор не более 0,02, сера не более 0,02, кремний 0,15-0,37, хром 0,3-1,0, никель 0,2-0,8, медь 0,2-0,6, молибден 0,15-0,25, ванадий 0,1-0,18, титан не более 0,05, железо остальное. Повышается стойкость к замедленному хрупкому разрушению и к коррозионному растрескиванию. 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к литым штамповым сталям. Может использоваться для изготовления инструмента горячего деформирования. Литая штамповая сталь содержит, мас. %: углерод 0,2-0,3; кремний 0,5-1,0; марганец 0,8-1,2; хром 6,5-7,0; никель 2,0-2,5; молибден 0,35-0,45; ванадий 0,8-1,2; барий 0,002-0,004; сурьма 0,002-0,004; серебро 0,02-0,04; медь 1,0-1,6; алюминий 0,2-0,25; железо - остальное. Сталь обладает высокой теплостойкостью. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве толстолистового проката из стали высокой прочности, хладостойкости и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.: углерод 0,07-0,11, кремний 0,15-0,40, марганец 0,30-0,60, хром 0,30-0,70, никель 1,80-2,20, медь 0,40-0,70, молибден 0,25-0,35, ванадий 0,03-0,06, алюминий 0,01-0,05, кальций 0,001-0,005, сера 0,001-0,005, фосфор 0,001-0,010, мышьяк 0,001-0,006, олово 0,001-0,010, свинец 0,001-0,004, цинк 0,001-0,012, железо - остальное. Суммарное содержание мышьяка, олова, свинца и цинка составляет не более 0,020 мас., а величина коэффициента трещиностойкости при сварке Pсм не превышает 0,27. Сталь обладает высокой прочностью с гарантированной величиной предела текучести 590 МПа и имеет высокую хладостойкость при температурах до минус 80°C. 2 табл., 1 пр.

Наверх