Высокопрочная сталь и изделие, выполненное из нее

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2701325:

Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам высокопрочных сталей, используемых в бронезащитных конструкциях. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,20-0,35, кремний 0,7-1,5, марганец 0,2-1,1, хром 0,5-1,2, никель 1,0-1,9, молибден 0,05-0,45, алюминий 0,005-0,15, азот не более 0,02, медь не более 0,5, титан 0,001-0,3, ванадий не более 0,4, ниобий 0,001-0,3, бор не более 0,015, железо остальное. Сталь может дополнительно содержать, мас.%: не более 0,0005 кислорода, не более 0,0005 водорода, не более 0,25 мышьяка и не более 0,015 олова, свинца, цинка и сурьмы каждого. Сталь имеет мартенсито-бейнитную структуру с содержанием остаточного аустенита до 5%, причем микроструктура содержит неметаллические включения со средним размером не более 10 мкм. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к составам высокопрочных марок сталей, используемых в бронезащитных конструкциях.

Известна броневая сталь, предназначенная для изготовления холоднодеформированных деталей, работающих в условиях высокоскоростного импульсного нагружения. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, кальций, титан, алюминий, ниобий, азот и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,38-0,45, кремний 1,30-1,60, марганец 0,50-0,80, хром 1,00-1,40, никель 1,10-1,60, молибден >0,50-0,60, кальций 0,003-0,008, титан 0,02-0,05, алюминий 0,05-0,10, ниобий 0,03-0,05, азот 0,03-0,05, железо остальное [Патент RU 2434071, МПК С22С 38/50, 2011].

Недостатком данной стали является ее недостаточная свариваемость и гибкость.

Наиболее близким аналогом является броневая сталь, используемая в бронезащитных конструкциях в упрочненном состоянии после закалки на мартенсит, содержащая, мас. %: 0,24-0,64 С; 0,4-1,9 Si; 0,3-1,6 Мn; 0,6-2,0 Сr; 0,6-1,8 Ni; 0,10-0,40 Mo; 0,01-0,15 Al; 0,001-0,020 N; 0,05-0,35 Сu; 0,01-0,15 Ti; остальное Fe. Кроме того, броневая сталь может дополнительно содержать 0,05-5,0 мас. % Со [Патент RU 2447181, МПК С22С 38/14, С22С 38/50, 2012].

Недостатком данной стали является ее низкая твердость и недостаточная прокаливаемость.

Технический результат изобретения - повышение потребительских свойств, а именно бронестойкости и технологического использования (свариваемости) высокопрочной стали и изделий, выполненных из нее, обладающих высокой твердостью.

Указанный технический результат достигается тем, что высокопрочная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюминий, медь, титан и железо, согласно изобретению дополнительно содержит ванадий, ниобий и бор при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углерод 0,20-0,35

Кремний 0,7-1,5

Марганец 0,2-1,1

Хром 0,5-1,2

Никель 1,0-1,9

Молибден 0,05-0,45

Алюминий 0,005-0,15

Азот не более 0,02

Медь не более 0,5

Титан 0,001-0,3

Ванадий не более 0,4

Ниобий 0,001-0,3

Бор не более 0,015

Железо остальное.

при этом она в своей структуре имеет средний размер неметаллических включений не более 10 мкм.

Сталь дополнительно может содержать не более 0,0005% кислорода; не более 0,0005% водорода; не более 0,25% мышьяка; не более 0,015% олова, свинца, цинка и сурьмы каждого из компонентов.

Сталь имеет мартенсито-бейнитную структуру с содержанием остаточного аустенита до 5%.

Технический результат достигается также тем, что изделие изготавливают из стали указанного состава.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При содержании углерода менее 0,20% сталь имеет не достаточную твердость. При содержании углерода более 0,35% снижается свариваемость стали.

Кремний раскисляет сталь, повышает ее прочность и упругость. Он повышает устойчивость мартенсита при локальном нагреве в месте соударения с пулевым сердечником. При содержании кремния менее 0,7% прочность стали ниже допустимой. При содержании более 1,5% снижается свариваемость.

Марганец раскисляет сталь, повышает его прочность, связывает серу. При содержании марганца менее 0,20% сталь является не достаточно раскисленной, что приводит к ее охрупчиванию. При содержании марганца более 1,10% снижается пластичность стали и ее стойкость к ударным нагрузкам.

При содержании хрома менее 0,50% сталь имеет не достаточную твердость. При содержании хрома более 1,20% снижается пластичность стали и ее стойкость к ударным нагрузкам.

При содержании никеля менее 1,0% снижается прочность стали и ее стойкость к ударным нагрузкам. Содержание никеля более 1,9% приводит к чрезмерному удорожанию стали.

При содержании молибдена менее 0,05% сталь не обладает достаточной прокаливаемостью, имеет не достаточную твердость. При содержании молибдена более 0,45% снижается пластичность стали и ее стойкость к ударным нагрузкам.

При содержании алюминия менее 0,005% сталь является не достаточно раскисленной, что приводит к ее охрупчиванию. При содержании алюминия более 0,15% увеличивается количество не металлических включений в стали, что ведет к снижению ее пластичности и стойкости к ударным нагрузкам.

Нитриды в стали повышают ее прочность и твердость, но сильно уменьшают пластичность, поэтому содержание азота в стали ограничено 0,02%.

При содержании меди свыше 0,5% снижается пластичность стали и ее стойкость к ударным нагрузкам.

При содержании титана менее 0,001% сталь является не достаточно раскисленной, снижается ее прочность, а также повышается ее чувствительность к перегреву. Повышение содержания титана более 0,30% приводит к снижению вязкостных свойств стали.

При содержании ванадия более 0,40% снижается пластичность стали и ее стойкость к ударным нагрузкам.

При содержании ниобия менее 0,001% сталь имеет не достаточную твердость, не обладает достаточной износостойкостью, а также становится чувствительной к перегреву. При содержании ниобия более 0,30% повышается склонность стали к охрупчиванию.

Бор измельчает микроструктуру стали и повышает ее прокаливаемость. Увеличение содержания бора более 0,015% приводит к снижению ударной вязкости стали.

Водород растворяется в металле и становится причиной появления существенных дефектов в шве - пористости и трещин. Его содержание в стали ограничено 0,0005%.

Кислород в стали ухудшает все свойства: пределы прочности (σ_в) и текучести (σ_т), относительное удлинение (δ) и ударную вязкость (α). Его содержание в стали ограничено 0,0005%.

Мышьяк в стали не является вредной примесью, и его действие похоже на действие меди. При содержании до 0,1% мышьяк повышает предел прочности и предел упругости стали. При этом пластичность и ударная вязкость снижаются незначительно. Мышьяк при затвердевании ликвирует подобно сере и фосфору. Присадка мышьяка несколько повышает сопротивляемость стали атмосферной коррозии. До 0,25% мышьяк не изменяет свариваемость стали.

Олово, свинец, цинк и сурьма повышают чувствительность стали к отпускной хрупкости. Их содержание в стали должно быть ограничено 0,015% каждого.

Преимущественно мартенситная структура обеспечивает наилучшее сочетание твердости стали и ее стойкости к ударным нагрузкам.

У нижнего бейнита игольчатое строение, похожее на строение мартенсита. Карбиды нижнего бейнита очень мелкие, благодаря этому структура нижнего бейнита обеспечивает высокую твердость и прочность стали и при этом сохраняет высокую пластичность.

Наличие остаточного аустенита до 5% повышает пластичность стали.

Для того, чтобы сталь удовлетворяла комплексу требуемых механических свойств, средний размер содержащихся в ней неметаллических включений должен быть не более 10 мкм. Средний размер неметаллических включений определяется при увеличении ×100 на площади 100 мм² в 84 полях зрения и соответствует средне арифметическому значению диаметра всех выявленных включений.

Изобретение поясняется результатами эксперимента.

В таблицах 1 и 2 приведены химические составы сталей с различным содержанием легирующих элементов и примесей. В таблице 3 представлены контролируемые параметры сталей.

Примеры 1-6 с соблюдением предложенных параметров. Примеры 7-9 с не соблюдением некоторых параметров.

Как следует из таблицы 3, при соблюдении заявляемых параметров (примеры 1-6), сталь обладает высокими твердостью, относительным удлинением, ударной вязкостью и пределом прочности. Полученные характеристики механических свойств стали позволяют повысить бронестойкость различных конструкций, изготовленных из них. Также эксперименты показали, что заявленная сталь обладает удовлетварительной свариваемостью.

Таким образом, предложенная высокопрочная сталь характеризуется повышенными потребительскими свойствами и может использоваться для изготовления бронезащитных конструкций.

1. Высокопрочная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюминий, медь, титан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, ниобий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,20-0,35
Кремний	0,7-1,5
Марганец	0,2-1,1
Хром	0,5-1,2
Никель	1,0-1,9
Молибден	0,05-0,45
Алюминий	0,005-0,15
Азот не более	0,02
Медь не более	0,5
Титан	0,001-0,3
Ванадий не более	0,4
Ниобий	0,001-0,3
Бор не более	0,015
Железо	остальное

при этом она имеет структуру со средним размером неметаллических включений не более 10 мкм.

2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит не более 0,0005 мас.% кислорода.

3. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит не более 0,0005 мас.% водорода.

4. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит не более 0,25 мас.% мышьяка.

5. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит не более 0,015 мас.% олова, свинца, цинка и сурьмы каждого.

6. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет мартенсито-бейнитную структуру с содержанием остаточного аустенита до 5%.

7. Изделие, выполненное из высокопрочной стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по любому из пп. 1-6.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии обработки жаропрочных мартенситных сплавов, применяемых в энергетической промышленности в качестве конструкционных материалов для производства котлов, роторов и другого оборудования тепловых электростанций нового поколения, работающих при температуре до 650°C.

Способ изготовления арматурной стали // 2695719

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству стальной высокопрочной проволочной арматуры, производимой методом холодного волочения и термомеханической обработки.

Сталь, изделие из стали и способ его изготовления // 2693990

Изобретение относится к получению нержавеющей стали мартенситно-аустенитного класса, предназначенной для изготовления высоконагруженных деталей, работающих на кручение и изгиб под динамической нагрузкой в агрессивных кислых средах с высоким содержанием солей щелочных и щелочноземельных металлов, солей азотной и серной кислот, ионов хлора, сероводорода.

Способ производства толстолистового высокопрочного износостойкого проката (варианты) // 2691809

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству проката толщиной до 50 мм. Для повышения прочностных свойств, ударной вязкости и твердости при сохранении достаточной пластичности предложено пять вариантов осуществления способа, при этом каждый из вариантов способа включает выплавку стали, содержащей, мас.%: углерод 0,18-0,28, кремний 0,20-0,70, марганец 0,50-1,60, фосфор не более 0,025, сера не более 0,010, никель 0,03-1,50, хром 0,03-1,00, медь 0,03-0,50, молибден 0,03-0,60, ниобий 0,01-0,08, титан 0,005-0,05, алюминий 0,035-0,08, кальций 0,001-0,01, азот не более 0,008, бор 0,001-0,005, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом при отношении Ti/N<3,42 минимально допустимое содержание алюминия определяют из соотношения Al=0,035+(3,42×N-Ti)×1,93, где N, Ti - содержание азота и титана в стали, углеродные эквиваленты СЕТ и CEV составляют не более 0,43% и 0,60% соответственно, ее внепечную обработку, непрерывную разливку в слябы, нагрев слябов в диапазоне температур 950-1200°С, многопроходную горячую прокатку, ускоренное охлаждение до температуры 20-400°С со скоростью 9-40°С/с и отпуск при 150-400°С, причем второй вариант способа охарактеризован режимом закалки, третий вариант - режимом прокатки, четвертый и пятый варианты - режимами прокатки и закалки.

Способ производства низколегированного хладостойкого свариваемого листового проката // 2690398

Изобретение относится к области металлургии, к производству листового проката толщиной до 25 мм из низколегированной хладостойкой конструкционной стали для использования в судостроении, топливно-энергетическом комплексе.

Способы обработки сплавов // 2690246

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу обработки заготовки из аустенитного сплава, обеспечивающей подавление выделения сигма-фазы. Способ включает по меньшей мере один этап обработки, выбираемый из группы, состоящей из термомеханической обработки заготовки и охлаждения заготовки.

Способ термомеханической обработки жаропрочной стали мартенситного класса // 2688017

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке жаропрочной хромистой стали мартенситного класса, применяемой для изготовления элементов котлов и паропроводов, а также паровых турбин энергетических установок с рабочей температурой пара до 650°С.

Конструкционная криогенная сталь и способ ее получения // 2686758

Изобретение относится к области металлургии, а именно к особохладостойким конструкционным сталям, используемым для изготовления оборудования, предназначенного для хранения и транспортировки сжиженного природного газа.

Высокопрочная стальная полоса с низким отношением предела текучести к пределу прочности и способ ее производства // 2682074

Изобретение относится к высокопрочной стальной полосе с отношением предела текучести к пределу прочности менее 0,85, используемой для изготовления механических конструкций, строительства мостов, архитектурных и инженерно-технических сооружений.

Экономнолегированная хладостойкая высокопрочная сталь // 2680557

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным хладостойким конструкционным сталям, используемым для изготовления сосудов высокого давления, применяемых для хранения сжатых газов (воздуха) в широком диапазоне температур, в том числе на Крайнем севере.