Низколегированная литейная сталь

 

НИЗКОЛЕГИРОВАННАЯ ЛИТЕЙНАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, медь, алюминий, кальций и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения предела прочности, предела текучести и устойчивости к сероводородному растрескиванию , она дополнительно содержит барий и окислы редкоземельных металлов при следующем соотношении компонентов , мас.%: 0,22-0,32 Углерод 0,9-1,7 Марганец 0,52-1,1 Кремний 1,1-1,9 Хром i 0,2-0,6 Медь 0,04-0,14 Алюминий (Л 0,002-0,02 КсШьций 0,002-0,02 Барий Окислы редкозе0 ,02-0,08 мельных металлов Остальное Железо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) С 22 С 38 20 С 22 38 38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ж. ."С 1 . @

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0,02-0,08

Остальное (21) 3550255/22-02 (22) 07.02.83 (46) 07.10.84. Бюл. tt- 37 (72) Ю.И.Рубенчик, О.Ф.Фролов, l0 Г.Хмелев, B.И.Пындак, П.И.Лиманкин, Б.Г.Восходов, В.П.Золотов, Е.К.Гончаров, И.И.Василенко и Л.А.Куслицкий (71) Волгоградский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический

1 институт и Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт технологии химического и нефтяного аппаратостроения (53) 669.15-194(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

11 - 865958, кл. С 22 С 38/38, 1980.

2. Патент Великобритании lt 1558731, кл. С 7 А, опублик. 1978. (54) (57) НИЗКОЛЕГИРОВАННАЯ ЛИТЕЙНАЯ

СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, медь, алюминий, кальций и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения предела прочности, предела текучести и устойчивости к сероводородному растрескиванию, она дополнительно содержит барий и окислы редкоземельных металлов при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Углерод 0,22-0,32

Марганец 0,9-1, 7

Кремний 0,52-1, 1

Хром 1,1 — 1,9

Медь 0,2-0,6

Алюминий 0,04 -0,14

Кальций 0,002-0,02

Барий 0,002-0,02

Окислы редкоземельных металлов

Железо

1 1 17334

0,22-0,32

0,9-1,7

0,52 — 1,1

1,1 — 1,9

0,2-0,6

0,04-0,14

0,002-0,02

0,002-0,02

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к низколегированным литейным сталям, используемым в средах, вызывающих наводораживание. 5

Известна сталь $1) следующего состава, мас.%:

Углерод 0,07 — 0,14

Марганец 1,2-2,0

Кремний 0,2-0,6 1Ð

Ванадий О, 05-0, 14

Хром 0,01-0,3

Алюминий О,О1-О,06

Медь 0,01 — 0,3

Титан 0,01-0,05

Кальций 0,001 0,018

Барий 0 001-0 01

РЗМ 0,001-0,01

Железо Остальное

Недостатками данной стали являются плохие литейные характеристики и низкие прочностные свойства.

Наиболее близкой к предлагаемой является низколегированная сталь $2) следующего состава, мас.X:

Углерод - 0,05-0,2

Кремний 0 01-0 5

Марганец 0,6-2,0

Алюминий 0,01-0,1

Сера Не более 0,002

Редкоземельные металлы 0,08-0, 03

Медь 0 2-0,6

Никель 0,1-0,6

Хром Менее 0,8

Бор 0,0005-0,005

Молибден 0,1-С,8

Ниобий О, 01-0, 15

Ванадий 0,01-0 15

Цирконий 0,01-0,1

Титан 0,01-0,1

4О

Железо Остальное

Недостатками известной стали являются низкие предел прочности, предел текучести и устойчивость к сероводородному растрескиванию.

Цель изобретения — повышение предела прочности, предела текучести и устойчивости низколегированной литейной сталм к сероводородному растрескиванию.

Для достижения поставленной цели низколегированная литейная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний,, хром, медь, алюминий, кальций и желеso дополнительно содержит барий и окислы редкоземельных металлов при следующем соотношении компонентов, масеХ;

Углерод

Марганец

Кремний

Хром

Медь

Алюминий

Кальций

Барий

Окислы редкоземельных металлов 0,02-0,08

Железо Остальное

Барий является поверхностно-активным элементов, вводится в сталь для обеспечения чистоты границ первичных дендритов и образования вторичных силикатов бария и, таким образом, радикально изменяет, совместно с кальцием при их соотношении 1:1, морфологию и характер выделения как оксидной, так и сушильной фаэ. Кроме того, барий снижает ионизационный потенциал, что дает возможность производить приварку фланцев трубопроводов к литой запорной арматуре из ,предлагаемой стали, а также ремонт (заварку дефектов) в;любых пространственных положениях.,Наний предел содержания бария выбран из расчета его положительного воздействия совместно с кальцием на морфологию и характер неметаллических включений.

Верхний предел ограничен существующими технологическими возможностями при производстве стали.

Окисная фаза редкоземельных элементов обеспечивает дробление в литом металле грубодендритной литой структуры, кроме того, обеспечивает повышенную изотропность свойств по толщине отливки и повышенную устойчивость против внутреннего и наружного водородного растрескивания. Помимо этого, окислы редкоземельных элементов, являясь устойчивыми центрами кристаллизации, создают возможность равномерного эатвердевания отливки по всему сечению, препятствуя ликви,цации серы и ее скоплению в отдельных узлах детали, обеспечивая ее распределение в форме мелких, обособленных точечных образований равномерно по сечению отливки. Это тем более важно, что другим способом (например, регулируемой прокаткой в катаном металле) в толстостенной отливке добиться исключения ликвации серы невозможно.

Ниялий предел содержания окислов редкоземельных элементов взят исходя из эффекта влияния на структуру литой

117 3

Содержание компонентов, мас.Ж

Сталь

Si Mn Cr Ca Cu Al Окислы Ва РЗМ Fe.

РЗМ

Предла7гаемая

0,002 — Остальное

1 0,22 0,52 0,9 1,1 0,002 0,2 0,04 0,02

2 026 081 1,32 1,38 0009 038 008 0051

0,008

0,02

3 0,32

1 ! Известная 0 16

1,1 1? 19 002 06 014 008

0,01

0,35 1 1 0,62 0,005 0,32 0,05 стали, верхний — из практически возможного их введения, исключающего как избыточное, загрязняющее стальную матрицу количество содержания окислов, так и предотвращение эффекта

5 затягивания струи жидкого металла при разливке из стопорного ковша.

Необходимая прочность и жидкотекучесть литой стали достигается за счет более повышенного содержания углерода, чем в известной стали, так как повышение прочности известной стали возможно за счет регулируемой прокатки. Нижний предел содержания углерода установлен из условия 15 сохранения заданной прочности стали, верхний — из учета предупреждения черезмерной твердости металла (для сталей, работающих в средах, вызывающих коррозионное растрескивание и подвергающихся сварке, твердость не должна превышать 22, ед. HRC) .

Хром повышает, совместно с углеродом, прочностные характеристики литой стали и снижает критическую температуру закалки, что способствует получению однородных свойств по сечению отливки значительной толщины.

Нижний предел содержания хрома выбран из расчета получения минимального значения предела текучести на уровне

50 кг/мм при толщине стенки отливки

100 мм и содержании всех остальных компонентов в указанных пределах.

Ограничение верхнего предела содержа35 ния хрома вытекает из необходимости предупреждения образования холодных трещин при охлаждении ввиду образования мартенситных структур.

Кремний в предлагаемом составе ста ли играет роль горофобного элемента, препятствуя выделению карбидной фазы

3 /, 4 по границам зерен, исключая тем Ымым активное протекание электрохимических процессов, вызывающих образование микрокоррозионных трещин. Нижний предел установлен из условия горофобного эффекта, верхний обусловлен склонностью стали к образованию горячих трещин в отливках.

Повышение верхнего предела содержания алюминия произведено для обеспечения наследственной мелкозернистой структуры, так как металл отливок не подвергается деформациям.

Пример. Сталь выплавляют в полупромышленной индукционной печи емкостью 160 кг с основной футеровкой. Сталь подвергают термообработке о пс следующему режиму: отжиг 860 С; закалка 920-930 С в масло; отпуск после закалки 620-630 С, 4 ч; охлаждение на воздухе.

Образцы, вырезанные из брусков стали, подвергают испытаниям на прочность, пластичность, ударную вязкость и коррозионное растрескивание в сероводородной среде, вызывающей наводороживание стали.

В табл. 1 приведены составы предлагаемой и известной стали, в табл. 2— их свойства.

Как следует из приведенных в табл.2 данных, предлагаемая сталь в сравнении с известной обладает в 1,5-2 раза более высоким пределом прочности, пределом текучести и стойкостью к сероводородному растрескиванию.

Экономический эффект от использования предлагаемой стали для отливок запорной арматуры нефтянь1х и газоконденсатных месторождений с высоким содержанием в продукте сероводорода составит около 500 тыс.руб. s год.

Таблица 1

1117334

Таблица 2

Сероводородное растрескивание

Ударная вязСталь кость,>p кгмlсм

Время до растрескинение, 7 при

20 С при

-40 С вания, ч

Предлагаемая

66,0 52,0 20,1 53,0 13,0 5,0 14 0,85 Более 200

2 81,0 64 5 18,2 51,0 9,8 6,8 18 0 85 Более 200

3 83 0 69 0 15 2 51 0 12 8 9 8 21 0 85 Более 200

Извест45,0 25,0 30,0 55,0 10,5 3,0 12 0,85 121 ная

Составитель A. Соловей

Редактор В. Петраш ТехредЛ,Мартяшова Корректор М, Максимишинец

Заказ 7155/18

Тираж 602

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предал прочности ф кгс/мм

Предел текучес> ти,, кгс/мм2

Относительное удлиОтносительное сужение,

Твердость

HRC

Напряжение образца, кгс/мм