Сталь

 

Изобретение относится к металлургии, точнее к экономнолегированным свариваемым сталям, и может быть применено в машиностроении , строительстве и других областях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение прочности, пластичности , хладостойкости и ударной вязкости . Сталь дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,08-0,17; кремний 0,2-0,6; марганец 0,5-1,2; .хром 0,5-1,0; молибден 0,2-0.7; никель 1,3-1.8; ванадий 0,03-0,10; алюминий 0,02-0,08; ниобий 0,02-0,06; азот 0,010-0,020; кобальт 0,03-0,3; медь 0,4-1,0; железо остальное, причем сумма (никель + кобальт) 1,5-1,9. С целью повышения пластичности , хладостойкости и вязкости сталь дополнительно содержит лантан и кальций, мае. %: лантан 0,002-0,03; кальций 0,001-0,02. причем сумма (ванадий + молибден + кобальт илантан + кальций) 0.5-0,90. Применение стали позволяет снизить металлоемкость на 20%, увеличить срок службы изделий в 1,5 раза, сократить ремонты. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. сл С

союз сОВетских сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 38/52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801195/02 (22) 11.03.90 (46) 30.03.92. Бюл, ¹ 12 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им, И.П.бардина и Орска-Халиловский металлургический комбинат (72) Д,А,Литвиненко, Л.И.Гладштейн, О,И.Никольский, В.Н.Никитин, Л,А, Бобылева, Г,Н.Мулько, Е.К.Шафигин, Л,Д,Перельман, В.В,Павлов, С,С,Ломоносов, Г.А.Раер и

А.В.Васильев (53) 669.14.018.298 — 194(088.8) (56) Гладштейн Л.И., Литвиненко Д.А, Высокопрочные строительные стали. M. Металлургиздат, 1973, с. 121 — 123.

Патент США ¹ 3328211, кл, 75-128, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 552274, кл. С 22 С 38/52, 1976. (54) СТАЛЬ (57) Изобретение относится к металлургии, точнее к экономнолегированным свариваеИзобретение относится к черной металлургии, в частности к сплавам на основе железа, точнее к экономнолегированным свариваемым сталям, и может быть применено в машиностроении, строительстве и других областях народного хозяйства.

Известны стали, в состав которых в качестве основных элементов входит углерод, кремний, марганец, молибден, ванадий, алюминий.

Недостатком этих сталей является относительно невысокий уровень прочностных свойств.

„„5ЛЛ,, 172318б А1 мым сталям, и может быть применено в машиностроении, строительстве и других областях народного хозяйства. Цель изобретения — повышение прочности, пластичности, хладостойкости и ударной вязкости. Сталь дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,08 — 0,17; кремний 0,2 — 0,6; марганец 0,5 — 1,2;,хром 0,5 — 1,0; молибден

0,2 — 0,7; никель 1,3 — 1,8; ванадий 0,03-0,10; алюминий 0,02 — 0,08; ниобий 0,02-0,06; азот

0,010 — 0,020; кобальт 0,03-0,3; медь 0,4-1,0; железо остальное, причем сумма (никель + кобальт) = 1,5-1,9. С целью повышения пластичности, хладостойкости и вязкости сталь дополнительно содержит лантан и кальций, мас.%: ланта н 0,002 — 0,03; кальций 0,001 — 0,02, причем сумма (ванадий + молибден + кобальт й- лантан + кальций) = 0,5-0,90.

П римен ение стали позволяет снизить металлоемкость на 20%, увеличить срок службы изделий в 1,5 раза, сократить ремонты. 1 з.п, ф-лы, 2 табл.

Известны также никельсодержащие стали, имеющие в качестве основных компонентов углерод, кремний, марганец, азот, никель, молибден, ванадий, алюминий, титан, бор.

По уровню механических свойств эти стали приближаются к предлагаемой, однако они имеют недостаточную прочность, вязкость и хладостойкость.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является сталь, содержащая мас.%;

1723186

Углерод 0,09-0,15 .Кремний 0.2-0,5

Марганец 0,8 —.1,2

Хром 0,5 — 1,0

Молибден 0,3-0,6

Никель 1,1 — 1,6

Ванадий 0,05 — 0,1

Алюминий 0,04-0;1

Ниобий 0,02-0,1

Азот 0,015-0,03

Кобальт 0,01 — 0,2

Железо Остальное

В термоулучшенном состоянии сталь имеет следующие механические свойства:

Предел текучести, кгс/мм 78-80 г

Предел прочности, кгс/мм 87-.80 г

Относительное удлинение, 14-15

Ударная вязкость при температуре минус

70 С кгсм/см 65

Недостатком этой стали является низкая прочность, вязкость, сопротивляемость хрупкому разрушению при отрицательных температурах. Кроме того, эта сталь имеет склонность к образованию хрупких трещин, что обусловлено выделением крупных нитридных фаз алюминия в связи с повышенным содержанием алюминия в стали. Выход годного при производстве такой стали вследствие повышенной запороченности проката с дефектами типа трещины составляет около 70%.

Цель изобретения — повышение прочности, вязкости, пластичности и хладостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, молибден, алюминий, ниобий, азот, кобальт, железо, дополнительно введена медь при следующем соотношении компонентов, мас %

Углерод 0,08 — 0,17

Кремний 0,2-0,6

Марганец 0,5-1,2

Хром 0,5 — 1,0

Молибден 0,2-0,7

Никель 1,3-1,8

Ванадий 0,03-0,10

Алюминий 0,02 — 0,08

Ниобий 0,02 — 0,06

Азот 0,010 — 0,020

Кобальт 0,03-0,3

Медь 0,4-1,0

Железо Остальное причем сумма (никель + кобальт) =. 1,5-1,9.

При этом с целью повышения пластичности, хладостойкости и ударной вязкости стель дополнитвльно содержит лантвн и кальций, мас. ;

Лантан 0,002 — 0,03

Кальций 0,001 — 0,02 причем сумма элементов (V+ Мо + Со + La+

+ Са) = 0,50-0,90.

5 Предлагаемая сталь после закалки и отпуска имеет следующие механические свойства:

Предел прочности, о,, Н/мм 980

Предел текучести, om, Н/мм 880

10 Относительное удлинение, д,, о 14

Ударная вязкость

КСЧ 7е, Дж/см 49

Нижние пределы основных легирующих элементов (С, Sl, Мп, Cr, Ч, AI, Nl, Со, Nb, N, "5 Мо) обеспечивают минимум требуемой прочности (о 980 Н/мм ). Увеличение содержания в стали этих элементов выше верхних пределов приводит к снижению вязкости из-за снижения пластичности, ухудшает свариваемость.

Так, углерод в пределах 0,08-0,17 выбран с целью достижения необходимой прочности и удовлетворительной свариваемости стали.

Кремний в пределах 0,2-0,6% выбран с целью получения высокой прочности без снижения пластичности.

Марганец в пределах 0,5 — 1,2% выбран с целью обеспечения вязкости и прочности.

Хром в пределах 0,5 — 1,0о выбран с целью достижения необходимой прочности и вязкости стали.

Молибден в пределах 0,2 — 0 7 выбран с целью повышения сопротивления стали к

35 отпускной хрупкости, разупрочнения стали при сварке и повышения прочности.

Никель в пределах 1,3-1,8 и кобальт

0,03 — 0,3 выбраны с целью повышения сопротивления стали хрупкому разрушению, 40 повышения прочности и вязкости стали.

Ванадий в пределах 0,03 — 0,10 выбраны с целью повышения прочности разупрочнению при отпуске.

Алюминий в пределах 0,02 — 008 вы45 бран для повышения вязкости стали.

Ниобий в пределах 0,02-0,06о выбран с целью повышения прочности и хладостойкости стали, Азот в пределах 0,010-0,020% выбран с

50 целью повышения прочности.

За счет введения в сталь кальция и лантана достигается увеличение вязкости стали, так как эти элементы способствуют уменьшению степени ликвации таких легирующих эле55 ментов, как кремний, марганец, углерод, что вызывает повышение однородности структуры. Кроме того, лантан и кальций способствуют глобуляризации неметаллических включений, что приводит к уменьшению на1723186 пряжений вокруг них и к дополнительному повышению вязкости стали.

Введение в сталь кальция более КО2,(, и лантана более 0,030/, приводит к загрязнению стали и ухудшает свойства.

Введение кальция менее 0,001 g недостаточно для достижения эффекта увеличения однородности структуры.

При сумме содержания (никель и кобальтт) менее 1,5; падает прочность стали и недостаточна вязкость и хладостойкость.

Содержание суммы легирования (Ni + Со), более 1,9 нерационально и приводит к повышению пластических свойств стали.

Содержание меди в пределах 0,4 — 1,0 является наиболее оптимальным с целью повышения прочности и вязкости.

Содержание меди ниже 0,4 не влияет на прочность, а содержание меди выше 1; вызывает охрупчивание стали за счет диаперсионного твердения и большой брак по поверхностным дефектам.

Комплексное легирование стали ванадием, молибденом, кобальтом, лантаном и кальцием необходимо с целью повышения вязкости, хладостойкости, а также снижения разупрочнения при сварке. Оптимальное содержание этих элементов в сумме должно быть в пределах 0,50-0,90. Содержание этих элементов ниже нижнего предела не оказывает существенного в„ияния на повышение вязкости и хладостойкости, а содержание их выше указанного предела приводит к понижению вязкости и хладостойкости и загрязнению стали неметаллическими включениями.

Сталь выплавляли в индукционной печи открытой выплавкой с разливкой на три слитка.

В табл. 1 приведен химический состав предлагаемой и известной сталей, Слитки ковали на сутунки размером 45х

100х250 мм и прокатывали на лист толщиной 20 мм на стане горячей прокатки. Листы подвергали термической обработке в электропечах, закалку листов осуществляли в баке с водой. После закалки производили отпуск при 600-650 С. Иэ листов вырезали образцы на растяжение и ударную вязкость. Образцы вырезали поперек направления прокатки.

5 В табл. 2 приведены результаты механических испытаний образцов. Испытание на растяжение производили по ГОСТ 1497 — 81, определение ударной вязкости — по ГОСТ

9454-78.

10 Как видно иэ полученных данных предлагаемая сталь по сравнению с известной имеет более высокую. прочность, пластичность, хладостойкость, вязкость, Экономический эффект от применения

15 предлагаемой стали в энергетическом машиностроении составляет 250 тыс, руб.

Формула изобретения

1. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, ванадий, 20 алюминий, ниобий, азот, кобальт, железо, о тличающаясятем,что,сцельюповышения прочности, она дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас. g,:

25 Углерод 0,08 — 0,17

Кремний 0,2 — 0,6

Марганец 0,5 — 1,2

Хром 0,5 — 1,0

Молибден 0,2-0,7

30 Никель 1,3 — 1,8

Ванадий 0,03 — 0,10

Алюминий 0,02 — 0,08

Ниобий 0,02 — 0,06

Азот 0,010 — 0,020

35 Кобальт 0,03 — 0,3

Медь 0,4 — 1,0

Железо Остальное причем сумма (никель + кобальт) = 1,5 — 1,9.

2. Сталь, по и. 1; отличающаяся

40 тем, что, с целью повышения пластичности, хладостойкости и ударной вязкости, она дополнительно содержит лантан, кальций, мас. :

Лантан 0,002 — 0,03

45 Кальций 0,001-0,02 причем сумма (ванадий + молибден + кобальт+ лантан + кальций) = 0,50-0,90.

1723186

1

1 !

I

1

I !

1 ! !

3

1

1

1

1

1

3 ! м сбъ о а

ЪО OO ОЪ С<Ъ

С! аА и л

an и с а

I 1

1 !

1

N о

С<Ъ

О <Ч

an O а о м О

OO о сп О

CO ОЪ о о

1 1

I" а3

С!

1 1

I I

1 I

1 1

I 1

I <

3сб о л

N O и о о

<Ч о о и о о

Cl

СФ а с о <

N СЧ о о с и о а о

С!

С! с

С! <

1 1 сЧ °

С! о с

О 1

<Ч М о о а с о м о о а ° о а

1 1 а

С а

<ФЪ Л и с о о

I 1 о

Cl й

СФ

Cl

<Ч

СФ с

О!

А <Ч

° I о о с а о о

3<Ъ О СЧ

I» с\3 а о о о с а о оао б<Ъ.м а о и о о м N о о и с о о со

° а о о!

"Ъ СО ЪО а о о а и й о о о в о

1 о и

an

CI с

О й

Cl

\О М а о о

<ФЪ О

<Ч с

o o а

С а

CI о о о о ъо CO ъО 3

Cl

Cl

I л и й с й

° 0

Cl бс о

IA

Л 3<Ъ и й

o o

I о ъо со со

* и с и о о о

<Ч

ОЪ с

О с0

1 1

I IC ао

1 I

1 I

1 l

1 1

I 1 !

1 б<Ъ О О О м м с бъ и о о о о

Cl м

О о о

ЪО СЧ о о

33 Ъ

3 "Ъ

СФ

lA а

3 а

CO

О

Сб о л с о о

30 сО о о

О О

Ct о

МЪ

Cl м

ОЪ о

Сб

34

О! — —

1 1

33 1

1 Ц \

1 1 б 1- и

I !

C

i5

I»

<Ф вСО. Ct

I 1 I

1 1 1 б l anl

1 1 cl 1

1 I Я t I

1 cn I

З 1 1 + <

<< о с

+С<Ъ <

О.

1 1 О I

C I

Фс

1 1 «!

1 1 1

1 I 1

1 1 <3 1

1 I BI I

1 1 I

1 3- Ф

1 . б

1 1 I

1 1 Я 1 ! 1 б

Г

I 1 1

1 I Д 1

I I 1

1 — ««»-1

1 I 1

3 1 1

I О

1 1 I

1 1 1

I 1 I с4

1 I IC 1

1 1 1

1 1 1

1 1 1

I 1

I 2 3 g 1

I z3

1 О l I

1 33 I 1

O. <

1 О 1 Х I

I C 1

<ИС 3

I 1 t

1 3 I

I 1

I 1 tc 1 ! o

1 1

1 l

1 1

1 б 1

1 1

1 1

1 1 ! 1 1.С М <ФЪ

О О O М СЧ

С С S I

О.оо.о о о б<Ъ О а а о о д со а о - о о о

СЧ ъ0 N ф N

О О О О О О и а I II » a

О О О О О О

<Ч м an сЧ м о о о о о с с а а о.а о а о

М О О О С<Ъ ЧФ ЪО СО о - о а о о о о и й с а 4 и а о о о о а о о о. о с»

an л сбъ о и с с

О О О О О

ОЪ Ь СО CO О С<Ъ а

О - О О O O O

N

СФ

С!

34 а о ъо

СЭ

Cl

3, а и о

СФ

МЪ

СЭ

lA

СЭ

С! с

<Ч

Cl

С<Ъ

1 !

I

1

1

l !

1

I

I

1

1 б

t

I !

1

1 !

1

1

1

Ф

I

I

I

1

1

1

1

1

1

I

1

1

1

1

1

1723186

ТабЛица 2.

Составитель Q.Íèêîëüñêèé

Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле.

Редактор M.Ïåòðîâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1045 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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