Свариваемая сталь

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокопрочной корпусной свариваемой стали, и может быть использовано при изготовлении тяжелонагруженных сварных конструкций. Сталь имеет следующий состав компонентов, мас. % : углерод 0,11 - 0,13; кремний 0,15 - 0,35; марганец 0,20 - 0,60; хром 0,70 - 0,90; никель 4,80 - 5,35; сера 0,001 - 0,010; молибден 1,25 - 1,45; медь 1,05 - 1,35; ванадий 0,10 - 0,17; ниобий 0,02 - 0,06; фосфор 0,001 - 0,015; железо остальное, при этом суммарное содержание меди и никеля должно быть не менее 6. Применение стали позволяет значительно повысить надежность глубоководной техники, снизить трудоемкость сварочных работ и сократить сроки строительства. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству высокопрочных сталей, и может быть использовано при изготовлении тяжелонагруженных сварных конструкций.

Одной из областей использования является изготовление корпусов средств освоения глубин океана, где до последнего времени используются высокопрочные стали с пределом текучести 580-980 Н/мм². Интенсификация освоения Мирового океана, увеличение глубины погружения и усложнение конструкций требуют увеличения прочности используемых конструкционных материалов.

Необходимая высокая прочность в сочетании с высокой вязкостью может быть достигнута на мартенситностареющих сталях (Н12Х5М3, ЭП678, Х13Н8Д2МТ и др. ), ближайшим аналогом изобретения из которых по назначению и механическим свойством является сталь 08Х15Н5Д2Т. После закалки и старения при 450^оС сталь имеет предел текучести 1125-1225 Н/мм² и достаточно высокий уровень ударной вязкости КСV ≈ 60-78 Дж/см².

Однако, эта сталь дорога, склонна к коррозионному растрескиванию, а производство ее связано со значительными технологическими трудностями.

Высокая прочность всех известных высокопрочных конструкционных материалов достигается за счет высокого содержания углерода (до 0,18 мас. % ), что существенно ограничивает их свариваемость и снижает коррозионно-механическую прочность.

Прототипом изобретения является сталь марки НУ-130, содержащая, мас. % : Углерод ≅ 0,12 Кремний 0,20-0,90 Хром 0,40-0,70 Никель 4,75-5,25 Молибден 0,30-0,65 Ванадий 0,05-0,10 Медь ≅ 0,02 Титан ≅ 0,02 Сера ≅ 0,01 Фосфор ≅ 0,01 Железо и примеси Остальное После закалки и высокого отпуска сталь обеспечивает в листах толщиной до 100 мм следующий комплекс механических свойств: Предел текучести 910-1020 Н/мм² Относительное удлинение ≥ 15% Относительное сужение ≥ 50% Работа удара КV ≥ 100 Дж Сталь НУ-130 широко применяется для сосудов давления, ядерных и химических реакторов, сосудов для хранения сжатого газа и др. Сталь обладает высокой вязкостью и трещиностойкостью, хорошо сваривается. Однако, прочность стали недостаточно высока.

Для современной глубоководной техники требуется сталь с пределом текучести не менее 1175 Н/мм² в виде листов толщиной 61-100 мм, обладающая наряду с высокой прочностью, высокой пластичностью, вязкостью, сопротивляемостью хрупким разрушениям, свариваемостью.

Цель изобретения - создание новой стали с пределом текучести не менее 1175 Н/мм² в листах толщиной 60-100 мм, обладающей хорошей свариваемостью и комплексом свойств, обеспечивающих высокую работоспособность и надежность сварных соединений.

Это достигается соответствующим подбором легирующих элементов, предлагается новая корпусная свариваемая сталь следующего состава, мас. % : Углерод 0,11-0,13 Кремний 0,15-0,35 Марганец 0,20-0,60 Хром 0,70-0,90 Никель 4,80-5,35 Сера 0,001-0,010 Молибден 1,25-1,45 Медь 1,05-1,35 Ванадий 0,10-0,17 Фосфор 0,001-0,015 Ниобий 0,02-0,06 Железо и примеси Остальное Дополнительное легирование стали ниобием, а также увеличение содержания хрома, молибдена, меди и ванадия способствует повышению прочности стали. Увеличение содержания хрома повышает отпускоустойчивость и прокаливаемость стали, обеспечивает получение мартенситной структуры в сечении до 100 мм.

Дополнительное легирование ниобием и повышение содержания ванадия способствует измельчению зерна и повышение пластических и вязких свойств стали.

Повышение содержания меди в предлагаемой стали обеспечивает сквозную прокаливаемость в указанных толщинах, при этом для повышения сопротивляемости хрупким разрушениям должно выполняться соотношение Ni+Сu ≥ 6 мас. % .

Низкое содержание фосфора и легирование молибденом в установленных пределах способствует устранению склонности стали к отпускной хрупкости, обеспечивает высокую коррозионную стойкость и позволяет производить высокий отпуск сварных конструкций для снятия напряжений.

Снижение содержания молибдена до значений менее 1,2 мас. % не обеспечивает необходимую отпускоустойчивость стали.

Повышение содержания легирующих элементов более указанного отрицательно сказывается на свариваемости стали, а также нецелесообразно с экономической точки зрения.

Низкое содержание углерода, а также его нормирование в узких концентрационных пределах обеспечивает стабильность механических свойств в зоне термического влияния, хорошую свариваемость конструкций, а также их высокую коррозионно-механическую прочность за счет снижения твердости зоны термического влияния и увеличения равномерности механических свойств сварных соединений.

Опытные работы по производству стали в промышленных условиях выполнены на Донецком металлургическом заводе и комбинате "Азовсталь" (табл. 1). Слитки ЭШП предлагаемого состава были прокатаны на листы толщиной 60-100 мм, термически обработаны по режиму: Закалка 850-870^оС - вода Отпуск 550-580^оС - вода
Испытания предлагаемой стали позволили выявить ее значительные преимущества по сравнению с известной сталью (табл. 2).

При содержании легирующих элементов в пределах заявляемого состава новая сталь обеспечивает в толщинах 60-100 мм предел текучести не менее 1175 Н/мм² и обладает высокой пластичностью (σ_s≥ 13 % , Ψ≥ 50% ) и вязкостью (КV ≥ 60 Дж).

Применение предлагаемой стали позволяет значительно повысить надежность глубоководной техники, снизить трудоемкость сварочных работ и сократить сроки строительства. (56) Современное состоянии и перспективы применения стали повышенной прочности в зарубежном судостроении. ВНИИ "Румб", 1983, с. 92.

Формула изобретения

СВАРИВАЕМАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, хром, молибден, медь, ванадий, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Углерод 0,11 - 0,13
Кремний 0,15 - 0,35
Марганец 0,20 - 0,60
Хром 0,70 - 0,90
Никель 4,80 - 5,35
Молибден 1,25 - 1,45
Медь 1,05 - 1,35
Ванадий 0,10 - 0,17
Ниобий 0,02 - 0,06
Сера 0,001 - 0,010
Фосфор 0,001 - 0,015
Железо Остальное
при этом суммарное содержание меди и никеля должно быть не менее 6.

РИСУНКИ

Рисунок 1