Сталь

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к стали для корпусных элементов энергетических реакторов типа ВВЭР и сосудов давления. Цель изобретения - создание конструкционной стали, обладающей высоким сопротивлением усталостному и хрупкому разрушению, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и ресурса работы корпусных элементов и узлов реакторного энергетического оборудования. Сталь дополнительно содержит магний при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерол 0,13 - 0,18, кремний 0,17 - 0,37, марганец 0,30 - 0,60, хром 1,8 - 2,3, никель 1,0 - 1,5, молибден 0,5 - 0,7, ванадий 0,10 - 0,12, медь 0,05- 0,3, сера 0,005 - 0,02, фосфор 0,005 - 0,02, магний 0,001 - 0,005, железо - остальное. Суммарное содержание марганца, никеля и меди не должно превышать 1,9. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии конструкционных сталей и сплавов, содержащих в качестве основы железо с различным сочетанием легирующих элементов, и может быть использовано в энергетическом и химическом машиностроении при производстве корпусов водоохлаждаемых реакторов и сосудов давления.

Известны металлические материалы, применяемые в указанных областях техники (например стали марок 10ХН2МА, 15Х2МФА, 15Х2ФА, а также др. аналоги, указанные в "Справке об исследовании заявляемого объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе"). Однако известные материалы не обеспечивают требуемого уровня и стабильности механических свойств полуфабрикатов большого сечения, что снижает эксплуатационную надежность и срок службы реакторного оборудования.

Наиболее близкой к заявляемой композиции по назначению и составу компонентов является ферритно-перлитная сталь марки 15Х2МФА, содержащая, мас.%: Углерод 0,013-0,18 Кремний 0,17-0,37 Марганец 0,30-0,60 Хром 1,80-2,30 Никель 1,00-1,50 Молибден 0,50-0,70 Ванадий 0,10-0,12 Медь ≅ 0,30 Сера ≅ 0,020 Фосфор ≅ 0,02 Железо остальное Данную марку стали рекомендуется использовать в качестве конструкционного материала для изготовления корпусных конструкций в энергетическом и химическом машиностроении. Однако известная сталь характеризуется недостаточно высоким и стабильным уровнем сопротивления металла хрупкому разрушению, что выражается в весьма широком разбросе результатов испытаний по определению таких важнейших характеристик конструктивной прочности сварных соединений, как трещиностойкость, порог холодноломкости и чувствительность к отпускной хрупкости.

Цель изобретения - создание стали, обладающей более высоким сопротивлением сварных соединений хрупкому и усталостному разрушению, а также меньшей склонностью к тепловому охрупчиванию по сравнению с известным материалом, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и ресурса работы корпусных конструкций энергетического оборудования.

Поставленная цель достигается изменением соотношения легирующих элементов и введением в состав заявляемой композиции оптимальных микродобавок магния.

Предлагаемая сталь, содержащая, мас. % : Углерод 0,13-0,18 Кремний 0,17-0,37 Марганец 0,30-0,60 Хром 1,80-2,30 Никель 1,00-1,50 Молибден 0,50-0,70 Ванадий 0,10-0,12 Медь 0,05-0,3 Магний 0,001-0,005 Сера 0,005-0,020 Фосфор 0,005-0,020 Железо Остальное Соотношение указанных легирующих элементов выбрано таким, чтобы сталь после соответствующей термической обработки обеспечивала требуемый уровень и стабильность важнейших механических свойств, определяющих работоспособность сварных конструкций в сложных условиях эксплуатации энергетического оборудования.

Важное значение для сталей с феррито-перлитной структурой имеет форма и размер неметаллических включений. Введение в заявляемую композицию микродобавок магния обусловлено регулированием формы таких включений, т.е. сфероидизацией оксидов, сульфидов и других образующихся избыточных фаз в сварочной ванне, что оказывает положительное влияние на весь комплекс свойств сварных соединений. Влияние магния в присутствии хрома и молибдена проявляется еще и в том, что являясь сильным модификатором и обладая различным механизмом воздействия на твердый раствор, этот элемент способствует заметному улучшению важнейших структурно-чувствительных характеристик металла, во многом определяющих его конструктивную прочность. Происходит более равномерное распределение легирующих элементов и неметаллических включений по сечению слитка, металл эффективнее очищается от вредных примесей и газов, тоньше и чище становятся границы зерна, увеличивается прочность межкристаллитной связи, что в целом приводит к повышению пластичности и вязкости стали. Кроме того, микролегирование стали магнием снижает чувствительность металла к флокенообразованию и существенно улучшает ее технологичность на стадии металлургического передела, повышая выход годного при получении толстостенных массивных полуфабрикатов и крупногабаритных поковок. Введение рассматриваемого элемента в заявляемую композицию снижает эффективность их положительного влияния на весь комплекс механических свойств и приводит к снижению эксплуатационных характеристик материала. Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения их свойств представлены в табл.1, 2.

Результаты испытаний подтверждают преимущество стали перед известной с точки зрения сопротивления хрупкому и усталостному разрушениям, а также правильности выбора пределов легирования.

Формула изобретения

1. СТАЛЬ преимущественно для корпусных элементов энергетических реакторов типа ВВЭР и сосудов давления, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения сопротивления сварных соединений усталостному и хрупкому разрушениям, она дополнительно содержит магний при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,13 - 0,18 Кремний 0,17 - 0,37 Марганец 0,30 - 0,60 Хром 1,8 - 2,3 Никель 1,0 - 1,5 Молибден 0,5 - 0,7
Ванадий 0,10 - 0,12
Медь 0,05 - 0,3
Сера 0,005 - 0,02
Фосфор 0,005 - 0,02
Магний 0,001 - 0,005
Железо Остальное
2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что суммарное содержание марганца, никеля и меди не превышает 1,9.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2