Слиток для изготовления крупных цельнокованых изделий из стали

Изобретение относится к изготовлению слитков для крупных цельнокованых изделий из стали, например валов, роторов паровых турбин высокого, среднего и низкого давления, работающих в стационарных режимах при температурах до 550°С. Слиток выполнен из стали, содержащей, мас.%: 0,21-0,29 углерода, 0,17-0,37 кремния, 0,30-0,60 марганца, 0,01-0,40 никеля, 1,5-1,8 хрома, 0,90-1,05 молибдена, 0,22-0,32 ванадия, 0,0005-0,005 сурьмы, 0,001…0,008 кислорода, 0,00-0,012 азота, железо и примеси - остальное, причем содержание примесей серы и фосфора в стали слитка регламентировано в зависимости от массы слитка следующим соотношением [i]≤0,006-0,001·IgM, где [i] - минимально допустимая концентрация серы и фосфора, мас.%, М - масса слитка. Изобретение позволяет повысить надежность изделий из слитков при температурах эксплуатации до 550°С за счет повышения вязкопластических свойств стали. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению слитков для крупных цельнокованых изделий из стали, например валов, роторов паровых турбин высокого, среднего и низкого давления, работающих в стационарных режимах при температурах до 550°С.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является слиток для изготовления кованых крупногабаритных изделий из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, никель, хром, молибден, ванадий, сурьму, кислород, азот и железо при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

углерод 0,21-0,29,
кремний 0.17-0,37,
марганец 0,30-0,60,
никель 0,01-0,40,
хром 1,5-1,8,
молибден 0,9-1,05,
ванадий 0,22-0,32,
сурьма 0,0005-0,008,
кислород 0,001-0,008,
азот 0,001-0,012
железо и примеси, в том
числе сера и фосфор остальное

(SU 1742351, С22С 38/60, опубликовано 23.06.1992 г.).

Недостатком слитков из известной стали является ограниченный ресурс работы крупных цельнокованых изделий, изготовленных из известного слитка. Это связано с недостаточной стойкости к хрупким разрушениям и тепловой хрупкости изделия при эксплуатации из-за повышенного содержания в слитке таких вредных примесей, как сера и фосфор.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение эффективности производства слитка для изготовления крупных цельнокованых изделий и увеличение надежности изделий из слитка по изобретению при температурах эксплуатации до 550°С за счет повышения вязкопластических свойств стали.

Технический результат достигается тем, что слиток для изготовления крупных цельнокованых изделий из стали, содержит углерод, кремний, марганец, никель, хром, молибден, ванадий, сурьму, кислород, азот, серу, фосфор и железо, причем сталь слитка содержит компоненты при следующий соотношениях, мас.%:

углерод 0,21-0,29,
кремний 0.17-0,37,
марганец 0,30-0,60,
никель 0,01-0,40,
хром 1,5-1,8,
молибден 0,9-1,05,
ванадий 0,22-0,32,
сурьма 0,0005-0,008,
кислород 0,001-0,008,
азот 0,001-0,012
железо остальное

а содержание примесей серы и фосфора в стали слитка регламентировано в зависимости от массы слитка следующим соотношением [i]≤0,006-0,001 lgM, где [i] - минимально допустимое содержание серы и фосфора в мас.%, а М - масса слитка, т.

Существующий уровень развития технологии внепечной обработки слитков позволяет снизить содержание серы до концентрации менее 0,0005%, однако столь низкое содержание серы требуется очень редко, например при производстве стали для магистральных трубопроводов, транспортирующих сероводород, содержащий газ. В большинстве случаев экономический эффект от такой стали намного меньше производственных затрат. Поэтому при регламентировании содержания серы и фосфора требуется учитывать параметры будущего изделия и условия его эксплуатации.

Одним из параметров, существенным образом связанным с допустимым содержанием серы и фосфора, является размер изделия: чем оно больше, тем меньше концентрация серы и фосфора в нем должна быть. Такое ограничение содержания этих примесей обусловлено необходимостью учета развития ликвационных процессов при кристаллизации слитка. Сера и фосфор при кристаллизации стали склонны к неравномерному перераспределению между жидкой и твердой фазами. При затвердевании стали в слитке сера и фосфор вытесняются в расплав вследствие их большой растворимости в жидком металле, что обуславливает повышение их содержания в последних порциях отвердевшего металла. При затвердевании слитком массой в несколько сотен тонн концентрация серы и фосфора в центральной зоне слитка может в сотни раз превышать их содержание в ковшовой пробе. Понятно, что такое различие значимо и может привести к коренному изменению свойств какой-то части изделия, прежде всего вязкопластических свойств. Данное обстоятельство и обуславливает необходимость регламентировать содержание серы в зависимости от массы слитка.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примером.

Сталь состава по изобретению рациональнее выплавлять в основной электропечи. Пять плавок стали были выплавлены в электродуговой печи. Масса каждого слитка составила 150 т. В соответствии с регламентом содержание серы и фосфора с зависимости от массы не превышала [i]=0,006-0,001 lgl50=0,006-0,001×2,176=0,004 мас.%.

Химический состав плавок приведен в таблице 1. В таблице 2 приведены механические и служебные свойства изделия после оптимальных режимов термообработки (числитель - минимальные, знаменатель - максимальные значения). Данные получены на образцах, имитирующих центральную зону крупного цельнокованого ротора среднего давления сечением 120 мм. Приведены также механические и служебные свойства изделий из слитков, химический состав которых выходит за пределы предлагаемого состава стали.

Из представленных данных следует, что образцы из слитков по изобретению имеют более низкую критическую температуру хрупкости Т50 и, соответственно, большую стойкость к хрупким разрушениям. Кроме того, образцы из слитка по изобретению показали большую стойкость к тепловой хрупкости в процессе длительной изотермической выдержки 3000 ч (ΔТ50 составляет 13-30°С против 70-80°С у образцов из известного слитка).

Таким образом, слиток по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: повышение эффективности производства слитка и увеличение надежности изделий из него при температурах эксплуатации до 550°С за счет повышения вязкопластических свойств стали по всему объему слитка.

Таблица 1
Химический состав металла опытных слитков
Плавка С Si Mn S Р Cr Ni Мo V
1 0,23 0,31 0,51 0,0035 0,004 1,58 0,12 0,61 0,23
2 0,25 0,25 0,55 0,0035 0,004 1,60 0,11 0,63 0,22
3 0,22 0.29 0,42 0,0035 0,004 1,61 0,11 0,62 0,25
4 0,21 0,38 0,63 0,005 0,006 1,43 0,10 0,58 0,20
5 0,27 0,37 0,49 0,0035 0,004 1,52 0,12 0,61 0,22
6 0,29 0,31 0,48 0,006 0,007 1,55 0,12 0,60 0,21
Таблица 2
Свойства металла опытных слитков*
Плавка σв, Н/мм2 σ0,2, Н/мм2 δ, % ψ, % KCV, Дж/см2 Т50,°С ΔТ50, °С
1 500/520 620/630 14/18 38/43 60/80 20/30 15/20
2 510/550 620/660 15/17 39/45 60/70 25/40 15/25
3 540/610 630/660 14/16 40/43 50/70 30/40 20/30
4 480/500 600/520 15/17 40/42 55/70 20/40 10/20
5 550/620 640/660 14/16 36/41 15/25 70/80 60/80
6 500/600 630/650 13/1 35/40 20/30 60/70 70/80
* - свойства образцов определяли после термической обработки по следующей схеме: нормализация 960°С + отпуск 690°С 30 ч, охлаждение с печью

Слиток для изготовления крупных цельнокованых изделий из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, никель, хром, молибден, ванадий, сурьму, кислород, азот, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что сталь слитка содержит компоненты при следующих соотношениях, мас.%:

углерод 0,21…0,29
кремний 0,17…0,37
марганец 0,30…0,60
хром 1,5…1,8
никель 0,01…0,40
молибден 0,90…1,05
ванадий 0,22…0,32
сурьма 0,0005…0,005
кислород 0,001…0,008
азот 0,001…0,012
железо и примеси остальное

а содержание примесей серы и фосфора в стали слитка регламентировано в зависимости от массы слитка следующим соотношением: [i]≤0,006-0,001·IgM, где [i] - минимально допустимая концентрация серы и фосфора, мас.%, а М - масса слитка, т.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению стальных деталей, используемых в качестве конструкционных компонентов машин. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу стали, используемой для изготовления деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей методом механической и термической обработки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной микролегированной стали, используемой в автомобильной промышленности. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу жаропрочной стали, предназначенной для изготовления элементов тепловых энергоблоков, работающих при температуре до 650°С, в частности труб поверхностей нагрева пароперегревателей и паропроводов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению ковкой стали, обладающей прекрасной деформируемостью при ковке. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным низколегированным литейным сталям, используемым для изготовления ответственных деталей машин и механизмов с толщиной стенок до 50 мм, работающих при ударных и циклических изменяющихся нагрузках и в условиях трения.

Изобретение относится к изготовлению магнитной листовой стали с высокоориентированной структурой с использованием процесса непрерывного литья плоских заготовок.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочной стали, используемой для изготовления рабочих лопаток, роторов и других деталей паровых турбин, работающих на суперсверхкритических параметрах пара.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для корпусов сосудов давления реакторов гидрокрекинга и другого нефтехимического оборудования. .

Изобретение относится к области металлургии конструкционных сталей и может быть использовано для изготовления корпусных конструкций атомных энергоустановок. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу конструкционной низколегированной литейной стали, используемой для изготовления ответственных деталей, работающих при циклических и изменяющихся нагрузках

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, используемых для изготовления режущих инструментов
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению стали, используемой для изготовления деталей, состоящих из по меньшей мере двух частей, способных разделяться надламыванием, используемых в автомобилестроении
Сталь // 2441939
Изобретение относится к металлургии, а именно к сталям, используемым при изготовлении крупногабаритных сварных сосудов давления, например корпусов парогенераторов, гидроемкостей, компенсаторов объема, паропроводов
Сталь // 2441940
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, используемых для изготовления основного оборудования атомных энергетических установок
Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий, работающих при больших знакопеременных нагрузках и повышенных температурах, и может быть использовано для наплавки первого слоя кромок углеродистых и низколегированных сталей при выполнении разнородных сварных соединений со сталями аустенитного класса, преимущественно при изготовлении сварных конструкций атомного и энергетического машиностроения
Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий, работающих при больших знакопеременных нагрузках и повышенных температурах, и может быть использовано для наплавки первого слоя кромок углеродистых и низколегированных сталей при выполнении разнородных сварных соединений со сталями аустенитного класса, преимущественно, при изготовлении сварных конструкций атомного и энергетического машиностроения

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокоуглеродистым хромоникелевым сплавам аустенитного класса и может быть использовано для изготовления нефтегазоперерабатывающего и химического оборудования

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированной стали повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, применяемой для различного оборудования, в том числе для нефтяных резервуаров, электросварных труб повышенной коррозионной стойкости, используемых для строительства трубопроводов, транспортирующих агрессивные в коррозионном отношении жидкости, в частности водные среды, содержащие ионы хлора, сероводород, углекислый газ, механические примеси и другие компоненты
Сталь // 2448195
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, используемых в машиностроении

Изобретение относится к изготовлению слитков для крупных цельнокованых изделий из стали, например валов, роторов паровых турбин высокого, среднего и низкого давления, работающих в стационарных режимах при температурах до 550°С

Наверх