Сталь низколегированная жаропрочная



Сталь низколегированная жаропрочная
Сталь низколегированная жаропрочная

 


Владельцы патента RU 2574184:

Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") (RU)

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к низколегированным сталям повышенной жаропрочности и хладостойкости, применяемым при производстве корпусов и внутренних элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов и крекинговых труб, задвижек, деталей насосов, спецкрепежа труб, трубопроводной арматуры, деталей трубопроводов, коммуникационных и печных труб, используемых в тепловых сетях и энергомашиностроении. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,10-0,16, кремний 0,10-0,50, марганец 0,20-0,60, хром 4,2-5,0, никель 0,10-0,30, медь 0,05-0,20, молибден 0,30-0,60, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, железо остальное. Сталь обладает высокими показателями по прочности при высоких температурах и ударной вязкости при отрицательных температурах, характеризуется стойкостью к коррозии и окислению. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к низколегированным сталям повышенной жаропрочности, применяемым при производстве корпусов и внутренних элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов и крекинговых труб, задвижек, деталей насосов, также подходит для спецкрепежа труб, трубопроводной арматуры, деталей трубопроводов, коммуникационных и печных труб, используемых в тепловых сетях и энергомашиностроении.

Известна жаропрочная сталь, предназначенная для изготовления роторов паровых турбин большой мощности (заявка на изобретение №93033596/02, С22С 38/32, 20.09.1996).

Углерод 0,19-0,30
Кремний 0,01-0,12
Марганец 0,05-0,40
Хром 2,4-3,3
Молибден 0,35-0,55
Вольфрам 0,30-0,50
Кальций 0,003-0,020
Бор 0,002-0,008
Железо Остальное

Недостатки стали известного состава состоят в том, что сталь имеет низкие прочностные характеристики при +650°C и хладостойкость при -40°C, что влияет на эксплуатационные характеристики металлопродукции.

Наиболее близкой к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является взятая за прототип сталь (патент РФ 2277604 С1, С22С 38/48, 10.06.2006), мас. %:

Углерод 0,17-0,24
Марганец 0,35-0,65
Кремний 0,17-0,37
Хром 0,20-0,50
Никель 0,20-0,50
Ниобий 0,05-0,08
Железо Остальное

при выполнении соотношения:

[Марганец]+0,3*[Хром]+0,5*[Никель]+0,7*[Медь]/[Ниобий]=10÷20.

Недостатком стали известного состава является недостаточная жаропрочность и пониженная ударная вязкость.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении жаропрочности стали и ударной вязкости при отрицательных температурах.

Для решения поставленной технической задачи сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, молибден и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углерод 0,10-0,16
Марганец 0,20-0,60
Кремний 0,10-0,50
Хром 4,2-5,0
Никель 0,10-0,30
Молибден 0,30-0,60
Медь 0,05-0,20
Сера Не более 0,010
Фосфор Не более 0,015
Железо Остальное

при выполнении соотношения:

[Углерод]+[Марганец]/6+([Хром]+[Молибден])/5+[Кремний]/7=1,0-1,4, при этом структура состоит из мелкозернистого бейнита с баллом зерна 12÷14.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что при содержании элементов в стали в предложенном соотношении позволяет получить требуемые жаропрочность и хладостойкость стали.

Углерод упрочняет сталь. При содержании углерода менее 0,10% не достигается требуемая прочность стали, а при его содержании более 0,16% ухудшается ударная вязкость стали.

Кремний раскисляет сталь, повышает ее прочностные характеристики. При концентрации кремния менее 0,10% прочность стали ниже допустимой, а при концентрации более 0,50% снижается пластичность.

Марганец раскисляет и упрочняет сталь, связывает серу. При содержании марганца менее 0,20% прочность стали недостаточна. Содержание свыше 0,60% приводит к перерасходу легирующих элементов.

Хром обеспечивает увеличение прочности при повышенных температурах, а также обеспечивает стойкость к коррозии и окислению. При его концентрации менее 4,2% прочность при повышенных температурах ниже допустимых значений. Увеличение содержания хрома более 5,0% приводит к потере пластичности.

При содержании никеля менее 0,10% снижается прочность и ударная вязкость стали. Повышение его массовой доли свыше 0,30% экономически нецелесообразно и приводит к увеличению себестоимости.

Молибден повышает прочность и вязкость стали, измельчая зерно микроструктуры. При содержании молибдена менее 0,30% прочность стали ниже требуемого уровня, а увеличение его содержания более 0,60% ухудшает пластичность и приводит к перерасходу легирующих элементов.

Медь способствует повышению прочностных свойств. Но если содержание этого элемента для данного состава превышает 0,20%, то может иметь место снижение ударной вязкости стали при отрицательных температурах.

Фосфор и сера в стали являются вредными примесями, их концентрация должна быть как можно меньшей. Однако при концентрации фосфора не более 0,015% и серы не более 0,010% их отрицательное влияние незначительно.

Экспериментально было установлено, что максимально влияющим параметром на получение оптимального комплекса свойств и необходимой структуры, является соотношение:

[Углерод]+[Марганец]/6+([Хром]+[Молибден])/5+[Кремний]/7=1,0÷1,4

При величине данного соотношения менее 1,0 металл обладает недостаточными прочностными характеристиками, в том числи и при повышенной температуре. При величине данного соотношения более 1,4 наблюдается ухудшение пластичности, а также ударной вязкости при отрицательных температурах.

Обеспечений бейнитной микроструктуры с баллом зерна №12-14 позволяет одновременно гарантировать и жаропрочность, и хладостойкость. Структура другого типа не позволяет этого сделать. Разнобалльность структуры приводит к резкому падению характеристик вязкости при отрицательных температурах.

Пример реализации

Сталь выплавляли в электродуговой печи, разливали в слябы. Слябы подвергали термической обработке при следующих технологических параметрах: скорость нагрева металла - 20-30°C/ч; температура нагрева - 870°C; продолжительность выдержки 12 ч; скорость охлаждения до температуры 200°C - не более 50°C/ч. Затем слябы нагревали до температуры 1200-1260°C и прокатывали на толстолистовом стане 2800 в листы до конечной толщины (8,0-40,0 мм) при температуре конца прокатки 830-850°C. После окончания процесса деформации осуществляли окончательное охлаждение листового проката до температуры окружающей среды. После охлаждения осуществляли нагрев до температуры 850°C с последующей выдержкой 1,5-2,5 мин/мм и охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды. Далее осуществляли еще один нагрев до температуры 730°C с последующей выдержкой 3-5 мин/мм и окончательное охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды.

Из табл. 1 и 2 следует, что предложенная сталь (составы 2-3) имеет более высокие прочностные характеристики при повышенных температурах и ударную вязкость при температуре KCV - 40°C. Кроме того, сталь характеризуется высокой стойкостью к общей коррозии.

При запредельных концентрациях элементов (составы 1, 5-8) прочностные характеристики при повышенных температурах и ударная вязкость стали ухудшаются. Также более низкие свойства по прочности и ударной вязкости имеет сталь по прототипу (состав 4).

Испытания при повышенных температурах показали удовлетворительные результаты даже при более высоких температурах. Так, при +650°C уменьшение значения предела текучести происходит на 6-8% в сравнении с комнатной температурой, при +700°C - на 16-18%, при +750°C - на 40-43%, что свидетельствует о гарантированном обеспечении прочности и при +700°C.

Сталь низколегированная жаропрочная хладостойкая при -40°C, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо и примеси серы и фосфора, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден и медь при следующем соотношении элементов, мас.%:

Углерод 0,10-0,16
Кремний 0,10-0,50
Марганец 0,20-0,60
Хром 4,2-5,0
Никель 0,10-0,30
Медь 0,05-0,20
Молибден 0,30-0,60
Сера Не более 0,010
Фосфор Не более 0,015
Железо Остальное,

при этом структура стали состоит из мелкозернистого бейнита с баллом зерна 12÷14 и выполняется условие:
[Углерод]+[Марганец]/6+([Хром]+[Молибден])/5+[Кремний]/7=1,0÷1,4.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам коррозионно-стойких немагнитных (аустенитных) сталей повышенной прочности и к изделиям, выполненным из нее, для работы в окислительных и восстановительных средах средней и высокой агрессивности.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению сталей, применяемых в серийном и массовом производстве ответственных деталей машин. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,37-0,43, кремний 0,17-0,37, марганец 0,50-0,80, хром 0,60-0,90, никель 0,70-1,10, молибден 0,15-0,25, висмут 0,08-0,13, кальций 0,002-0,003, алюминий 0,005-0,015, железо - основа.

Изобретение относится к высокопрочной высокопластичной легированной стали и изделиям, изготавливаемым из нее. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 0,30-0,47, Mn 0,8-1,3, Si 1,5-2,5, Cr 1,5-2,5, Ni 3,0-5,0, Mo+½W 0,7-0,9, Cu 0,70-0,90, Со до 0,01, V+(5/9)×Nb 0,10-0,25, Ti до 0,005, Al до 0,015, Fe и примеси остальное.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению сталей, применяемых в серийном и массовом производстве ответственных деталей машин. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,18-0,23, кремний 0,17-0,37, марганец 0,70-1,10, хром 0,40-0,70, никель 0,40-0,70, молибден 0,15-0,25, висмут 0,08-0,13, кальций 0,002-0,003, алюминий 0,005-0,015, железо - основа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к двухслойному листовому прокату толщиной 10-50 мм, состоящему из слоя износостойкой стали и слоя свариваемой стали, для изготовления сварных конструкций, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре до -40°C.
Сталь // 2532661
Изобретение относится к металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям для изготовления силовых деталей, шестерен и валов, поверхности которых упрочняют цементацией или нитроцементацией.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям для высоконагруженных деталей, используемых в машиностроении, приборостроении.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной броневой листовой стали. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,28-0,40, кремний 0,80-1,40, марганец 0,50-0,80, хром 0,10-0,70, никель 1,50-2,20, молибден 0,30-0,80, алюминий 0,005-0,05, медь не более 0,30, сера не более 0,012, фосфор не более 0,015, железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной нержавеющей стали для нефтяных скважин. Сталь содержит, в мас.%: С: максимум 0,05, Si: максимум 1,0, Mn: максимум 0,3, P: максимум 0,05, S: менее 0,002, Cr: более 16 и максимум 18, Мо: от 1,5 до 3,0, Cu: от 1,0 до 3,5, Ni: от 3,5 до 6,5, Al: от 0,001 до 0,1, N: максимум 0,025 и О: максимум 0,01, Fe и примеси остальное.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению сталей с особыми технологическими свойствами, применяемых для изготовления ответственных деталей машин.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочной коррозионно-стойкой стали, используемой для изготовления изделий, работающих при высоких растягивающих и изгибающих нагрузках, преимущественно проволоки малого диаметра, используемой в авиационной промышленности и машиностроении. Сталь содержит углерод, хром, никель, молибден, азот, марганец, кремний, иттрий, лантан, церий, празеодим, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,21, хром 15,0-16,5, никель 6,0-7,2, молибден 2,7-3,2, азот 0,04-0,09, марганец не более 1,0, кремний не более 0,6, иттрий не более 0,002, лантан не более 0,002, церий не более 0,002, празеодим не более 0,002, железо и неизбежные примеси - остальное. Повышается кратковременная прочность до значений не менее 2550 МПа и относительное удлинение до значений не менее 35%. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным сталям повышенной теплоустойчивости, применяемым при производстве плавниковых труб, предназначенных для паровых котлов, труб пароперегревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления, деталей цилиндров газовых турбин, различных деталей, работающих при температуре до +480-500°C, воротниковых фланцев, штуцеров, колец, патрубков, тройников для энергооборудования и трубопроводов тепловых электростанций. Получают сляб из стали, имеющей химический состав, в мас.%: углерод 0,15-0,22, кремний 0,15-0,50, марганец 0,60-1,00, алюминий 0,01-0,06%, хром не более 0,3, никель не более 0,3, медь не более 0,3, молибден 0,20-0,50, сера не более 0,007, фосфор не более 0,020, азот не более 0,012, железо и неизбежные примеси - остальное. Осуществляют нагрев слябов под прокатку до температуры 1200-1250°C. Выполняют многопроходную реверсивную черновую и чистовую прокатку. Черновую прокатку завершают при температуре не более 1100°C, а чистовую прокатку ведут за 7-11 проходов и завершают в диапазоне температур от 880 до 910°C с относительным обжатием в последнем проходе от 10% до 15%. После прокатки и охлаждения листы подвергают термообработке при температуре 900-930°C с последующим охлаждением на воздухе. Обеспечивается высокий уровень теплоустойчивости и ударной вязкости. 3 табл.
Наверх