Экономнолегированная хладостойкая высокопрочная сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным хладостойким конструкционным сталям, используемым для изготовления сосудов высокого давления, применяемых для хранения сжатых газов (воздуха) в широком диапазоне температур, в том числе на Крайнем севере. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,23-0,27, кремний ≤0,30, марганец 0,30-0,60, хром 0,90-1,15, никель 2,40-2,80, молибден 0,40-0,50, ванадий 0,12-0,16, церий 0,001-0,005, бор 0,0001-0,0010, сера ≤0,010, фосфор ≤0,012, медь ≤0,10, железо и неизбежные примеси - остальное. После термической обработки сталь имеет временное сопротивление σв в пределах 1128-1275 МПа, предел текучести σ0,2 981 -1128 МПа при относительном удлинении не менее 13% и ударной вязкости при температуре минус 50°С не менее 39 Дж/см2 при испытании образцов с острым надрезом. 2 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к конструкционным сталям, используемым для изготовления сосудов высокого давления. Сталь должна обеспечивать высокий уровень прочности, вязкости и хорошую технологичность при деформации методом прошивки и протяжки.

Известна высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент RU 2510424, содержащая мас. %: углерод 0,18-0,24; марганец 1,0-1,5; кремний 0,20-0,40; сера <0.01; фосфор <0,015; хром 3,00-3,20; никель 0,90-1,20; молибден 0,5-0,7; ванадий 0,10-0,20; медь <0,25. Сталь после закалки и отпуска при температуре 500°С имеет излишне повышенный уровень прочности, не менее: σ0,2=1180МПа; σв=1300 МПа. При указанном легировании при отпуске на заданный уровень прочности сталь имеет повышенную склонность к хрупким разрушениям в процессе эксплуатации.

Известна сталь марки 25Х2Н4МА, ГОСТ4543, содержащая, мас. %: углерод 0,21-0,28; марганец 0,25-0,55; кремний 0,17-0,37; сера <0.025; фосфор <0,025; хром 1,35-1,65; никель 4,0-4,4; молибден 0,3-0,4; медь <0,3.

Указанная композиция не является оптимальной, т.к. после закалки и высокого отпуска не обладает достаточной пластичностью и прочностью. Относительное удлинение и относительное сужение находятся на уровне 11% и 45% соответственно. Высокое содержание никеля способствует увеличению склонности металла к структурной наследственности. Кроме того, сталь имеет пониженную отпускоустойчивость.

Известна сталь марки 30ХН2МФА ГОСТ 4543, содержащая, мас. %: углерод 0,27-0,34; марганец 0,30-0,60; кремний 0,17-0,37; сера <0,025; фосфор <0,025; хром 0,60-0,90; никель 2,0-2,4; молибден 0,20-0,30; ванадий 0,10-0,18; медь <0,30. Данная композиция легирующих элементов после закалки и отпуска при температуре 600°С обеспечивает хорошую пластичность - относительное удлинение и относительное сужение более 19% и 62% соответственно, но имеет недостаточную прочность (σ0,2=830МПа; σв=1040 МПа) невысокие показатели вязкости при пониженной температуре (-50°С) даже на образцах с круглым надрезом: KCU-40=41Дж/см2, KCU-60=35Дж/см2, что не гарантирует достаточного сопротивления материала сосудов давления хрупкому разрушению при эксплуатации в северных широтах.

Известна сталь ХН654 (Германия), содержащая компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод 0,25-0,35%; кремний 0,10-0,40%; марганец 0,40-0,70%; хром 1,25-1,65%; никель 1,45-1,75%; молибден 0,35-0,50%; ванадий 0,05-0,15%; сера до 0.015%; фосфор до 0.020%; железо - остальное. После улучшения материал листа обеспечивает излишне высокий уровень прочности - до σв=1380 МПа. При ограниченном содержании никеля и указанном уровне прочности, данная сталь имеет повышенную склонность к хрупким разрушениям при отрицательной температуре эксплуатации.

Известна сталь по патенту RU 2341583 с наиболее близким к изобретению содержанием основных легирующих компонентов, принятая авторами за прототип. Она содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, серу, фосфор и железо, а так же алюминий, азот, медь и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,29-0,38; кремний 0,15-0,37; марганец 0,30-0,60; хром 1,20-2,00; никель 1,20-2,20; молибден 0,72-0,90; ванадий 0,06-0,20; алюминий 0,01-0,05; азот 0,005-0,020; сера до 0,012; фосфор до 0,015. Сталь применяется для изготовления броневых деталей и после закалки с температуры 910°С и отпуска при температуре 600°С обеспечивает повышенные показатели временного сопротивления в пределах σв=1361-1420 МПа при удовлетворительных показателях пластичности и вязкости.

Указанный комплекс легирования не обладает достаточной сопротивляемостью хрупкому разрушению при низких температурах до минус 50°С.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание экономнолегированной хладостойкой высокопрочной стали, обеспечивающей требуемый уровень прочности, высокий уровень пластичности и ударной вязкости при отрицательных температурах (до минус 50°С), что позволяет использовать разработанную сталь для изготовлении сосудов высокого давления, эксплуатируемых в диапазоне температур от 60 до минус 50°С. Технико-экономический эффект от использования предлагаемого изобретения заключается в увеличение эксплуатационной надежности сосудов высокого давления, в том числе эксплуатируемых при температурах до минус 50°С.

Технический результат достигается тем, что конструкционная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, серу, фосфор и железо, дополнительно легирована церием и бором при следующим соотношением компонентов, мас. %:

Выбранные пределы содержания в стали углерода (0,23-0,27%) в сочетании с хромом (0,90-1,15%), никелем (2,40-2,80%) и молибденом (0,40-0,50%) обеспечивают получение после закалки структуры реечного мартенсита, обеспечивающего оптимальным сочетанием механических свойств - прочности, пластичности, вязкости и отсутствие склонности к отпускной хрупкости, в т.ч. при низких температурах. Содержание ванадия в пределах 0,12-0,16% и молибдена 0,40-0,50% приводит к получению металла, имеющего мелкозернистую с дисперсной карбидной фазой структуру.

Введение церия в количестве 0,001-0,005% снижает склонность к образованию флокенов, благоприятно влияет на макроструктуру литого металла, способствует снижению загрязненности стали по сере и примесям цветных металлов, связывая их в высокотемпературные глобулярные соединения, что приводит к более полному их удалению. Тем самым при высоком требуемом уровне прочности повышается ударная вязкость, в т.ч. при отрицательных температурах.

Дополнительное микролегирование бором в количестве 0,0001-0,0010% повышает прокаливаемость стали, показатели обрабатываемости и свариваемости.

Технология изготовления сосудов высокого давления предусматривает получение из литого слитка трубной заготовки толщиной до 70 мм методом прошивки и протяжки через кольца, обжиг, обточку, расточку заготовки, заков концов горловины. Изделие подвергается Закалке при температуре 850-870°С и отпуску при температуре 580-590°С с охлаждением в воде.

Механические свойства определяли на образцах, вырезанных из металла опытной партии. Испытание на растяжение выполняли по ГОСТ 1497 на цилиндрических образцах типа III №6. Испытания на ударный изгиб выполняли по ГОСТ 9454 на образцах с V-образным надрезом тип 11 при температурах минус 50°С и 20°С. Химические составы и механические свойства испытанных образцов представлены в табл. 1 и 2:

Экономнолегированная хладостойкая высокопрочная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит церий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,23-0,27
кремний ≤0,30
марганец 0,30-0,60
хром 0,90-1,15
никель 2,40-2,80
молибден 0,40-0,50
ванадий 0,12-0,16
церий 0,001-0,005
сера ≤0,010
фосфор ≤0,012
бор 0,0001-0,0010
медь ≤0,10
железо и неизбежные примеси остальное



 

Похожие патенты:

Сталь // 2672167
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам сталей, используемых в машиностроении и станкостроении. Сталь содержит, мас.%: углерод 1,15-1,25; кремний 0,8-1,5; марганец 1,2-1,6; хром 22,0-25,0; никель 14,0-15,0; иттрий 0,1-0,15; неодим или празеодим 0,1-0,15; эрбий 0,1-0,15; молибден 0,4-0,6; тантал 0,2-0,4; фосфор 0,2-0,3; теллур 0,002-0,003; олово 0,002-0,003; барий 0,002-0,003; селен 0,002-0,003; железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, используемых для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей, металлургического оборудования.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления детали, имеющей бейнитную микроструктуру с минимальной прочностью на разрыв 800 МПа и используемой в автомобильной промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, используемых в производстве насосно-компрессорного оборудования, в строительно-дорожном и железнодорожном машиностроении.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, используемых для изготовления труб, баллонов, деталей машин и других изделий.

Сталь // 2657392
Изобретение относится к стали, которая может быть использована в машиностроении. Сталь содержит 0,7-0,9 мас.% углерода, 0,15-0,35 мас.% кремния, 1,0-1,5 мас.% марганца, 0,5-0,8 мас.% хрома, 0,2-0,25 мас.% молибдена, 12,8-13,6 мас.% никеля, 2,4-2,6 мас.% меди, 2,2-2,6 мас.% тантала, 0,1-0,15 мас.% ниобия, 0,08-0,12 мас.% бора, 0,35-0,45 мас.% ванадия, железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромистым сталям мартенситного класса, применяемым для изготовления лопаток турбин энергетических установок с рабочей температурой пара до 650°C.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству высокопрочного высокотвердого листового проката для противопульной защиты корпуса транспортных средств.

Изобретение относится к области металлургии и касается составов сплавов, которые могут быть использованы для изготовления колосников, охлаждающих рам печей, дистанционных гребенок паровых котлов, зубьев и гребков колчеданных печей.

Сталь // 2651074
Изобретение относится к сталям, используемым для изготовления деталей печей, тепловых агрегатов, труб. Сталь содержит 0,1-0,2 мас.% углерода, 0,5-1,0 мас.% кремния, 0,8-1,2 мас.% марганца, 20,0-24,0 мас.% хрома, 0,4-0,6 мас.% меди, 0,15-0,25 мас.% ванадия, 0,2-0,4 мас.% ниобия, 0,005-0,01 мас.% кальция, 0,03-0,05 мас.% бора, 0,15-0,25 мас.% алюминия, 0,2-0,4 мас.% кобальта, 0,3-0,4 мас.% гафния, железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным хладостойким конструкционным сталям, используемым для изготовления сосудов высокого давления, применяемых для хранения сжатых газов в широком диапазоне температур, в том числе на Крайнем севере. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.: углерод 0,23-0,27, кремний ≤0,30, марганец 0,30-0,60, хром 0,90-1,15, никель 2,40-2,80, молибден 0,40-0,50, ванадий 0,12-0,16, церий 0,001-0,005, бор 0,0001-0,0010, сера ≤0,010, фосфор ≤0,012, медь ≤0,10, железо и неизбежные примеси - остальное. После термической обработки сталь имеет временное сопротивление σв в пределах 1128-1275 МПа, предел текучести σ0,2 981 -1128 МПа при относительном удлинении не менее 13 и ударной вязкости при температуре минус 50°С не менее 39 Джсм2 при испытании образцов с острым надрезом. 2 табл.

Наверх