конструкционная сталь

Классы МПК:C22C38/50 с титаном или цирконием
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Азербайджанский технический университет (AZ)
Приоритеты:
подача заявки:
1992-06-22
публикация патента:

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сплавам группы стали, и может быть применено для изготовления конструкций, работающих при низких температурах, например для резервуаров и трубопроводов сжиженных газов. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,05 - 0,10; кремний 0,15 - 0,35; марганец 1,0 - 1,5; никель 4,0 - 5,0; ниобий 0,02 - 0,06; азот 0,008 - 0,020; алюминий 0,01 - 0,06; титан 0,03 - 0,05; молибден 0,2 - 0,3; ванадий 0,12 - 0,16; медь 0,3 - 0,6; железо - остальное, причем соблюдается соотношение конструкционная сталь, патент № 2023047 2 табл.
Рисунок 1

Формула изобретения

КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, ниобий, азот, алюминий, титан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден, ванадий и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,05 - 0,10

Кремний 0,15 - 0,35

Марганец 1,0 - 1,5

Никель 4,0 - 5,0

Ниобий 0,02 - 0,06

Азот 0,008 - 0,020

Алюминий 0,01 - 0,06

Титан 0,03 - 0,05

Молибден 0,2 - 0,3

Ванадий 0,12 - 0,16

Медь 0,3 - 0,6

Железо Остальное

причем соблюдается соотношение Cu(Mn+Ni)=0,06 - 0,09.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сплавам группы стали, и может быть применено для изготовления конструкций, работающих при низких температурах, например для резервуаров и трубопроводов сжиженных газов.

Известна сталь, содержащая, мас.%: Углерод 0,01-0,2 Кремний 0,01-0,8 Марганец 0,1-2,5 Никель 3,5-9,6 Алюминий 0,001-0,01 Азот 0,015 Ниобий 0,1 Титан 0,03 Железо Остальное В качестве примесей сталь может содержать, мас. %: Сера 0,01 Фосфор 0,02

Эта сталь при достаточной прочности имеет низкие характеристики сопротивления хрупкому и вязкому разрушению при отрицательных температурах.

Наиболее близкой по составу, технической сущности и достигаемому результату является сталь, взятая за прототип и содержащая, мас.%: Углерод 0,03-0,15 Кремний 0,18-0,40 Марганец 0,5-2,0 Никель 5,0-7,0 Ниобий 0,01-0,06 Азот 0,005-0,025 Алюминий 0,01-0,2 Титан 0,01-0,3 Железо Остальное В качестве примесей сталь может содержать, мас.%: Сера до 0,025 Фосфор до 0,025

Известная сталь применяется в сварных конструкциях и после двойной нормализации и высокого отпуска имеет следующий комплекс механических свойств:

Предел прочности, конструкционная сталь, патент № 2023047в, Н/мм2 680-720

Предел текучести, конструкционная сталь, патент № 20230470,2, Н/мм2 450-500

Относительное удлинение, конструкционная сталь, патент № 2023047 , % 20-25

Относительное сужение, конструкционная сталь, патент № 2023047 , % 55-75 КСV-196, Дж/см2 30-35 КСТ-196, Дж/см2 20-25

Недостатком известной стали является низкая усталостная прочность и неудовлетворительные характеристики сопротивления хрупкому и вязкому разрушению при -196оС.

Предлагаемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, ниобий, азот, алюминий, титан и железо, дополнительно содержит молибден, ванадий и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,05-0,10 Кремний 0,15-0,35 Марганец 1,0-1,5 Никель 4,0-5,0 Ниобий 0,02-0,06 Азот 0,008-0,020 Алюминий 0,01-0,06 Титан 0,03-0,05 Молибден 0,2-0,3 Ванадий 0,12-0,16 Медь 0,3-0,6 Железо Остальное причем отношение Сu к конструкционная сталь, патент № 2023047 (Mn + Ni) должно быть в пределах 0,06-0,09.

Предлагаемая сталь позволяет получить при достаточно высоких прочностных и пластических свойствах повышенные характеристики усталостной прочности и сопротивления хрупкому и вязкому разрушению.

После двойной нормализации и высокого отпуска сталь обеспечивает следующий комплекс свойств:

Предел прочности, конструкционная сталь, патент № 2023047в, Н/мм2 800-850

Предел текучести, конструкционная сталь, патент № 20230470,2, Н/мм2 550-600

Относительное удлинение, конструкционная сталь, патент № 2023047 , % 23-26

Относительное сужение, конструкционная сталь, патент № 2023047 , % 72-75 КСV-196, Дж/см2 60-80

Предел выносливости, H/мм2 450 Т50о, С -196 КСТ-196, Дж/см2 40-60

Известно, что усталостная прочность тесно связана с прочностью, наиболее легким способом повышения которой является увеличение содержания углерода. Но при этом резко ухудшается свариваемость и снижаются характеристики вязкости.

В заявляемой стали повышение прочности обусловлено комплексным микролегированием карбонитридообразующими элементами (ванадием в дополнение к титану и ниобию) и твердорастворными элементами (медь, молибден). Полный комплекс карбонитридообразующих элементов (V, Nb, Ti) обеспечивает измельчение зерна и, кроме повышения прочности и усталостной выносливости, значительно повышает сопротивление стали хрупкому и вязкому разрушению.

Введение меди, кроме повышения прочности, позволяет повысить вязкие свойства за счет образования мелкодисперсной -фазы, являющейся эффективным барьером продвижения хрупкой трещины. Легирование медью, кроме того, позволяет снизить содержание дефицитного никеля.

Действие элементов, преимущественно находящихся в твердом растворе (марганец, никель, медь) и одновременно влияющих на прочность и вязкость, взаимосвязано и обеспечение повышенной прочности, усталостной выносливости и высокой вязкости наблюдается при экспериментально найденном соотношении

конструкционная сталь, патент № 2023047 = 0,06конструкционная сталь, патент № 20230470,09.

В предлагаемой стали железо является основой, углерод, кремний, марганец, никель, медь и молибден являются основными легирующими элементами, а ниобий, титан, ванадий, алюминий и азот - микролегирующими элементами, которые в сочетании с основными легирующими элементами обеспечивают требуемый уровень конструктивных технологических и эксплуатационных свойств.

В заявляемой стали содержание углерода ограничено пределами 0,05-0,10 мас. % не обеспечивает твердости мартенсита и, следовательно, прочности, а содержание выше 0,10 мас.% - свариваемости.

Содержание кремния лежит в интервале 0,15-0,35 мас.%. При содержании кремния ниже 0,15 мас.% металл недостаточно раскислен, при содержании выше 0,35 мас.% повышается балл силикатов, что снижает усталостную прочность.

Пределы по марганцу находятся в интервале 1,0-1,5 мас.%. Содержание марганца ниже 1,0 мас.% не обеспечивает требуемой прочности, выше 1,5 мас.% вызывает рост зерна, что снижает хладостойкость.

Содержание никеля ограничено пределами 4,0-5,0 мас.%. Содержание никеля ниже 4,0 мас.% не обеспечивает требуемой вязкости при отрицательных температурах. При содержании никеля выше 5 мас.% в структуре стали появляется остаточный аустенит, что снижает усталостную прочность стали.

Ниобий вводится в пределах 0,02-0,06 мас.%. Содержание ниобия ниже 0,02 мас. % не обеспечивает образования достаточного количества карбонитридов, что не отражается на задержке роста зерна. При содержании ниобия выше 0,06 мас. % появляется избыточное количество карбонитридов, что может снизить хладостойкость.

Содержание азота ограничено пределами 0,008-0,020 мас.%. Содержание азота ниже 0,008 мас.% не обеспечивает образования карбонитридов, если содержание азота превышает 0,020 мас.%, то появляется в твердом растворе свободный азот, что вызывает старение и снижает хладостойкость стали.

Пределы по алюминию находятся в интервале 0,01-0,06 мас.%. Содержание алюминия ниже 0,01 мас.% не обеспечивают достаточной раскисленности металла. При содержании алюминия выше 0,06 мас.% ухудшается технологичность стали (разливаемость и качество поверхности листов).

Титан вводится в пределах 0,03-0,05 мас.%. Содержание титана ниже 0,03 мас. % не обеспечивает образование достаточного количества карбонитридов и не влияет на хладостойкость стали. При содержании титана выше 0,05 мас.% избыточное количество карбонитридов отрицательно сказывается на усталостной прочности.

Содержание молибдена выбрано в пределах 0,2-0,3 мас.%. Содержание молибдена ниже 0,2 мас.% не обеспечивает предотвращение отпускной хрупкости II рода, выше 0,3 мас.% приводит к образованию верхнего бейнита, что отрицательно сказывается на хладостойкости.

Пределы по ванадию лежат в интервале 0,12-0,16 мас.%. Содержание ванадия ниже 0,12 мас.% не обеспечивает образования достаточного количества карбонитридов для измельчения зерна, выше 0,16 мас.% приводит к избыточному количеству их с теми же последствиями.

Медь вводится в пределах 0,3-0,6 мас.%. Содержание меди ниже 0,3% недостаточно для образования -фазы, выше 0,6 мас.% - может вызвать красноломкость.

В предлагаемой стали обеспечение одновременного повышения уровня прочностных и вязких свойств наряду с комплексным микролегированием обусловлено количественным соотношением элементов - меди, марганца и никеля, активно влияющих на эти свойства, а именно,

конструкционная сталь, патент № 2023047 = 0,06-0,09. Если это соотношение меньше 0,06, то в структуре появляется бейнитная и даже ферритная области, что снижает как прочностные, так и вязкие свойства. Если это соотношение больше 0,09, то при значительном повышении прочностных свойств, понижается уровень вязких свойств. Это определено экспериментально.

Ниже приведены варианты осуществления изобретения, не исключающие другие варианты в объеме формулы изобретения.

Опытные стали выплавляли в открытой индукционной печи на армко-железе. Предварительное раскисление проводили силикокальцим и ферромарганцем, окончательное - алюминием. Плавка 4 - известная сталь, взятая за прототип.

Слитки (25 кг) ковали на сутунки 45х500 мм. Температура нагрева 1150оС, окончания ковки 950оС. Сутунки катали на лист 12 мм, температура конца прокатки 900оС. Термообработку проводили на заготовках 12х70х500 мм по режиму: нормализация 900оС, 30 мин; вторая нормализация 790оС, 30 мин, отпуск 600оС, 2,5 ч, охлаждение на воздухе.

Механические свойства при растяжении определяли по ГОСТ 1497-84 на пятикратных образцах, вырезанных поперек направления прокатки. Сопротивление стали хрупкому разрушению определяли по ГОСТ 9454-78 на поперечных образцах. Сопротивление усталостному разрушению исследовали при растяжении-сжатии по схеме малоцикловой усталости, по которой работает резервуар для сжиженного газа при наполнении - выкачивании.

Химический состав опытных сталей приведен в табл. 1, механические свойства - в табл. 2.

Как видно из полученных данных предлагаемая сталь при достаточно высоком уровне прочностных и пластических свойств имеет повышенную усталостную прочность и сопротивление стали вязкому разрушению.

Предлагаемая сталь по характеристикам хладостойкости может успешно конкурировать с ранее применяемой для данного назначения нержавеющей сталью Х18Н10Т, превосходя ее по пределу текучести более чем в 2 раза, что позволит значительно снизить металлоемкость конструкций. Кроме того усталостные характеристики превосходят таковые заменяемой стали, что более чем в 2 раза продлит срок службы pезервуаров сжиженного газа.

Класс C22C38/50 с титаном или цирконием

трубная сталь -  патент 2525874 (20.08.2014)
аустенитно-ферритная сталь с высокой прочностью -  патент 2522914 (20.07.2014)
фольга из нержавеющей стали и носитель катализатора для устройства очистки выхлопного газа, использующий эту фольгу -  патент 2518873 (10.06.2014)
стали со структурой пакетного мартенсита -  патент 2507297 (20.02.2014)
сталь -  патент 2502821 (27.12.2013)
теплостойкая сталь для водоохлаждаемых изложниц -  патент 2494167 (27.09.2013)
трубная заготовка из легированной стали -  патент 2480532 (27.04.2013)
способ производства холоднокатаной ленты для холодной вырубки -  патент 2479643 (20.04.2013)
способ производства холоднокатаной ленты из низкоуглеродистых марок стали -  патент 2479641 (20.04.2013)
низколегированная литейная сталь -  патент 2467089 (20.11.2012)
Наверх