хладостойкая сталь

Формула изобретения

Хладостойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, ниобий, никель, медь, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций и серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,07-0,11

Кремний - 0,2-0,4

Марганец - 0,9-1,7

Ниобий - 0,025-0,05

Никель - 0,6-1,2

Медь - 0,3-0,65

Алюминий - 0,02-0,06

Кальций - 0,005-0,03

Сера - 0,001-0,015

Железо - Остальное

при этом отношение содержания кальция к сере должно быть не ниже двух, параметр сопротивляемости трещинообразованию при сварке, определяемый по формуле



должен быть не выше 0,23%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области конструкционных низколегированных сталей, применяемых для создания тяжелонагруженных крупногабаритных конструкций, например, корпусов судов, оборудования для морских буровых платформ, сосудов давления и т.д., эксплуатируемых при пониженных (до -50^oС) температурах в условиях агрессивных сред типа морской воды.

Широко известны низколегированные стали, содержащие марганец, никель, медь, ванадий, ниобий, алюминий и титан марок 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2АФ, поставляемые по ГОСТ 5521 и ГОСТ 19281.

Однако перечисленные стали не обладают достаточной сопротивляемостью слоистым разрывам, стойкостью против хрупкого разрушения при низких температурах и хорошей свариваемостью.

Наиболее близкой по назначению, химическому составу и комплексу физико-механических и технологических свойств к заявляемой является сталь по а. с. СССР 885324, содержащая, мас.%:

Углерод - 0,07-0,11

Кремний - 0,10-0,40

Марганец - 0,70-1,90

Никель - 0,60-1,60

Медь - 0,01-0,65

Ниобий - 0,001-0,050

Ванадий - 0,01-0,050

Алюминий - 0,02-0,06

Титан - 0,001-0,06

Азот - 0,009-0,02

Железо - Остальное

при этом суммарное содержание никеля и марганца составляет 2,10-2,50 мас.%, а отношение содержания азота к суммарному содержанию алюминия и титана - 0,29-0,31.

Указанная сталь применяется для строительства морских буровых платформ и обладает удовлетворительным комплексом физико-механических и технологических свойств в листах толщиной не выше 40 мм.

Освоение шельфов Крайнего Севера и Дальнего Востока потребовало создание конструкций морских буровых платформ и им подобных крупногабаритных сооружений с толщиной стенки до 70 мм.

Известная сталь не обеспечивает в указанных толщинах необходимую хладостойкость при температурах до -60^oС и сопротивляемость слоистым разрушениям по толщине листа.

Целью настоящего изобретения является создание стали, обладающей более высокой хладостойкостью при температурах до -60^oС и сопротивляемостью слоистым разрывам по толщине листа при сохранении прочностных свойств и свариваемости на прежнем уровне в сечениях до 70 мм.

Поставленная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, медь, ниобий, алюминий и железо, дополнительно содержит кальций и серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,07-0,11

Кремний - 0,2-0,4

Марганец - 0,9-1,7

Никель - 0,6-1,2

Медь - 0,3-0,65

Ниобий - 0,025-0,05

Алюминий - 0,02-0,06

Кальций - 0,005-0,03

Сера - 0,001-0,015

Железо - Остальное

При этом % отношение содержания кальция к сере должно быть не ниже двух а параметр сопротивляемости трещинообразованию при сварке, определяемый по формуле



не должен быть выше 0,23%.

Введение кальция в указанных пределах обеспечивает повышение изотропности стали, увеличение стойкости ее к слоистым разрушениям, т.к. кальций образует с серой малопластичные сульфиды CaS глобулярной формы, которые, в отличие от более пластичных сульфидов марганца MnS, не раскатываются при горячей прокатке в тонкие прослойки и, тем самым, не ослабляют связи между слоями стали по толщине листа. Этот эффект наиболее полно проявляется при отношении содержания кальция к сере не менее двух (Ca/S2).

Кроме того кальций способствует повышению верхнего шельфа работы удара на кривой "температура испытания - работа удара" (см. чертеж).

Для обеспечения необходимой хладостойкости при температуре -60^oС необходимо, чтобы суммарное содержание никеля и марганца было в пределах 2,1-2,3 мас.%.

Опробование химического состава проводили на стали, выплавленной в промышленной 100-т электродуговой печи и прокатанной на листы толщиной 70 мм. Прокатка листов заканчивалась при температуре 950-1000^oС с обжатием в последнем проходе 10-15% и последующей закалкой в воду от температур 800-950^oС и высоким отпуском при температуре 64020^oC.

Химический состав предлагаемой и известной стали приведен в табл.1, а результаты испытаний - в табл.2.

Результаты испытаний показали, что предлагаемая сталь обеспечивает тот же комплекс прочностных свойств, как и известная, но в листах большей толщины - до 70 мм. Однако, в значительной степени превосходит в этих толщинах последнюю по изотропности, стойкости к хрупким разрушениям при температурах до -60^oС.

Указанные преимущества позволяют значительно расширить диапазон применения стали, повысить надежность и работоспособность изготавливаемых из нее конструкций. Технологичность и трудоемкость изготовления полуфабрикатов в металлургическом производстве не изменилась.