Патент на изобретение №2167954
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ
(57) Реферат: Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сталям, которые могут быть использованы при изготовлении конструкций, работающих при низких температурах, например трубопроводов, морских стационарных платформ, опорных конструкций буровых плавающих установок, резервуаров, строительных конструкций, деталей машин. Конструкционная сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,08 – 0,22; кремний 0,20 – 0,65; марганец 1,25 – 2,20; титан 0,01 – 0,03; алюминий 0,01 – 0,05; ниобий 0,01 – 0,03; бор 0,001 – 0,005; цирконий 0,01 – 0,05; азот 0,01 – 0,025; медь 0,25 – 0,55; кальций 0,0015 – 0,055; иттрий 0,0001 – 0,055; селен 0,00025 – 0,07; барий 0,01 – 0,035; гафний 0,035 – 0,065 и железо – остальное. В стали дополнительно ограничено содержание примесей, мас.%: серы до 0,035 и фосфора до 0,035. Техническим результатом изобретения является повышение сопротивления хрупкому разрушению, повышение пластичности в направлении толщины проката, улучшение обрабатываемости и свариваемости. 1 з.п.ф-лы, 2 табл. Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сплавам группы стали, и может быть применено для изготовления конструкций, работающих при низких температурах, например для трубопроводов, морских стационарных платформ, опорных конструкций буровых плавающих установок, резервуаров, строительных конструкций, деталей машин. Известна сталь (А. С. СССР 1052558 A; C 22 C 38/14, 1982), содержащая, мас. %: углерод – 0,08-0,20; кремний – 0,2-0,6; марганец – 1,2-2,0; титан – 0,01-0,10; алюминий – 0,01-0,06; бор – 0,0005-0,005; иттрий – 0,0001-0,05; азот – 0,005-0,025; кальций – 0,0002-0,06; железо – остальное. В качестве примесей сталь может содержать, мас.%: Сера – до 0,035 Фосфор – до 0,035. Недостатком известной стали является низкий запас вязкости при пониженных температурах. Она имеет плохую обрабатываемость, свариваемость и высокую анизотропию по ударной вязкости. Наиболее близкой по составу технической сущности и достигаемому результату является сталь, описанная в авторском свидетельстве СССР N 1100332 A, по кл. C 22 C 38/60, 1982 (прототип) содержащая, мас.%: углерод – 0,08-0,20; кремний -0,20-0,60; марганец -1,2-2,0; титан – 0,01-0,10; алюминий – 0,01-0,06; бор – 0,0005-0,004; барий – 0,001-0,03; селен – 0,0002-0,08 иттрий -0,0001-0,05; азот – 0,005-0,025; железо – остальное. В качестве примесей сталь может содержать, мас.%: Сера – до 0,035 Фосфор – до 0,035. Известная сталь после закалки и высокого отпуска имеет следующий комплекс механических свойств: ![]() ![]() ![]() KCU+20 ![]() KCV-40 > 100 Дж/см2; %B(-40oC) ![]() ![]() Сера – до 0,035 Фосфор – до 0,035 Железо – остальное. Предлагаемая сталь при высоких значениях прочности, пластичности (особенно в z направлении), хладостойкости, также обладает высокими технологическими свойствами. Предлагаемая сталь имеет следующие значения механических свойств после закалки и высокого отпуска: Предел прочности, ![]() Предел текучести, ![]() Относительное удлинение, ![]() Относительное сужение, ![]() Ударная вязкость, KCU+20, Дж/см2 – 240-280 KCV-40 – 150-175 %B(-40oC) ![]() Коэффициент анизотропии вязких характеристик KCUпрод./KCUпопер. – 1,4 – 1,8 Как известно, одновременное повышение прочности и хладостойкости является сложной задачей, так как чем прочнее сталь, тем ниже сопротивление хрупкому разрушению. Эта задача может быть решена, если получить ультрамелкое зерно. Измельчение зерна достигается микролегированием карбонитридообразующими элементами (ниобий, ванадий, титан, цирконий и др.). В предлагаемой стали получение ультрамелкого зерна достигается введением гафния, иттрия, которые в комплексе с титаном, цирконием и бором обеспечивает получение 12-13 балла зерна, что невозможно при микролегировании одним титаном, цирконием или же бором. Кроме того гафний, иттрий выводят весь азот из твердого раствора, что еще больше повышает хладостойкость, а входя в состав комплексных корбонитридов, в значительной мере увеличивает их стойкость и дисперсность. Наиболее оптимальное сочетание прочности, пластичности в z – направлении, хладостойкости и характеристики свариваемости достигается при экспериментально найденной сумме титана, ниобия, циркония, гафния и иттрия в пределах 0,95-0,2%. Повышение технологических свойств обычно достигается введением кальция и повышением содержания серы. В данном случае повышение содержания серы и кальция исключено, так как при этом резко снижается хладостойкость. В предлагаемой стали для решения этой задачи одновременно вводится кальций, гафний и иттрий, которые, не снижая характеристики хладостойкости, значительно повышают обрабатываемость, улучшают свариваемость и прочность. Пределы по углероду ограничены 0,08-0,22 мас.%. Содержание углерода ниже 0,08 не обеспечивает достаточной прочности и текучести при содержании других элементов на нижнем и среднем уровне. Верхний предел по углероду ограничен 0,22 мас. %. Содержание углерода выше этого предела снижает хладостойкость стали при содержании остальных элементов на среднем и верхнем уровнях. Нижний предел содержания кремния определен 0,20 мас.%, ниже которого металл не обладает достаточной раскисленностью. Верхний предел содержания кремния ограничен 0,65 мас.%, выше которого снижается сопротивление стали хрупкому разрушению. Пределы по марганцу выбраны в интервале 1,25-2,2. мас.%. Содержание марганца ниже 1,25 мас.% не обеспечивает достаточной раскисленности металла и достаточных прочностных свойств при содержании остальных элементов на среднем и нижнем уровнях. Верхний предел по марганцу определен 2,2 мас.%. Выше этого предела замедляется образование карбонитридов и снижается хладостойкость стали. Содержание титана ограничено пределами 0,01-0,03 мас.%. Ниже этого предела сталь недостаточно раскислена, и не обеспечивается твердость комплексных карбонитридов. Верхнее содержание титана ограничено 0,03 мас.%. Выше этого предела происходит охрупчивание стали и ухудшается технологичность стали. Пределы по алюминию ограничены 0,01-0,05 мас.%. При содержании алюминия ниже 0,01% металл недостаточно раскислен. Верхнее содержание алюминия ограничено 0,05 мас.%, выше этого предела ухудшаются технологичность и качество поверхности проката. Нижний предел по бору составляет 0,001 мас.%. При содержании бора ниже этого предела не обеспечивается необходимая прокаливаемость и обрабатываемость. Верхний предел выбран 0,005 мас.%, содержание бора выше этого предела вызывает выделение избыточных боридов по границам зерна, что резко снижает сопротивление стали хрупкому разрушению. Содержание ниобия выбрано в пределах 0,01-0,03 мас.%. Содержание ниобия ниже 0,01 мас.% не обеспечивает образования достаточного количества карбонитридов, что не отражается на задержке роста зерна. При содержании ниобия выше 0,03 мас. % появляется избыточное количество карбонитридов, что может снизить хладостойкость. Цирконий вводится в пределах 0,01-0,05 мас.%. Содержание циркония ниже 0,01 мас.% не обеспечивает требуемый уровень прочности. Содержание циркония выше 0,05 мас.% вызывает образование избыточного количества карбонитридов, что приводит к снижению сопротивления стали хрупкому разрушению. Пределы по азоту ограничены 0,01-0,025 мас.%. При содержании азота 0,010 мас. % не обеспечивается возможность образования карбонитридов, содержание азота выше 0,025 мас.% вызывает снижение хладостойкости из-за появления в твердом растворе свободного азота. Пределы по меди лежат в интервале 0,25-0,55 мас.%. Содержание меди ниже 0,25 мас. % недостаточно для образования ![]() Формула изобретения
Углерод – 0,08 – 0,22 Кремний – 0,20 – 0,65 Марганец – 1,25 – 2,20 Титан – 0,01 – 0,03 Алюминий – 0,01 – 0,05 Ниобий – 0,01 – 0,03 Бор – 0,001 – 0,005 Цирконий – 0,01 – 0,05 Азот – 0,01 – 0,025 Медь – 0,25 – 0,55 Кальций – 0,0015 – 0,055 Иттрий – 0,0001 – 0,055 Селен – 0,00025 – 0,07 Барий – 0,01 – 0,035 Гафний – 0,035 – 0,065 Железо – Остальное 2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что в ней дополнительно ограничено содержание примесей, мас.%: Серы – До 0,035 Фосфора – До 0,035 РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 19.05.2002
Номер и год публикации бюллетеня: 32-2003
Извещение опубликовано: 20.11.2003
|
||||||||||||||||||||||||||