789625 - Конструкционная сталь

Конструкционная сталь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 260279 (21) 2730051/22-02 (51) М с присоединением заявки М

С 22 С 38/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетвЂ”

Опубликовано 23.1230. Бюллетень Йо 47

Дата опубликования описания 231230 (53) УДК 669.15-194(088.8) B.H.3èêååâ, A.iI.Гуляев, Д.A.éèòâèíåíêî, Б.й.Шаров, Л.Ф.Косой, Л.И.Гладштейн, В.И.Гуревич, Б.Ю.ЗеличейЬк .

Л.Д.Перельман, Е.К.Шафигин, Е.Я.Черньиаев, О.Г.Соколов, Б.В.Поповский и Ю.Л.Легостаев (72) Авторы изобретения

Центральный ордена Трудового Красного Зн исследовательский институт черной металлу (71) Заявитель (54) КОНСТРУКЦИОРНАЯ СТАЛЬ

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

Известны стали, в которых увеличение хладостойкости достигается путем 1() легирования никелем в коЛичестве 812%. Дополнительно такие стали могут быть легированы молибденом н ванадием (С = О, 02-0,12% ;Ni = 8,5-10%;

Мо = 0,2-2%; V = О, 005-1,5%;Si = 0,1Ою4%; Al = 0005 Ою005%; S u P М 0,03%) (1J, молибденом, ванадием и РЗМ (С = О, 02-0,12%; NI = 8,5-10%;, Мо - вЂ” 0,2-2, О; fi = О, 005-1,5%;:V = 0,1-

0,4%; Al = 0,005-0,05%; 5и P л; 0,03% щ

РЗМ = 0,01-0,5%) (23 . Эти стали после нормализации от 900оС, закалки 840900 С и отпуска при 560-570о С. имеют повыщенную прочность и вязкость прнвЂ”

-196 (5т = 125 кгс/мм, 0к и7 кгм/см). 25

Недостатком этих сталей является недостаточная ударная вязкость при

T = -196 С.

Возможно дополнительное легирование сталей такого типа азотом и алю- 30 минием (С = 0,25%; Si = 0,6%; Мп

1,0%; S u P = 0,03%> Ni = 1-4,0%;

N = OrОО7 0 04%; Al = Oi23 (31

После закалки и отпуска эта сталь имеет с к = 25-37 кгм/см в диапазоне х температур от -40 С до -120 С. Однако эта сталь не предназначена для работы при -196 С.

Возможны добавки В сталь алюминия, меди и марганца вЂ” (С 0,2%; 51.< 0,5%;

Ип Й 2,0%; Ni = 1,0-2,5%; Сц = 0,61,25%; Al = 0,5-1,25%; при Al + Cu

1, 3-2, 25%; C r = 0-.1, 0%, Ио = 0-1, 0% при Cr + Ио 1,5 l4). Однако эта сталь может работать до -120 С.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является сталь, содержащая 0,01-0,15% углерода, 0,05-0,4% кремния, 4,5-7,5% никеля,0,5-3,5% марганца,0,001-0,05% азота, с 0,5% алюминия, которйй может быть частично заменен цирконием, бериллием, гафнием или танталом (5). Сталь после закалки 800-900оС и отпуска 525-625 С имеет следующие свойства:

6> = 86 кгс/мм, 6 = 80 кгс/мм д = 18%.

789625

Ввиду отсутствия данных по вязким свойствам, определяющим хладостой,кость этой стали, в ЦНИИЧМ была вып. лавлена сталь укаэанного химического состава, которая показала следующий уровень свойств: при температуре минус 160 С б о

95 кгc/Mì, 6 = 90 кгс/мм, 8 = 20%, g. б (= 50%, a„, = 10,2 кгс/см,а„-„=

6,0 кгс/см,. Q = 3,0 кгс/см

ЪВ = 30 i при температуре минус 196 С б = ©

105 кгс/мм, 5 - = 96 кгс/мм, (P = 22%, 42%, а„т = 8,5 кгс/cM у вЂ” 2, О кгс/см, с т = 1,5 кгс/см

ЪВ = 20.

Эта сталь имеет недостаточную ударную вязкость при Т -196 С

0 („ = 8,5 кгс/см ), низкий процент волокна в изломе ударных образцов при T = -196 С (20%), что делает ненадежной эксплуатацию этой стали при минус 196 С. о

Цель изобретения вЂ” обеспечение высокого комплекса вязких свойств при температурах минус 140 196 С при экономном легировании никелем ДЯ (до 6,5%).

Для достижения укаэанной цели в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, никель, азот, алюминий и железо, дополнительно введены молиб-у) ден, медь, ванадий, ниобий, Р3М и кобальт, при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ: . Углерод 0,03-0,15

Кремний О, 18-0,40

Марганец 0 5-2,0

Никель 4,0-6,5

Молибден 0,1-0,5

Медь 1,0-5,0 .Ванадий 0,01-0,15

Ниобий 0,01-0,06

Азот 0,005-0,025

Алюминий 0,02-0,2

РЗМ 0,008-0,1

Кобальт 0,02-1,0

Железо Остальное g$

В качестве примесей сталь содержит серу и фосфор в количестве 0,025% каждого., Нижний предел по углероду определен 0,03. Содержание углерода ниже у этого предела не обеспечивает достаточного количества карбидной фазы, а следовательно и прочности, при содержании других элементов на нижнем и среднем уровнях. Верхний предел по углероду ограничен 0,15Ъ. При содержании углерода выше 0,15% образуется избыточное количество карбидной фазы, которое черезмерно упрочняет сталь и снижает хладостойкость.

Нижний предел по кремнию опреде- ЕО лен 0,18. Содержание кремния ниже этого предела не обеспечивает достаточной раскисленности металла. Верхний предел по кремнию ограничен 0,4%.

Содержание кремния выше этого преде- 65 ла черезмерно упрочняет феррит, что ведет к снижению вязкости и потере хладостойкости.

Нижний предел по Марганцу составляет 0,5%. Содержание марганца ниже

0,5% не обеспечивает достаточной раскисленности металла. Верхний предел по марганцу определен 2% и обусловлен частичной заменой никеля, Содержание марганца выше этого предела приводит к черезмерному упрочнению феррита и снижению вязкости и потере хладостойкости.

Нижний предел по никелю определен

4%. Содержание никеля ниже этого предела не обеспечивает достаточной легированности феррита для получения высокой вязкости при температуре до -196 С. Верхний предел по никелю ограничен 6,5Ъ. Содержание никеля выше этого предела приведет к значительному удорожанию стали.

Нижний предел по молибдену определен 0,1Ъ. Содержание молибена ниже

0,1Ъ не обеспечивает достаточной легированности феррита для получения высокой вязкости при криогенных температурах и не предотвращает отпускную хрупкость стали. Верхний предел по молибдену ограничен 0,5%. Содержание молибдена выше этого предела приводит к образованию специальных карбидов типа Mo С и снижает хладостойкость. Кроме того, выше этого предела молибден существенно удорожает сталь.

Нижний предел по меди определен

1%. Содержание меди ниже этого предела не обеспечивает достаточной легированности феррита для получения высокой вязкости при содержании никеля на нижнем уровне. Верхний предел по меди ограничен 5Ъ. Содержание меди выше этого предела приводит к значительному упрочнению феррита, что снижает вязкость и ухудшает хладостойкость стали.

Нижний предел по ванадию определен

0,01%. Содержание ванадия ниже этого предела не обеспечивает получение дос. таточного количества нитридной фазы для измельчения зерна и обеспечения высокой вязкости. Верхний предел по ванадию ограничен 0,15%. Содержание ванадия выше этого предела приводит к образованию избыточного количества нитридов ванадия при содержании азота на верхнем пределе, что сильно упрочняет сталь и снижает вязкость.

Нижний уровень содержания ниобия составляет 0,01%. Содержание ниобия ниже этого уровня не обеспечивает модифицирующего влияния этого элемента на измельчение зерна. Верхний предел по ниобию ограничен 0,06%.

Содержание ниобия выше этого предела приводит к образованию избыточного количества нитридов ниобия, что

789625 значительно упрочняет сталь и снижает вязкость.

Нижний предел по азоту составляет

0,005%. Содержание азота ниже этого предела не обеспечивает получения карбонитридной фазы, способствующей измельчению зерна. Верхнее содержание азота ограничено 0,025%. Содержа- ние азота выше этого предела приво-, дит к неполной усвояемости этого элемента, к значительному содержанию газов в стали и потере вязкости.

Нижний предел по алюминию состав- ляет 0,02%. Содержание алюминия ниже этого предела не обеспечивает достаточной раскисленности металла. Верхний предел по алюминию определен 0,2%. 15

Содержание алюминия выше этого предела приводит к образованию значительного количества нитридов этого элемента, упрочняющих сталь и снижающих вязкость. 20

Нижний предел по РЗМ составляет

0,003%. Содержание РЗМ ниже этого предела не обеспечивает модифицирующего влияния этих элементов на глобуляризацию сульфидных включений. Верхний предел по РЗМ ограничен 0,1%.

Содержание РЗМ выае этого предела приводит к выделению значительного количества оксисульфидов этих элементов, загрязняющих сталь и снижающих вязкость.

Нижний предел по кобальту определен 0,02%. Содержание кобальта ниже этого предела не обеспечивает эффекта замедления роста зерна при нагреве и слабо снижает диффузию угле- 35 рода в твердом растворе, что приводит к образованию крупных карбидов легирующих элементов при содержании углерода на верхнем пределе, которые вызывают потерю вязкости. Верхний предел по кобальту ограничен 1,0%.

Содержание кобальта вьзае 1% приводит к черезмерному упрочнению стали и охрупчиванию

После двойной нормализации и высокого отпуска, сталь имеет следующие механические свойства:

1. При +20 СвЂ”

6 = 79-86 кгс/мм бт =. 67-79 кгс/мм

8 = 18-30%

60-80%

9 > = 20-30 кгсм/см

2., При -160 С2

Oyz. = 15-28 кгс/мм

О Мд = 11-15 кгс/мм с т = 6-12 кгс/мм

6% = 82-96 кгс/мм, @ò = 77-89 кгс/мм

6 = 21-32%

55-75% о

3. При -196 С

Она = 10-25 кгсм/см

0ца = 8-12 кгсм/см

=3, 0-6, О кгс м /см

á%. = 90-104 кгс/мм бт = 82-96 кгс/мм

22-34%

У = 50-65%

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

В табл.1 дан химический состав сталей в вес.%; в табл. 2 вЂ” характеристика механических свойств, 789625

LA O с. с

N N

Э оо о оп Е

О К с с

lA lA

CA с LO ь с

<Ч ь

СЧ

О О

Ch с-1

Ю (Ч

ГЧ

О ,с

И) (Ч

О с

% 1 с

° .1

%-1

М (Ч

О ь

%-4

СЧ

О с

C) lA

СЧ

О с

СЧ

C) с

<Ч Ф с3 СЧ

СЧ Р3 Г ) (Ч

О Ю

О с

Ю с

СЧ

C) СЧ с

ОЕ

ОО с с, ОО

Ю (Ч

О с

%-4

СЧ с с а т-1 %-

CL с

% 1

Ю ь с

CO и

О с с

О О

О а 0

Е О

63 а ь

О с

М н I и

Я и I

LA с ь с

О с

LA (lA lA с с

Ф ( (Ч СЧ Ю LA

CO Ch -. Ch 01

LA tA с с

ОМ

О О И>

\О Г CO tA (Ч с

В О CO т-1 Р3 М с

1. lA

О сУ с с

ОО

СО т.1 с

О а О (Ч Ф

О О Ф CLL О

Ю 1 3 СО.! г1 Л

О < с с

ОО

CO ь

lA Ч с

Ch (Ч Ю Ю

6) 00 00

ДАЛО

Щ ч-<

Ц а

Ц .а

О lA

О О О

° -1 1-1 Т

Ю с-1 О с с с с M

О М Ю с с с

СО О

Г 4 с

О -4

2 ж н

U О о л

0) и

C) СЧ сР СП Ю

00 СО Ch

789625

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 412286, кл. С 22 С 38/12, опублик.

1974.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Р 412285, кл. С 22 С 38/12, опублик.

1974.

3. Патент Японии Р 26386, кл. 10 J 172, опублик. 1967.

4. Патент Англии Р 1196212, кл. C 7 А,опублик, 1970, 5. Патент США М 3444011, кл. 148-31, опублик, 19 70.

Формула изобретения

Составитель Г. Дудик

Редактор Т. Кугрышева Техред Н.Граб Корректор М. Вигула

Заказ 9005/31 Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предлагаемая сталь является персг пективным материалом для конструкции, работающих при отрицательных температурах до -.196 С.

Применение предлагаемой .стали для изготовления емкостей вЂ” хранилищ сжи женных газов позволит заменить сталь

ОН 9, содержащую 9% никеля.

Расчет годового экономического эффекта: цена стали ОН 9-за 1 т листа толщиной 10-12 мм 850 руб., цена 1 т листа толщиной. 10-12 мм предлагаемой стали 815 руб., при годовом производстве металла 10 тыс.т экономический эффект составит (850-815) 10000=

350000 руб. !5

Конструкционная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, никель,. 20 алюминий, азот и железо, о т л и ч авЂ” ю щ а я с. я тем, что, с целью повышения хладостойкости, она дополнительно содержит молибден, медь, вана дий, ниобий, Р3М и кобальт, при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Никель

Молибден

Медь

Ванадий

Ниобий

Азот

Алюминий

Р3М

Кобальт

Железо

О, 03-0, 15

0,18-0,40

0,5-2,0

4,0-6,5

0,1-0,5

1,0-5,0

0,01-0,15

0,01-0,06

0,005-0,025

0,02-0,2

0,008-0,1

0,02-1,0

Остальное

Конструкционная сталь

Патент 789625