Сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к стали, применяемой в химическом машиностроении для изготовления сварных конструкций, работающих при температуре от -70 до +425^oС. Предложена сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, вес.%: углерод 0,18-0,22; кремний 0,20-0,40; марганец 0,50-0,80; никель 0,05-0,40; хром не более 0,4; ванадий 0,02-0,05; алюминий 0,01-0,04; кальций 0,01-0,02; железо остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочности, пластичности и ударной вязкости стали. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сталям, применяемым в химическом машиностроении для деталей и элементов сварных конструкций, работающих при температуре от -70 до 425 под давлением.

Известна сталь (ТУ 302.02.092-90) состава, вес.%: Углерод - 0,19-0,26 Кремний - 0,20-0,40 Марганец - 0,75-1,00 Хром - Не более 0,40 Никель - Не более 0,30 Медь - Не более 0,30 Железо и примеси - Остальное Наиболее близкой к предлагаемой стали по технической сущности является сталь по авт. св. СССР N 753925 следующего состава, вес.%.

Углерод - 0,20-0,32 Марганец - 0,4-1,4
Кремний - 0,2-0,6
Хром - 0,06-0,50
Ванадий - 0,04-0,17
Никель - 0,04-0,40
Кальций - 0,005-0,04
Редкоземельные металлы - 0,02-0,20
Железо - Остальное
Задачей изобретения является повышение значений прочности, пластичности и ударной вязкости.

Для достижения поставленной задачи в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, никель, хром, ванадий, кальций и железо, дополнительно вводят алюминий при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Углерод - 0,18-0,22
Кремний - 0,20-0,40
Марганец - 0,50-0,80
Хром - Не более 0,4
Никель - 0,05-0,4
Ванадий - 0,02-0,05
Алюминий - 0,01-0,04
Кальций - 0,01-0,02
Железо - Остальное
Минимальное содержание углерода 0,18 выбрано из условий получения требуемого уровня прочности. Максимальное содержание углерода 0,22 выбрано из условий обеспечения свариваемости. Увеличение содержания углерода повышает прочностные свойства. Марганец при содержании до 0,5 умеренно упрочняет сталь, несколько повышает ударную вязкость и хладостойкость, что связано с измельчением зерна. Максимальное содержание марганца 0,8 применено с тем, что дальнейшее увеличение марганца сопровождается увеличением доли перлитной составляющей без существенного изменения структуры, поэтому сталь упрочняется с некоторым ухудшением вязкости и хладостойкости.

Введением никеля до 0,4 уменьшается критическая скорость охлаждения и повышается в значительной степени способность стали к улучшению.

Положительная роль хрома заключается в том, что он очищает зерна от углерода, а некоторые из них - от кислорода.

Минимальное содержание ванадия 0,02 принято для образования в стали высокостойких карбидов ванадия, имеющих высокую температуру растворения аустенита, способствует измельчению зерен, а максимальное 0,05 принято из условий обеспечения высокой пластичности и вязкости.

Алюминий является сильным раскислителем и одновременно оказывает модифицирующее действие на сталь, наличие в стали алюминия приводит к измельчению аустенитного зерна, повышает предел текучести, снижает температуру перехода в хрупкое состояние, улучшает свариваемость стали.

Введение кальция обеспечивает уменьшение вредного влияния сульфидов марганца, обеспечивает образование труднорастворимых сульфидов, образовавшихся при более высоких температурах.

Неметаллические включения приобретают глобулярную форму.

Пример.

Известные и предлагаемые составы сталей выплавлялись в индукционных печах типа ИСТ-16 и разливались в изложницы в слитки по 50 кг.

Данные опытные слитки ковались на заготовки размером 40170мм. Нагрев слитков проводился по следующему режиму:
1. Посадка в печь при температурах 750^o.

2. Выдержка при этой температуре 2 часа.

3. Нагрев по мощности печи до температуры 128010^oС.

4. Выдержка при этой температуре 2 часа.

5. Температурный интервал ковки 1280-750^oС.

После окончания ковки поковки проходили предварительную термообработку. Режим предварительной термической обработки:
1. Посадка при температуре 600^oС.

2. Нагрев по мощности печи до 68010^oС.

3. Выдержка при 68010^oС 5 часов.

4. Охлаждение с печью до 300^oС, далее на воздухе.

Поковки термически обрабатывались и механическим путем разрезались на заготовки образцов.

Режим окончательной термической обработки:
Закалка
1. Температура печи при посадке 900^oС.

2. Нагрев по мощности печи до 910 - 915^oC.

3. Выдержка при 910-915^oС 2 часа.

4. Охлаждение в воде.

Отпуск
1. Температура печи при посадке 650^oС.

2. Нагрев по мощности печи до 70010^oС.

3. Выдержка при температуре 70010^oС 8 часов.

4. Охлаждение на воздухе.

В таблице приведены химические составы предлагаемой и известной сталей и их механические свойства.

Предлагаемый состав стали позволит при сохранении пластичности и ударной вязкости значительно увеличить прочность.

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, хром, ванадий, кальций и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении компонентов, вес. %:
Углерод - 0,18-0,22
Кремний - 0,20-0,40
Марганец - 0,50-0,80
Никель - 0,05-0,40
Хром - Не более 0,4
Ванадий - 0,02-0,05
Алюминий - 0,01-0,04
Кальций - 0,01-0,02
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1