Сталь

СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, медь, никель, молибден, хром, молибден, алюминий, ванадий, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности при сохранении уровня сопротивления хрупким разрушениям и удовлетворительной свариваемости, она дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,08 - 0,13
Кремний - 0,2 - 0,4
Марганец - 0,4 - 0,7
Медь - 0,6 - 0,9
Никель - 3,3 - 4,0
Хром - 0,5 - 1,0
Молибден - 0,35 - 0,50
Алюминий - 0,02 - 0,06
Ванадий - 0,02 - 0,05
Ниобий - 0,02 - 0,05
Железо - Остальное

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к конструкционным низкоуглеродистым сталям, применимым для строительства морских и других тяжелонагруженных сварных сооружений и обладающим высокой прочностью, хорошей свариваемостью, хладостойкостью в больших сечениях при относительно экономном легировании.
Известны стали по стандартам США ASTM A514 и ASTM A517, японские стали Wel-Ten 80, NKHiten 80, которые имеют предел текучести 690 Н/мм² и применяются для строительства морских технических сооружений. Однако эти стали имеют недостаточную хладостойкость, так как предназначены для температур эксплуатации порядка -10^оС и выше. Кроме того, они требуют в больших толщинах подогрева при сварке (до 300^оС).
Известна также высокопрочная сталь США НУ 100 с пределом текучести не ниже 690 Н/мм² и высокой сопротивляемостью хрупким разрушениям при температуре до -50^оС. Однако уровень легирования этой стали ограничивает ее применение в отраслях народного хозяйства, а также требует подогрева до 200-250^оС для избежания проявления холодных трещин при сварке.
Наиболее близкой к описываемой по технической сущности и достигаемому результату является сталь, содержащая, мас.%: Углерод 0,09-0,14 Кремний 0,20-0,40 Марганец 0,30-0,90 Хром 0,80-1,10 Никель 2,35-3,40 Молибден 0,16-0,32 Ванадий 0,02-0,05 Алюминий 0,02-0,06 Медь 0,30-0,90 Кальций 0,005-0,040 Железо Остальное (авт.св. СССР N 1316284, кл. С 22 С 38/44).
Известная сталь после закалки и высокого отпуска обеспечивает в листах толщиной 130 мм следующий уровень механических свойств: Предел текучести, Н/мм² 625-724 Временное сопротивление, Н/мм² 732-841 Относительное удлинение, % 19-23 Относительное сужение, % 45-57
Работа удара KV при -60^оС, Дж 91-160
Известная сталь имеет высокую хладостойкость и удовлетворительную свариваемость, что позволяет успешно использовать ее для тяжелонагруженных конструкций. Однако прочность известной стали недостаточна для обеспечения проектирования, строительства и надежной эксплуатации таких ответственных деталей, как, например, рейки нового поколения самоподъемных буровых установок и т.п.
Целью изобретения является повышение прочности при сохранении свариваемости и высокой хладостойкости стали в толщинах до 130 мм без существенного повышения уровня легирования.
Поставленная цель достигается тем, что сталь, содержащая кремний, марганец, медь, никель, молибден, хром, алюминий и ванадий, дополнительно содержит ниобий и имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: Углерод 0,08-0,13 Кремний 0,20-0,40 Марганец 0,40-0,70 Медь 0,60-0,90 Никель 3,30-4,00 Хром 0,5-1,0 Молибден 0,35-0,50 Алюминий 0,02-0,06 Ванадий 0,02-0,05 Ниобий 0,02-0,05 Железо Остальное
Требуемое повышение прочности достигается в предлагаемой стали повышением содержания никеля и молибдена, а также ниобия в указанных пределах, компенсирующих снижение, по сравнению с известной, содержания углерода и хрома. Никель в сочетании с хромом и медью в указанных пределах обеспечивает прокаливаемость предлагаемой стали, что подтверждается результатами испытаний по толщине (см. табл.2). Добавка молибдена и ниобия за счет эффекта вторичного твердения упрочняют сталь при отпуске.
Добавка никеля, в указанных пределах наиболее оптимальна для получения высокой хладостойкости при минимально возможно низком содержании углерода. Кроме того, повышению вязкости стали весьма благоприятно способствует добавка ниобия в указанных пределах, обеспечивая измельчение аустенитного зерна и не вызывая отрицательных эффектов в околошовной зоне. Добавки молибдена в указанных пределах способствуют подавлению выделения при закалке феррита, охрупчивающего сталь, что также улучшает сопротивляемость хрупким разрушениям.
Таким образом, в результате добавок никеля, молибдена, ниобия повышена прочность предлагаемой стали, причем благодаря оптимизации легирования при незначительном снижении содержания углерода на (0,01%) и хрома (на 0,10%) свариваемость ее остается практически на уровне известной. Это подтверждается расчетом параметров сопротивления трещинообразования по формуле Международного института сварки:
P_ст= C+ + + + + 5В, результаты которого показывают, что для известной стали предельного состава Р_cт равен 0,362, а для предлагаемой 0,364, т.е. практически равны.
Опытная сталь (составы 1-4) была получена в лабораторных условиях, состав 5 - в промышленных. Известная сталь была взята для исследований из промышленной партии. Химический состав стали приведен в табл.1.
Уровень механических свойств плит толщиной 130 нм после гомогенизации, закалки в воду и высокого отпуска при 640^оС приведен в табл.2 и подтвержден прилагаемым актом.
Для оценки свариваемости электродами марки 48ХН-3 были заварены при различных температурах жесткие пробы размером 500 600 толщиной 100 и 130 мм. Сварку выполняли при погонной энергии 20 кДж/см. Свариваемость оценивали по наличию холодных трещин. Результаты представлены в табл.3.
При более высоком уровне прочности предлагаемая сталь обладает аналогичной с известной сталью свариваемостью и хладостойкостью, что является новым качеством стали по отношению к известной.
Использование предлагаемой стали при строительстве морских технических сооружений обеспечит существенный технико-экономический эффект за счет уменьшения металлоемкости и трудоемкости, повышения надежности и работоспособности.
Производство предлагаемой стали опробовано в производственных условиях и не вызвало затруднений на всех металлургических переделах.
Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционной низкоуглеродистой стали, применимой для строительства морских и других тяжелонагруженных сварных сооружений и обладающей высокой прочностью, хорошей свариваемостью в больших сечениях. Цель изобретения - повышение прочности при сохранении уровня сопротивления хрупким разрушением и удовлетворительной свариваемости. Сталь дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, %: углерод 0,08 - 0,13, кремний 0,2 - 0,4, марганец 0,4 - 0,7, медь 0,6 - 0,9, никель 3,3 - 4,0, хром 0,5 - 1,0, молибден 0,35 - 0,50, алюминий 0,02 - 0,06, ванадий 0,02 - 0,05, ниобий 0,02 - 0,05, железо - остальное.