Сталь

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 9) (11) СПУБЛИК)5 С 22 С 38/14 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ г АВ Ф а ес и ой вязкостью ся к черной металегированным стая изготовления руемых в условизготовления гаэозначенных к исСевера. имеющая 0,1 17 0,350,050.09Остальное ние в стали серы осфора не более контролируемои алку при 930 С и актеризуется отГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Мариупольский металлургический институт и Мариупольский металлургическийкомбинат "Азовсталь"(56) Авторское свидетельство СССРМ 755881, кл. С 22 С 38/12, 1980,) СТАЛЬ) Использование: изобретение относится Изобретение относитлургии, а именно к ниэколлям, применяемым длтрубопроводов. эксплуатиях Севера.Известна сталь для ипроводных труб, преднапользованию в условияхсостав, мдс.%.УглеродМарганецКремнийНиобийВанадийЖелезоДопускается содержане более 0,01 мас.%. а ф0,02 мас,%,Данная сталь послепрокатки, включающей заотпуск при 590-600 С. ха к черной металлургии. в частности к низко- легированной стали для изготовления труб, предназначенных для эксплуатации в условиях Севера. Сущность изобретения:для повышения уровня пластических свойств и ударной вязкости при отрицательных температурах до (-)60 С она дополнительно содержит цирконий и иттрий при следующем соотношении компонентов. мас,%: углерод 0,07 - 0,11; марганец 1,3 - 1,6; кремний 0,2- 0,6; ниобий 0,005-0,010; иттрий 0,02-0.06: алюминий 0,03 - 0,06; цирконий 0,01 - 0.03; железо - остальное, причем отношение циркония к иттрию составляет 0,17-0,90.2 табл. носительно невысокими мехсвойствами, в том числе ударнпри низких температурах,Временное сопротивление разрыву (ав) для этой стали составляет 550 МПа. предел текучести (0) 450 МПа, относительное удлинение (д) 22%, ударная вязкость (КСЧ) при +20. -40 и -60 С составляет соответственно 110, 62 и 41 Дж/см .Кроме того, ограничение по содержанию серы до 0,01 мас,% снижает экономичность стали, так как для доведения содержания серы до указанной величины необходимо производить десульфурацию стали синтетическими шлаками - операцию, увеличивающую цикл производства стали и снижающую производительность металлур. гического оборудованияИзвестна сталь, где обеспечена высокая ударная вязкость при низких температурах (КС 1/ более 98 Дж/см при -120 С) в первомслучае за счет введения в сталь крайне дефицитныхредкоземельных элементов - неодима и праэеодима в сочетании с цирконием, во втором - путем сложного легирования и модифицировзния стали дорогостоящими и дефицитными элементами - никелем, хромом, молибденом в сочетании с ванадием, ниобием, цирконием и церием, При этом по содержанию серы в стали имеется ограничение - не более 0,01 масСодержание дорогостоящих элементов и необходимость дополнительной десульфурации требуют больших материальных и трудовых затрат на изготовление указанных сталей.Кроме того, они характеризуются относительно невысокими пластическими свойствами (оЬ-529 и 519-559 МПа и%-372 и 421-441 МПа соответственно), что не позволяет испольэовать эти стали для изготовления трубопроводов.Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является сталь следующего химического состава, мас. :Углерод 0,14-0,20 Марганец 1,2-1,6Кремний 0,3-0,7 Ванадий . 0,05-0,20 Азот 0,014-0,030 Ниобий 0,005-0,050 Редкоземельныеметаллы 0.005-0,050 Алюминий 0,005-0,040Молибден 0,01-0,10Железо Остальное В качестве примесей сталь может содержать серу и фосфор до 0,03 мас, каждого, что позволяет не производить затраты на дополнительную десульфурацию стали при ее получении. Указанная сталь после стандартнойтермической обработки путем нормализации имеет довольно высокое временное сопротивление разрыву о, равное 627 МПа, однако это достигается вводом в ее состав значительного количества дорогостоящих и дефицитных компонентов - молибдена (до 0,1 мас. ), ванадия (до 0,2 мас.ф) и ниобия (до 0,05 мзс,ф,).При этом другие пластические свойства и ударная вязкость, важные для эксплуатации трубопроводов из этой стали в условиях Севера, относительно невысоки, они достигают лишь минимума значений для данного класса стали: оМПа, д 2 б, КСЧ при +20 С 88 Джсмз, гни -40 С 59 Дж/см и при -60 С 39 Дж/см .55 влияния на свойства стали как карбидообразующего элемента, при содержании его вколичестве. 0,01-0,03 мас.ф 6 обеспечивает связывание серы в прочные сульфиды и очистку границ зерна от легкоплавких соединений серы с железом и марганцем, повышая 10 15 20 2530354050 Цель изобретения - повышение уровня пластических свойств и ударной вязкости стали при отрицательных температурзк до -60 С.Цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ниобий, алюминий и железо, дополнительно содержит цирконий и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас, ф,:Углерод 0,07-0,11Марганец 1,3-1,6Кремний 0,2-0,6Ниобий 0,005-0,010Иттрий 0,02-0,06Алюминий 0.03-0,06Цирконий 0,01-0,03Железо Остальноепричем отношение циркония к иттрию составляет 0,17-0,90,Пределы содержания компонентов встали обеспечивают высокие для данногокласса стали пластические свойства и повышение ударной вязкости при -40 С и -60 Спри экономном легировании и без обработки стали синтетическими шлаками,Содержание углерода в пределах 0,070,11 мас, обеспечивает в сочетании с другими компонентами образование оптимального количества упрочняющей сталь карбидной Фазы, обеспечивакнцей высокую прочность беэ снижения хладостойкости стали.Кремний в количестве 0,2-0,6 мас, и марганец в количестве 1,3-1,6 мас, способствуют образованию жидких, хорошо укрупняющихся продуктов раскисления, что предотвращает насыщение расплава кремнеземом и эакисью марганца в период его рзскисления, не снижая в то же время степени раскисления, Кремний, кроме того, способствует растворению в аустените карбидообразующих элементов - циркония, марганца и ниобия, что приводит к повышению вязкости и хладостойкости стали,Соотношение введенных в состав стали карбидообразующих элементов и кремния способствует иэмельчению зерна и дисперсионному упрочнению стали, что создает условия для получения после контролируемойпрокатки дисперсной макроструктуры, обеспечивающей высокую прочность и повышение ударной вязкости при отрицательных температурах,Введение в сталь циркония, кроме егохладостойкость стали без ее обработки синтетическими шлаками. Кроме того, цирконий наряду с алюминием участвует в раскислении и связывании азота в мелкодисперсные нитриды и карбонитриды, что также повышает механические свойства стали.При содержании циркония менее 0,01 мас. указанное его влияние на свойства стали недостаточна значительно, а превышение его в стали (более 0,03 мас. О) приводит к образованию крупных включений, обуславливающих наличие в металле после, прокатки грубых строчек карбидов и карбонитридов, понижающих как пластические свойства, так и ударную вязкость металла.Микролегирование стали ниобием в количестве 0,005-0,010 мас.% также связано с образованием карбонитридов, способствующих измельчению микроструктуры стали, поскольку они тормозят рост зерна аустенита, закрепляя его границы и сдерживая этот рост вплоть до температур растворения,Алюминий в составе стали в количестве 0,03 - 0,06 мас.; выполняет роль раскислителя и, кроме того, модификатора, сдерживающего рост аустенитного зерна путем блокирования его мелкими частицами нитрида алюминия. в результате чего практически полностью удаляется свободный азот и структура приобретает более мелкодисперсное строение, обуславливающее повышение ударной вязкости.Введение в состав стали иттрия, являющегося модификатором второго рода, обеспечивает в процессе кристаллизации и структурообразования стали изменение формы, морфологии, размеров и распределения неметаллических включений. Модифицирование стали иттрием повышает ее ударную вязкость при отрицательных температурах.Кроме того, иттрий, как и цирконий, обладая большим сродством к сере, оказывает на сталь сильное десульфурирующее действие, связывая серу в прочные оксисульфиды глобулярной формы, замещающие легкоплавкие соединения серы с железом и марганцем в межзеренном пространстве, уплотняя структуру металла и псвышая его механические свойства,Нижний предел содержания иттрия (0,02 мас) выбран исходя из того, что за ним иттрий не оказывает значительного влияния на изменение свойств стали, Содержание его в стали более 0,06 мас.оь приводит к снижению механических свойств, так как вследствие влияния иттрия на повышение растворимости кислорода увеличи вается общееоличество неметаллических включений за счет образования оксидов, Экспериментально установлено, что введение в предлагаемый состав стали циркония увеличивает ударную вязкость при отрицательных температурах преимущественно в продольном направлении, в то время как иттрий повышает эту характеристику преимущественно в поперечном направлении проката,Соотношение содержания в стали циркония и иттрия, определенное зависимостью Ег;У=0,17-0,90, .обеспечивает оптимальную степень влияния этих элементов на свойства стали с учетом специфики ее использования и высокие механические свойства как в поперечном, так и в продольном направлении проката,Нижний предел Ег;У, равный 0,17, обус 10 15 20 ловлен соотношением нижнего предела содержания циркония к верхнему пределу При этом предлагаемая сталь более экономична, поскольку не содержит в своем составе дорогостоящих и дефицитных элементов (молибдена и ванадия), верхний предел ниобия в ней снижен в 5 раз, а общее содержание легирующих элементов снижено в 2 - 4 раза,содержания иттрия в стали, выбранных исходя из степени их влияния на свойствастали, а верхний предел указанного отноше 25 ния, равный 0,90, обусловлен тем, что превышение его приводит к увеличениюанизотропии ударной вязкости при низкихтемпературах и одновременному снижениюзначений (тт, ов и О,30 В табл. 1 приведены составы стали; втабл, 2 - механические свойства исследованных сталей,Для механических испытаний используют стандартные образцы, отобранные по35 ГОСТ 9454-78 для определения КСЧ и поГОСТ 1497-84 для определения о, пв и д отлистов толщиной 12 мм, полученных прокаткой опытных слитков стали различного состава с последующей термообработкой по40 режиму: закалка 930 С, отпуск 590-600 С,Предлагаемая сталь, обладая временным сопротивлением, практически соответствующим уровню этого свойства упрототипа после его нормализации, превос 45 ходит его по пределу текучести и особеннопо относительному удлинению, а значения/ударной вязкости поперечных образцов какпри нормальной, так и при отрицательныхтемпературах до (-)60 С выше соответству 50 ющих значений свойств прототипа в 1,6-2,2раза.1749295 Формула и зо брете ни я Сталь, содержащая углерод, марганец,кремний, ниобий, алюминий, железо. о т г гггСостав Содерхаиие хнницескнх зленентое,сталисгТабли ца 1игг нас,г1Н 11 г Л 1 Н Нредлагаений1 6,66 , 1,26 6,1 о,аоа 6,615 о,оо 5 а,огф астальное 112 0,07 3 6,67а 609 5 0,09 6 0,09 7 . а 11В 0,11 9 0,12 Нзеестй 0,о,озо а,аза 01645 0,045 6,645 0,066 а,абф О,агф 1,ОО о,50 6,90 0,40 6,17 0,50 о,15 о,азо о,ого 0,035 0,040 0,060 а,обо 0,665 о,о 70 РЗН 0,025 О,ОЗО 6,616 а,озо 6,015 О,О 10 0,630 о,а 16 0,035 0,005 0,665 о,а 67 О,аоз о,оо 7 О,О 1 О О,О 10 0,012 а,г О,г О,а а,а о,ь а,б а,б О,7 1,ЗО 1,36 145 1,45 1,45 1,60 1,60 1,70 н н 11 г и н н 11 о,1 г 0,09 и 6,65 0,022 0,028 6,036 а,агз о,аЗ 5 1,46 1,55 0,25 н 09 ггфб 0,69 гг ггНеханицеские саойстеа исследусних сталей Таблица 2 г Относительное удлинение р ь О ССт, Ох/снз, при температуре нспитаннн СУдарнан резкость,Оределтекуцестн3, Нпа Состаестали Време кое сопротиеление разриауьзНла60азец+20 образец кос Обреи. гпродоль-поперецний нийгг г г проаоль- полерециьй ний продоль- поперек О,бв 15667 0,72 162 68 о,82 166 1 оо а,80 ф 167 0,85 177 113 0,83 186 112 6,83 182 104 о 72 1 ва в 1 0,67 166 68 го,аз 0,42 о,бо 0,63 0,64 о,бо о.57 0,44 О,аг 553 г 566 3 баг 4,668 5 614 6 627 7 625 8 660 9 593 Нзаеотиий 627 09 Ггеь 550 а 76 465 ава 490 495 5 оо 495 470 460 0,46 о,зв 0,52 0,54 6,5 а 0,50 о,ав 6,41 6,39 ьв бо 85 вв 89 В 5 86 69 60 120 159 . 164 163 164 176 167 17 о 154 11 О 121 147 149 164 156 157 148 116 16 З 168 180 186 19 г 1 В 7 18 В габ 174 г 7 28 зз за 35 З 5 зз г 7 27 470 г 588- 59 39 11 О 0,60 146 бг 0,44 162 41, 0,40 450 22 182 к йст ПОПЕРЕЦНОГО аЗЫНрннацаннс, КОЦ. КСт продольного образца Составитель С,Лысяная Техред М.Моргентал Корректор Э,Лончакова Редактор Н,Гунько Заказ 2567 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4 г 5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгэрод. ул,Гагарина, 101 Дополнительным положительным эффектом от использования предлагаемой стали. обусловленным ее экономным легированием. является улучшение свариваемости, поскольку ее углеродный эквивалент СО) составляет 0.29-0,38, в то время как Са прототипа составляет 0,39-0,53, а Сэ стандартной стали 09 Г 2 ФБ - 0,41-0,43.Суммарное влияние повышенных механических свойств и свариваемости увеличит длительность эксплуатации трубопроводов в условиях Севера,л и ч а ю щ а я с я тем. что, с целью повышения уровня пластических свойств и ударной вязкости стали при отрицательных температурах до -60 ОС, она дополнительно содер жит цирконий и иттрий при следующемсоотношении компонентов, мас.од:Углерод 0,07-0,11 Марганец 1,3- 1,6 Кремний 0.2-0,6 10 Ниобий 0,005 - 0,010Иттрий 0,02 - 0,06 Алюминий . 0,03 - 0,06 Цирконий 0,01 - 0,03 Железо Остальное 15 причем отношение циркония к иттрию составляет 0,17-0,90,