Свариваемая сталь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 17635 1)5 С 22 С 38/4 ОП НИЕ И ЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-производственное объединениепо технологии машиностроения(54) СВАРИ ВАЕМАЯ СТАЛЬ(57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к высокопрочной свариваемой стали глубокой прокаливаемости,используемой в литом и кованом виде всварных деталях и узлах энергетических усИзобретение относится к черной металлургии, в частности к высокопрочным свариваемым сталям глубокой прокаливаемости, полученным разливочными способами наплавления (переплава) и используемым в литом и кованом виде в сварных деталях и узлах энергетических установок.Известна свариваемая сталь, содержащая, мас, %:Углерод 0,15 - 0,22 Марганец 0,3-0,6 Кремний 0,17-0,37Хром 0,9-1,6Никель 3,0-3,7Молибден 0,5-0,9 Ванадий 0,04 - 0,07Алюминий 0,005 - 0,060Титан 0,002 - 0,060Кальций 0,001 - 0,050 Железо Остальное Однако для крупных поковок нельзя получить качественный наплавленный металл, так как из-за высокого содержания угтановок, С целью улучшения свариваемости при сохранении уровня эксплуатационных свойств и повышения стойкости к образованию горячих трещин в зоне сварки, сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %; углерод 0,13 - 0,17; кремний 0,17-0,37; марганец 0,40-0,65; хром 1,4 - 1,7; никель 2,40 - 2,85; молибден 0,36 - 0,55; ванадий 0,08 - 0,12; сера 0,005 - 0,016; фосфор 0,004 - 0,018; железо остальное, при этом произведение содержаний углерода и никеля составляет 0,37 - 0,42, а отношение содержаний марганца и серы40,0. 2 табл. лерода и незначительного содержания марганца наплавленный металл склонен к образованию горячих трещин, возможно не только при кристаллизации металлической ванны при наплавке очередного валика, но и в подваликовом слое и в околошовной зоне,Известна также свариваемая сталь, содержащая, мас, %;Углерод 0,20 - 0,25 Кремний Не более 0,37 Марганец 0,25 - 0,50 Хром 1,40-1,80 Никель 3,00 - 3,75 Молибден 0,3-0,5 Ванадий 0,08 - 0,15 Сера Не более 0,02 Фосфор Не более 0,02 Железо Остальное Эта сталь при высоких прочностных характеристиках содержит относительно много углерода и мало марганца и, как следствие, обладает высокой склонностью к образованию горячих трещин при сварке.Цель изобретения - улучшение свариваемости при сохранении уровня эксплуатационных свойств и повышение стойкости кобразованию горячих трещин в зоне сварки.Для достижения поставленной цели 5свариваемая сталь содержит компоненты вследующем соотношении, мас,;Углерод 0,13-0,17Кремний 0,17 - 0,37Марганец 0,40 - 0,65 10Хром 1,4-1,7Никель 2,40-2,85Молибден 0,36 - 0,55Ванадий 0,08 - 0,12Сера 0,005 - 0,016 15Фосфор 0,004 - 0,018Железо Остальноепричем произведение содержаний углеродаи никеля составляет 0,37 - 0,42, а отношениесодержаний марганца и серы 40,0. 20Введение 0,13 - 0,17 мас, ф углеродаобеспечивает высокую свариваемость стали,отсутствие горячих трещин в зоне сварки привысоких ее эксплуатационных свойствах.При меньшем содержании углерода 25прочностные характеристики стали становятся ниже значений, необходимых для надежной эксплуатации свариваемогооборудования в энергетических установках.При большем содержании углерода 30снижается свариваемость стали, образуются горячие трещины в металле сварногошва, особенно после высокотемпературнойобработки,Углерод в указанных пределах в сочетании с 2,40 - 2,85 мас, никеля обеспечиваетповышенную устойчивость аустенита приохлаждении с температур Асз, что приводитк получению гарантированного пределапрочности до 700 МПа и ударной вязкости 40до 1450 кДж 1 м, неоЬходимых для надежной эксплуатации оборудования в энергетических установках.При этом наиболее оптимальный комплекс эксплуатационных свойств обнаруживают стали с произведением содержанийуглерода и никеля, равным 0,37-0,42.Если указанное произведение меньше0,37, уменьшается прокаливаемость и снижаются прочностные и вязкие характеристики стали.Когда это произведение больше 0,42,наблюдается чрезмерный рост прочностных свойств, а также усиливается структурная наследственность крупнозернистой 55структуры, что снижает ударную вязкость исвариваемость стали,Хром в указанных пределах в сочетаниис никелем обеспечивает прокаливаемостьстали на бейнит при закалке в процессе сварки, что необходимо для получения высокопрочных сварных соединений.При содержании молибдена до 0,55 мас. фи содержании ванадия 0,08 - 0,12 мас. повышается отпускоустойчивость стали, что необходимо при сварке (наплавке) изделий большого сечения, применяемых в энергетических установках.Ванадий в стали в количестве 0,08 - 0,12 мас. способствует повышению стойкости стали к хрупкому разрушению.Введения менее 0,08 мас, ванадия недостаточно для связывания азота стали в нитриды, поэтому в околошовной зоне сварного соединения наблюдается хрупкое разрушение.При содержании ванадия больше 0,12 мас. снижаются вязкие характеристики стали, что снижает ее эксплуатационные свойства.Кремний в количестве 0,17 - 0,37 мас.является раскислителем стали. При меньшем содержании кремния повышается содержание растворенного в стали кислорода, что вызывает образование флокенов и пор.Увеличение количества вводимого раскислителя выше указанного предела приводит к увеличению содержания экзогенных включений на их основе, что снижает механические характеристики металла,Увеличение содержания марганца (0,40 - 0,65 мас,) по сравнению с тем, что указано в прототипе, обеспечивает повышение стойкости металла в зоне сварки к образованию горячих трещин за счет связывания серы в термодинамически устойчивые и тугоплавкие сульфиды марганца, которые частично отшлаковываются в процессе сварки (наплавки), частично остаются (меньшая их часть) в металле в виде компактных включений, что предотвращает протекание ликвационных процессов, выделение под действием максимальных температур термического цикла сварки сульфидов по границам перегретого аустенитного зерна, и как следствие, ослабление прочности гра ниц и образование горячих трещин.Наибольшую стойкость к образованию горячих трещин обеспечивают стали с содержанием марганца в указанных пределах при отношении марганец:сера40,0.При меньшем отношении не вся сера связывается в устойчивые и тугоплавкие сульфиды марганца и потому стойкость к образованию горячих трещин снижается.В табл. 1 приведены составы предлагаемой и известной стали, в табл, 2 - механические свойства этих сталей, полученные на образцах сечением 1500 мм, длиной 2400 мм после термообработки по режиму, пре1763508 Таблица Содермание нас,2 Номер стали Пронзав" денис концентраций никеля и углерода Отноые.ние концентрациймарганцан серы5еФосФор хром никель молнбн ванаден дий меле"зо крем- марга- сераннй нец кисла- азот углерод 1,40 1,46 1,70 1,40 1,46 1,48 1,40 1,46 1,40 1,60 2,50 2,85 2,40 2,50 2,85 2,60 2,85 2,60 2,60 3.37 0,55 0,47 0,50 0,51 0,47 0,50 0,36 0,40 0,0284 0,0300 0,028 0,0284 0,0330 0,0280 0,0200 0,0300 0,0510 0,37 0,40 0,005 0,26 0,44 0,006 0,17 0,65 0,016 0,24 0,40 0,005 0,26 0,40 0,005 026 0,44 0,012 0,37 0,40 0,005 0,26 0,44 0,006 0,15 0,40 0,005 0,25 0,30 0,018 0,004 0,015 0,018 0,004 0,015 0,023 0,004 0,015 0,004 0,019 0,0225 Остальное 0,42 80 1 0,17020,130 3 О 1534 0,170 5 0,130 6 0,153 7 0,1508 0 130 9 0,150 10 0,220 (прототип) 0,11 0,08 0,12 0,0197 0,0158 0,0220 0,0196 0,0156 0,0220 0,0197 0,0300 0,0320 То ве и 0,37 0,37 0,42 0,37 0,40 0,44 0,34 0,40 0,74 73 40 80 О 11 0,11 и 80 36 80 0,12 О,11 н 0,08 0,07 О, 11 73 80 17 дусматривающему аустенизацию с изотермической выдержкой на ветви охлаждения при температуре Максимальной устойчивости аустенита в области его диффузионного распада) и последующую закалку от температуры Асз - 30 С и отпуск при 630 - 640 С.Цель проведения отжига - подготовка структуры стали еред закалкой и нарушение цели последовательных бездиффузионных когерентных превращений а. у; а, при которых сохраняется кристаллографическая ориентация литой столбчатой структуры наплавляемого металла шва и крупнозернистого металла околошовной зоны,Стали М 1 - В 5, отвечающие предлагаемому составу, имеют высокие эксплуатационные свойства при оптимальной свариваемости и хорошей стойкости к образованию горячих трещин.Сталь М 6, несмотря на высокие эксплуатационные свойства, не обладает высокой стойкостью к образованию горячих трещин,Стали В 7 и М 8 не обладают оптимальными эксплуатационными свойствами, Для стали М 7, в которой произведение концентраций никеля и углерода равно 0,44, ударная вязкость снижается, а для стали М 8, где это произведение равно 0,34, снижаются и роч ностн ые характеристи ки. Для стали М 9, состав которой не отвечает изобретению, характерны низкая прочность и вязкость.Таким образом, только для предлагае 5 мой стали наблюдаются высокая прочность,пластичность при оптимальной свариваемости и хорошей стойкости к образованию горячих трещин,Формула изобретения10 Свариваемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, серу, фосфор и железо, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения свариваемости при сохранении уровня15 эксплуатационных свойств и повышенийстойкости к образованию горячих трещин взоне сваркй,бна содержит компоненты вследующем соотношении, мас. ОД:Углерод 0,13-0,1720 Кремний 0,17 - 0,37Марганец 0,40 - 0,65Хром 1,4-1,7Никель 2,40-2,85Молибден 0,36 - 0,5525 Ванадий 0,08 - 0,12Сера 0,005 - 0,016Фосфор 0,004 - 0,018Железо Остальноепричем произведение содержаний углерода30 и никеля составляет 0,37 - 0,42, а отношениесодержаний марганца и серы0,40,1763508 Таблица 2 н Редатор тор А.Долинич Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 каз 3431 .ВНИИПИ Го Составитель М.Р Техред М.Морген Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5