Сталь

(19) 1)5 С 22 С 38/50, 38/58 19 П НикельМолибдВанадииНиобий ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР(71) Научно-производственное объединениепо технологии машиностроения(56) Авторское свидетельство СССРМ 1086820, кл. С 22 С 38/50, 1987.(57) Изобретение относится к металлургии,в частности к низколегированной конструкционной свариваемой стали для изготовления техники, работающей в условиях низких Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию низколегированных, конструкционных, свариваемых сталей для изготовления техники, работающей в условиях низких климатических температур.Известна сталь, содержащая, мас. ф 6: углерод 0,10 - 0,17; кремний 0,15 - 0,50; марганец 1,0-1,6; хром 1,0-1,5; молибден 0,2- 0,5; никель 1,6 - 2,3; ванадий 0,05 - 0,26; азот 0,010 - 0,030; алюминий 0,03 - 0,10; ниобий 0,03-0,20; медь 0,3 - 1,0; церий 0,005 - 0,03 и железо остальное. Эта сталь после закалки и высокого отпуска имеет низкие пластичность и вязкость при отрицательных температурах.Известна также сталь следующего химического состава, мас.;6: углерод 0,07 - 0,11; кремний 0,12-0,50; марганец 0,30 - 0,60; хром 0,35 - 0,75; никель 0,50 - 0,90; медь 0,50 - 0,65; молибден 0,05-0,14; ванадий 0,02-0,05; алюминий 0,02 - 0,05; титан 0,002-0,05; РЗМ 0,02 - 0,05; кальций 0,02- 0,05; примеси сера 0,004-0,010; фосфор 0,004-0,015. Недостатком известной стали климатических температур. С целью повышения хладостойкости сталь дополнительно содержит ниобий, цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,03-0,13, марганец 0,35-1,85, кремний 0,14 - 0,35. хром 0,10 - 0,30, никель 0,30 - 2,30, молибден 0,15-0,45, ванадий 0,04 - 0,10, ниобий 0,04 - 0,10, титан 0,005 - 0,080, алюминий 0,015-0,35, фосфор 0,002 - 0,015, сера 0,002 - 0;012, РЗМ 0,005 - 0,080, кальций 0,002 - 0,040, цирконий 0,005 - 0,080, железо - остальное, при выполнении соотношения: 2 х марганец + никель = 3 - 4.2 б является низкая ударная вязкость при отрицательных температурах и повышенная С температура вязкохрупкого перехода.Цель изобретения - повышение хладо- ф стойкости за счет повышения ударной вязкости при комнатной и отрицательных температурах и снижения температуры вязко-хрупкого перехода при сохранении уров ня свойств прочности. (Цель достигается тем, что сталь, содер- (л) жащая углерод, марганец, кремний, хром, (Л никель, молибден, ванадий, титан, алюминий, фосфор, серу, РЗМ, кальций и железо, согласно предложению, дополнительно содержит ниобий и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.;: Углерод 0,03 - 0,13еевЪ Марганец 0,35 - 1,85 Кремний 0;14 - 0,35 Хром 0,10-0,300,30 - 2,30 ен 0,15-0,45 0,04 - 0,10 0,04 - 0,10Титан 0,005-0,08 Алюминий 0,015 - 0,035 Фосфор 0,002 - 0,015 Сера 0,002 - 0,012 РЗМ 0,005-0,080 5 Кальций 0,002-0,040 Цирконий 0,005-0,080 Железо Остальное при этом выполняется соотношение 2 х хМп+ Ю =3 - ;4. 10Ниобий и цирконий, являясь металлическими атомами, взаимодействуют с неметаллами (кислород, азот, углерод), образуя фазы внедрения. Положительное влияние ниобия и циркония заключается в их совме стном воздействии на тип, форму и характер распределения образующихся частиц, существенно влияющих на хладостойкость стали. При этом происходит рафинирование твердого раствора от вредных примесей 20 (кислород, азот), снижающих хладостойкость стали, и повышение пластичности матрицы за счет снижения содержания в ней углерода, Совместное легирование твердого раствора ниобием и цирконием 25 позволяет получить частицы оксидов, нитридов и карбонитридов округлой формы и при этом в весьма дисперсном виде. Благоприятная форма и характер распределения этих частиц обуславливает повышение 30 ударной вязкости и снижение температуры вязко-хрупкого перехода. Содержание углерода в указанных пределах позволяет получить оптимальное сочетание свойств прочности и пластичности. Увеличение со держания углерода свыше 0,13;6 значительно ухудшает пластичность и вязкость стали, а также ее свариваемость. Содержание углерода ниже 0,03 фне обеспечивает требуемого уровня свойств прочности. Марганец, 40 кремний и хром определяют твердорастворное упрочнение стали. Марганец также способствует улучшению свариваемости стали. Увеличенйе- содержанияэтйх элементов свыше соответственно 1,85; 0,35; 0,30 фве дет к снижению ударной вязкости и повышению температуры вязко-хрупкого перехода. Введение в состав стали этих эле- . ментов в количествах менее указанных минимальных не обеспечивает нужного 50 эффекта упрочнения, а в случае марганца и кремния также и должного раскйсления стали, Введение никеля в состав стали повышает пластичность и снижает температуру вязко-хрупкого перехода. Повышение со держания никеля выше верхнего предела (2,3 ) не оказывает существенного влияния на свойства стали, а его количество ниже нижнего предела (0,3) не обеспечивает нужной хладостойкости. Молибден за счет парного взаимодействия с фосфором значительно снижает диффузио фосфора к границам зерен и тем самым существенно снижает эффект охрупчивания, повышает хладостойкость стали, Кроме того, молибден упрочняет сталь. Содержание молибдена ниже нижней границы не обеспечивает должного эффекта, повышение его содержания свыше верхней границы не дает существенного прироста свойств. Сталь дополнительно содержит ниобий в количестве 0,04-0,1 ф . Титан, ниобий и ванадий образуют дисперсные карбиды типа МС, значительно упрочняющие сталь. Эти элементы способствуют получению мелкозернистой структуры за счет барьерного действия частиц карбидов при высокотемпературном нагреве, тем самым повышая ударную вязкость, снижая температуру вязко-хрупкого перехода и одновременно повышая предел текучести. Повышение содержания титана, ниобия и ванадия выше верхней границы, увеличивая прочность, снижает пластичность и вязкость при отрицательных температурах, При содержании этих элементов в стали меньше нижних пределов не обеспечивается необходимый уровень свойств прочности, а также ударной вязкости. Сталь дополнительно содержит цирконий в количестве 0,005-0,080 , который вместе с алюминием связывает кислород и азот в соединения - оксиды и нитриды, тем самым оказывая рафинирующее воздействие на структуру иповышая хладостойкость. стали, Содержание алюминия и циркония ниже указанных пределов не обеспечивают рафинирующего эффекта, повышение их содержания свыше верхнего предела не увеличивает хладостойкость стали. Содержание в стали фосфора и серы в указанных пределах способствует повышению уровня хладостойкости предлагаемой стали. Увеличение количества фосфора и серы свыше указанных пределов снижает значение ударной вязкости и повышает температуру вязко-хрупкого перехода. Содержание фосфора и серы ниже минимальных пределов не приводит к существенному увеличению уровня хладостойкости и связано со значительным усложнением технологии выплаки стали. Положительная роль кальция в выбранном диапазоне концентраций (0,002-0,040;6) обусловлена его влия нием на морфологию сульфидов, округлость формы сульфидов обеспечивает повышение характеристик пластичности и вязкости стали, Кроме того, кальций в процессе рафинирования жидкого металла является одним из наиболее активных десульфураторов и раскислителей, Ниже и выше выбранных1763513 9454 - 78, а температуру вязко-хрупкого перехода определяли по величине вязкой составляющей в изломе. Механические испытания на растяжение йроводилйпо ГО СТу 1497 - 73. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Как видно из .табл. 2, хладостойкость предлагаемой стали выше, чем у известной, что позволяет, за счет повышения надежности иЭйотрицательных 10 температурах, увеличить долговечность работы техники в условиях Крайнего Севера. Формула изобретения Сталь, содержащая углерод, марганец, 15 кремний, хром, никеЛь, молибден, ванадий,титан, алюминий, фосфор, серу, РЗМ, кальций,железо,отличающаяся тем,что, с целью повышения хладостойкости, она дополнительно содержит ниобий и цирконий 20 при следующем соотношении компонентов,мас оУглерод 0,03 - 0,13 Марганец0,35 - 1,85 Кремний 0,14 - 0,35 25 Хром 0,1-0,3Никель 0,3-2,3 Молибден 0,15 - 0,45Ванадий 0,04 - 0,10 Титан 0,005-0,080 30 Алюминий 0,015 - 0,035Фосфор 0,002 - 0,015, Сера 0,002 - 0,012 РЗМ 0,005 - 0,080 Кальций 0,002 - 0,040 35 Ниобий 0,04-0,10Цирконий 0,005 - 0,080 Железо Остальноепри выполнении соотношения 2 х марганец+ + никель = 3 - 4. Таблица Сталь С 33 л ВС Ст332 113 0,13 1,85 035 0 ЗО 030 Ь 45 0,10 0,104 О 02 0,30 0,10 0,06 0,20 0,34 0,03 О,ОЗ5 О 14 1,90 0,40 0,35 2,40 0,46 0,11 0,13Иэвестная 0,07 0,30 0,12 О,Э 5 050 0,05 0,020,11 060 0,50 0,75 0,90 0,14 0 05е" Сталь известная, кроме того, содержит 0,5 -0 Ь 54 меди,В числителе и знаменателе даны соответственно минимальное 0,005 0,038 0,080 0,004 0,081 0,020 0,050 0,002 0,005 0,002 0,005 0007 0,038 О,ОЭО О,ОЭВ 0,012 0,080 0,040 0,080 0,001 0,004 0,001 0,004 0,013 0,081 0043 0,081 0,001 0,020 0,0200,010 0,050 0,050и Й 0,015 0,002 0,025 0,008 3,0 ье 3,5 е 4,0 Ве 0,8 Ре 6,2 в 0,035 0,035 0,034 О 001 0,036 0,016 0,020 0,004 0,050 0,015 границ кальций не оказывает существенного влияния на эти свойства. Введение в состав стали РЗМ в количестве 0,005-0,08 позволяет получить более однородную структуру и очистить границы зерен от не- металлических включений, что повышает хладостойкость стали. Увеличение количества РЗМ свыше 0,080330 не улучшает хладостойкость стали, а уменьшение ниже 0,00507 О не обеспечивает эффективного воздействия на распределение неметаллических включений и тем самым на свойства стали, Выполнение соотношения 2 х ,4 Мп+ + о 3 М = 3 - 4 СВяэаНО С НЕОбХОдИМОСтЬЮ получения, после термической обработки, оптимального соотношения феррита и бейнита в структуре, что определяет высокий уровень пластичности и вязкости, а также хорошую свариваемость стали. Увеличение указанного соотношения более 4 приводит к получению (при выше выбранных пределах остальных элементов), в основном, бейнитной структуры, что снижает хладостойкость стали и ухудшает свариваемость стали. Уменьшение соотношения менее 3 приводит к получению избыточного количества феррита в структуре, что не позволяет получить высокий комплекс свойств как прочности, так и пластичности и вязкости.Предлагаемую сталь выплавляли в основной мартеновской печи на чистой шихте. В табл. 1 приведен химический состав предлагаемой стали пяти плавок и химический состав прототипа. Оценка хладостойкости предложенной и известной сталей проводилась по величине ударной вязкости при минус 60 С и температуре вязко-хрупкого перехода. Испытания на ударную вязкость проводили на образцах типапо ГОСТУ и наксимальное значения содержания конлонентов стали"лрототила1763513 Таблица 2 В числителе и знаменателе даны минимальные и максимальные значениясвойств в пределах состава стали-прототипа. Составитель Л,СуязоваТехред М.Моргентал Корректор Л.Лукач Редактор Т.Шагова Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3431 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5