Конструкционная сталь

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 260279 (21) 2730051/22-02 Р 1) М КЛ с присоединением заявки М С 22 С 38/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретеии й орден ельский удового Красноготитут черной метал ентраль сследов(71) Заявител 4) КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛ нако боты ельное легирова па азотом и алю 18 Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности, к сплавам группы стали и может быть применено для изготовления конструкции, 5 работающих при криогенных температурах, например, для резервуаров и трубопроводов сжиженных газов.Известны стали, в которых увеличение хладостойкости достигается путем 1 О легирования никелем в коЛичестве 8- 12, Дополнительно такие стали могут быть легированы молибденом н ванадием (С = 0,02-0,12;К 1 = 8,5-101 Мо = 0,2-2; Ч = 0,005-1,5151 = 0,1- Ою 4 ф А 1 = 0005 Ою 005 ю 5 и Р М 0,03) 1, молибденом, ванадием и РЗИ (С = 0,02-0,12; К 1 = 8,5-10;, Мо - 0,2-2,0; Х; = 0,005-1,5;:Ч = 0,1- 0,4; А 1 =0,005-0,05; 5 и Р0,03 щ РЗМ = 0,01-0,5) Г 21 . Эти стали после нормализации от 900 оС, закалки 840- 900 С и отпуска при 560-570 оС.имеют повыщенную прочность и вязкость прн - -196 ( 6 т = 125 кгс/мм, Ок щ 7 кгм/см) 25Недостатком этих сталей является недостатоочная ударная вязкость при Т = -196 С.Возможно дополнитние сталей такого ти ЗО минием (С = 0,25; 51 = 0,6; Мп1,0; 5 и Р = 0,03; К 1 = 1-4,0; К = Ок 007 Ок 041 А 1 = Ок 23 31 После закалки и отпуска эта сталь имеет си = 25-37 кгм/см в диапазонехтемператур от -40 С до -120 С. Од эта сталь не предназначена для ра при -196 оС.Возможны добавки В сталь алюминия, меди и марганца - (С 4 0,21 5 Ы 0,5 Мп Й 2,0; К 1 = 1,0-2,5; Сц = 0,6- 1,25; А 1 = 0,5-1,25; при А 1 + Сц в1,3-2,25 Сг = 0-.1,0, Мо = 0-1,0 при Сг + Мо1,5 Г 41. Однако эта сталь может работать до -120 С.Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является сталь, содержащая 0,01-0,15 углерода, 0,05-0,4 кремния, 4,5-7,5 никеля,0,5-3,5 марганца,0,001-0,05 азота, с 0,5 алюминия, которйй может быть частично заменен цирконием, бериллием, гафнием или танталом Г 5 Сталь после закалки 800-900 оС и отпуска 525-625 С имеет следующие свойства:бб = 86 кгс/мм , 6 = 80 кгс/ммВвиду отсутствия данных по вязкимснойстнам, определяющим хладостой,кость этой стали, в ЦНИИЧМ была выплавлена сталь укаэанного химического состава, которая показала следующий уровень свойств:при температуре минус 160 С бо95 кгс/мм , 6 = 90 кгс/мм , Р = 20,а ЭУ = 50, а, = 10,2 кгс/см",а,ч=6,0 кгс/см , От = 3,0 кгс/смЪВ = 30,при температуре минус 196 С бн = И105 кгс/мм, 6- = 96 кгс/мм , Р = 22,( = 42, ат = 8,5 кгс/см,с 1 ну- 2,0 кгс/см, От = 1,5 кгс/см"ЪВ = 20.Эта сталь имеет недостаточнуюударную вязкость при Т -196 С0( = 8,5 кгс/см ), низкий процентволокна в изломе ударных образцовпри Т = -196 С (20), что делаетненадежной эксплуатацию этой стали 20при минус 196 С.оЦель изобретения - обеспечениевысокого комплекса вязких свойствпри температурах минус 140196 Спри экономном легиронании никелем 25(до 6,5).Для достижения укаэанной цели всталь, содержащую углерод, кремний,марганец, никель, азот, алюминийи железо, дополнительно введены молиб-у)ден, медь, ванадий, ниобий, РЗМ икобальт, при следующем соотношениикомпонентов, нес.Ъ:Углерод 0,03-0,15Кремний 0,18-0,40 ЗМарганец 0,5-2,0Никель 4,0-6,5Молибден 0,1-0,5Медь 1,0-5,0.Ванадий 0,01-0,15Ниобий 0,01-0,06 4 ОАзот 0,005-0,025Алюминий 0,02-0,2РЗМ 0,008-0,1Кобальт 0,02-1,0Железо Остальное 4В качестве примесей сталь содержитсеру и фосфор н количестве 0,025каждого,Нижний предел по углероду определен 0,03. Содержание углерода ниже уэтого предела не обеспечивает достаточного количества карбидной Фазы,а следовательно и прочности, при содержании других элементов на нижнеми среднем уровнях. Верхний пределпо углероду ограничен 0,15. При содержании углерода выше 0,15 образуется избыточное количество карбиднойФазы, которое чрезмерно упрочняетсталь и снижает хладостойкость.Нижний предел по кремнию опреде- ЕОлен 0,18. Содержание кремния нижеэтого предела не обеспечивает достаточной раскисленности металла. Верхний предел по кремнию ограничен 0,4.Содержание кремния выше этого преде ла чрезмерно упрочняет феррит, что ведет к снижению вязкости и потере хладостойкости.Нижний предел по Марганцу составляет 0,5. Содержание марганца ниже 0,5 не обеспечивает достаточной раскисленности металла. Верхний предел по марганцу определен 2 и обусловлен частичной заменой никеля, Содержание марганца выше этого предела приводит к чрезмерному упрочнению Феррита и снижению вязкости и потере хладостойкости.Нижний предел по никелю определен 4. Содержание никеля ниже этого предела не обеспечинает достаточной легированности феррита для получения высокой вязкости при температуре до -196 С. Верхний предел по никелю ограничен 6,5 Ъ. Содержание никеля выше этого предела приведет к значительному удорожанию стали.Нижний предел по молибдену определен 0,1. Содержание молибена ниже 0,1 не обеспечивает достаточной легированности феррита для получения высокой вязкости при криогенных температурах и не предотвращает отпускную хрупкость стали. Верхний предел по молибдену ограничен 0,5 Ъ. Содержание молибдена выше этого предела приводит к образонанию специальных карбидов типа ИоС и снижает хладостойкость. Кроме того, выше этого предела молибден существенно удорожает сталь. Нижний предел по меди определен 1. Содержание меди ниже этого предела не обеспечивает достаточной легированности феррита для получения высокой вязкости при содержании никеля на нижнем уровне, Верхний предел по меди ограничен 5, Содержание меди вышеэтого предела приводит к значительному упрочнению феррита, что снижает вязкость и ухудшает хладостойкость стали.Нижний предел по ванадию определен 0,01. Содержание ванадия ниже этого предела не обеспечивает получение дос таточного количества нитридной фазы для измельчения зерна и обеспечения высокой вязкости. Верхний предел по ванадию ограничен 0,15. Содержание ванадия выше этого предела приводит к образованию избыточного количества нитридов ванадия при содержании азота на верхнем пределе, что сильно упрочняет сталь и снижает вязкость.Нижний уровень содержания ниобия составляет 0,01, Содержание ниобия ниже этого уровня не обеспечивает модифицирующего влияния этого элемента на измельчение зерна. Верхний предел по ниобию ограничен 0,06. Содержание ниобия выше этого предела приводит к образованию избыточного количества нитридов ниобия, чтозначительно упрочняет сталь и снижает вязкость.Нижний предел по азоту составляет 0,005. Содержание азота ниже этого предела не обеспечивает получения карбонитридной фазы, способствующей измельчению зерна. Верхнее содержание азота ограничено 0,025. Содержа- ние азота выше этого предела приво- . дит к неполной усвояемости этого элемента, к значительному содержанию газов в стали и потере вязкости. фНижний предел по алюминию состав- ляет 0,02. Содержание алюминия ниже этого предела не обеспечивает достаточной раскисленности металла. Верхний предел по алюминию определен 0,2. 15 Содержание алюминия выше этого прЕ- дела приводит к образованию значительного количества нитридов этого элемента, упрочняющих сталь и снижающих вязкость, 20Нижний предел по РЗМ составляет 0,003. Содержание РЗМ ниже этого предела не обеспечивает модифицирующего влияния этих элементов на глобуляризацию сульфидных включений. Верхний предел по РЗМ ограничен 0,1. Содержание РЗМ выае этого предела приводит к выделению значительного количества оксисульфидов этих элементов, загрязняющих сталь и снижающих вязкость,30Нижний предел по кобальту определен 0,02 Содержание кобальта ниже этого предела не обеспечивает эффекта замедления роста зерна при нагреве и слабо снижает диффузию угле рода в твердом растворе, что паводит к образованию крупных карбидов легирующих элементов при содержании углерода на верхнем пределе, которые вызывают потерю вязкости. Верхний предел по кобальту ограничен 1,0. Содержание кобальта вьзае 1 приводит к чрезмерному упрочнению стали и охрупчиванию.После двойной нормализации и высокого отпуска, сталь имеет следующие механические свойства:1. При +20 фС -6 = 79-86 кгс/ммбт =. 67-79 кгс/мм8 = 18-30Чф = 60-802Он 1 = 20-30 кгсм/см2., При -160 С 2амт = 15-28 кгс/ммфей = 11-15 кгс/ммфт - 6-12 кгс/ммбе = 82-96 кгс/мм,бт = 77-89 кгс/мм8 = 21-32У = 55-75о3. При -196 Сн 1= 10-25 кгсм/смОна: 8-12 кгсм/смхсФ =3,0-6,0 кгс м /см6 Е. = 90-104 кгс/ммбт = 82-96 кгс/ммб = 22-34У = 50-65Ниже приведены варианты осуществления изобретения, не исключакхцие другие варианты в объеме формулы изобретения. В табл.1 дан химический состав сталей в вес.; в табл. 2 - характеристика механических свойств,789625 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 412286, кл. С 22 С 38/12, опублик.1974.2Авторское свидетельство СССРР 412285, кл, С 22 С 38/12, опублик.1974.3. Патент Японии Р 26386,кл. 10 ,3 172, опублик. 1967.4. Патент Англии Р 1196212,кл. С 7 А,опублик, 1970,5. Патент США М 3444011,кл. 148-31, опублик, 19 70,Формула изобретения Составитель Г. Дудик Редактор Т. Кугрышева Техред Н.Граб Корректор М. ВигулаЗаказ 9005/31 Тираж 694 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Предлагаемая сталь является персгпективным материалом для конструкции,работающих при отрицательных температурах до -.196 фС.Применение предлагаемой стали дляизготовления емкостей - хранилищ сжиженных газов позволит заменить стальОН 9, содержащую 9 никеля,Расчет годового экономическогоэффекта:цена стали ОН 9 за 1 т листа толщиной 10-12 мм 850 руб., цена 1 тлиста толщиной. 10-12 мм предлагаемой стали 815 руб., при годовом производстве металла 10 тыс.т экономический эффект составит (850-815) 10000=350000 руб. 5 Конструкционная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, никель,. 20 алюминий, азот и железо, о т л и ч а - ю щ а я с, я темр чтоу с целью повышения хладостойкости, она дополнительно содержит молибден, медь, ванадий, ниобий, РЗМ и кобальт, при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ: углеродКремнийМарганецНикельМолибденМедьВанадийНиобийАзотАлюминийРЗМКобальтЖелезо 0,03-0,15 0,18-0,40 0,5-2,0 4,0-6,5 0,1-0,5 1,0-5,0 0,01-0,15 0,01-0,06 0,005-0,025 0,02-0,2 0,008-0,1 0,02-1,0 Остальное