Сталь

СОЮЗ СОВЕТСНИХсаемвюмепеиРЕСПУБЛИКФ ая углерод, ий, ниобий, титан, медь, а ющ аГОСУДЮфСТВЕННЫЙ КОНИТЕТ СССР(72) А.В.Рудченко, И.А.Тамарина, В.С.Брежнева, В.М.Бреус, А.М.Поживанов, П.С.Климашии и В.В.Рябов (71) Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина(56) 1. Авторское свидетельство СССР Ф 522264, кл. С 22 С 38/12, 1976.2. Авторское свидетельство СССР У 802392, кл. С 22 С 38/36, 1981.,ЛО 1116090 А 3 у С 22 С 38/28 С 22 С 38/38 я с я тем что, с целью повышения механических свойств, технологичности стали при горячей и холодной пластической деформации и улучшения свариваемости, она дополнительно содержит магний при следующем соотн шенин компонентов, мас.7.:УглеродМарганецКремнийВанадийНиобийАлюминийКальций 0 0 ХромТитанМедьАзотМагний 0 0 Железо 0 0,05-0,201,1-1,8 0,15-0,90 0,03-0,10 0,005-0,080 0,02-0,061 1 1160Изобретение относится к черной металлургии, в частности к низколегированным сталям, используемым для изготовления ответственных конструкций,например труб, работающих в условияхнизких температур и высоких давлений,Известна сталь 1следующего состава, мас.%:Углерод 0,05-0,30Марганец 0,4-3,0 10Кремний 0,2-1,5Ванадий 0,001-0,300Ниобий 0,001-0,200Азот 0,003-0,050Алюминий 0,001-0,120Кальций 0,0005-0,0050Магний 0,0005-0,0050Железо ОстальноеНедостатком этой стали являетсято, что высокий уровень .механическихсвойств достигается путем термообработки, что требует дополнительных1трудозатрат, Кроме того, такая стальобладает плохой свариваемостью, чтоснижает надежность конструкций в 2эксплуатации.Наиболее близкой к изобретеиярпо технической сущности и достигаемому результату является сталь 1.23следующего состава, мас%:ЗОУглерод 0,05-0,15Марганец 1,2-2,0Кремний 0,15-0,60Ванадий 0,03-0,15Титан 0,005-0,100Ниобий 0,005-0,100Алюминий 0,005-0,060Кальций 0,002-0,050Хром 0,01-0,30Медь 0,01-0,30Азот 0,002"0,015Железо ОстальноеНедостатками известной стали являются неудовлетворительные механические свойства, низкая технологичностьпри горячей и холодной пластическойдеформации и неудовлетворительнаясвариваемость,Целью изобретения является повышение механических свойств стали, 50 ее технологичности при горячей и хо" ладной пластической деформации и улучшение свариваемости.Указанная цель достигается тем.Чщ, стель, содержащая углерод,марга-"я нец, кремний, ванадий, ниобий, алюминий, кальций, хром, титан, медь, азот и железо, дополнительно содержит 90 2магний при следующем соотношении компонентов, мас.%:Углерод 0,05-0,20Марганец 1,1-1,8Кремний 0,15-0,90Ванадий 0 03-0 10Ниобий 0,005-0,080Апюминий 0,02-0,06Кальций 0,0005-0,0800Хром 0,01-0, 30Титан 0,010-0,035Медь 0,01-0,30Азот 0,006-0,020Магний О, 0005-0, 0450Железо ОстальноеВ предлагаемой стали железо является основой, углерод, марганец, хром и медь - основными легирующими элементами; ванадий, ниобий, кальций, магний, титан - основными микролегирующими элементами и модификаторами стали; азот служит для формирования упрочняющей фазы - нитридных включений. Алюминий регулирует соотношение между оксидными и нитридными включениями и распределение азота между нитридообразующимн элементами.Элементы, входящие в состав предлагаемой стали, формируют ее структуру и свойства в процессе кристаллизации и последующих процессов охлаждения слитка, горячей прокатки и охлаждении готового проката и находятся в сложной взаимосвязи.При содержании углерода менее 0,05% сталь не имеет достаточной прочности, а при содержании его более 0,2% происходит снижение пластичности и вязкости стали, а также ухудшается свариваемость.Нижний предел содержания марганца 1,1%) обусловлен требуемым уровнем прочностных свойств для стали данного назначения; при содержании его более 1,8% снижается пластичность, увеличиваются ликвация и неравномерность структуры и свойств стали, ухудшается свариваемость, Кроме того, наличие марганца в стали в указанных пределах необходимо для подавления процесса выделения карбидов и карбонитридов при повышенной температуре.Кремний увеличивает прочность стали за. счет упрочнения ферритной матрицы. При содержании менее 0,15% влияние кремния незначительно, а при содержании его более 0,9% увеличивается хрупкость и снижается ударнаявязкость стали. Кремций необходим такж и для стабилизации механических свойств, особенно в условиях производства рулонной стали; он задерживает разупрочнецие при повышенных температурах смотки полосы в рулон.Хром повышает устойчивость стали против атмосферной коррозии и увеличивает прочность феррита. При содержании его менее 0,017 коррозионная 1 О устойчивость и прочность стали не повышаются, а при содержании более 0,37 происходит охрупчивание стали за счет выделения карбидов хрома и снижение вязкостных характеристик стали. 15Медь улучшает коррозионную стойкость стали, Нижний предел ее содержания (0,013) обусловлен обеспечением минимума коррозионной стойкости а верхний предел (О,ЗЕ) - охрупчива- ро нием стали за счет выделения меди в свободном состоянии и снижением технологичности металла при горячей прокаткеАлюминий необходим для получения 25 стали, чистой по кислородным включениям, кроме того, при взаимодействии его с азотом образуются дисперсные нитриды алюминия, которые приводят к увеличению ударной вязкости стали. Содержание алюминия менее 0,022 недостаточно для полного удаления из стали оксидов и образования мелко- дисперсных нитридов алюминия. Содержание его более 0,067. приводит к образованию крупных кислородных и нитридных включений, увеличению количества оксидных включений и шпинелей, снижающих пластичность и вязкость стали.Ванадии, титан и ниобий являютсяч40 модифицирующими элементами: с азотом они образуют нитриды, а с углеродом - карбонитриды, которые, будучи мелкодисперсными и равномерно распределенными в стали, способствуют одно 45 временному повышению ее прочности и ударной вязкости за счет дисперсионного тверденияи измельчения зерна. Присутствие титана, связывающего 50 азот в расплавленном металле, повышает технологичность стали при сварке, так как предотвращает выделение из стали газообразного азота и появление пузырей в сварном шве. 55Введение в сталь титана приводит к снижению ее трещиночувствительности, так как он связывает азот.в устойчивые цитриды при более высокой температуре, чем алюминий. Содержание титана менее 0,0 17. не обеспечивает образования цитридов, повышения трещиночувствительности и технологичности при сварке, а более 0,0357 приводит к появлению крупных нитридовФ и сульфидов, располагающихся большими скоплениями и снижающих пластичность и вязкость стали, а также технологичность ее при прокатке и сварке.Введение в сталь ванадия, кроме указанного действия, приводит к снижению склнности ее к перегреву и улучшенюо свариваемости.Содержание ванадия менее 0,033 не обеспечивает необходимой прочности и улучшение свариваемости, а более 0,17 приводит к ухудшению вязкостных характеристик за счет развития процессов дисперсного твердения, приводящих к повышению прочности и ухудшению свариваемости.Содержание ниобия ниже 0,0057. недостаточно для получения дисперсной фазы, а более 0,083 вызывает снижение ударной вязкости за счет резкого увеличения прочности.Присутствие в стали титана, ванадия, ниобия выше указанных пределов приводит к образованию пленочных нитридных выделений, которые являясь препятствием для пластической деформации, способствуют накоплению упругой энергии и зарождению микротрещин критического размера, которые в свою очередь становятся инициаторами хрупкого разрушения. Нейтрализация отрицательного действия этих элементов достигается введением в сталь каль- ция и магнияКальций и магний в стали данного состава выполняют многообразные функции, причем несмотря на то, что в некоторых процессах кальций и магний выполняют одинаковые функции и являются эквивалентными элементами, в ряде процессов кальций и магний проявляют специфические свойства, в силу чего влияние этих элементов на структуру и свойства стали предлагаемого состава различно. Кальций и магний, обладая высокой адсорбционной активностью, препятствуют образованию гетерофазных выделений в межкристаллитных зонах, что затрудняет .зарождение микротрещин, и, следовательно, приводит к повышению ударной вязкости. Являясь поверхностно-актив 11160903ными элементами, кальций и магний способствуют очищению границ зерен и усиливают эффективность действия нитридообразующих элементов титана, ниобия и ванадия. Присутствие в стали ,данного состава только кальция без магния является недостаточным для успешного развития указанных процессов. При совместном легировании кальцием и магнием металл имеет более О широкий температурный интервал деформируемости, чем при микролегировании только кальцием.Введение магния обеспечивает повышение технологической пластичности 15 стали как при горячей, так и при холодной пластической деформации, что является важным фактором при изготовлении труб, Кроме того, магний способствует улучшению свариваемости 20 стали и прочности сварочного шва, Содержание магния менее 0,0017 недостаточно для повышения ударной вязкости, технологичности при горячей и холодной пластической деформацйи и 25 улучшения свариваемости, Содержание его более 0,045 приводит к образованию крупных кислородных включений - шпинелей, которые снижают пластичность, вязкость стали, ухудшают сва- З 0 риваемость.Кальций контролирует формирование кислородных неметаллических включений благоприятной глобулярной формы и образует сульфидные оболочки вокруг оксидов. Обволакивание;аульфидами кальция кислородных включений способствует повышению ударной вязкости стали и уменьшению склонности к образованию горячих трещин, Содержание кальция менее 0,0013 не вызывает глобуляризации неметаллических вклю"чений, а содержание его более 0,083 приводит к появлению в стали крупных алюминатов кальция, снижающих ее пластичность.Азот в предлагаемой стали необходим для образования упрочняющей иитридной фазы, Содержание его менее 0,0063 недостаточно для формирования нитридных фаэ, а более 0,02350 нецелесообразно иэ-за возможного появления несвязанного азота в твердомрастворе и повышения чувствительности стали к старению, ухудшению качества поверхности листа и свариваеяости стали,П р и м е р. В индукционной печивыплавляли сталь предложенного иизвестного составов. Металл прокатывали в горячем,состоянии на листтолщиной 16 мм.По стандартным методикам определили значения ударной вязкости,предела текучести, временного сопротивления, относительного удлиненияи доли вязкой составляющей в изломахобразцов, испытывали на свариваемостьи изгиб в холодном состоянии.В табл. 1 приведены составы предложенной и известной сталей, а втабл, 2 - свойства сталей.Как видно из табл. 1 и 2 стальпредлагаемого состава (плавки 1-4)по сравнению со сталью - прототипом(плавка 5) имеет более высокие механические свойства при комнатной иотрицательной температурах, болеевысокий запас вязкостных свойств.Технологичность ее при горячей пластической деформации выше, количестводефектов на поверхности проката меньше, чем у известной. Она имеет хорошую свариваемость, более высокиесвойства сварного шва. В процессесварки свойства стали изменяютсянезначительно. Сталь плавок 1-3имеет более высокую пластичность вхолодном состоянии. Сталь может быть использована для производства металлоконструкций северного исполнения, Наиболее перспективная область применения стали - спиральношовные сварные газопроводные трубы диаметром более 1220 мм.Экономический эффект от использования предлагаемой стали по сравнению с базовым вариантом (сталь- прототип) только эа счет увеличения выхода первосортной продукции на 5 Ж составляет более 1,5 руб,/т.Е Я м с х ее О дД-.Ъ н осч ц оо И йхх Ф а а Ф М И б х 6 гч О СО ое аале ее м х 1 ь Еф ф" хо "о е ехю и е- Р 3 . (Ч ю и о й х ое 3 а хщ и х м ое а о Е е М Е о о х а 63 ф (б ФО 5 х о х о чл