Сталь

СОЮЗ СОВЕТСКИХсййиапнеюикРЕСПУБЛИН ЗО) С 22 С 38 46ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВОйОа ВИЕГВЪСа(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 981438, кл. С 22 С 38/46, 1981.2 Авторское свидетельство СССРУ 554702, кл. С 22 С 38/12, 1975.(54)(57) СТАЛЬ, преимущественно длясварочной проволоки, содержащая углерод, кремний, марганец, никель,молибден, ванадий, алюминий, азот,хром, медь, фосфор и железо, .о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения сопротивления хрупкомуразрушению металла шва при сохраненииего прочности после продолжительных 80,1116092 А технологический отпусков, она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.Е:Углерод0,08-0,12Кремний 0,15-0,35Марганец 1,00-1,51Никель 1,40-1,69Молибден 0,61-0,75Ванадий 0,001-0,025Алюминий 0,005-0,070Азот 0,001-0,0.1 2Хром 0,01-0, 30Медь 0,01-0,20Фосфор 0,003-0,020Железо Остальноепри этом сбдержание никеля и марганца Э при концентрации фосфора 0,01-0,02мас.7 составляет 2,4(Я 1+Мп) с(4-80 Р), а суммарное содержание хрома и медипри концентрации кремния 0,250,25 мас.Ж составляет 0,02 4(Сг+Сц) с Д 1,5-481) .ВаЫ Ваай1 116Изобретение относится к металлур 1 йгии, в частности к сталям для сварочной проволоки, применяемым в энергомашиностроении при изготовленииРКрупногабаритных ,сварных сосудовдавления, например корпусов парогенераторов, компенсаторов объема, гидроемкостей САОЗ атомных энергоблоковмощностью до 1 млн.кВтИзвестна сталь 1 3, применяемаяв энергомашиностроении для изготовления сосудов давления, следующегохимического состава, мас.7:Углерод 0,12-0,18Кремний 0,75-1,15Марганец 0,4-0,8Никель 1,3-1,6Молибден 0,4-0,7Хром 0,8-1,2Ванадий 0,11-0,16Медь 1,3 - 1,6Алюминий 0,05-0,15Железо ОстальноеНедостатком этой стали являетсято, что изготовленная из нее сварочная проволока при автоматическойсварке под Флюсом не обеспечиваеттребуемую прочность металла швасварных соединений, подвергаемыхпосле сварки технологическим отпуском большой продолжительности,Наиболее близкой к изобретениюпо технической сущности и достигаемому эффекту является сталь Г 23,применяемая при изготовлении сварныхсосудов давления атомных знергобло 35ков мощностью 1 млн. кВт, содержащая,мас.7:Углерод 0,08-0,11Кремний 0,17-0,37Марганец 0,6-1,4Никель 1,7-2,7Молибден 0,35-0,60Ванадий0,03-3.07,причем сталь может содержать примеси,мас,7.: хром до 0,3; медь до 0,2;сера до 0,02 и Фосфор до О 018.ф 650 Указанная сталь обеспечивает высо-. кие механические свойства основного металла в сосудах давления, однако металл шва, сваренный с использованием сварочной проволоки из этой стали, при достаточно высоких прочностных свойствах имеет низкое сопротивление хрупкому разрушению. 092 3Целью изобретения является повышение сопротивления хрупкому разрушению металла шва при сохраненииего прочности после продолжительныхтехнологических отпусков,Эта цель достигается тем, чтов стали, содержащей углерод, кремний,марганец, никель, молибден, ванадий алюминий, азот, хром, медь,фосфор и железо, компоненты взяты вследующем соотношении, мас.7:Углерод 0,08-0,12Кремний 0,15-0,35Марганец 1,00-1,51Никель 1,40-1,69Молибден 0,61-0,75Ванадий 0,001-0,025Алюминий 0,005-0,070Азот 0,001-0,012Хром 0901-0930Медь 0,01-0,20Фосфор 0,003-0,020Жедезо Остальноепри этом содержание никеля и марганца при концентрации фосфора 0,010,02 мас.7. составляет 2,4 (М 1+Мп) 6(4-80 Р), а суммарное содержаниехрома и.меди при концентрации кремния 0,25-0,35 мас.7. составляет0,02 (Сг+Сц)(1,5-481),В виде примеси предлагаемая стальможет содержать до 002 мас,7 серы.Предлагаемая сталь имеет болеенизкое содержание, никеля (1,4-1,69 мас.7против 1,7-2,7 мас.7 в известной стали, что дает возможность избежать образование мартенсита в металле шва при его охлаждении послесварки без применения высокого подогрева и, следовательно, снизить критическую температуру хрупкости металлашва, что приводит к повышению егосопротивления хрупкому разрушению.При содержании никеля менее 1,4 мас.7.не обеспечивается сохранение требуемого уровня прочностных свойств металла шва, а при концентрации никеляболее 1,69 мас,% возможно образование мартенсита в металле шва, чтоповьппает критическую температурухрупкости и снижает сопротивлениехрупкому разрушению металла шва.Кроме того, повьппение концентрацииникеля вьппе указанного предела значительно увеличивает склонностьметалла шва к отпускной хрупкости,которая развивается при охлаждениисварного соединения после технологических отпусков.3 11160Для компенсации некоторого снижения прочности металла шва, обусловленного уменьшением содержания никеля, предлагаемая сталь имеет более высокую концентрацию молибдена (0,6 1-0,75 мас.7. против 0,35-0,60 мас.в известной стали), что позволяет сохранить прочностные свойства металла шва на требуемом уровне без снижения пластических характеристик, 10 При содержании молибдена менее 0,61 мас,7 не достигается эффект сохранения прочностных свойств металла шва на требуемом уровне, а при концентрации его более 0,75 мас.7 в металле шва значительно возрастает количество крупных выделений карбидов молибдена по границам зерен, что повышает критическую температуру хрупкости и приводит к снижению сопротивления хрупкому разрушению металла шва.Предлагаемая сталь имеет более низкое содержание ванадия (0,001- 0,025 мас.% против 0,03-0,07 мас.7. в известной стали), что позволяет предотвратить выделение карбидов ванадия по границам зерен в процессе технологических отпусков и, следовательно, снизить вероятность образова 30 ния трещин повторного нагрева, а также понизить величину критической температуры хрупкости металла шва. При содержании ванадия менее 0,001 мас.7 снижаются прочностные свойства металла из-за отсутствия мелкодисперсных карбидов ванадия в объеме зерен, а при конЦентрации ванадия более 0,25 мас.% значительно возрастает плотность карбидов ванадия, выделяющихся по границам зерен во время технологических отпусков, что повышает критическую температуру хрупкости металла шва и соответственно снижает его сопротивление хрупкому разрушению.45Кроме того, в предлагаемой стали рекомендованы суммарные концентрации никеля и марганца в зависимости от содержания фосфора, а также хрома и меди в зависимости от содержания 50 кремния. Так, суммарная концентрация никеля и марганца при содержании фосфора 0,01-0,02 мас.составляет, мас. :2,4 (Вз.+Ип) (4-80 Р) .55 Необходимость введения этого соотношения обусловлена тем, что никель и марганец усиливают сегрегацию 92 4атомов фосфора по границам зерен при охлаждении сварного соединения после технологических отпусков, что снижает сопротивление хрупкому разрушению металла шва, Поэтому при содержании фосфора 0,003-0,01 мас.% когда опасность его зернограничной сегрегации не велика, концентрации никеля и марганца могут принимать любые значения в указанных пределах и суммарное содержание этих элементов может быть равно, например, сумме их верхних пределов, т.е.1,69+1,51=3,2 мас,7,. Если содержание фосфора превышает 0,01 мас.7, то суммарное содержание никеля и марган-. ца должно быть меньше этой величины и при концентрации фосфора 0,02 мас.7 оно не должно превышать 2,4 мас.%, т.е. концентрации никеля и марганца должны быть одновременно на нижних пределах. Таким образом, указанное соотнош ние определяет область допустимых концентраций никеля и марганца, с одной стороны, и фосфора, с другой стороны, при которых обеспечивается требуемый уровень критической температуры хрупкости и, следовательно, требуемый уровень сопротивления хрупкому разрушению металла шва.Суммарное содержание хрома и меди в предлагаемой стали при концентрацИи кремния 0,25-0,35 мас составляет, мас.7:0,02(Сг+Сц) 1, 5-481 ) .Необходимость введения этого соотношения обусловлена тем что хром и медь усиливают зернограничную сегрегацию атомов кремния при охлаждении сварного соединения после технологических отпусков, что повы-; шает критическую температуру хруп-. кости металла шва. Поэтому при концентрации кремния 0,15-0,25 мас.Х, когда опасность его зернограничной сегрегации сравнительно невелика, концентрации хрома и меди могут одновременно достигать своих верхних пределов, т,е. величина (Сг+Сп) может составлять 0,02-0,5 мас.Х. При повышении концентрации кремния до 0,25-0,35 мас.Е допустимый верхний предел суммарного содержания хрома и меди снижается, так что при концентрации кремния 0,35 мас.Х суммарное содержание хрома и меди не должно превышать 0,1 мас.Х. Таким образом, указанное соотношение определяет область допустимых кон5 1116092центраций хрома и меди, с однойстороны, и кремния, с другой стороны,при которых обеспечивается требуемыйуровень критическоф температурыхрупкости и, следовательно, сопротивление хрупкому разрушению металлаш 11 а.В табл, 1 приведен химический состав предлагаемой стали трех плавок. 10В табл. 2 приведены механические свойства металла шва, сваренного проволокой из предлагаемой и известной сталей, после полного цикла технологических отпусков, причем, в числителе указаны минимальные, а в знаменателе - максимальные значения свойствСварные пробы выполняли на вырезанных из листа высокопрочной низколегированной стали 10 ГН 2 МфА за- о готовках толщиной 90 мм с использованием сварочной проволоки 9 5 мм ифлюса фЦ,Как видно из табл. 2, металл шва,сваренный проволокой из предлагаемойстали, имеет критическую температурухрупкости на 30-.55 С ниже, чем металлшва, сваренный проволокой из известной стали, т.е. в первом случае обеспечивается значительно более высокийуровень сопротивления хрупкому разрушению при практически одинаковомуровне прочностных свойств. Использование предлагаемой стали при изготовлении сварных корпусов парогенераторов энергоблоков мощностью 1 млн.кВт)дает экономический эффект около832 тыс,руб. в сравнении с базовымобъектом, за который принята стальдля изготовления сосудов давленияатомных энергоблоков мощностью1 млн.кВт Я .и 3 сЧо о о Во о аоВо о сЧ о В о моВо оВо фл оо оВо ою Юо оВо о щ о л ооВо ло Х л О 3 о ф ж 2 о Е о фф оо оо оло о ф о о В о СЧ Ю л о1 О м м 11 1 м 1 л л 1 л 1 ою 1 г О 1 4г 1 г а 1 мО 1 г ОСО О 1 Ю сЧ 1 Ф с 4 1 сЧ м 10 сч 1 сч ц 1 О с 4 1 сч с 4 и" сЧ 1 сЧ ом сЧ 1 сЧ О О сЧ сЧ Ю 1 Ю 1 О 1 сЧ О 1 л ОО