СВАРИВАЕМАЯ СТАЛЬ Российский патент 1994 года по МПК C22C38/48 

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству высокопрочных сталей, и может быть использовано при изготовлении тяжелонагруженных сварных конструкций.

Одной из областей использования является изготовление корпусов средств освоения глубин океана, где до последнего времени используются высокопрочные стали с пределом текучести 580-980 Н/мм². Интенсификация освоения Мирового океана, увеличение глубины погружения и усложнение конструкций требуют увеличения прочности используемых конструкционных материалов.

Необходимая высокая прочность в сочетании с высокой вязкостью может быть достигнута на мартенситностареющих сталях (Н12Х5М3, ЭП678, Х13Н8Д2МТ и др. ), ближайшим аналогом изобретения из которых по назначению и механическим свойством является сталь 08Х15Н5Д2Т. После закалки и старения при 450^оС сталь имеет предел текучести 1125-1225 Н/мм² и достаточно высокий уровень ударной вязкости КСV ≈ 60-78 Дж/см².

Однако, эта сталь дорога, склонна к коррозионному растрескиванию, а производство ее связано со значительными технологическими трудностями.

Высокая прочность всех известных высокопрочных конструкционных материалов достигается за счет высокого содержания углерода (до 0,18 мас. % ), что существенно ограничивает их свариваемость и снижает коррозионно-механическую прочность.

Прототипом изобретения является сталь марки НУ-130, содержащая, мас. % : Углерод ≅ 0,12 Кремний 0,20-0,90 Хром 0,40-0,70 Никель 4,75-5,25 Молибден 0,30-0,65 Ванадий 0,05-0,10 Медь ≅ 0,02 Титан ≅ 0,02 Сера ≅ 0,01 Фосфор ≅ 0,01 Железо и примеси Остальное
После закалки и высокого отпуска сталь обеспечивает в листах толщиной до 100 мм следующий комплекс механических свойств:
Предел текучести 910-1020 Н/мм²
Относительное удлинение ≥ 15%
Относительное сужение ≥ 50%
Работа удара КV ≥ 100 Дж
Сталь НУ-130 широко применяется для сосудов давления, ядерных и химических реакторов, сосудов для хранения сжатого газа и др. Сталь обладает высокой вязкостью и трещиностойкостью, хорошо сваривается. Однако, прочность стали недостаточно высока.

Для современной глубоководной техники требуется сталь с пределом текучести не менее 1175 Н/мм² в виде листов толщиной 61-100 мм, обладающая наряду с высокой прочностью, высокой пластичностью, вязкостью, сопротивляемостью хрупким разрушениям, свариваемостью.

Цель изобретения - создание новой стали с пределом текучести не менее 1175 Н/мм² в листах толщиной 60-100 мм, обладающей хорошей свариваемостью и комплексом свойств, обеспечивающих высокую работоспособность и надежность сварных соединений.

Это достигается соответствующим подбором легирующих элементов, предлагается новая корпусная свариваемая сталь следующего состава, мас. % : Углерод 0,11-0,13 Кремний 0,15-0,35 Марганец 0,20-0,60 Хром 0,70-0,90 Никель 4,80-5,35 Сера 0,001-0,010 Молибден 1,25-1,45 Медь 1,05-1,35 Ванадий 0,10-0,17 Фосфор 0,001-0,015 Ниобий 0,02-0,06 Железо и примеси Остальное
Дополнительное легирование стали ниобием, а также увеличение содержания хрома, молибдена, меди и ванадия способствует повышению прочности стали. Увеличение содержания хрома повышает отпускоустойчивость и прокаливаемость стали, обеспечивает получение мартенситной структуры в сечении до 100 мм.

Дополнительное легирование ниобием и повышение содержания ванадия способствует измельчению зерна и повышение пластических и вязких свойств стали.

Повышение содержания меди в предлагаемой стали обеспечивает сквозную прокаливаемость в указанных толщинах, при этом для повышения сопротивляемости хрупким разрушениям должно выполняться соотношение Ni+Сu ≥ 6 мас. % .

Низкое содержание фосфора и легирование молибденом в установленных пределах способствует устранению склонности стали к отпускной хрупкости, обеспечивает высокую коррозионную стойкость и позволяет производить высокий отпуск сварных конструкций для снятия напряжений.

Снижение содержания молибдена до значений менее 1,2 мас. % не обеспечивает необходимую отпускоустойчивость стали.

Повышение содержания легирующих элементов более указанного отрицательно сказывается на свариваемости стали, а также нецелесообразно с экономической точки зрения.

Низкое содержание углерода, а также его нормирование в узких концентрационных пределах обеспечивает стабильность механических свойств в зоне термического влияния, хорошую свариваемость конструкций, а также их высокую коррозионно-механическую прочность за счет снижения твердости зоны термического влияния и увеличения равномерности механических свойств сварных соединений.

Опытные работы по производству стали в промышленных условиях выполнены на Донецком металлургическом заводе и комбинате "Азовсталь" (табл. 1). Слитки ЭШП предлагаемого состава были прокатаны на листы толщиной 60-100 мм, термически обработаны по режиму:
Закалка 850-870^оС - вода
Отпуск 550-580^оС - вода
Испытания предлагаемой стали позволили выявить ее значительные преимущества по сравнению с известной сталью (табл. 2).

При содержании легирующих элементов в пределах заявляемого состава новая сталь обеспечивает в толщинах 60-100 мм предел текучести не менее 1175 Н/мм² и обладает высокой пластичностью (σ_s≥ 13 % , Ψ≥ 50% ) и вязкостью (КV ≥ 60 Дж).

Применение предлагаемой стали позволяет значительно повысить надежность глубоководной техники, снизить трудоемкость сварочных работ и сократить сроки строительства. (56) Современное состоянии и перспективы применения стали повышенной прочности в зарубежном судостроении. ВНИИ "Румб", 1983, с. 92.

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокопрочной корпусной свариваемой стали, и может быть использовано при изготовлении тяжелонагруженных сварных конструкций. Сталь имеет следующий состав компонентов, мас. % : углерод 0,11 - 0,13; кремний 0,15 - 0,35; марганец 0,20 - 0,60; хром 0,70 - 0,90; никель 4,80 - 5,35; сера 0,001 - 0,010; молибден 1,25 - 1,45; медь 1,05 - 1,35; ванадий 0,10 - 0,17; ниобий 0,02 - 0,06; фосфор 0,001 - 0,015; железо остальное, при этом суммарное содержание меди и никеля должно быть не менее 6. Применение стали позволяет значительно повысить надежность глубоководной техники, снизить трудоемкость сварочных работ и сократить сроки строительства. 2 табл.

СВАРИВАЕМАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, хром, молибден, медь, ванадий, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Углерод 0,11 - 0,13
Кремний 0,15 - 0,35
Марганец 0,20 - 0,60
Хром 0,70 - 0,90
Никель 4,80 - 5,35
Молибден 1,25 - 1,45
Медь 1,05 - 1,35
Ванадий 0,10 - 0,17
Ниобий 0,02 - 0,06
Сера 0,001 - 0,010
Фосфор 0,001 - 0,015
Железо Остальное
при этом суммарное содержание меди и никеля должно быть не менее 6.