ВЫСОКОПРОЧНАЯ ХЛАДОСТОЙКАЯ СТАЛЬ Российский патент 2015 года по МПК C22C38/46 

Описание патента на изобретение RU2562734C1

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве толстолистового проката из стали высокой прочности улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении и других отраслях промышленности.

Для изготовления ответственных сварных конструкций достаточно широко используется сталь следующего химического состава, мас.% [1]:

Углерод 0,08-0,12 Кремний 0,2-0,4 Марганец 0,45-0,75 Хром 1,05-1,30 Медь 0,35-0,65 Никель 1,05-2,20 Молибден 0,10-0,18 Алюминий 0,01-0,06 Ванадий 0,04-0,06 Ниобий 0,02-0,05 Кальций 0,005-0,050 Cepa 0,001-0,005 Железо остальное

причем величина коэффициента трещиностойкости при сварке Pсм, рассчитываемого по формуле

не должна быть выше 0,28%.

Известная сталь обеспечивает высокие требования по хладостойкости до минус 80°C, улучшенную свариваемость (по величине коэффициента трещиностойкости), высокую трещиностойкость по критерию CTOD в зоне термического влияния сварного шва. Основным недостатком указанной стали является недостаточный уровень прочности - гарантированная величина предела текучести составляет 500 МПа, что ограничивает применение стали для изготовления тяжелонагруженных конструкций.

Для изготовления корпусов кораблей и морских технических сооружений используется низкоуглеродистая хромоникельмолибденовая сталь, принятая за прототип, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.% [2]:

Углерод 0,07-0,11 Кремний 0,17-0,37 Марганец 0,30-0,60 Хром 0,30-0,70 Никель 1,80-2,30 Медь 0,40-0,70 Молибден 0,25-0,35 Ванадий 0,02-0,05 Алюминий 0,005-0,04 Элемент из группы, содержащей кальций, барий 0,005-0,05 Сера 0,003-0,015 Фосфор 0,003-0,015 Железо остальное

при условии, что сумма (никель + медь) не менее 2,4 мас.%; сумма (сера + фосфор) не более 0,025 мас.%.

В листовом прокате толщиной до 30 мм сталь обеспечивает высокую прочность при сохранении высокой пластичности, сопротивляемости хрупким и коррозионно-механическим разрушениям, хорошей свариваемости, изотропности свойств и сопротивления слоистому разрыву, однако высокие показатели ударной вязкости гарантируются при температурах не ниже минус 40°C.

Техническим результатом изобретения является разработка конструкционной стали высокой прочности с гарантированной величиной предела текучести не менее 590 МПа, обладающей высокой хладостойкостью при температурах до минус 80°C.

Технический результат достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, ванадий, алюминий, кальций, серу, фосфор и железо, дополнительно содержит мышьяк, олово, свинец и цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,07-0,11 Кремний 0,15-0,40 Марганец 0,30-0,60 Хром 0,30-0,70 Никель 1,80-2,20 Медь 0,40-0,70 Молибден 0,25-0,35 Ванадий 0,03-0,06 Алюминий 0,01-0,05 Кальций 0,001-0,005 Сера 0,001-0,005 Фосфор 0,001-0,010 Мышьяк 0,001-0,006 Олово 0,001-0,010 Свинец 0,001-0,004 Цинк 0,001-0,012 Железо остальное

при условии, что сумма (мышьяк + олово + свинец + цинк) не более 0,020 мас.%, а величина коэффициента трещиностойкости при сварке Pсм, рассчитываемого по формуле

(п.4.2.2 части XII «Правил классификации, постройки и оборудования ПБУ и МСП») не должна быть выше 0,27%.

Содержание углерода в указанных пределах способствует обеспечению высокой прочности стали. Превышение указанных пределов нецелесообразно вследствие существенного снижения пластичности, вязкости, хладостойкости, а также повышения закаливаемости и увеличения склонности стали к образованию горячих и холодных трещин при сварке.

Пределы содержания марганца, хрома, меди, никеля и молибдена обеспечивают необходимую прочность стали и низкотемпературную вязкость стали посредством твердорастворного упрочнения, а также прокаливаемость за счет повышения стабильности аустенита в ферритной области при γ-α превращении и образования преимущественно бейнитно-мартенситных структур при закалке проката в толщинах до 30 мм.

Ванадий способствует достижению необходимого уровня прочности и вязкости вследствие измельчения микроструктуры за счет выделения дисперсных частиц карбидов и карбонитридов в процессе прокатки. Алюминий вводится в сталь в качестве раскислителя, а также с целью измельчения зерна. Кальций в указанных пределах вводится в сталь с целью модифицирования неметаллических включений, что благоприятно сказывается на изотропности механических свойств и вязкости стали, в том числе при отрицательных температурах.

Сера и фосфор являются элементами, отрицательно влияющими на изотропность механических свойств стали, пластичность и вязкость при низких температурах. Фосфор обуславливает повышенную склонность к хрупким разрушениям при понижении температуры испытаний и отпускной хрупкости за счет обогащения межзеренных границ. Ограничение содержания фосфора в указанных пределах способствует обеспечению высокой хладостойкости стали при температурах до минус 80°C, а в сочетании с введением молибдена в указанных пределах позволяет исключить отпускную хрупкость.

Влияние мышьяка на свойства стали аналогично влиянию фосфора, и при массовой доли в стали не более 0,008 мышьяк не оказывает отрицательного влияния на свойства стали [3]. Олово, свинец и цинк оказывают отрицательное влияние на горячую и холодную пластичность стали при прокатке и гибке листового проката. При суммарном содержании мышьяка, олова, свинца и цинка в металле более 0,020% происходит снижение значений ударной вязкости и сдвиг температуры вязко-хрупкого перехода в область более высоких температур. Такое влияние известно и связано со склонностью примесей цветных металлов образовывать при кристаллизации легкоплавкие эвтектики в межосных участках дендритов [4].

Пример

Сталь была выплавлена в электропечи и после внепечного рафинирования и вакуумирования разлита в непрерывнолитые слябы. Химический состав приведен в таблице 1.

Слябы прокатывали на листы толщиной 8-30 мм, которые подвергали термическому улучшению (закалка в воду от температуры 920±20°C с отпуском в интервале температур 610÷680°C).

Механические свойства определяли на образцах, вырезанных поперек направления прокатки. Испытание на растяжение выполняли по ГОСТ 1497 на плоских образцах типа I №18 (для листов толщиной 8 мм), цилиндрических образцах типа III №6 (для листов толщиной 20 мм), цилиндрических образцах типа III №3 (для листов толщиной 30 мм). Испытания на ударный изгиб выполняли по ГОСТ 9454 на образцах с V-образным надрезом тип 11 при температурах плюс 20, минус 40, минус 60°C и минус 80°C.

Результаты механических испытаний (средние значения по результатам двух испытаний на растяжение и трех на ударный изгиб) приведены в таблице 2.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2269588, МПК С22С 38/48, 2004 г.

2. Патент Российской Федерации №1676276, МПК С22С 38/46, 1994 г.

3. Явойский В.И., Кряковский Ю.В., Григорьев В.П. и др. Металлургия стали. - М.: Металлургия, 1983. - 584 с.

4. Бернштейн М.Л., Добаткин C.B., Капуткина Л.М., Прокошкин С.Д. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства сталей. - М.: Металлургия, 1989. - 544 с.

Похожие патенты RU2562734C1

название год авторы номер документа
ХЛАДОСТОЙКАЯ СТАЛЬ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ 2011
  • Галкин Виталий Владимирович
  • Денисов Сергей Владимирович
  • Демидченко Юрий Павлович
  • Малышевский Виктор Андреевич
  • Семичева Тамара Григорьевна
  • Хлусова Елена Игоревна
  • Голосиенко Сергей Анатольевич
  • Орлов Виктор Валерьевич
  • Маслеников Александр Витальевич
  • Милейковский Андрей Борисович
RU2458176C1
Хладостойкая высокопрочная сталь 2020
  • Мирзоян Генрих Сергеевич
  • Орлов Александр Сергеевич
  • Володин Алексей Михайлович
  • Дегтярев Александр Федорович
RU2746598C1
ВЫСОКОПРОЧНАЯ ХЛАДОСТОЙКАЯ ARC-СТАЛЬ 2012
  • Малышевский Виктор Андреевич
  • Хлусова Елена Игоревна
  • Голосиенко Сергей Анатольевич
  • Хомякова Надежда Федоровна
  • Милюц Валерий Георгиевич
  • Павлова Алла Григорьевна
  • Пазилова Ульяна Анатольевна
  • Афанасьев Сергей Юрьевич
  • Гусев Максим Анатольевич
  • Левагин Евгений Юрьевич
RU2507295C1
Экономнолегированная хладостойкая высокопрочная сталь 2020
  • Мирзоян Генрих Сергеевич
  • Володин Алексей Михайлович
  • Дегтярев Александр Федорович
  • Скоробогатых Владимир Николаевич
RU2746599C1
ТОЛСТОЛИСТОВАЯ ХЛАДОСТОЙКАЯ СТАЛЬ 2017
  • Скоробогатых Владимир Николаевич
  • Дегтярев Александр Федорович
  • Орлов Александр Сергеевич
  • Ершов Николай Сергеевич
RU2665854C1
ХЛАДОСТОЙКАЯ СТАЛЬ 2017
  • Марков Сергей Иванович
  • Дуб Владимир Семенович
  • Баликоев Алан Георгиевич
  • Орлов Виктор Валерьевич
  • Косырев Константин Львович
  • Лебедев Андрей Геннадьевич
  • Петин Михаил Михайлович
RU2648426C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НИЗКОЛЕГИРОВАННОГО ХЛАДОСТОЙКОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА 2018
  • Зайцев Александр Иванович
  • Карамышева Наталия Анатольевна
  • Чиркина Ирина Николаевна
RU2688077C1
ВЫСОКОПРОЧНАЯ ХЛАДОСТОЙКАЯ СВАРИВАЕМАЯ ТОЛСТОЛИСТОВАЯ СТАЛЬ 2009
  • Горынин Игорь Васильевич
  • Рыбин Валерий Васильевич
  • Малышевский Виктор Андреевич
  • Баранов Александр Владимирович
  • Легостаев Юрий Леонидович
  • Владимиров Николай Федорович
  • Семичева Тамара Григорьевна
  • Хлусова Елена Игоревна
  • Малахов Николай Викторович
  • Бусыгин Вячеслав Васильевич
  • Голосиенко Сергей Анатольевич
RU2419673C2
ТЕПЛОСТОЙКАЯ И РАДИАЦИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ 2016
  • Марков Сергей Иванович
  • Лебедев Андрей Геннадьевич
  • Ромашкин Александр Николаевич
  • Баликоев Алан Георгиевич
  • Козлов Павел Александрович
  • Толстых Дмитрий Сергеевич
  • Силаев Алексей Альбертович
  • Абрамов Владимир Владимирович
  • Новиков Владимир Александрович
RU2633408C1
СТАЛЬ 2010
  • Дуб Владимир Семенович
  • Дуб Алексей Владимирович
  • Скоробогатых Владимир Николаевич
  • Юханов Вячеслав Алексеевич
  • Марков Сергей Иванович
  • Дурынин Виктор Алексеевич
  • Старченко Евгений Григорьевич
  • Рыжов Сергей Борисович
  • Трунов Николай Борисович
  • Зубченко Александр Степанович
RU2441939C1

Реферат патента 2015 года ВЫСОКОПРОЧНАЯ ХЛАДОСТОЙКАЯ СТАЛЬ

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве толстолистового проката из стали высокой прочности, хладостойкости и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,07-0,11, кремний 0,15-0,40, марганец 0,30-0,60, хром 0,30-0,70, никель 1,80-2,20, медь 0,40-0,70, молибден 0,25-0,35, ванадий 0,03-0,06, алюминий 0,01-0,05, кальций 0,001-0,005, сера 0,001-0,005, фосфор 0,001-0,010, мышьяк 0,001-0,006, олово 0,001-0,010, свинец 0,001-0,004, цинк 0,001-0,012, железо - остальное. Суммарное содержание мышьяка, олова, свинца и цинка составляет не более 0,020 мас.%, а величина коэффициента трещиностойкости при сварке Pсм не превышает 0,27%. Сталь обладает высокой прочностью с гарантированной величиной предела текучести 590 МПа и имеет высокую хладостойкость при температурах до минус 80°C. 2 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 562 734 C1

Хладостойкая высокопрочная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, ванадий, алюминий, кальций, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит мышьяк, олово, свинец и цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,07-0,11 кремний 0,15-0,40 марганец 0,30-0,60 хром 0.30-0,70 никель 1,80-2,20 медь 0,40-0,70 молибден 0,25-0,35 ванадий 0,03 -0,06 алюминий 0,01-0,05 кальций 0,001-0,005 сера 0,001-0,005 фосфор 0,001-0,010 мышьяк 0,001-0,006 олово 0,001-0,010 свинец 0,001-0,004 цинк 0,001-0,012 железо остальное


при этом суммарное содержание (мышьяк + олово + свинец + цинк) составляет не более 0,020 мас.%, а величина коэффициента трещиностойкости при сварке Рсм не превышает 0,27%.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2562734C1

ТРУБА ДЛЯ НЕФТЕГАЗОПРОДУКТОПРОВОДОВ И СПОСОБ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА 2000
  • Дуб В.С.
  • Лобода А.С.
  • Головин С.В.
  • Болотов А.С.
  • Тарлинский В.Д.
  • Дуб А.В.
  • Комаров А.И.
  • Чикалов С.Г.
  • Романцов И.А.
  • Роньжин А.И.
  • Ламухин А.М.
  • Марков С.И.
  • Дементьев А.В.
  • Тахаутдинов Р.С.
RU2180691C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВ ИЗ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2009
  • Горынин Игорь Васильевич
  • Малышевский Виктор Андреевич
  • Хлусова Елена Игоревна
  • Мальцева Людмила Ивановна
  • Орлов Виктор Валерьевич
  • Круглова Александра Анатольевна
  • Голосиенко Сергей Анатольевич
  • Пазилова Ульяна Анатольевна
  • Шахпазов Евгений Христофорович
  • Зайцев Александр Иванович
RU2397255C1
ШТРИПСОВАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ 2009
  • Немтинов Александр Анатольевич
  • Ордин Владимир Георгиевич
  • Скорохватов Николай Борисович
  • Корчагин Андрей Михайлович
  • Шаталов Сергей Викторович
  • Ефимов Семен Викторович
  • Тихонов Сергей Михайлович
RU2420603C1
СТАЛЬ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕ- И ГАЗОПРОВОДОВ 2001
  • Степанов А.А.
  • Ламухин А.М.
  • Зинченко С.Д.
  • Дьяконова В.С.
  • Голованов А.В.
  • Гуркин М.А.
  • Рослякова Н.Е.
  • Чикалов С.Г.
  • Комаров А.И.
  • Седых А.М.
  • Степанцов Э.В.
  • Роньжин А.И.
  • Шишов А.А.
  • Тетюева Т.В.
  • Зикеев В.Н.
  • Клыпин Б.А.
RU2180016C1
SU 1676276 A1, 27.03.1996
Сталь 1990
  • Лепилина Жанна Александровна
  • Савчук Виталий Евгеньевич
  • Гришин Владимир Александрович
  • Симакова Альбина Алексеевна
  • Сальников Геннадий Алексеевич
  • Иванов Иван Николаевич
  • Семенов Юрий Николаевич
  • Медведев Юрий Сергеевич
  • Бочаров Альберт Николаевич
  • Зубченко Александр Степанович
  • Бобков Валерий Васильевич
SU1786175A1
EP 999288 B1, 07.11.2007
Реверсивный счетный разряд по модулю 2 @ (где @ =2,3,4,...) с неразрушающейся информацией 1984
  • Вражнов Владимир Александрович
SU1195447A1

RU 2 562 734 C1

Авторы

Мальцев Андрей Борисович

Томин Александр Александрович

Рыбаков Сергей Александрович

Шеремет Наталия Павловна

Малышевский Виктор Андреевич

Орлов Виктор Валерьевич

Хлусова Елена Игоревна

Легостаев Юрий Леонидович

Семичева Тамара Григорьевна

Малахов Николай Викторович

Голосиенко Сергей Анатольевич

Даты

2015-09-10Публикация

2014-05-12Подача