Свариваемая сталь Советский патент 1992 года по МПК C22C38/46 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к высокопрочным свариваемым сталям глубокой прокаливаемости, полученным разливочными способами на- плавления (переплава) и используемым в литом и кованом виде в сварных деталях и узлах энергетических установок.

Известна свариваемая сталь, содержащая, мае. %:

Углерод0,15-0,22

Марганец0,3-0,6

Кремний0,17-0,37

Хром0,9-1,6

Никель3.0-3,7

Молибден0,5-0,9

Ванадий0,04-0,07

Алюминий0,005-0,060

Титан0,002-0,060

Кальций0,001-0,050

ЖелезоОстальное

Однако для крупных поковок нельзя получить качественный наплавленный металл, так как из-за высокого содержания углерода и незначительного содержания марганца наплавленный металл склонен к образованию горячих трещин, возможно не только при кристаллизации металлической ванны при наплавке очередного валика, но и в подваликовом слое и в околошовной зоне, Известна также свариваемая сталь, содержащая, мае. %:

Углерод0,20-0,25

КремнийНе более 0,37

Марганец0,25-0,50

Хром1,40-1,80

Никель3,00-3,75

Молибден0,3-0,5

Ванадий0,08-0,15

СераНе более 0,02

ФосфорНе более 0,02

ЖелезоОстальное

Эта сталь при высоких прочностных характеристиках содержит относительно много углерода и мало марганца и, как следствие, обладает высокой склонностью к образованию горячих трещин при сварке.

(Л

V4

О СО

ел о

00

Цель изобретения -улучшение свариваемости при сохранении уровня эксплуатационных свойств и повышение стойкости к образованию горячих трещин в зоне сварки.

Для достижения поставленной цели свариваемая сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мае. %: Углерод0,13-0,17

Кремний0,17-0,37

Марганец0,40-0,65

Хром1,4-1,7

Никель2,40-2,85

Молибден0,36-0,55

Ванадий0,08-0,12

Сера0,005-0,016

Фосфор0,004-0,018

ЖелезоОстальное

причем произведение содержаний углерода и никеля составляет 0,37-0,42, а отношение содержаний марганца и серы 40,0.

Введение 0,13-0,17 мае. % углерода обеспечивает высокую свариваемость стали, отсутствие горячих трещин в зоне сварки при высоких ее эксплуатационных свойствах.

При меньшем содержании углерода прочностные характеристики стали становятся ниже значений, необходимых для надежной эксплуатации свариваемого оборудования в энергетических установках.

При большем содержании углерода снижается свариваемость стали, образуются горячие трещины & металле сварного шва, особенно после высокотемпературной обработки.

Углерод в указанных пределах в сочета- нии с 2,40-2,85 мае. % никеля обеспечивает повышенную устойчивость аустенита при охлаждении с температур Ас3, что приводит к получению гарантированного предела прочности до 700 МПа и ударной вязкости до 1450 кДж/м2, необходимых для надежной эксплуатации оборудования в энергетических установках.

При этом наиболее оптимальный комплекс эксплуатационных свойств обнаружи- вают стали с произведением содержаний углерода и никеля, равным 0,37-0,42.

Если указанное произведение меньше 0,37, уменьшается прокаливаемость и снижаются прочностные и вязкие характери- стики стали.

Когда это произведение больше 0,42, наблюдается чрезмерный рост прочностных свойств, а также усиливается структурная наследственность крупнозернистой структуры, что снижает ударную вязкость и свариваемость стали.

Хром в указанных пределах в сочетании с никелем обеспечивает прокаливаемость стали на бейнит при закалке в процессе

сварки, что необходимо для получения высокопрочных сварных соединений.

При содержании молибдена до 0,55 мае. % и содержании ванадия 0,08-0,12 мае. % повышается отпускоустойчивость стали, что необходимо при сварке (наплавке) изделий большого сечения, применяемых в энергетических установках.

Ванадий в стали в количестве 0,08-0,12 мае. % способствует повышению стойкости стали к хрупкому разрушению.

Введения менее 0,08 мае. % ванадия недостаточно для связывания азота стали в нитриды, поэтому в околошовной зоне сварного соединения наблюдается хрупкое разрушение.

При содержании ванадия больше 0,12 мае. % снижаются вязкие характеристики стали, что снижает ее эксплуатационные свойства.

Кремний в количестве 0,17-0,37 мае. % является раскислителем стали. При меньшем содержании кремния повышается содержание растворенного в стали кислорода, что вызывает образование флокенов и пор.

Увеличение количества вводимого рас- кислителя выше указанного предела приводит к увеличению содержания экзогенных включений на их основе, что снижает механические характеристики металла.

Увеличение содержания марганца (0,40-0,65 мае. %) по сравнению с тем, что указано в прототипе, обеспечивает повышение стойкости металла в зоне сварки к образованию горячих трещин за счет связывания серы в термодинамически устойчивые и тугоплавкие сульфиды марганца, которые частично отшлаковываются в процессе сварки (наплавки), частично остаются (меньшая их часть) в металле в виде компактных включений, что предотвращает протекание ликвационных процессов, выделение под действием максимальных температур термического цикла сварки сульфидов по границам перегретого аустенитного зерна, и как следствие, ослабление прочности границ и образование горячих трещин.

Наибольшую стойкость к образованию горячих трещин обеспечивают стали с содержанием марганца в указанных пределах при отношении марганец:сера 40,0.

При меньшем отношении не вся сера связывается в устойчивые и тугоплавкие сульфиды марганца и потому стойкость к образованию горячих трещин снижается.

В табл. 1 приведены составы предлагаемой и известной стали, в табл. 2 - механические свойства этих сталей, полученные на образцах сечением 1500 мм, длиной 2400 мм после термообработки по режиму, предусматривающему аустенизацию с изотермической выдержкой на ветви охлаждения при температуре Максимальной устойчивости аустенита (в области его диффузионного распада) и последующую закалку от температуры Ас3 - 30°С и отпуск при 630-640°С.

Цель проведения отжига - подготовка структуры стали эред закалкой и нарушение цели последовательных бездиффузионных когерентных превращений , при которых сохраняется кристаллографическая ориентация литой столбчатой структуры наплавляемого металла шва и крупнозернистого металла околошовной зоны.

Стали № 1 - № 5, отвечающие предлагаемому составу, имеют высокие эксплуатационные свойства при оптимальной свариваемости и хорошей стойкости к образованию горячих трещин.

Сталь N 6, несмотря на высокие эксплуатационные свойства, не обладает высокой стойкостью к образованию горячих трещин.

Стали Ms 7 и N3 8 не обладают оптимальными эксплуатационными свойствами. Для стали №7, в которой произведение концентраций никеля и углерода равно 0,44, ударная вязкость снижается, а для стали № 8, где это произведение равно 0,34, снижаются прочностные характеристики.

Для стали № 9, состав которой не отвечает изобретению, характерны низкая прочность и вязкость.

Таким образом, только для предлагае- мой стали наблюдаются высокая прочность, пластичность при оптимальной свариваемости и хорошей стойкости к образованию горячих трещин.

Формула изобретения Свариваемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, серу, фосфор и железо, о т- личающаяся тем, что, с целью улучшения свариваемости при сохранении уровня эксплуатационных свойств и повышений стойкости к образованию горячих трещин в зоне сварки, она содержит компоненты в следующем соотношении, мае. %:

Углерод0,13-0,17

Кремний0,17-0,37

Марганец0,40-0,65

Хром1,4-1,7

Никель 2,40-2,85

Молибден0,36-0,55

Ванадий0,08-0,12

Сера0,005-0,016

Фосфор0,004-0,018

ЖелезоОстальное

причем произведение содержаний углерода и никеля составляет 0,37-0,42, а отношение содержаний марганца и серы 0,40.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к высокопрочной свариваемой стали глубокой прокаливаемое™, используемой в литом и кованом виде в сварных деталях и узлах энергетических установок. С целью улучшения свариваемости при сохранении уровня эксплуатационных свойств и повышения стойкости к образованию горячих трещин в зоне сварки, сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мае. %: углерод 0,13-0,17; кремний 0,17-0,37; марганец 0,40-0,65; хром 1,4-1,7; никель 2,40-2,85; молибден 0,36-0,55; ванадий 0,08-0,12; сера 0,005-0,016; фосфор 0,004-0,018; железо остальное, при этом произведение содержаний углерода и никеля составляет 0,37-0,42, а отношение содержаний марганца и серы 40,0. 2 табл.

Т а б л и ч а I

Таблица 2