SU1749307A1 - Steel - Google Patents

Abstract

Translated fromRussian

Изобретение относитс  к области металлургии , в частности к высокопрочной свариваемой стали, предназначенной дл  сварных конструкций в строительстве и машиностроении . С целью повышени  свариваемости , способности к формоизменению в холодном состо нии, хладостойкости при сохранении прочности сталь дополнительно содержит титан и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0.09-0,15, кремний 0,15-0,6. марганец 1,0- 1,9, хром 0,5-1,0, никель 0,5-1,4, молибден 0,05-0,50, ванадий 0,02-0,10, ниобий 0,01- 0,06, азот 0,008-0,020, алюминий 0,01-0,08 медь 0,05-0,40. титан 0.005-0.08, кальций 0,001-0.01, железо остальное. При выполнении следующих соотношений: угле- род+марганец/6+кремний/24+хром/5+ни кель/40ь медь/13+ванадий/14 0,70, 530- 415 углерод+90 углерод - 35 марганец - 20 никель - 10 молибден 350; ниобий+вана- дий+(титан - 3,4 азот)0,05-0,20. 2 табл. ел СThe invention relates to the field of metallurgy, in particular to high-strength welded steel intended for welded structures in construction and engineering. In order to increase weldability, ability to change in cold condition, cold resistance while maintaining strength, the steel additionally contains titanium and calcium in the following ratio of components, wt.%: Carbon 0.09-0.15, silicon 0.15-0.6. manganese 1.0-1.9, chromium 0.5-1.0, nickel 0.5-1.4, molybdenum 0.05-0.50, vanadium 0.02-0.10, niobium 0.01- 0.06, nitrogen 0.008-0.020, aluminum 0.01-0.08, copper 0.05-0.40. titanium 0.005-0.08, calcium 0.001-0.01, iron the rest. When the following ratios are fulfilled: carbon + manganese / 6 + silicon / 24 + chromium / 5 + nickel / 40 copper / 13 + vanadium / 14 0.70, 530- 415 carbon + 90 carbon - 35 manganese - 20 nickel - 10 molybdenum 350; niobium + vanadium + (titanium - 3.4 nitrogen) 0.05–0.20. 2 tab. ate with

Description

Translated fromRussian

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к сплавам на основе железа, точнее к конструкционным свариваемым стал м, используемым дл  сварных конструкций в строительстве и машиностроении, Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности  вл етс  сталь, содержаща , мас.%:The invention relates to metallurgy, in particular to iron-based alloys, more precisely to structural welded steels used for welded structures in construction and engineering. The closest to the proposed technical essence is steel, containing, in wt.%:

Углерод0,10-0,17Carbon0.10-0.17

Кремний0,15-0,50Silicon0.15-0.50

Марганец1.0-1.6Manganese 1.0-1.6

Хром1.0-1,5Chrome 1.0-1.5

Молибден0,2-0,5Molybdenum 0.2-0.5

Никель1,6-2,3Nickel1,6-2,3

Ванадий0.05-0,26Vanadium 0.05-0.26

Азот0,010-0,030Nitrogen 0,010-0,030

Алюминий0.03-0,10Aluminum0.03-0.10

Ниобий0,03-0,20Niobium 0.03-0.20

Медь0,3-1,0Copper0,3-1,0

Церий0,005-0,03Cerium0,005-0,03

ЖелезоОстальноеIronErest

Однако она имеет неудовлетворительные свариваемость, пластичность и хладо- стойкость и не может быть использована дл  ответственных сварных конструкций, работающих при отрицательных температурах .However, it has unsatisfactory weldability, ductility and cold resistance and cannot be used for critical welded structures operating at negative temperatures.

Целью изобретени   вл етс  улучшение свариваемости и способности к формо- изменению в холодном состо нии, хладостойкости при сохранении прочности Поставленна  цель достигаетс  тем, что сталь, содержаща  углерод, кремний, марганец , хром, молибден, никель, ванадий,The aim of the invention is to improve the weldability and ability to form in a cold state, cold resistance while maintaining strength. The goal is achieved by the fact that steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, nickel, vanadium,

22

ОABOUT

СА ОSA Oh

v4v4

азот, алюминий, ниобий, медь и железо, дополнительно содержит титан и кальций приnitrogen, aluminum, niobium, copper and iron, additionally contains titanium and calcium at

следующем соотношениикомпонентов, мас.%:the following ratio of components, wt.%:

Углерод0,09-0,15Carbon0.09-0.15

Кремний0,15-0,6Silicon0.15-0.6

Марганец1,0-1,9Manganese1.0-1.9

Хром.0,5-1,0Chrome 0.5-1.0

Никель0,5-1,4Nickel 0.5-1.4

Молибден0,05-0,50Molybdenum0.05-0.50

Ванадий0,02-0,10Vanadium 0.02-0.10

Ниобий0,01-0,06Niobium 0,01-0,06

Титан0,005-0,08Titanium0.005-0.08

Алюминий0,01-0,08Aluminum 0.01-0.08

Азот0,008-0,020Nitrogen0,008-0,020

Медь0,05г-0,40Copper0.05g-0.40

Кальций0,001-0,01Calcium0.001-0.01

ЖелезоОстальное При этом должны быть выполнены следующие соотношени :Iron Else The following relationships must be met:

1) С + Мп (6 + Si) 24 + Сг (5 + NI) 40 +1) С + Мп (6 + Si) 24 + Сг (5 + NI) 40 +

+ Cu (13 + V) 14 0,70;+ Cu (13 + V) 14 0.70;

2} 530 -415С + 90С2 - 35 Мп-30Cr-20Ni-10Mo 350;2} 530-415C + 90С2 - 35 Mp-30Cr-20Ni-10Mo 350;

3) Mb + V + (Ti - 3,4N ) 0,05 - 0.20.3) Mb + V + (Ti - 3.4N) 0.05 - 0.20.

Содержание углерода в выбранных пределах необходимо дл  обеспечени  требуемого комплекса свойств (прочность, хладостойкость). При его содержании в мартенсите (бейните) менее 0,09% (с учетом части углерода, св занного в карбиды ниоби , ванади  и титана) не обеспечиваетс  уровень Прочности (От 700-800 Н/мм2), а при содержании более 0,15% снижаютс  пластичность и хладостойкость стали.The carbon content in the selected limits is necessary to provide the desired set of properties (strength, cold resistance). When it is contained in martensite (bainite) less than 0.09% (taking into account part of the carbon bound in niobium, vanadium and titanium carbides), the Strength level is not provided (from 700-800 N / mm2), and with a content of more than 0.15 % decreases ductility and cold resistance of steel.

Пределы содержани  элементов, вход щих в твердый раствор: марганца, хрома, молибдена и никел , выбраны с целью обеспечени  прокаливаемое™ стали и формировани  структуры малоуглеродистого мартенсита (возможно, с долей бейнита). Кроме того, молибден вводитс  дл  снижени  склонности стали к отпускной хрупкости , а никель - дл  повышени  хладостой- кости стали. Увеличение содержани  указанных элементов выше предлагаемого верхнего предела ухудшает пластичность и свариваемость стали.The limits of the content of the elements in the solid solution: manganese, chromium, molybdenum, and nickel were chosen to provide hardenable steel and form the structure of low carbon martensite (possibly with a share of bainite). In addition, molybdenum is introduced to reduce the tendency of steel to temper embrittlement, and nickel to increase the cold resistance of steel. Increasing the content of these elements above the proposed upper limit impairs the ductility and weldability of steel.

Содержание марганца менее 1 %, хрома и никел  менее 0.5% каждого снижает про- каливаемость стали, приводит к формированию в структуре феррита, что отрицательно сказываетс  на прочностных свойствах иA manganese content of less than 1%, chromium and nickel less than 0.5% of each reduces the hardenability of the steel, leads to the formation of ferrite in the structure, which adversely affects the strength properties and

хладостойкости. Снижение содержани  молибдена ниже нижнего предела ш.чет склонность стали к отпускной хрупкости и приводит к охрупчиваемости при отпуске.cold resistance. A decrease in the molybdenum content below the lower limit of the carbon bar is a tendency of the steel to temper embrittlement and leads to embrittlement during tempering.

5Нижний предел содержани  кремни 5 Silicon lower limit

представл ет собой необходимый минимум дл  раскислени  стали, верхний предел содержани  кремни  (0,6%) обеспечивает упрочнение твердого раствора без ухудшени represents the necessary minimum for steel deoxidation, the upper limit of the silicon content (0.6%) provides solid solution hardening without deterioration

0 хладостойкости.0 cold resistance.

Алюминий обеспечивает раскисленике стали, предотвращает угар вводимых титана и кальци . Минимально необходимое количество алюмини  дл  раскислени  составл 5 ет 0,01%, увеличение его более 0,08% приводит к ухудшению технологичности при разливке, а также к образованию поверхностных дефектов.Aluminum provides deoxidation of steel, prevents waste of injected titanium and calcium. The minimum required amount of aluminum for deoxidation is 5 0.01%, an increase of more than 0.08% leads to deterioration of processability during casting, as well as to the formation of surface defects.

Минимальное количество вводимой ме0 ди обеспечивает повышение коррозионной стойкости стали, а максимальное обусловлено предотвращением склонности к образованию поверхностных трещин.The minimum amount of injected copper provides an increase in the corrosion resistance of steel, and the maximum is due to the prevention of the tendency to form surface cracks.

Кальций обеспечивает модифицирова5 ние сульфидных включений, св зыва  серу в прочные соединени , что обеспечивает повышенную ударную в зкость и способность к формоизменению в холодном состо нии. Кроме того, образуемые кальцием отдельно,Calcium provides a modification of sulphide inclusions, bonding sulfur to strong compounds, which provides increased impact strength and ability to deform in a cold state. In addition, formed by calcium separately,

0 а также комплексно с титаном, серой и углеродом (карбосульфиды) труднорастворимые включени  способствуют измельчению зерна аустенита, тормоз  его рост при нагреве под прокатку и в паузах между проходами,0 and complex with titanium, sulfur and carbon (carbosulfides) hardly soluble inclusions contribute to the refinement of austenite grain, inhibit its growth during heating during rolling and in pauses between passes,

5 что также улучшает ударную о зкость и хладостойкость стали.5 which also improves the impact viscosity and cold resistance of steel.

Содержание кальци  менее 0,001% не обеспечивает положительного вли ни  на указанные свойства, а повышение его со0 держани  более 0,01% увеличивает загр зненность стали неметаллическими включени ми и ухудшает пластичность и ударную в зкость.A calcium content of less than 0.001% does not provide a positive effect on the indicated properties, and an increase in its content of more than 0.01% increases the contamination of the steel with non-metallic inclusions and impairs ductility and toughness.

Азот в предлагаемой стали входит в со5 став дисперсных частиц нитрида титана и карбонитрида ванади . Нижний предел содержани  азота обеспечивает минимально необходимую объемную долю дисперсных частиц нитрида титана. Увеличение содер0 жани  азота более 0,020% способствует еще в жидком состо нии интенсивному образованию крупных (более 1 мкм) первичных частиц нитрида титзна, которые образуют скоплени , что приводит к сниже5 нию ударной в зкости и хладостойкости.Nitrogen in the proposed steel is included in the composition of dispersed particles of titanium nitride and vanadium carbonitride. The lower limit of the nitrogen content provides the minimum required volume fraction of dispersed particles of titanium nitride. An increase in nitrogen content of more than 0.020%, even in the liquid state, contributes to the intensive formation of large (more than 1 micron) primary titanium nitride particles, which form accumulations, which leads to a decrease in toughness and cold resistance.

Титан, в зависимости от его соотношени  с азотом, выполн ет в предлагаемой стали дво кую роль: при его содержании, не превышающем стехиометри еского соотношени ,с азотом (ТК3.4Т), титан образуетTitanium, depending on its ratio with nitrogen, plays a dual role in the proposed steel: when its content does not exceed the stoichiometry of its ratio, with nitrogen (ТК3.4Т), titanium forms

дисперсные частицы (TIN), обеспечивающие измельчение зерна аустенита и улучшение в зкости стали за счет торможени  роста аустенитного зерна при нагреве под прокатку и между проходами в цикле термодеформационной обработки. Минимальное содержание титана обусловлено получением достаточного количества (не менее 0,004 об.%) дисперсных частиц ( 0,02 мкм) нитрида титана.dispersed particles (TIN), which ensure the grinding of austenite grain and improve the viscosity of steel by inhibiting the growth of austenitic grain when heated for rolling and between passes in a thermal deformation processing cycle. The minimum content of titanium is due to obtaining a sufficient amount (not less than 0.004% by volume) of dispersed particles (0.02 μm) of titanium nitride.

Ванадий, ниобий и титан (при его содержании , превышающем стехиометрическое соотношение с эзотом:Т 3.4М) - карбидо- образующие элементы. Они введены с целью дисперсного упрочнени  матрицы (низкоуглеродистого мартенсита или бейни- та). Кроме того, легирование указанными выше элементами (в первую очередь ниобием и титаном) обеспечивает управление процессом рекристаллизации аустенита в цикле термомеханической обработки.Vanadium, niobium and titanium (with its content exceeding the stoichiometric ratio with an ezot: T 3.4M) are carbide-forming elements. They are introduced for the purpose of disperse hardening of the matrix (low carbon martensite or bainite). In addition, the doping of the above elements (primarily niobium and titanium) provides control over the process of recrystallization of austenite in the cycle of thermomechanical processing.

Минимальное содержание ванади  и ниоби  (0,02 и 0,01 %, соответствен но) и суммарное содержание V+IMb+(Ti-3,4N) выбраны с учетом их растворимости и необходимого содержани  углерода в матрице дл  обеспечени  необходимой доли упрочн ющих частиц. Содержание ванади  более 0,10%, ниоби  более 0,06%, гитана более 0,08% или суммарного содержани  карби- дообразующих более 0,2% вызывает интенсивное дисперсное упрочнение, ухудшающее хладостойкость, пластичность и свариваемость .The minimum content of vanadium and niobium (0.02 and 0.01%, respectively) and the total content of V + IMb + (Ti-3,4N) were selected taking into account their solubility and the required carbon content in the matrix to provide the necessary proportion of reinforcing particles. The content of vanadium is more than 0.10%, niobium is more than 0.06%, the guitar is more than 0.08%, or the total content of carbide-forming materials is more than 0.2%, which causes intense dispersion strengthening, which deteriorates cold resistance, ductility and weldability.

Кроме указанных выше пределов содержани  элементов и соотношений между ними дл  обеспечени  требуемого комплекса механических и технологических характеристик необходимо выполнение еще двух соотношений:In addition to the above limits for the content of elements and the ratios between them, in order to provide the required set of mechanical and technological characteristics, two more ratios are necessary:

r , Mn , Si , Сг , + 24 +-5 +r, Mn, Si, Cr, + 24 + -5 +

+ Щ+7 К4 ° 530-415С+90С2-35Мп- -30Cr-20Ni-10Mo 350.+ W + 7 K4 ° 530-415С + 90С2-35Мп- -30Cr-20Ni-10Mo 350.

Выполнение первого соотношени  обеспечивает удовлетворительную свариваемость и отсутствие склонности к холодным трещинам при сварке.Performing the first ratio provides satisfactory weldability and lack of tendency to cold cracks during welding.

При превышении указанного соотношени  ( 0,70) в околошовной зоне при сварке плавлением образуетс  мартенсит с высокой твердостью и возникают трещины в сварном соединении.When this ratio is exceeded (0.70), fusion welding in the near-weld zone produces martensite with high hardness and cracks in the welded joint.

Второе соотношение представл ет собой статистическую модель, описывающа  вли ние основных легирующих элементов на мартенситную точку МН(°С). При температуре Мн ниже 350°С в процессе мартенсит- ного превращени  при термомехамичес- кой обработке не происходит самоо /ска мартенсита, что отрицательно отражаетс  на уровне в зкости и хладостойкости талиThe second relationship is a statistical model describing the effect of the main alloying elements on the martensitic MH point (° C). At a temperature of Mn below 350 ° C, during the martensitic transformation at thermomechanical treatment, no self / scamartensite occurs, which negatively reflects at the level of viscosity and cold resistance of the waist.

0 и может приводить к образованию тре цим. Граничной температурой, гарантирующей отсутствие трещин,  вл етс  350°С.0 and can lead to the formation of three-fold. The limiting temperature ensuring the absence of cracks is 350 ° C.

Пример. Сталь выплавл ют в индукционной печи и разливают в слитки массойExample. Steel is melted in an induction furnace and cast into ingots of mass

5 25 кг. Слитки после нагрева до 1200°С куют на заготовки сечением 60x60 мм, которые подвергают гор чей деформации за дев ть пропусков на лист толщиной 10 мм по схеме термомеханической обработки: температу0 ра нагрева 1200°С. температура окончани  деформации 850°С, последеформационное охлаждение в воде, отпуск 650°С (2 ч).5 25 kg. After heating up to 1200 ° C, ingots are forged on workpieces with a section of 60x60 mm, which are subjected to hot deformation for nine passes per 10 mm thick sheet according to the scheme of thermomechanical processing: heating temperature is 1200 ° C. temperature of the end of deformation is 850 ° С, post-deformation cooling in water, tempering 650 ° С (2 h).

Из полученных листов вырезают поперечные круглые п тикратные образцы дл From the obtained sheets cut transverse round five-fold samples for

5 испытани  на статическое раст жение по ГОСТ 1497-84 и поперечные ударные образцы II типа дл  определени  ударной в зкости по ГОСТ 9454-78 и порога хладноломкости Также провод т имитацию5 static tensile tests according to GOST 1497-84 and transverse impact type II samples for determining the impact strength according to GOST 9454-78 and the cold brittleness threshold. Also, imitation is carried out

0 термического цикла сварки по ГОСТ 23870- 79 с определением ударной в зкости в имитированной околошовной зоне0 thermal cycle welding according to GOST 23870-79 with the definition of impact strength in the simulated heat affected zone

В табл.1 приведены составы предлагаемой и известной сталей, в табл 2 - ихTable 1 shows the composition of the proposed and known steels, Table 2 - their

5 механические свойства.5 mechanical properties.

Как видно из полученных данных (см. табл. 2), предлагаема  сталь обеспечивает более высокий комплекс характеристик хладостойкости , свариваемости и способностиAs can be seen from the data obtained (see Table 2), the proposed steel provides a higher set of characteristics of cold resistance, weldability and ability

0 к формоизменению в холодном состо нии при сохранении прочности, что говорит о пригодности предлагаемой стали дл  изготовлени  сварных конструкций ответственного назначени , в том числе в северном0 to be cold-formed while maintaining strength, which indicates the suitability of the proposed steel for the manufacture of welded structures of responsible purpose, including in the northern

5 исполнении.5 performance.

При одинаковом уровне прочностных свойств предлагаема  сталь содержит в среднем на 0,6% хрома и на 0,95% никел  меньше.With the same level of strength properties, the proposed steel contains on average 0.6% chromium and 0.95% nickel less.

Claims (1)

Translated fromRussian

0 Формула изобретени 0 claimsСталь, содержаща  углерод, кремний,Steel containing carbon, silicon, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium,ниобий, алюминий, азот, м едь и железо, о тличагоща с  тем, что, с целью улучше5 ни  свариваемости и способности к формоизменению в холодном состо нии, хладостойкости при сохранении прочности, она дополнительно содержит титан и кальций при следующем соотношении компонентов мас.%: углерод-0,09-0,15; кремнийniobium, aluminum, nitrogen, iron and iron, in contrast to the fact that, in order to improve5 the weldability and ability to change in cold condition, cold resistance while maintaining strength, it additionally contains titanium and calcium in the following ratio of components, wt.% : carbon-0.09-0.15; silicon- 0,15-0,6. марганец - 1 0-1,9, хром - 0,5- 1.0. никель - 0,5-1,4 молибден - 0.05-0,50, ванадий - 002-0.10- ниобий - 0.01-0,06, алюминий - 0.01-0.08: азот - 0.008-0.020 медь - 0.05-0.40; титан - 0,005-0.08 кальций - 0,001-0,01: железо - остальное- 0.15-0.6. manganese - 10-1.9, chromium - 0.5-1.0. Nickel - 0.5-1.4 Molybdenum - 0.05-0.50, Vanadium - 002-0.10 - Niobium - 0.01-0.06, Aluminum - 0.01-0.08: Nitrogen - 0.008-0.020 Copper - 0.05-0.40; titanium - 0.005-0.08 calcium - 0.001-0.01: iron - the restпри выполнен и следующих соотношений: углерод+марганец/6+кремний/24- -хрэм/5 +никель/ 40 + медь/13 + ванадий/14 0,7, 530- 415углерод + 90углерод-в квадрате- 35марганец-ЗОхром-20никель-1 Омолибд- ен 350; ванадий+ниобий+(титан-3,4азот) 0,05-0.20when the following relationships are fulfilled: carbon + manganese / 6 + silicon / 24- hrem / 5 + nickel / 40 + copper / 13 + vanadium / 14 0.7, 530- 415 carbon + 90 carbon-squared-35margan-Zohrom-20 nickel -1 Omolybd-350; vanadium + niobium + (titanium-3,4 nitrogen) 0.05-0.20Таблица 1Table 1COOTICOOTI 1) Nb V « (Ti - 3.4N) - 0.05 - 0.20; 2) 530 - 415С 90Сг-Э5Мч - ЗОСг - Ж - 1) Nb V «(Ti - 3.4N) - 0.05 - 0.20; 2) 530 - 415С 90Сг-Э5Мч - ЗОСг - Ж -« . Механические свойства предлагаемой и известной сталей". Mechanical properties of the proposed and famous steelsТаблица 2table 2