PL183110B1

PL183110B1 - Stal konstrukcyjna o podwyższonej wytrzymałości i sposób jej obróbki cieplnej

Info

Publication number: PL183110B1
Application number: PL98325443A
Authority: PL
Inventors: Andrzej K. Lis; Jadwiga Lis; Leopold Jeziorski
Original assignee: Politechnika Czestochowska
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2002-05-31
Also published as: PL325443A1

Abstract

1. Stal konstrukcyjna o podwyższonej wytrzymałości, zwłaszcza do pracy w niskich temperaturach, zawierająca wagowo 0,03-0,07% C, 0,15-0,35% Si, max. 0,005% S, max. 0,011 % P, 0,015-0,05% Al oraz Mn, Ni, Fe i nieuniknione zanieczyszczenia, znamienna tym, że zawiera wagowo 0,60-0,90% Mn i 4,75-5,25% Ni, a ponadto 0,40-0,70% Cr, 0,30-0,65% Mo, 0,05-01(%)) V, max. 0,03% Nb i zasadniczo max. 0,012% N. 2. Sposób obróbki cieplnej stali konstrukcyjnej o podwyższonej wytrzymałości, zwłaszcza do pracy w niskich temperaturach, polegający na dwukrotnym wygrzewaniu i szybkim chłodzeniu stali, a następnie odpuszczaniujej przez wygrzewanie w temperaturze poniżej Ac,, najkorzystniej 883K(±40K), i szybkie chłodzenie, znamienny tym, że przed odpuszczaniem stal poddaje się wygrzewaniu w temperaturze 10-20K poniżej Ac3, najkorzystniej 1073K, a następnie wygrzewaniu w temperaturę z zakresu Ac-Ac-,. najkorzystniej 973K (±2OK).

Description

Przedmiotem wynalazku jest stal konstrukcyjna o podwyższonej wytrzymałości, zwłaszcza do pracy w niskich temperaturach, oraz sposób jej obróbki cieplnej.

Jedną ze znanych stali konstrukcyjnych o podwyższonej wytrzymałości, przeznaczoną do pracy w niskich temperaturach, jest - zgodnie z danymi Światowego Towarzystwa Klasyfikacyjnego Budowy Statków (Det Norske Veritas) - stal NV20-2, zawierająca wagowo max. 0,08% C, 0,15-0,35% Si, 0,40-0,70% Mn, max. 0,025% S, max. 0,020% P, min. 9% Ni, 0,015-0,08% Al.

Znaną stal poddaje się normalizowaniu lub normalizowaniu i odpuszczaniu, względnie ulepszaniu cieplnemu, polegającemu na hartowaniu i odpuszczaniu, łub dwukrotnym hartowaniu i odpuszczaniu.

Po tych zabiegach cieplnych znana stal (typu LPG) wykazuje granicę plastyczności Re_m,_n = 450 MPa, wytrzymałość na rozciąganie Rm_mm = 650 MPa, wydłużenie A₅ = 20%, udarność Chrapy V KCVm_m = 35 J/cm² w temperaturach 153K i 77K.

Zgodnie z wynalazkiem stal konstrukcyjna o podwyższonej wytrzymałości zawiera wagowo 0,03-0,07% C, 0,15-0,35%Si, 0,60-0,90%Mn, max. 0,005%S, max. 0,011%P, 4,75-5,25%Ni, 0,015-0,05%A1,0,40-0,70%Cr, 0,30-0,65%Mo, 0,05-0,10%V, max. 0,03%Nb, zasadniczo max. 0,012%N, reszta Fe i nieuniknione zanieczyszczenia.

W porównaniu ze znaną stalą stal według wynalazku chrakteryzuje się znacznie mniejszą zawartością niklu, a poddana znanym zabiegom obróbki cieplnej wykazuje wyższe własności mechaniczne: Re= 660 - 920 MPa, Rm = 816 - 973 MPa, A₅> 20%, KCV₁₅3_K> 50 J/cm2.

Stal nadaje się do masowej produkcji. Można ją wytwarzać według znanych technologii wytapiania stali o podwyższonej czystości w piecach elektrycznych indukcyjnych i łukowych, a nawet w piecach martenowskich i konwertorach tlenowych, w połączeniu z pieco-kadzią i obróbką pozapiecowątypu VOD/VAD. Możliwe jest odlewanie stali na urządzeniach do ciągłego odlewania. Po odlaniu stal poddaje się przeróbce plastycznej na gorąco i obróbce cieplnej, stosownie do rodzaju wytwarzanych wyrobów··.

Zgodnie z wynalazkiem sposób obróbki cieplnej stali konstrukcyjnej o podwyższonej wytrzymałości polega na tym, że stal wygrzewa się w temperaturze 10 - 20K poniżej Ac3, najkorzystniej 1073K, i szybko chłodzi, po czym wygrzewa się ją w temperaturze z zakresu Ac, - Ac3, najkorzystniej 973K(±20K), i szybko chłodzi, a następnie poddaje odpuszczaniu przez wygrzewanie w temperaturze poniżej Ac_b najkorzystniej 883K (±40K), z następnym szybkim chłodzę183 110 niem. Czas każdorazowego wygrzewania stali wynosi zasadniczo 2 - 4 min na 1 mm grubości wyrobu.

W przeciwieństwie do znanych sposobów obróbki cieplnej stali konstrukcyjnej, w których proces odpuszczania, polegający na wygrzewaniu stali w temperaturze poniżej Ac, i szybkim chłodzeniu, poprzedza jedno lub dwukrotnie austenityzowanie stali w temperaturze powyżej Ac₃(1123 - 1173), w sposobie według wynalazku proces odpuszczania jest poprzedzony dwukrotnym niepełnym austenizowaniem: raz w temperaturze 10 - 20K poniżej Ac₃, drugi raz w temperaturze z zakresu Ac, - Ac₃.

Stal według wynalazku, poddana powyższej obróbce cieplnej, wykazuje następujące własności mechaniczne: Re_min = 690 MPa, Rm_niin = 810 MPa, A₅> 20%, KCV_77K> 100 J/cm².

Wysokie własności mechaniczne stali umożliwiają zmniejszenie ciężaru konstrukcji, maszyn i urządzeń, w tym pracujących w warunkach kriogenicznych.

Przedmiot wynalazku omówiono bliżej w przykładach wykonania.

Przykładowe stale wytapiano w piecu indukcyjnym z materiałów wsadowych w postaci żelazostopów i żelazo armco o dużej czystości metalurgicznej, po czym odlewano we wlewki o masie 270 kg. Wlewki, po wygrzaniu w temperaturze 1473 K, walcowano na kęsiska kwadratowe o przekroju 100 x 100 mm Kęsiska przewalcowywano na płaskowniki o przekroju 12 x 110 mm i 16 x 110 mm, stosując technikę regulowanego walcowania stali z kontrolą temperatury końca walcowania do około 1143 K i następnie chłodzeniem w powietrzu.

Przykład I

Płaskowniki o przekroju 16 x 110 mm, ze stali zawierającej wagowo 0,052% C, 0,24% Si, 0,87% Mn, 0,005% S, 0,010% P, 5,10% Ni, 0,018% Al, 0,59% Cr, 0,43% Mo, 0,065% V, 0,013 Nb, 0,012% N, reszta Fe i nieuniknione zanieczyszczenia, wygrzewano w temperaturze 1073 K przez 1 godzinę i chłodzono w wodzie, po czym wygrzewano w temperaturze 973 K przez 1 godzinę i chłodzono w wodzie, a następnie odpuszczano poddając wygrzewaniu w temperaturze 883 K przez 1 godzinę i chłodzeniu w wodzie. Uzyskano następujące własności mechaniczne: Re = 712 MPa, Rm = 815 MPa, A₅ = 21,8%, minimalne wartości udamości Charpy V w różnych temperaturach łamania KCV,9₃k = 210 J/cm2, KCV₂Bk = 212 J/cm2, KCV_H3k = 202 J/cm2, KCV_l53k = 200 J/cm², KCV7₇‘_k =116 J/cm².

Przykład II

Płaskowniki o przekroju 12x110 mm, ze stali zawierającej wagowo 0,031%C, 0,17% Si, 0,84% Mn, 0,005% S, 0,011% P, 5,20% Ni, 0,040% Al, 0,55% Cr, 0,40% Mo, 0,07% V, 0,010% Nb, 0,012% N, reszta Fe i nieuniknione zanieczyszczenia, wygrzewano w temperaturze 1073K przez 1 godzinę i chłodzono w wodzie, po czym wygrzewano w temperaturze 973 K przez 1 godzinę i chłodzono w wodzie, a następnie odpuszczano poddając wygrzewaniu w temperaturze 873 K przez 1 godzinę i chłodzeniu w wodzie. Uzyskano następującego własności mechaniczne: Re = 712,2 MPa, Rm = 821,6 MPa, A5 = 22,3%, KCV - jako średni wynik z trzech standardowych prób udarnościowych Charpy V - KCV293k = 217,5 J/cm2, KCV,13k = 251,5 J/cm2, KCV_mk = 208 J/cm², KCV,5₃k = 204 J/cm², KCV77k = 140 J/cm². ‘

183 110

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Stal konstrukcyjna o podwyższonej wytrzymałości, zwłaszcza do pracy w niskich temperaturach, zawierająca wagowo 0,03-0,07% C, 0,15-0,35% Si, max. 0,005% S, max. 0,011% P, 0,015-0,05% Al oraz Mn, Ni, Fe i nieuniknione zanieczyszczenia, znamienna tym, że zawiera wagowo 0,60-0,90% Mn i 4,75-5,25% Ni, a ponadto 0,40-0,70% Cr, 0,30-0,65% Mo, 0,05-0,10% V, max. 0,03% Nb i zasadniczo max. 0,012% N.

2. Sposób obróbki cieplnej stali konstrukcyjnej o podwyższonej wytrzymałości, zwłaszcza do pracy w niskich temperaturach, polegający na dwukrotnym wygrzewaniu i szybkim chłodzeniu stali, a następnie odpuszczaniu jej przez wygrzewanie w temperaturze poniżej Ac 3 najkorzystniej 883K(±40K), i szybkie chłodzenie, znamienny tym, że przed odpuszczaniem stal poddaje się wygrzewaniu w temperaturze 10-20K poniżej Ac3, najkorzystniej 1073K, a następnie wygrzewaniu w temperaturę z zakresu Ac,-Ac3, najkorzystniej 973K (±20K).

* * *