RU2002851C1 - Низколегированна сталь - Google Patents

Description

металлами в субмикроскопические выделени  нитридов титана и алюмини  и кислородных включений типа оксидов и оксисульфидов кальци  и редкоземельных металлов благопри тной формы. В результате достигаетс  высока  степень чистоты по неметаллическим включени м и дисперсна  исходна  микроструктура стали с повышенной сопротивл емостью хрупкому разрушению. Дополнительное легирование стали хромом, никелем и медью в указанном сочетании оказывает общее положительное вли ние на свойства стали, такие как: прочность, пластичность, сопротивление хрупкому разрушению.

Кроме того, легирование предлагаемой стали хромом, никелем, медью, титаном и кальцием обеспечивает повышенную устойчивость стали против атмосферной коррозии .

Влажна  атмосферна  коррози  представл ет собой электрохимическую коррозию . Однако от мокрой атмосферной коррозии отличаетс  тем, что она протекает не при полном погружении металла в электролит , а под тонким слоем его. В силу изложенного она имеет р д особенностей;

благодар  беспреп тственному доступу кислорода к коррозирующей поверхности легко возникает анодна  пассивность;

при влажной атмосферной коррозии существенную роль играет добавочна  защита продуктами коррозии;

вследствие возникновени  анодной пассивности при атмосферной коррозии катодные включени  в стали оказывают тормоз щее вли ние на процесс, т.к. катодный контакт способствует возникновению анодной пассивности.

Именно таково положительное вли ние никел , хрома, титана. Вли ние меди объ сн етс  возникновением анодной пассивности стали за счет катодного контакта с вторично выделившейс  на поверхности медью. Кроме того, медь способствует получению на поверхности стали плотного защитного сло  продуктов коррозии.

Кроме того, при выбранном легировании вновь вводимые элементы усиливают защитное действие друг друга. Такое усиление заметно между никелем и медью, никелем и хромом.

Углерод отрицательно вли ет на стойкость стали против атмосферной коррозии, как элемент не раствор ющийс  в феррите. Его содержание в стали ограничено процентным соотношением:

(Сг + N1 + Си + Ti)/ С 0,97-8.15

В предлагаемой стали железо  вл етс  основой: углерод, кремний, марганец - основными легирующими элементам. , ответственными за уровень конструктивных свойств стали: хром, никель, медь, алюминий , титан, редкоземельные металлы, каль- 5 ций - легирующими элементами, которые в сочетании с основными элементами обеспечивают требуемый уровень конструктивных, технологических и эксплуатационных свойств.

0 В предлагаемой стали содержание углерода ограничено пределами 0,10-0,20%. Содержание углерода ниже 0,1 % не обеспечивает требуемый уровень прочности, а содержание выше 0,20% снижает

5 сопротивление хрупкому разрушению и стойкости к атмосферной коррозии.

Содержание кремни  в стали выбрано в пределах 0,17-0,37%. Содержание кремни  ниже 0,17% не обеспечивает достаточной раскисленности стали, выше 0,37% упрочн ет твердый раствор и снижает сопротивление хрупкому разрушению за счет снижени  сил межатомной св зи в кристаллической решетке,

5 Содержание марганца ограничено пределами 0,70-1,10%. Содержание марганца ниже 0,70% не обеспечивает достаточной раскисленности стали и требуемый уровень прочности выше 1,1% вызывает рост аусте0 нитного зерна, усиливает сегрегацию примесей в осевой зо:;е заготовки, чрезмерно упрочн ет и снижает сопротивление стали хрупкому разрушению.

Пределы по хрому в предлагаемой стали

5 выбраны 0,05-0,35%. Содержание хрома ниже 0,05% приводит к снижению устойчивости стали к атмосферной коррозии. Содержание хрома выше 0,35% вызывает ухудшение свариваемости за счет увеличе0 ни  прокаливаемости.

Содержание никел  в предлагаемой стали выбрано в пределах 0,05-0,35%. Содержание никел  ниже 0,05% не обеспечивает требуемый уровень сопротивлени 

5 хрупкому разрушению и атмосферной коррозии .

При содержании никел  выше 0,35% повышаетс  склонность к водородному охруп- чиванию. При содержании меди менее

0 0,05% снижаетс  сопротивление к атмосферной коррозии. Содержание меди выше 0,5% вызывает дефекты на поверхности проката.

Титан в предлагаемой стали ограничен

5 пределами 0,005-0,025%. Содержание титана ниже 0,005% не обеспечивает эффективного св зывани  азота в нитриды. Содержание титана выше 0,025% приводит к огрублению карбонитридов и увеличению

их количества, снижаетс  сопротивление стали хрупкому разрушению.

Алюминий - сильный раскислитель и нитридообразующий элемент. Пределы его в стали ограничены 0,005-0,15%. Содержа- ние алюмини  ниже 0,005% недостаточно дл  раскислени  стали и св зывани  азота и вызывает повышенный расход титана при взаимодействии с азотом и кислородом. Содержание алюмини  более 0,15% ухудшает разливку стали, приводит к вторичному окислению при разливке и в конечном счете ухудшению поверхности заготовки и труб.

Модифицирование предлагаемой стали редкоземельными металлами ограничено пределами 0.001-0.05%. Содержание редкоземельных металлов ниже 0,001 % не обеспечивает эффективного св зывани  серы и кислорода в оксисульфиды редкозе- мельных металлов, что ухудшает качество стали. При содержании редкоземельных металлов выше 0,05% возможно вторичное окисление редкоземельных металлов при разливке, зат гивание стакана (разливочного ) и ухудшение поверхности заготовки и труб.

Кальций вводитс  в сталь в пределах 0.001-0,05% Содержание кальци  ниже 0.001 % не обеспечивает модифицирующего вли ни  на неметаллические включени  и на снижение их количества. Содержание кальци  выше 0,05% приводит к образованию избыточного количестве хрупких оксидных и силикатных включений, что снижает пластичность и сопротивление хрупкому разрушению.

В предлагаемой стали эффективность сопротивлени  стали хрупкому разрушению определ етс  ограничением суммарного содержани  элементов - алюмини , титана, кальци  и редкоземельных металлов, которое должно быть меньше 0,3. Если суммарное содержание этих элементов будет больше или равно 0,3. то ухудшаетс  качество стали из-за избыточного количества не- металлических включений, ухудшени  технологичности при разливке и ухудшени  состо ни  поверхности проката.

Высока  устойчивость предлагаемой стали к атмосферной коррозии достигаетс  ограничением содержани  углерода и оптимальным сочетанием элементов: хрома, никел , меди и титана, выраженных соотношением (Cr + Ni + Си + Ti) / 0,97- 8.15. Если это соотношение меньше 0,97, то содержание хрома, никел  и меди недостаточно дл  торможени  анодного процесса (пассивации). Если соотношение больше 8,15. то ухудшаютс  технологические свойства стали - свариваемость, состо ние поверхности проката за счет избыточного количества карбонитридов титана.

Предлагаема  сталь в состо нии после нормализации от 920°С имеет следующий комплекс свойств: Временное сопротивление , ав , Н/мм2480-550 Предел текучести, Ch , Н/мм2 270-350 Относительное удлинение , % 22 Ударна  в зкость, KCV-20. Дж/см2 25 KCV-40, Дж/см2 25 Критическа  температура хрупкости, Tso, °С -40 Ниже приведены варианты осуществлени  изобретени , не исключающие другие варианты в объеме формулы изобретени .

Все плавки выплавл ют в 50-килограммовой индукционной печи. Химический состав довод т присадкой соответствующих ферросплавов и чистых металлов.

Алюминий ввод т в процессе окончательного раскислени  стали из расчета, чтобы его остаточное содержание равн лось 0,01-0,06%. Остальной алюминий, титан, кальций и РЗМ (цериевой группы) ввод т в виде комплексной лигатуры в полностью раскисленную сталь. Плавка б - известна  сталь, Сталь разливали на слитки весом 17 кг, которые прокатывали на стане ДУО-400 на полосу шириной 80 мм, толщиной 12 мм, Химический состав стали плавок 1-6 приведен в табл. 1, свойства - в табл. 2.

Механические свойства, сопротивление хрупкому разрушению и устойчивость против атмосферной коррозии оценивают после термообработки, включающей нормализацию от 920°С. Механические свойства оценивают на продольных образцах по ГОСТ 1497-84.

Сопротивление хрупкому разрушению оценивают по значени м ударной в зкости при температуре -50°С на образцах с острым надрезом и по порогу хрупкости (Tso), на образцах с круглым надрезом (ГОСТ 22848- 77 и ГОСТ 9454-60).

Устойчивость к атмосферной коррозии (табл. 2) оценивают по времени (мес.), за которое весовые потери от атмосферной коррозии на поверхности образцов листовой стали площадью 150 см2 (30x5 см) толщиной 10мм достигают 10ч

Как видно из полученных данных, предлагаема  сталь значительно превосходит известную по сопротивл емости хрупкому разрушению и устойчивости к атмосферной

коррозии при сохранении на высоком уровне прочностных и пластических свойств.

Устойчивость к атмосферной коррозии предлагаемой стали в 2-3 раза выше по сравнению с известной, а сопротивление хрупкому разрушению - в 2,5-3 раза.

Такое улучшение свойств сгали соответствует снижению металлоемкости транспортных трубопроводов примерно на 10% по сравнению с базовым объектом - известной сталью.

(56) Авторское свидетельство СССР № 456038. кл. С 22 С 38/12, 1975.

Таблиц 1

Таблица 2

11 200285112

Claims (1)

1. Формула изобретени Алюминий 0.005-0.15

   НИЗКОЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ. со-Редкоземельные металлы 0.001 - 0.05

   держаща  углерод, кремний, марганец.Хром 0.05-0,35

   алюминий, редкоземельные металлы и же-Никель 0,05 - 0,35

   лезо, отличающа с  тем, что, с целью по-5 Медь 0.05-0,5

   вышени  сопротивл емости хрупкомуТитан 0.005 - 0,025

   разрушению и .устойчивости к атмосфер-Кальций 0.001-0.05

   ной коррозии при сохранении на высокомЖелезо Остальное

   уровне прочностных и пластическихпри этом выполн ютс  следующие соотносвойств , она дополнительно содержитшени :

   хром, никель, медь, титан и кальций при(алюминий + титан + кальций + редкозеследующем соотношении компонентов,мельные металлы) 0,3:

   мае. %:хром+никель + медь+титан

   Углерод 0,10-0,2015 углерод

   Кремний 0,17-0,,97-8,15.

   Марганец0,70 -1.10