RU2042732C1

RU2042732C1 - Constructional steel

Info

Publication number: RU2042732C1
Application number: RU92006262A
Authority: RU
Inventors: Ф.М. Мурасов; Л.М. Клейнер; В.Н. Кравчук; А.Г. Курбанов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа специального машиностроения и металлургии "Мотовилихинские заводы"
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1992-11-16
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: steel is further provided with nickel and aluminum with the following ratio of components, by weight: hydrogen 0.34-0.42, silicon 0.17-0.37, manganese 0.4-0.7, chromium 0.8-1.1, molybdenum 0.2-0.3, vanadium 0.10-0.18, nickel 0.4-0.7, aluminum 0.005-0.020, iron the balance. EFFECT: improved processability of steel by increased impact toughness and optimum strength characteristics through elimination of development of central cracks and increased metallic yield in the process of continuous casting. 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии железа, точнее к сплавам черных металлов, и предназначено для применения при непрерывной разливки стали для изготовления деталей буровых замков. The invention relates to metallurgy of iron, more specifically to alloys of ferrous metals, and is intended for use in continuous casting of steel for the manufacture of parts of drill joints.

Известна сталь 40ХН, содержащая, в мас. углерода 0,36-0,44, кремния 0,17-0,37, марганца 0,5-0,8, хрома 0,45-0,75, никеля 1,0-1,4 (см.ГОСТ 4543-71). Known steel 40XN, containing, in wt. carbon 0.36-0.44, silicon 0.17-0.37, manganese 0.5-0.8, chromium 0.45-0.75, nickel 1.0-1.4 (see GOST 4543- 71).

Недостатком известной стали является недостаточная стойкость изготовленных из нее буровых замков при бурении на глубину 3-5 км и более из-за недостаточно высоких механических свойств (предел прочности 100 кгс/см², ударная вязкость а_ксv 7 кгс см/см²) и поэтому применяемой только при изготовлении буровых замков для бурения на глубину до 1000-1500 м.A disadvantage of the known steel is the insufficient durability of the drilling locks made from it when drilling to a depth of 3-5 km or more due to insufficiently high mechanical properties (tensile strength 100 kgf / cm ² , impact strength a _ksv 7 kgf cm / cm ² ) and therefore used only in the manufacture of drill joints for drilling to a depth of 1000-1500 m.

Кроме того, при разливке на установках непрерывной разливки наблюдается появление осевой пористости, что ведет к браку слитков. In addition, when casting in continuous casting plants, the appearance of axial porosity is observed, which leads to the rejection of ingots.

Известна другая сталь 40ХМФА, содержащая (в мас.): углерода 0,37-0,44, кремния 0,17-0,37, марганца 0,4-0,7, хрома 0,8-1,0, молибдена 0,2-0,3, ванадия 0,10-0,18 (см. ГОСТ 4543-71). Another steel 40KhMFA is known, containing (in wt.): Carbon 0.37-0.44, silicon 0.17-0.37, manganese 0.4-0.7, chromium 0.8-1.0, molybdenum 0 , 2-0.3, vanadium 0.10-0.18 (see GOST 4543-71).

Эта сталь, принятая за прототип, обладает более высокими прочностными свойствами и ударной вязкостью ( 105 кгс/см², а_ксv 9 кгс см/см²), что позволяет повысить стойкость полученных из нее буровых замков и применять их для бурения на глубину 6-8 км.This steel, taken as a prototype, has higher strength properties and impact strength (105 kgf / cm ² , and _ksv 9 kgf cm / cm ² ), which allows to increase the durability of the drilling locks obtained from it and to use them for drilling to a depth of 6- 8 kilometers.

Кроме того, по нормативной технической документации на буровые замки (ГОСТ 5286-75) а_ксv 6 кгс см/см².In addition, according to the normative technical documentation for drill joints (GOST 5286-75) and _ksv 6 kgf cm / cm ² .

Другим недостатком стали является ее низкая технологичность проявляющаяся в том, что при непрерывной отливки из нее слитков на последних образуется большое количество нитевидных разъеданий в осевой зоне, что объясняется низкой пластичностью стали при высокой температуре (1000-1300^оС). Например, количество слитков сечений 270х370 мм из стали с указанным дефектом достигает 8-20,5% который не устраняется и после прокатки и является браковочным признаком. Разливка же этой стали на канаве дает низкий выход годного (70-80% ) за счет обрези от низа и верха слитка. Таким образом, недостатком этой стали является ограниченность ее технических возможностей по причине низкой стойкости полученных из нее буровых замков.Another disadvantage of steel is its low manufacturability, which is manifested in the fact that during continuous casting of ingots from it, the latter forms a large number of filamentary corrosion in the axial zone, which is explained by the low ductility of steel at high temperature (1000-1300 ^о С). For example, the number of ingots of sections 270x370 mm in steel with the specified defect reaches 8-20.5%, which cannot be eliminated even after rolling and is a defect. Casting this steel on a ditch gives a low yield (70-80%) due to the cutoff from the bottom and top of the ingot. Thus, the disadvantage of this steel is the limited technical capabilities due to the low durability of the drilling locks obtained from it.

Задачей изобретения является разработка стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден и ванадий и характеризующейся механическими свойствами, допускающими применение ее для изготовления буровых замков, используемых на глубине 6-8 км, но обладающей более высокой технологичностью за счет увеличения ударной вязкости при сохранении прочностных характеристик за счет исключения центральных трещин, что обеспечивает при непрерывной разливке более высокий выход годного. The objective of the invention is the development of steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum and vanadium and characterized by mechanical properties that can be used for the manufacture of drill joints used at a depth of 6-8 km, but with higher adaptability by increasing the impact strength at maintaining strength characteristics by eliminating central cracks, which ensures a higher yield during continuous casting.

Усовершенствование известного технического решения достигается тем, что стали, содержащую углерод, кремния, марганец, хром, молибден, ванадий и железо, понижено содержание углерода, при этом в нее дополнительно введены никель и алюминий при следующем соотношении ингредиентов, мас. Углерод 0,34-0,42 Кремний 0,17-0,37 Марганец 0,4-0,7 Хром 0,8-1,1 Молибден 0,2-0,3 Ванадий 0,10-0,18 Никель 0,4-0,7 Алюминий 0,005-0,020 Железо Остальное
Введение никеля в указанных пределах позволяет полностью исключить образование в осевой зоне слитка нитевидных "разъеданий" и мелкокристаллитных трещин за счет повышения пластических свойств стали при высоких температурах (1000-1300^оС).The improvement of the known technical solution is achieved in that the steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium and iron, the carbon content is reduced, while nickel and aluminum are additionally introduced into it in the following ratio of ingredients, wt. Carbon 0.34-0.42 Silicon 0.17-0.37 Manganese 0.4-0.7 Chromium 0.8-1.1 Molybdenum 0.2-0.3 Vanadium 0.10-0.18 Nickel 0 , 4-0.7 Aluminum 0.005-0.020 Iron Else
The introduction of Nickel within the specified limits allows you to completely eliminate the formation in the axial zone of the ingot filiform "erosion" and fine crystalline cracks due to increased plastic properties of steel at high temperatures (1000-1300 ^about C).

Кроме того, введение никеля в сталь позволяет повысить при этом пластические свойства, сохраняя прочностные свойства, и снижая содержание углерода в стали. In addition, the introduction of Nickel in steel allows you to increase the plastic properties, while maintaining strength properties, and reducing the carbon content in the steel.

Введение алюминия в пределах 0,005-0,020% позволяет повысить ударную вязкость за счет измельчения зерна. The introduction of aluminum in the range of 0.005-0.020% allows to increase the toughness due to grinding grain.

Введение одного только никеля не позволяет сохранить ударную вязкость, а введение одного алюминия не позволяет исключить брак слитков по нитевидным разъеданиям. The introduction of Nickel alone does not allow to maintain toughness, and the introduction of aluminum alone does not exclude the rejection of ingots by filamentous erosion.

Таким образом, только совместное введение никеля и алюминия позволяет решить поставленную задачу, т.е. сохранить необходимое сочетание требуемых прочностных свойств и ударной вязкости при одновременном повышении технологических свойств стали и исключить брак непрерывнолитых слитков по вышеуказанному дефекту. Thus, only the combined introduction of nickel and aluminum allows us to solve the problem, i.e. to maintain the necessary combination of the required strength properties and impact strength while improving the technological properties of steel and to exclude the marriage of continuously cast ingots for the above defect.

Введение никеля менее 0,4% не дает положительного эффекта, т.к. при высоких температурах не достигается повышение пластических свойств и не исключается образование нитевидных разъеданий в непрерывном слитке. The introduction of Nickel less than 0.4% does not give a positive effect, because at high temperatures, an increase in plastic properties is not achieved and formation of filamentary corrosion in a continuous ingot is not excluded.

При введении никеля более 0,7% в слитках образуются центральные паукообразные трещины, что недопустимо по ГОСТ 10243-62. With the introduction of nickel of more than 0.7%, central arachnoid cracks form in the ingots, which is unacceptable in accordance with GOST 10243-62.

Введение алюминия менее 0,005% не обеспечивает сохранения показателя ударной вязкости, а более 0,020% приводит в условиях непрерывной отливки к повышенному браку слитков по подкорковым пузырям из-за необходимости применения кислорода для прожигания каналов стаканов сталеразливочного ковша и промежуточного устройства для подачи стали из ковша в кристаллизатор. The introduction of aluminum of less than 0.005% does not ensure the conservation of impact strength, and more than 0.020% results in increased casting of ingots in subcortical blisters under conditions of continuous casting due to the need to use oxygen to burn the channels of the steel pouring ladle glasses and an intermediate device for feeding steel from the ladle to the mold .

Отработка состава заявляемой стали была проведена на Пермском машиностроительном заводе им.В.И.Ленина при выплавке стали в 70-тонной мартеновской печи с последующей разливкой на трехручьевой установке непрерывной разливки стали вертикального типа в слитки сечением 270х370 мм. Полученные слитки катали на крупносортовом стане "710" на профиль диаметром 140 мм. Из полученного проката вырезали стандартные продольные образцы для механических испытаний (на расстоянии 1/3 радиус от поверхности). Образцы подвергали термической обработке (нормализация с 860^оС, закалка с 860^оС в масле, отпуск 550^оС в масле). Кроме того, на каждой плавке от трех слитков каждого ручья, соответствующих началу, середине и конце разливки, вырезали диски для контроля макроструктуры, которые травили в 50%-ном растворе соляной кислоты.Testing of the composition of the claimed steel was carried out at the V.I. Lenin Perm Machine-Building Plant during steelmaking in a 70-ton open-hearth furnace, followed by casting on a three-strand continuous casting machine for vertical steel casting into ingots with a section of 270x370 mm. The obtained ingots were rolled on a large-section mill "710" onto a profile with a diameter of 140 mm. Standard longitudinal samples were cut out from the rolled metal for mechanical testing (at a distance of 1/3 of the radius from the surface). Samples were subjected to heat treatment (normalizing to 860 ^{° C,} quenching to 860 ^{° C} in the oil, tempering 550 ^{° C} in oil). In addition, on each heat from three ingots of each stream corresponding to the beginning, middle and end of the casting, disks were cut out to control the macrostructure, which were etched in a 50% hydrochloric acid solution.

Результаты испытаний представлены в таблице, в которой приведены также результаты испытаний известных сталей (варианты N 12, 13). The test results are presented in the table, which also shows the test results of known steels (options N 12, 13).

Из таблицы видно, что применение заявляемой стали (варианты N 1-3) обеспечивает по сравнению с известными сталями (варианты N 12, 13) одновременное повышение ударной вязкости и предела прочности при повышении качества металла слитков. The table shows that the use of the inventive steel (options N 1-3) provides, in comparison with known steels (options N 12, 13), a simultaneous increase in toughness and tensile strength while improving the quality of the metal ingots.

Опробование показало также, что получение стали с выходящими за заявляемые пределы содержанием никеля и алюминия (варианты N 4-11) приводят либо к уменьшению ударной вязкости и предела прочности и появлению межкристаллитных трещин в осевой зоне (вариант N 6) или образованию паукообразных разъеданий в осевой зоне (варианты N 7, 10), что снижает качество металла слитков и уменьшает стойкость изготовленных из этой стали буровых замков или бракируются, либо приводит к образованию подкорковых пузырей и снижению механических свойств (варианты N 4, 9, 11), что ведет к браку слитков, либо к уменьшению предела прочности и ударной вязкости (варианты N 5, 8), что снижает стойкость изготовленных из стали буровых замков. Testing also showed that the production of steel with nickel and aluminum contents that exceed the declared limits (options N 4-11) either leads to a decrease in impact strength and tensile strength and the appearance of intercrystalline cracks in the axial zone (option N 6) or the formation of arachnids in the axial zone (options N 7, 10), which reduces the quality of the ingot metal and reduces the durability of drill joints made of this steel or are rejected, or leads to the formation of subcortical bubbles and a decrease in mechanical properties (options N 4, 9, 11) , which leads to the rejection of ingots, or to a decrease in the tensile strength and impact strength (options N 5, 8), which reduces the durability of drill joints made of steel.

Предлагаемая сталь по сравнению со сталью-прототипом обладает более высокой ударной вязкостью (ударная вязкость возрастает с 6 кгс см/см² до 7,8-10,7 кгс см/см²), пределом прочности, который возрастает с 90-105 кгс/см² до 109-115 кгс/см², а также высоким качеством металла слитков, что повышает стойкость изготовленных из этой стали буровых замков.The proposed steel in comparison with the steel of the prototype has a higher impact strength (impact strength increases from 6 kgf cm / cm ² to 7.8-10.7 kgf cm / cm ² ), tensile strength, which increases from 90-105 kgf / cm ² up to 109-115 kgf / cm ² , as well as high quality metal ingots, which increases the durability of drill joints made of this steel.

Заявляемая сталь по сравнению с известными сталями за счет введения никеля и алюминия обладает более высокой ударной вязкостью за счет измельчения зерна с одновременным повышением предела прочности и более технологична при получении слитков, в которых, отсутствуют нитевидные разъедания в осевой зоне за счет повышения пластических свойств стали при высоких температурах, что позволяет получать из нее буровые замки для бурения сверхглубоких скважин. The inventive steel in comparison with known steels due to the introduction of nickel and aluminum has a higher toughness due to grain refinement with a simultaneous increase in tensile strength and is more technologically advanced when producing ingots in which there are no filiform corrosion in the axial zone due to an increase in the plastic properties of steel at high temperatures, which allows you to get from her drill locks for drilling ultra-deep wells.

Claims

STRUCTURAL STEEL containing carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium, iron, characterized in that it additionally contains nickel and aluminum in the following ratio, wt.

Carbon 0.34 0.42
Silicon 0.17 0.37
Manganese 0.4 0.7
Chrome 0.8 1.1
Molybdenum 0.2 0.3
Vanadium 0.10 0.18
Nickel 0.4 0.7
Aluminum 0.005 0.020
Iron Else