RU2062814C1

RU2062814C1 - Steel

Info

Publication number: RU2062814C1
Application number: RU93010116A
Authority: RU
Inventors: Всеволод Анатольевич Ананьевский; Игорь Бориславович Гутовский; Анатолий Александрович Ежов; Борис Сергеевич Ермаков; Маргарита Викторовна Ефименко; Виктор Георгиевич Кочкин; Юрий Дмитриевич Ксенофонтов; Юрий Иванович Небосов; Евгений Дмитриевич Орлов; Юрий Кириллович Петреня; Виктор Александрович Попов; Тамара Викторовна Пряничникова; Андрей Александрович Чижик; Юрий Михайлович Шмонин; Владимир Петрович Яковлев
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: proposed steel contains (mass %): carbon 0.26-0.32, silicon 0.17-0.3, chromium 1.55-1.85, nickel 1.8-2.2, molybdenum 0.3-0.5, vanadium 0.10-0.15, manganese 0.25-0.45, nitrogen 0.005-0.015, calcium 0.005-0.055, magnesium 0.003-0.025, yttrium 0.02-0.6 and ferrum. Said quantities are so that

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления корпусов арматуры и трубопроводов высокого давления, преимущественно, для труб линий получения полиэтилена высокого давления. Наиболее близкой по технической сущности к достигаемому результату к предлагаемой является сталь (Ту 108.1029-81) марки И6ХНЗМ2ФА. следующего состава: мас. углерод 0,25-0,35, кремний 0,06, хром 1,3-1,7, никель 3,4-3,8, молибден 0,5-0,7, ванадий 0,12-0,18, марганец 0,3-0,6, железо остальное. The invention relates to metallurgy and can be used for the manufacture of valve bodies and high pressure pipelines, mainly for pipes of high pressure polyethylene production lines. The closest in technical essence to the achieved result to the proposed one is steel (Tu 108.1029-81) of the grade I6KHNZM2FA. the following composition: wt. carbon 0.25-0.35, silicon 0.06, chromium 1.3-1.7, nickel 3.4-3.8, molybdenum 0.5-0.7, vanadium 0.12-0.18, manganese 0.3-0.6, the rest is iron.

Эта сталь имеет следующие достаточно высокие значения прочностных свойств предел прочности не ниже 930 МПа, предел текучести 813-883 МПа. This steel has the following rather high values of strength properties, tensile strength not lower than 930 MPa, yield strength 813-883 MPa.

Эта сталь имеет удовлетворительную свариваемость, достаточно высокий уровень прочностных длительных и кратковременных свойств при температурах до 550^oС, однако пластические и вязкие свойства известной стали в диапазоне 20-З50^oС, как показали испытания, являются недостаточно высокими.This steel has satisfactory weldability, a sufficiently high level of strength long-term and short-term properties at temperatures up to 550 ^o C, however, the plastic and viscous properties of known steel in the range of 20 -50 ^o C, as shown by tests, are not high enough.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание стали, обладающей высокими прочностными свойствами в диапазоне температур 20-350^oС в сочетаниb с повышенными значениями вязкости и пластичности.The problem to which the invention is directed, is the creation of steel with high strength properties in the temperature range of 20-350 ^o With in combination with increased values of viscosity and ductility.

Для достижения указанной задачи сталь, содержащая углерод, кремний, хром, никель, молибден, ванадий, марганец, кальций и железо, дополнительно содержит азот, магний, иттрий при следующем соотношении ингредиентов, мас. углерод 0,26-0,32; кремний 0,17-0,33; хром 1,55-1,85; никель 1,8-2,2; молибден 0,3-0,5; ванадий 0,10-0,15; марганец 0,25-0,45; азот 0,005-0,015; магний 0,003-0,025; иттрий 0,02-0,06; железо остальное. To achieve this goal, steel containing carbon, silicon, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, manganese, calcium and iron, additionally contains nitrogen, magnesium, yttrium in the following ratio of ingredients, wt. carbon 0.26-0.32; silicon 0.17-0.33; chrome 1.55-1.85; nickel 1.8-2.2; molybdenum 0.3-0.5; vanadium 0.10-0.15; manganese 0.25-0.45; nitrogen 0.005-0.015; magnesium 0.003-0.025; yttrium 0.02-0.06; iron the rest.

При этом должны выполняться следующие соотношения: 0,185 ≅К≅0,290, где

,
а суммарное содержание азота и углерода ≅0,33 мас.In this case, the following relations should be satisfied: 0.185 ≅К≅0.290, where

,
and the total content of nitrogen and carbon ≅ 0.33 wt.

Вновь введенные в сталь элементы иттрий и магний в определенной концентрации, в сочетании с легирующим комплексом стали и при выполнении условий 0,185≅К≅0,290 и сумма азота и углерода ≅0,33 мас. позволяют повысить пластические и вязкие свойства стали, снизить переходную T₅₀ хрупкости за счет сфероидизации сульфидных включений, рафинирования стали от кислорода, изменения морфологии неметаллических включений и образования сложных мелкодисперсных нитридных и карбонитридных включений глобулярной формы. Иттрий в выбранном интервале легирования способствует десульфарации и рафинированию стали от кислорода. Изменяет морфологию неметаллических включений, что способствует повышению вязкости и эластичности стали, снижению переходной температуры хрупкости. Введение в сталь иттрия в концентрации менее 0,02% неэффективно, так как его влияние не проявляется, а превышение концентрации над 0,06% не улучшает далее свойств стали и с экономической точки зрения не рентабельно.The yttrium and magnesium elements newly introduced into the steel in a certain concentration, in combination with the alloying complex of steel and under the conditions of 0.185≅K≅0.290 and the amount of nitrogen and carbon ≅0.33 wt. allow to increase the plastic and viscous properties of steel, reduce the transitional T ₅₀ brittleness due to spheroidization of sulfide inclusions, steel refining from oxygen, changes in the morphology of nonmetallic inclusions and the formation of complex finely dispersed nitride and carbonitride inclusions of globular shape. Yttrium in the selected alloying interval promotes desulfurization and refining of steel from oxygen. Changes the morphology of non-metallic inclusions, which helps to increase the viscosity and elasticity of steel, reduce the transition temperature of brittleness. The introduction of yttrium into steel at a concentration of less than 0.02% is ineffective, since its effect is not manifested, and an excess of concentration over 0.06% does not further improve the properties of steel and is not economically viable.

Магний снижает упругость паров и, тем самым, повышает термодинамическую активность кальция, способствуя более эффективному модифицированию и рафинированию стали. Содержание его менее 0,003% не эффективно, а превышение концентрации над 0,025% не оказывает дополнительного эффекта. Magnesium reduces the vapor pressure and, thus, increases the thermodynamic activity of calcium, contributing to a more efficient modification and refinement of steel. Its content of less than 0.003% is not effective, and the excess of concentration over 0.025% does not have an additional effect.

Из источников информации известно, что такие элементы как иттрий и магний, уже нашли применение при разработке новых марок сталей. Особенно широко применяется монолегирование стали иттрием. Иттрий широко вводится в стали в интервале микролегирования (0,001-0,5 А.С. СССР N 595420, кл. С 22 С 38/58, 1976) как для модифицирования, так и со специально создаваемыми свойствами. С целью повышения стойкости материала к окислению вводится он в стали, предназначенные для вязких температур (А. С.СССР N 827586, кл. С 22 С 38/50, 1979, иттрий 0,0005-0,03 мас. и 0,0001-0,01 мас. А.С. СССР N 823451, кл. С 22 С 38/38, 1979). From information sources it is known that elements such as yttrium and magnesium have already found application in the development of new steel grades. Especially widely used is mono alloying of yttrium steel. Yttrium is widely introduced into steel in the microalloying range (0.001-0.5 A.S. USSR No. 595420, class C 22 C 38/58, 1976) both for modification and with specially created properties. In order to increase the resistance to oxidation of the material, it is introduced into steels intended for viscous temperatures (A. S.SSSSR N 827586, class C 22 C 38/50, 1979, yttrium 0.0005-0.03 wt.% And 0.0001 -0.01 wt. A.S. USSR N 823451, class C 22 C 38/38, 1979).

Магний также нашел применение при легировании сталей, в частности для литых материалов (магний 0,005-0,05% А.С.СССР N 711155, кл. С 22 С 38/46) и в сталях конструкционного назначения, где его применение совместно с иттрием (магний 0,005-0,01% и иттрий 0,05-0,1 мас. А.С.СССР N 1027272, кл. С 22 С 38/34, 1987). Magnesium also found application in alloying steels, in particular for cast materials (magnesium 0.005-0.05% A.S.SSSSR N 711155, class C 22 C 38/46) and in structural steels, where it is used together with yttrium (magnesium 0.005-0.01% and yttrium 0.05-0.1 wt. A.S. USSR, N 1027272, class C 22 C 38/34, 1987).

В ходе патентного поиска не было обнаружено сталей одновременно легированных иттрием и магнием при ограничениях, определяющих заявляемое соотношение ингредиентов, имеющих высокий уровень прочностных свойств в диапазоне температур 20-350^oС при одновременном сочетании их с повышенными значениями вязкости и пластичности.During the patent search, no steels simultaneously alloyed with yttrium and magnesium were found with limitations determining the claimed ratio of ingredients having a high level of strength properties in the temperature range of 20-350 ^o C while combining them with increased values of viscosity and ductility.

На основании вышеизложенного авторы считают, что заявляемая сталь соответствует критерию охраноспособности "Изобретательский уровень". Based on the foregoing, the authors believe that the inventive steel meets the eligibility criteria "Inventive step".

Для получения стали были изготовлены 13 плавок, химический состав которых приведен в табл. 1. To produce steel 13 melts were made, the chemical composition of which is given in table. 1.

Металл опытных плавок заявляемой стали, стали-прототипа 26ХНЗМ2ФА был выплавлен в открытой высокочастотной индукционной печи с основным тиглем. The metal of experimental melts of the inventive steel, prototype steel 26KHNZM2FA was smelted in an open high-frequency induction furnace with a main crucible.

Ограничения по содержанию каждого из элементов, указанные в табл. 1, связаны с комплексным влиянием на свойства стали всей совокупности элементов в целом и каждого из них в отдельности, а также экономическими соображениями и были установлены экспериментальным путем. Restrictions on the content of each of the elements indicated in the table. 1, are associated with a complex effect on the properties of steel of the whole set of elements as a whole and of each of them separately, as well as economic considerations and were established experimentally.

Полученные слитки были распакованы по технологии, принятой для стали 26ХНЗМ2ФА по ТУ 108.11.837-85, и термически обработаны на заданный уровень прочности по режиму: закалка от 850^oС в масло и высокий отпуск при 620^oС в течение 4 ч.The obtained ingots were unpacked according to the technology adopted for 26KhNZM2FA steel according to TU 108.11.837-85, and thermally processed to a given level of strength according to the regime: quenching from 850 ^o C to oil and high tempering at 620 ^o C for 4 hours.

Испытания заявляемой стали, стали-прототипа стали 26ХНЗМ2ФА проводились в соответствии с ГОСТ 1497-73 (статическое растяжение ГОСТ 9651-73 (статическое растяжение при повышенных температурах), ГОСТ 9454-78 (ударная вязкость и переходная температура хрупкости T₅₀), ГОСТ 9012-59 (твердость сталей), а также по методике, разработанной в НПО ЦКТИ испытания деформационной способности сталей. Результаты испытаний представляют собой средние значения 5-6 измерений.Tests of the inventive steel, steel prototype steel 26KHNZM2FA were carried out in accordance with GOST 1497-73 (static tensile GOST 9651-73 (static tensile at elevated temperatures), GOST 9454-78 (impact strength and transition temperature fragility T ₅₀ ), GOST 9012- 59 (hardness of steels), as well as by the method developed by NPO CKTI for testing the deformation ability of steels.The test results are average values of 5-6 measurements.

Механические свойства заявляемой стали и стали-прототипа при 20^oС и повышенных температурах приведены в табл. 2. Как следует из приведенных данных, результаты, полученные на плавках NN 2, 5, 6, где не выполняются условия 0,185≅К≅0,290 и сумма азота и углерода ≅0,33 ниже, чем для остальных экспериментальных составов.The mechanical properties of the inventive steel and steel of the prototype at 20 ^o With and elevated temperatures are given in table. 2. As follows from the data presented, the results obtained on swimming trunks NN 2, 5, 6, where the conditions are not fulfilled 0.185≅K и0.290 and the sum of nitrogen and carbon ≅0.33 lower than for other experimental compositions.

В табл. 3 приведены результаты исследования деформационной способности заявляемой стали, стали 26ХНЗМ2ФА и стали-прототипа при 350^oС.In the table. 3 shows the results of a study of the deformation ability of the inventive steel, steel 26KHNZM2FA and prototype steel at 350 ^o C.

В табл. 4 приведена ударная вязкость сталей при 20^oС после тепловой выдержки при 450^oС.In the table. 4 shows the toughness of steels at 20 ^o C after thermal exposure at 450 ^o C.

Под исходным состоянием в табл. 4 понимается состояние стали после термической обработки по приведенному выше режиму. Under the initial state in table. 4 refers to the state of the steel after heat treatment according to the above mode.

Из приведенных выше результатов исследования видно, что у заявляемой стали (по отношению к стали-прототипу стали 26ХВЗМ2ФА) и при выполнении условий заявки: 0,185≅K≅0,290 и сумма азота и углерода ≅0,33 повышается кратковременная пластичность на 2,5-7,0% кратковременное сужение на 15-25% деформационная способность (длительная пластичность) на 3-7% Возрастает также ударная вязкость стали в исходном состоянии и после тепловой выдержки при 450^oС в среднем на 0,75-0,95 МДж/м² и по отношению к стали 26ХНЗМ2ФА снижается переходная температура хрупкости на 10-25^oС. При этом уровень прочностных свойств стали практически не изменился и находится на одном уровне со свойствами стали-прототипа и стали 26ХНЗМ2ФА. Такое улучшение свойств достигается за счет оптимизации соотношения элементов внутри легирующего комплекса стали, дополнительного ее модифицирования иттрием, введением магния, приводящих к наиболее оптимальному структурному состоянию.From the above research results it is seen that the claimed steel (relative to the prototype steel 26KHVZM2FA) and subject to the conditions of the application: 0.185 0,1K≅0.290 and the amount of nitrogen and carbon ≅0.33 increases short-term ductility by 2.5-7 , 0% short-term narrowing by 15-25% deformation ability (long-term ductility) by 3-7% The toughness of steel also increases in the initial state and after thermal holding at 450 ^o С by an average of 0.75-0.95 MJ / m ² and with respect to steel 26KHNZM2FA, the transition temperature of brittleness decreases by 10-25 ^o C. At this level of strength properties of steel has not changed and is on a par with the properties of prototype steel and steel 26KhNZM2FA. Such an improvement in properties is achieved by optimizing the ratio of elements within the alloying complex of steel, its additional modification with yttrium, the introduction of magnesium, leading to the most optimal structural state.

Предлагаемый материал проходит в настоящее время опытно-промышленное опробывание в качестве материала фитингов для устaнoвок нефтепереработки в химической промышленности. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3 The proposed material is currently undergoing pilot testing as a material for fittings for oil refining plants in the chemical industry. TTT1 TTT2 TTT3

Claims

Steel containing carbon, silicon, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, manganese, iron, characterized in that it additionally contains nitrogen, calcium, yttrium and magnesium in the following ratio, wt.

Carbon 0.26 0.32
Silicon 0.17 0.33
Chrome 1.55 1.85
Nickel 1.8-2.2
Molybdenum 0.3-0.5
Vanadium 0.10-0.15
Manganese 0.25-0.45
Nitrogen 0.005-0.015
Calcium 0.005-0.055
Magnesium 0.003-0.025
Yttrium 0.02-0.06
Iron Else
when fulfilling the following ratios: the sum of nitrogen and carbon ≅ 0.33,