RU2073739C1 - Конструкционная сталь - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к металлургии, в частности к низколегированной стали, предназначенной для изготовления металлических конструкций, устойчивых к морской коррозии и низким температурам. Сущность: сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, титан и железо, дополнительно содержит азот и кальций при следующих соотношениях компонентов, мас.%: С 0,10-0,18; Si 0,50-1,10; Mn 0,30- 0,80; Аl 0,01-0,05; Ti 0,005-0,020; N 0.008-0,025; Са 0,005-0,020 и железо - остальное. Сталь обладает хорошим сочетанием стойкости к морской коррозии и механических свойств. При достаточно высоких прочностных свойствах предлагаемая сталь обладает высокой пластичностью. Кроме того, данная сталь по величине ударной вязкости отвечает требованиям, предъявляемым к сталям для эксплуатации в условиях Севера. Данной сталью можно заменить ряд более дорогих конструкционных сталей для металлических сооружений портов, в частности для изготовления шпунтовых свай. 3 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к низколегированной стали, предназначенной для изготовления металлических конструкций устойчивых к морской коррозии и низким температурам.

Известна сталь, содержащая, мас. углерод 0,12; кремний 0,80; марганец 0,50-0,80; хром 0,60-0,90; никель 0,50-0,80; медь 0,40-0,60; железо остальное [1]
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является сталь, содержащая 2 мас. углерод 0,09-0,13; кремний 0,40-1,13; марганец 0,60-1,00; хром 0,90-1,30; алюминий 0,01-0,03; титан 0,01-0,03; железо остальное [2]
Эта сталь обладает повышенной стойкостью к морской коррозии и высокими механическими свойствами за счет рационального соотношения содержания углерода, кремния и марганца и предназначена для металлических сооружений портов, в частности для изготовления шпунтовых свай. Однако возрастающие требования к конструкционным сталям для работы в морской воде по стойкости к морской коррозии и по уровню механических свойств ограничивает ее применение. По уровню прочностных свойств и ударной вязкости при низких температурах данная сталь заменяется в конструкциях на другие, более дорогие стали.

Целью изобретения является усовершенствование конструкционной стали регламентированием интервалов значений количества вводимых в сталь углерода, кремния и марганца, алюминия, титана, кальция, азота к морской воде, прочность и ударную вязкость при температуре до -70^oС.

Это достигается тем, что известная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, титан и железо, дополнительно содержит азот и кальций при следующих соотношениях компонентов, мас. углерод 0,10; кремний 0,10-0,50; марганец 0,30-0,80; алюминий 0,01-0,05; титан 0,005-0,020; азот 0,008-0,025; кальций 0,005-0,020; железо остальное.

В предлагаемой стали содержание углерода и марганца близко к содержанию данных элементов в прототипе. Увеличение содержания углерода до 0,18 мас. в предлагаемой стали осуществляется с целью повышения технологичности ее выплавки и прочностных свойств.

Уменьшение содержания марганца до пределов 0,30-0,80 мас. что в 1,5 раза меньше, чем в прототипе, выполнено для снижения себестоимости производства предлагаемой стали.

Содержание кремния в предлагаемой стали принято равным 0,50-1,10 мас. что в 1,5 раза выше по граничным пределам, чем в прототипе. Данное содержание кремния наилучшим образом обеспечивает высокие прочностные свойства данной стали.

Отсутствие в заявляемой стали хрома компенсируется для сохранения высокой коррозионной стойкости микродобавками ряда элементов с получением в результате этого существенной экономии.

Дополнительный ввод в заявляемую сталь азота и кальция в предлагаемых пределах обеспечивает повышение стойкости к морской коррозии, механических свойств и, прежде всего, пластических свойств и ударной вязкости.

Повышение свойств стали достигается как за счет заявленного сочетания содержания углерода кремния и марганца, так и за счет образования путем дополнительного ввода алюминия, титана и азота, нитридов, обеспечивающих формирование стабильной мелкодисперсной структуры, независимо от технологии горячей механической обработки. Наиболее эффективным является содержание азота в пределах 0,008-0,025 мас. Снижение содержания азота ниже 0,008 мас. не обеспечивает необходимого уровня свойств. Повышение содержания азота выше 0,025 мас. приводит к снижению пластических свойств стали в результате переупрочнения металла и увеличению склонности его к деформационному старению.

Введение титана в пределах 0,005-0,020 мас. обеспечивает формирование в стали нитридов титана требуемых размеров для образования мелкодисперсной структуры. Так, при уменьшении содержания титана ниже 0,005 мас. в стали используется неэффективно, а при увеличении его свыше 0,020 мас. происходит увеличение размеров нитридов титана, что приводит к уменьшению прочностных свойств и, в большей степени, пластичности стали.

Оптимальное содержание алюминия в стали 0,01-0,05 мас. При уменьшении его содержания ниже 0,01 мас. установлено понижение уровня механических свойств стали. Содержание алюминия свыше 0,05 мас. не приводит к повышению механических свойств, но существенно затрудняет разливку стали ввиду затягивания канала разливочного стакана.

Проверку стали осуществляли на сталях, химический состав которых приведен в табл. 1. Выплавку металла проводили в индукционной печи ИСТ-60, а легирование азотом присадкой в сталеразливочный ковш азотированного Si-Mn и SiCa. Разливку металла проводили сверху в уширенную книзу изложницу. Масса слитков составляла 150 кг. Горячую деформацию слитков на сутунку осуществляли свободной ковкой на 10-тонном молоте.

Результаты проведения механических испытаний опытных сталей, выполненных в соответствии с требованиями ГОСТа, приведены в табл.2.

Из табл. 2 следует, что предлагаемая сталь в сравнении с известной обладает более высокими механическими свойствами, в частности, в 1,2 раза более высокими прочностными свойствами, в 1,3 раза более высокими пластическими свойствами и в 2 раза более высокой ударной вязкостью при низких температурах.

В результате коррозионных испытаний заявляемой стали и известного состава стали по прототипу установлено, что заявляемая сталь обладает на 10-15 более высокой стойкостью к морской коррозии по сравнению с прототипом.

Наиболее высокая коррозионная стойкость к морской коррозии получена в образцах от плавок N 3,6,7, которые отличаются от других плавок несколько большим суммарным содержанием углерода, кремния и марганца (табл.3).

Проведенные сравнительные испытания коррозионной стойкости ряда известных сталей также подтвердили высокую стойкость к морской коррозии заявляемой стали, в частности и по сравнению со сталями 10ХСНД и 15ХСНД.

Из этого следует, что предлагаемая сталь обладает хорошим сочетанием стойкости к морской коррозии и механических свойств. При достаточно высоких прочностных свойствах предлагаемая сталь обладает высокой пластичностью. Кроме того, данная сталь по величине ударной вязкости отвечает требованиям, предъявляемым к сталям для эксплуатации в условиях Севера.

Таким образом, данной сталью можно заменить ряд более дорогих конструкционных сталей для металлических сооружений портов, в частности для изготовления шпунтовых свай.

Claims (1)

1. Конструкционная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, алюминий, титан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций и азот при следующем соотношении компонентов, мас.

   Углерод 0,1 0,18
   Кремний 0,5 1,1
   Марганец 0,3 0,8
   Алюминий 0,01 0,05
   Титан 0,01 0,1
   Кальций 0,005 0,02
   Азот 0,008 0,025
   Железо Остальноеа

Images