RU2648426C1 - Хладостойкая сталь - Google Patents
Хладостойкая сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648426C1 RU2648426C1 RU2017129931A RU2017129931A RU2648426C1 RU 2648426 C1 RU2648426 C1 RU 2648426C1 RU 2017129931 A RU2017129931 A RU 2017129931A RU 2017129931 A RU2017129931 A RU 2017129931A RU 2648426 C1 RU2648426 C1 RU 2648426C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- weight
- content
- steel
- cold
- resistant steel
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 79
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 79
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 21
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 14
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 12
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 9
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 6
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 4
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 230000003009 desulfurizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 230000000051 modifying effect Effects 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к сталям для изготовления конструкций оборудования хранения, транспортировки и переработки сжиженных углеводородов и изделий, работающих при криогенных температурах -120°С - -196°С. Сталь содержит 0,03-0,07 мас. % углерода, 0,02-0,20 мас. % кремния, 0,02-0,30 мас. % марганца, 4,8-7,2 мас. % никеля, 0,20-0,40 мас. % молибдена, 0,0005-0,60 мас. % меди, 0,0005-0,02 мас. % ванадия, 0,0005-0,06 мас. % ниобия, 0,0002-0,012 мас. % азота, 0,015-0,035 мас. % алюминия, 0,0005-0,006 мас. % серы, 0,0005-0,010 мас. % фосфора, 0,01-0,80 мас. % хрома, 0,0002-0,002 мас. % кислорода, 0,00001-0,0002 мас. % водорода, 0,0005-0,004 мас. % мышьяка, 0,0005-0,004 мас. % олова, 0,0005-0,004 мас. % сурьмы, 0,0005-0,004 мас. % висмута, железо - остальное. Сталь хладостойкая с бейнитно-мартенситной структурой имеет хорошую свариваемость и повышенные вязкопластические характеристики. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к хладостойким сталям с мартенситно-бейнитной структурой, для изготовления конструкций оборудования хранения, транспортировки и переработки сжиженных углеводородов, а также для изготовления изделий, работающих при криогенных температурах до -120°С - -196°С.
Известна хладостойкая сталь 0Н9, содержащая углерод, никель, марганец, кремний, алюминий, титан, ниобий, кальций, медь, серу, фосфор и железо при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
Углерод | не более 0,10 |
Никель | 7,80-9,20 |
Марганец | 0,40-0,70 |
Кремний | 0,20-0,40 |
Алюминий | 0,02-0,06 |
Титан | 0,02-0,05 |
Ниобий | 0,02-0,05 |
Кальций | не более 0,03 |
Медь | не более 0,40 |
Сера | не более 0,010 |
Фосфор | не более 0,015 |
Железо | остальное |
(Ю.П. Солнцев. Хладостойкие стали и сплавы: Учебник для вузов. - СПб.: Химиздат, 2005, с. 266-267.)
Недостатком данной стали являются излишне высокое содержание никеля для обеспечения температуры эксплуатации -196°С, а также несоответствующее современной практике выплавки высококачественных сталей высокое содержание вредных элементов, которое может привести к выраженной ликвации, преимущественно в центральной части листа, полученного из заготовок МНЛЗ, что может привести к выраженной анизотропии и нестабильности свойств.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является мартенситная сталь для криогенной техники, которая содержит углерод, кремний, марганец, никель, молибден, медь, ванадий, ниобий, азот, алюминий, редкоземельный металл, цирконий, кальций, серу, фосфор и железо, причем в качестве редкоземельного металла содержит церий, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Углерод | 0,03-0,06 |
Кремний | 0,10-0,40 |
Марганец | 0,20-0,80 |
Никель | 9,0-10,5 |
Молибден | 0,30-0,50 |
Медь | 0,80-1,50 |
Ванадий | 0,005-0,08 |
Ниобий | 0,005-0,08 |
Азот | 0,005-0,025 |
Алюминий | 0,001-0,008 |
Церий | 0,005-0,03 |
Цирконий | 0,001-0,004 |
Кальций | 0,005-0,02 |
Сера | ≤0,025; |
Фосфор | ≤0,008 |
Железо | остальное |
В известной стали суммарное содержание алюминия, кальция и церия составляет 0,011-0,058 мас. %.
(RU 2594572, С22С 38/16, опубликовано 20.08.2016.)
Недостатками данной стали является излишне высокое содержание никеля, что приводит к нерациональному повышению стоимости стали. Также сталь имеет достаточно высокое содержание молибдена, меди, ванадия и ниобия, что приводит к неоправданному расходованию дорогостоящих легирующих элементов и излишне высокому уровню прочностных свойств, не реализуемому при применении аустенитных сварочных материалов, за счет снижения вязкопластических свойств. Кроме того, излишне высокое содержание меди вызывает трудности при выплавки стали, так как во многих случаях приводит к необходимости промывки металлургического оборудования после выплавки данной стали или ограничения сортамента последующих плавок, что влечет дополнительные затраты и снижает производительность и экономическую эффективность сталеплавильного производства. Высокое допустимое содержание серы может привести к высокой анизотропии и нестабильности свойств.
Задачей и техническим результатом изобретения является хладостойкая сталь с бейнитно-мартенситной структурой с хорошей свариваемостью и повышенными вязкопластическими характеристиками.
Технический результат достигается тем, что хладостойкая сталь содержит углерод, кремний, марганец, никель, молибден, медь, ванадий, ниобий, азот, алюминий, серу, фосфор, хром, кислород, водород, мышьяк, олово, сурьму, висмут и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод | 0,03-0,07 |
кремний | 0,02-0,20 |
марганец | 0,02-0,30 |
никель | 4,8-7,2 |
молибден | 0,20-0,40 |
медь | 0,0005-0,60 |
ванадий | 0,0005-0,02 |
ниобий | 0,0005-0,06 |
азот | 0,0002-0,012 |
алюминий | 0,015-0,035 |
сера | 0,0005-0,006 |
фосфор | 0,0005-0,010 |
хром | 0,01-0,80 |
кислород | 0,0002-0,002 |
водород | 0,00001-0,0002 |
мышьяк | 0,0005-0,004 |
олово | 0,0005-0,004 |
сурьма | 0,0005-0,004 |
висмут | 0,0005-0,004 |
железо | остальное |
Технический результат также достигается тем, что содержание углерода, азота, хрома, марганца, меди и никеля связано следующим соотношением: (30*%(C+N)+0,75*%Cr+1,25*%Mn+0,5*%Cu+%Ni) = 6,0-9,5; суммарное содержание мышьяка, олова, сурьмы и висмута составляет 0,0005-0,01 мас. %; сталь дополнительно содержит титан и/или циркония в концентрации 0,0005-0,03 мас. %; дополнительно содержит редкоземельный металл (РЗМ) или их смесь в концентрации 0,0005-0,06 мас. %; дополнительно содержит кальций, и/или барий, и/или стронций в концентрации 0,0005-0,005 мас. %; дополнительно содержит кальций в концентрации 0,0005-0,005 мас. %; дополнительно содержит литий и/или натрий в концентрации 0,0001-0,001 мас. %.
Углерод обеспечивает достаточное упрочнение стали при содержании 0,03 мас. % при содержании остальных основных легирующих элементов на нижнем уровне. При содержании выше 0,07 мас. % углерод вызывает излишний рост прочностных характеристик основного металла сварных конструкций при использовании высоколегированных аустенитных сварочных материалов. Кроме того, происходит некоторое снижение комплекса вязкопластических свойств стали.
Кремний используется как раскислитель, а также присутствует в качестве неизбежной примеси в исходных шихтовых материалах. Оптимальное содержание кремния составляет 0,02-0,20 мас. %, так как уменьшение его содержания ниже 0,02 мас. % существенно ограничивает выбор шихтовых материалов, а при содержании выше 0,20 мас. % кремний начинает негативно влиять на вязкопластические свойства хладостойкой стали.
Марганец упрочняет сталь, резко увеличивает бейнитную и мартенситную прокаливаемость, и в этом качестве может использоваться в качестве замены дорогостоящего никеля. Однако при его содержании выше 0,30 мас. % в стали, содержащей более 5,0% никеля, марганец снижает комплекс вязкопластических свойств стали и ухудшает свариваемость стали. Оптимальным содержанием марганца является 0,02-0,30 мас. %
Введение хрома несколько упрочняет сталь и увеличивает прокаливаемость. С увеличением содержания хрома улучшается комплекс вязкопластических свойств, что связано как с увеличением закаливаемости и прокаливаемости, так и устранением неблагоприятных структурных составляющих (феррит, верхний бейнит), а также с изменением морфологии и распределением карбидов, несколько растет стойкость к отпуску. Добавки хрома в высоконикелевую сталь при обработке из межкритической области стабилизируют аустенит обратного превращения до низких температур, что улучшает пластичность и ударную вязкость при низких температурах. Однако с увеличением содержания хрома ухудшается свариваемость стали и при его содержании выше 1,0% требуется термообработка сварных швов. Таким образом, для стали, которая должна обеспечить высокий комплекс характеристик сварных швов без их термообработки, целесообразно ограничить содержание хрома в 0,80%, а минимальное содержание установить в 0,02%.
Никель является одним из немногих элементов, одновременно улучшающих как прочностные, так и вязкопластические свойства стали. Минимальное содержание никеля в 4,8% установлено исходя из надежной работы конструкций из стали по изобретению при рабочей температуре -120°С, а максимальное содержание никеля целесообразно ограничить уровнем в 7,2%, что надежно обеспечивает температуру эксплуатации стали на уровне -196°С во всем диапазоне толщин проката. В зависимости от скорости охлаждения после аустенизации с увеличением содержания никеля структура стали меняется от бейнитной к бейнитно-мартенситной, и далее к мартенситной структуре с некоторым количеством аустенита.
Молибден обеспечивает эффективное повышение прочностных свойств стали за счет твердорастворного и дисперсионного упрочнения, а также улучшения бейнитной и мартенситной прокаливаемости, обеспечивая при содержании 0,30-0,40 мас. % рост пределов текучести и прочности примерно на 100 МПа, при этом при повышении содержания молибдена до 0,40 мас. % растут и вязкопластические свойства стали. Дальнейшее увеличение содержания молибдена для хладостойких сталей нецелесообразно.
Ванадий в сталях с высоким содержанием никеля является очень эффективным дисперсионным упрочнителем, однако это может быть реализовано только при полноценной термообработке сварных швов. Максимальное содержание ванадия целесообразно установить на уровне 0,02 мас. % из условия обеспечения требуемой минимальной температуры эксплуатации, а минимальное 0,0005 мас. % - на уровне его содержания в чистых шихтовых материалах.
Медь, являющаяся элементом, эффективно улучшающим прочностные свойства и прокаливаемость стали, при содержании до 1,5 мас. % не оказывает негативного влияния на вязкопластические свойства и свариваемость. При этом она может служить частичной заменой более дорогого никеля. К тому же, повышение содержания меди до 0,6 мас. % эффективно улучшает атмосферостойкость стали. Однако увеличение содержания меди выше 0,6 мас. % нецелесообразно из-за загрязнения футеровки печей, ковшей и агрегатов, что может потребовать промывки агрегатов или ограничить марочный сортамент плавок. Минимальное содержание меди целесообразно установить на уровне ее присутствия в чистых шихтовых материалах 0,0005 мас. %.
Сера и фосфор являются вредными элементами, снижающими комплекс свойств стали, поэтому их содержание должно быть минимально возможным. Однако глубокие десульфурация и дефосфорация являются достаточно сложными мероприятиями. Поэтому целесообразно установить минимальные содержания этих элементов на уровне 0,0005 мас. %, а в качестве верхних пределов установить содержание серы 0,006 мас. % и фосфора 0,01 мас. %, которые надежно обеспечиваются современными методами получения стали и позволяют сохранить прочностные и вязкопластические свойства стали на требуемом уровне.
Алюминий используется в стали как раскислитель и при его содержании 0,015-0,035 мас. % обеспечивает полное раскисление стали при незначительном содержании в стали оксидов и нитридов алюминия.
Азот является неизбежной примесью в стали, которая присутствует как в твердом растворе, так и в виде нитридов и карбонитридов, которые при содержании азота более 0,012 мас. % могут оказывать неблагоприятное влияние на комплекс свойств стали. Так как минимально достижимое в промышленной стали содержание азота составляет 0,0002 мас. %, то оптимальным содержанием азота является 0,0002-0,012 мас. %.
Кислород также неизбежно присутствует в составе стали в виде неметаллических включений. При его содержании свыше 0,002 мас. % в стали растет содержание неметаллических включений, что ухудшает свойства стали и вызывает их неоднородность. С учетом того, что минимально достижимое содержание кислорода в промышленной стали составляет порядка 0,0002 мас. %, оптимальным содержанием кислорода является 0,0002-0,002 мас. %.
Водород присутствует в стали в растворенном виде и при определенных условиях может вызвать появление флокенов. Для характерных для листового проката толщин и технологии производства целесообразно ограничить содержание водорода в стали величиной в 2 ppm. С учетом максимально достижимой в производственной практике полноты удаления водорода его оптимальным содержанием является 0,00001-0,0002 мас. %.
Ниобий является активным карбидообразователем и практически полностью присутствует в стали в виде карбидов типа МС, которые обеспечивают контроль границ зерен, а при высоком содержании никеля также и эффективное дисперсионное упрочнение. К тому же, ниобий обеспечивает получение благоприятной структуры стали после прокатки. Нижним пределом содержания ниобия в стали является 0,0005 мас. %, поскольку в таких количествах он практически неизбежно присутствует в шихтовых материалах, а максимальное содержание ниобия целесообразно ограничить 0,06 мас. %, поскольку при более высоком его содержании происходит образование эвтектических карбидов NbC, что снижает вязкопластические свойства стали.
Титан и цирконий уже в малых количествах формируют практически нерастворимые при температурах горячей деформации и термообработки карбонитриды, эффективно контролирующие границы зерен. Кроме того, эти элементы вместе с РЗМ входят в состав комплексных оксисульфидов, имеющих малые размеры и благоприятную морфологию. При содержании титана более 0,03 мас. % и циркония более 0,04 мас. % могут заметно расти размеры карбонитридов Me(C,N), что может привести к ухудшению свойств стали. Минимальное содержание титана и циркония составляет 0,0005 мас. % для каждого из элементов.
Редкоземельные металлы (РЗМ), с одной стороны, активно взаимодействуют с кислородом, азотом, серой и другими элементами, образуя неметаллические включения благоприятной морфологии, а с другой - накапливаются на границах зерен, улучшая межзеренную когезию. В качестве редкоземельных металлов можно использовать лантан, церий, неодим, празеодим, также скандий, иттрий и их смеси. РЗМ оказывают положительное действие при минимальном содержании 0,0005 мас. %, а увеличение их содержания более 0,06 мас. % не приводит к заметному улучшению свойств стали. Поэтому оптимальным содержанием РЗМ или их смеси является 0,0005-0,06 мас. %.
Кальций, стронций, барий входят в состав шлаков и оказывают десульфурирующее и модифицирующее действие. В стали указанные компоненты входят в состав неметаллических включений и при излишне высоких содержаниях могут приводить к увеличению загрязненности стали неметаллическими включениями, в том числе и коррозионно-активными. С учетом минимальных пределов содержания этих элементов в стали их суммарное остаточные содержания целесообразно ограничить в диапазоне 0,0005-0,005 мас. %.
Литий и натрий также могут присутствовать в шлаках, а также действовать в качестве десульфураторов и модификаторов. По причинам, изложенным выше, их суммарное содержание целесообразно ограничить диапазоном 0,0001-0,001 мас. %.
Мышьяк, олово, сурьма и висмут являются примесями, которые негативно влияют на вязкопластические свойства стали. Их суммарное содержание целесообразно ограничить величиной 0,010 мас. %, с учетом минимально возможного содержания этих элементов в шихтовых материалах и крайне ограниченных возможностей по их удалению суммарное содержание этих элементов целесообразно ограничить диапазоном 0,0005-0,010 мас. %
С целью обеспечения получения наиболее оптимальной бейнитной или бейнитно-мартенситной структуры стали по изобретению, обеспечивающей высокий комплекс прочностных и вязкопластических свойств, содержание углерода, хрома, марганца, меди и никеля должно быть назначено в соответствии с соотношением:
(30*%(C+N)+0,75*%Cr+1,25*%Mn+0,5*%Cu+%Ni) = 6,0-9,5
При этом индивидуальное содержание элементов может быть выбрано в пределах их допустимых содержаний.
Для подтверждения достижения поставленного технического результата были выплавлены слитки 7 составов стали по изобретению, проведена их горячая деформация ковкой и прокаткой, а также термообработка по различным режимам. Всего было исследовано более 20 вариантов.
Установлено, что сталь по изобретению после соответствующей термической обработки обеспечивает требуемый уровень и стабильность рабочих характеристик, в том числе повышение пластичности (относительное удлинение, сужение) до 20-30%, по сравнению с известной сталью.
Так, в зависимости от состава и термообработки обеспечивается предел текучести при комнатной температуре не ниже 550 МПа, предел прочности не ниже 650 МПа, удлинение и сужение при 20°С не ниже 23 и 70% соответственно. Рабочие температуры по критерию обеспечения работы разрушения при испытаниях на ударный изгиб (KCV) не менее 60 Дж/см2 составляют не выше - 120°С для сталей с 5% Ni и не выше - 196°С для сталей с 7% Ni. Таким образом, сталь по изобретению надежно обеспечивает требуемый комплекс свойств для листового проката для емкостей и технологического оборудования для хранения, транспортировки и переработки сжиженных углеводородов, а также для других применений при температурах до -196°С.
Claims (9)
1. Хладостойкая сталь с бейнитно-мартенситной структурой, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, молибден, медь, ванадий, ниобий, азот, алюминий, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она содержит хром, кислород, водород, мышьяк, олово, сурьму и висмут при следующем соотношении компонентов, мас. %:
2. Хладостойкая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что содержание углерода, азота, хрома, марганца, меди и никеля связано следующим соотношением:
(30*%(C+N)+0,75*%Cr+1,25*%Mn+0,5*%Cu+%Ni)=6,0-9,5.
3. Хладостойкая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что суммарное содержание мышьяка, олова, сурьмы и висмута составляет 0,0005-0,01 мас. %.
4. Хладостойкая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан и/или цирконий в концентрации 0,0005-0,03 мас. %.
5. Хладостойкая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит редкоземельный металл (РЗМ) или смесь редкоземельных металлов в концентрации 0,0005-0,06 мас. %.
6. Хладостойкая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций, и/или барий, и/или стронций в концентрации 0,0005-0,005 мас. %.
7. Хладостойкая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит литий и/или натрий в концентрации 0,0001-0,001 мас. %.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017129931A RU2648426C1 (ru) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | Хладостойкая сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017129931A RU2648426C1 (ru) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | Хладостойкая сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2648426C1 true RU2648426C1 (ru) | 2018-03-26 |
Family
ID=61707835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017129931A RU2648426C1 (ru) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | Хладостойкая сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2648426C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726056C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-07-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Листовой прокат, изготовленный из высокопрочной стали |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9109275B2 (en) * | 2009-08-31 | 2015-08-18 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | High-strength galvanized steel sheet and method of manufacturing the same |
RU2574539C2 (ru) * | 2011-04-13 | 2016-02-10 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Корпорейшн | Высокопрочный горячекатаный стальной лист, имеющий превосходную локальную деформируемость, и способ его изготовления |
EP3026140A1 (en) * | 2013-07-25 | 2016-06-01 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel plate for line pipe, and line pipe |
US20160222480A1 (en) * | 2013-12-20 | 2016-08-04 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Electric-resistance welded steel pipe |
RU2594572C1 (ru) * | 2015-08-27 | 2016-08-20 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Мартенситная сталь для криогенной техники |
EP2808413B1 (en) * | 2012-01-26 | 2017-04-26 | JFE Steel Corporation | High-strength hot-rolled steel sheet and method for producing same |
-
2017
- 2017-08-24 RU RU2017129931A patent/RU2648426C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9109275B2 (en) * | 2009-08-31 | 2015-08-18 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | High-strength galvanized steel sheet and method of manufacturing the same |
RU2574539C2 (ru) * | 2011-04-13 | 2016-02-10 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Корпорейшн | Высокопрочный горячекатаный стальной лист, имеющий превосходную локальную деформируемость, и способ его изготовления |
EP2808413B1 (en) * | 2012-01-26 | 2017-04-26 | JFE Steel Corporation | High-strength hot-rolled steel sheet and method for producing same |
EP3026140A1 (en) * | 2013-07-25 | 2016-06-01 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel plate for line pipe, and line pipe |
US20160222480A1 (en) * | 2013-12-20 | 2016-08-04 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Electric-resistance welded steel pipe |
RU2594572C1 (ru) * | 2015-08-27 | 2016-08-20 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Мартенситная сталь для криогенной техники |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726056C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-07-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Листовой прокат, изготовленный из высокопрочной стали |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4572002B1 (ja) | 強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板およびその製造方法 | |
JP4767590B2 (ja) | 低降伏比高張力鋼および低降伏比高張力鋼の製造方法 | |
KR20150023724A (ko) | Ni 함유 후강판 | |
WO2020062564A1 (zh) | 一种超高钢q960e厚板及制造方法 | |
KR101676143B1 (ko) | 저온충격인성이 우수한 저항복비형 고강도 강재 및 그 제조방법 | |
CN109609854B (zh) | 一种700MPa级高强度亚稳态奥氏体-马氏体不锈钢 | |
KR102628769B1 (ko) | 고Mn강 및 그의 제조 방법 | |
JP6590117B1 (ja) | 高Mn鋼およびその製造方法 | |
CN104878316A (zh) | 一种高强韧高氮奥氏体不锈钢 | |
RU2478727C1 (ru) | Высокопрочный свариваемый арматурный профиль | |
RU2648426C1 (ru) | Хладостойкая сталь | |
JP6856083B2 (ja) | 高Mn鋼およびその製造方法 | |
RU2665854C1 (ru) | Толстолистовая хладостойкая сталь | |
KR20120071583A (ko) | 저온인성이 우수한 고강도 고망간강 | |
EP1705260A1 (en) | Steel | |
JP4133175B2 (ja) | 靭性に優れた非水冷型薄手低降伏比高張力鋼およびその製造方法 | |
US20200347478A1 (en) | High strength steel plate and manufacturing method therefor | |
JP5699798B2 (ja) | 大入熱溶接熱影響部の靭性に優れた低降伏比高張力鋼材およびその製造方法 | |
KR20160078849A (ko) | 충격인성이 우수한 저항복비형 고강도 강재 및 그 제조방법 | |
KR102387364B1 (ko) | 고Mn강 및 그의 제조 방법 | |
RU2686758C1 (ru) | Конструкционная криогенная сталь и способ ее получения | |
RU2169788C2 (ru) | Коррозионностойкая литейная сталь | |
RU2746598C1 (ru) | Хладостойкая высокопрочная сталь | |
JPH04346636A (ja) | 溶接熱影響部靱性の優れた高マンガン超高張力鋼 | |
RU2806682C1 (ru) | Высокопрочная коррозионностойкая азотосодержащая мартенситно-аустенитно-ферритная сталь |