RU2681094C2 - Хладостойкая свариваемая arc-сталь повышенной прочности - Google Patents
Хладостойкая свариваемая arc-сталь повышенной прочности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2681094C2 RU2681094C2 RU2016150730A RU2016150730A RU2681094C2 RU 2681094 C2 RU2681094 C2 RU 2681094C2 RU 2016150730 A RU2016150730 A RU 2016150730A RU 2016150730 A RU2016150730 A RU 2016150730A RU 2681094 C2 RU2681094 C2 RU 2681094C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- cold
- temperature
- carbon
- nickel
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 54
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 54
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010949 copper Substances 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
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 12
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-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
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 10
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910001568 polygonal ferrite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 3
- 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 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 12
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 10
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 8
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 102220240346 rs764757062 Human genes 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- JZQOJFLIJNRDHK-CMDGGOBGSA-N alpha-irone Chemical compound CC1CC=C(C)C(\C=C\C(C)=O)C1(C)C JZQOJFLIJNRDHK-CMDGGOBGSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- -1 nickel Chemical compound 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000010626 work up procedure Methods 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
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству листового проката из хладостойкой arc-стали повышенной прочности и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, машиностроении, мостостроении и других отраслях промышленности. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,05-0,07, кремний 0,15-0,35, марганец 1,15-1,35, никель 0,55-0,70, хром не более 0,15, медь 0,05-0,20, ниобий 0,02-0,04, ванадий не более 0,01, титан не более 0,005, алюминий 0,02-0,05, азот 0,001-0,009, сера 0,001-0,005, фосфор 0,001-0,010, кальций 0,0001-0,0300, железо остальное. Сталь имеет величину углеродного эквивалента Сэкв, составляющую не более 0,38%, и ультрамелкозернистую ферритно-бейнитную структуру с квазиполигональным ферритом и бейнитом. Обеспечиваются гарантированные предел текучести 355 и 390 МПа в толщинах от 25 до 50 мм, вязкопластические свойства и характеристики трещиностойкости по критерию критического раскрытия в вершине трещины CTOD, температуре вязкохрупкого перехода Ткб и температуре нулевой пластичности NDT. 3 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству листового проката из хладостойкой стали повышенной прочности улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, машиностроении, мостостроении и других отраслях промышленности.
Стали с пределом текучести не менее 355 и 390 МПа остаются наиболее востребованными материалами для морских судокорпусных конструкций. По результатам стандартных испытаний на ударный изгиб малых образцов (KV) при температуре -60°С данных сталей отсутствие хрупких разрушений гарантируется в ограниченной области температур и толщин, т.е. возникают ограничения их применимости при строительстве различных элементов конструкций. Очевидно, что из-за тяжелых экономических и экологических последствий опасность возникновения хрупких разрушений должна быть полностью исключена, в связи с чем Российским морским регистром судоходства разработаны требования к сталям арктического применения, эксплуатируемым без ограничений в условиях Арктики для любых конструктивных элементов («Аrс» - стали).
В связи с задачами круглогодичного освоения Северного морского пути, транспортного обслуживания шельфовых месторождений и прибрежной инфраструктуры Арктики возникает потребность в строительстве широкого спектра судов ледового плавания различных типов (танкеров, контейнеровозов, судов снабжения и др.). Однако расширение районов эксплуатации, крайне тяжелые экономические и экологические последствия разрушений в экологически уязвимом бассейне Арктики определяют высокие требования к качеству этих сталей по предотвращению хрупких разрушений при низких температурах до -50…60°С. По параметрам хладостойкости и вязкости разрушения (трещиностойкости) применяемые материалы должны соответствовать новым требованиям к сталям класса «Аrс», «Правил..» Российского морского регистра судоходства [1, 2] и новой редакции ГОСТ Р 52927-2015 [3] на судостроительные стали, выдержать аттестационные испытания и обеспечить гарантированные характеристики работоспособности при низких температурах.
Известна хладостойкая сталь [патент РФ №2187574], используемая для создания тяжелонагруженных крупногабаритных конструкций, например, корпусов судов, оборудования для морских буровых платформ, сосудов, работающих под давлением, и т.д., эксплуатируемых при пониженных (до -50°С) температурах в условиях агрессивных сред типа морской воды, следующего химического состава, масс. % [4]:
| углерод | 0,07-0,11 |
| кремний | 0,20-0,40 |
| марганец | 0,90-1,70 |
| никель | 0,60-1,20 |
| медь | 0,30-0,65 |
| ниобий | 0,025-0,050 |
| алюминий | 0,02-0,06 |
| кальций | 0,005-0,030 |
| сера | 0,001-0,015 |
| железо | остальное. |
Известная сталь [патент РФ №2187574] обеспечивает в листовом прокате толщиной до 70 мм высокую хладостойкость при температуре испытаний -60°С при сохранении уровня прочностных свойств за счет повышенного суммарного содержания никеля и марганца - 2,1-2,3%. Для обеспечения высокой сопротивляемости слоистым разрывам при сохранении свариваемости в данной стали соотношение кальция к сере Ca/S≥2, а параметр трещиностойкости Рсм1 (
) не более 0,23%.
Недостатками стали [патент РФ №2187574] являются:
- недостаточная хладостойкость (оцениваемая для данной стали по уровню работы удара) только до температур -60°С, в то время как надежная эксплуатация конструкции при температурах до -50…60°С может быть обеспечена, если работа удара гарантирована при температурах на 20°С ниже эксплуатационной;
- отсутствие гарантированных характеристик работоспособности при низких температурах (трещиностойкости по критерию критического раскрытия в вершине трещины CTOD, температуры вязко-хрупкого перехода Ткб и температуры нулевой пластичности NDT, определяемых на пробах полной толщины);
- достаточно высокое содержание марганца до 1,7%, что может приводить к сильному росту зерна в зоне термического влияния сварных соединений этой стали и ухудшению свариваемости.
Известна также хладостойкая сталь повышенной прочности [патент РФ №2269587], содержащая, масс. % [5]:
| углерод | 0,04-0,10 |
| кремний | 0,15-0,35 |
| марганец | 1,00-1,40 |
| никель | 0,10-0,80 |
| медь | 0,05-0,20 |
| алюминий | 0,02-0,06 |
| ниобий | 0,02-0,06 |
| ванадий | 0,02-0,10 |
| сера | 0,001-0,005 |
| железо | остальное. |
Сталь [патент РФ №2269587] обеспечивает в листовом прокате толщиной до 50 мм высокую хладостойкость (высокий уровень ударной вязкости до температуры испытаний -80°С) и коррозионную стойкость, улучшенную свариваемость (в том числе, высокий уровень работы удара зоны термического влияния при температуре испытаний -60°С) и гарантированную сопротивляемость слоистым разрушениям при сохранении высокой прочности. Обеспечение указанных характеристик достигается за счет низкого содержания углерода в сочетании с легированием марганцем, никелем и медью и совместным микролегированием ниобием и ванадием в заданных пределах.
Основным недостатком стали [патент РФ №2269587] является отсутствие гарантированных характеристик работоспособности при низких температурах (трещиностойкости по критерию критического раскрытия в вершине трещины CTOD, температуры вязко-хрупкого перехода Ткб, температуры нулевой пластичности NDT), а также отсутствие ограничений по содержанию вредных примесей - фосфора и азота, приводящих к охрупчиванию при низких температурах.
Наиболее близкой к предлагаемой по достигаемым механическим свойствам и характеристикам работоспособности, выбранная в качестве прототипа, является хладостойкая свариваемая сталь для конструкций, работающих в экстремальных условиях [патент РФ №2452787], следующего состава, масс. % [6]:
| углерод | 0,06-0,12 |
| кремний | 0,15-0,35 |
| марганец | 0,60-1,20 |
| никель | 0,05-0,40 |
| ванадий | 0,03-0,05 |
| ниобий | 0,025-0,060 |
| титан | 0,002-0,020 |
| алюминий | 0,02-0,05 |
| азот | 0,005-0,008 |
| кальций | 0,01-0,03 |
| сера | 0,001-0,005 |
| фосфор | 0,001-0,012 |
| железо | остальное. |
Сталь [патент РФ №2452787] обеспечивает в листовом прокате толщиной до 70 мм получение гарантированного предела текучести от 235 до 390 МПа и повышенной пластичности при температурах +20…-80°С, сопротивления слоистым разрушениям, высокой работы удара при температурах до -80°С, гарантированной трещиностойкости до -60°С, а также низких значений температуры вязко-хрупкого перехода Ткб не выше -30°С. Обеспечение требуемой прочности в сочетании с характеристиками хладостойкости и трещиностойкости достигается легированием низкоуглеродистой стали марганцем и никелем в пределах 0,65.. 1,60%, совместным микролегированием азотом, титаном, ванадием и ниобием в заданных пределах при ограничении содержания серы и фосфора.
Основным недостатком прототипа [патент РФ №2452787] является недостаточная сопротивляемость хрупким разрушениям по критерию значения температуры нулевой пластичности NDT согласно требованиям «Правил…» РМРС [1, 2] к сталям с индексом «аrс».
Техническим результатом изобретения является разработка листовой стали с гарантированным пределом текучести 355 и 390 МПа в толщинах от 25 до 50 мм, вязко-пластическими свойствами и характеристикам работоспособности согласно требованиям «Правил…» РМРС [1, 2] и ГОСТ Р 52927-2015 [3] к сталям с индексом «аrс» - трещиностойкости по критерию критического раскрытия в вершине трещины CTOD, температуры вязко-хрупкого перехода Ткб, определяемой при статических испытаниях на пробах натурной толщины, температуры нулевой пластичности NDT, определяемой при динамических испытаниях крупногабаритных проб с хрупкой наплавкой. Технический результат достигается тем, что хладостойкая свариваемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, ниобий, алюминий, азот, кальций, серу, фосфор и железо, дополнительно легирована никелем и содержит медь при следующем соотношении элементов, масс. %:
| углерод | 0,05-0,07 |
| кремний | 0,15-0,35 |
| марганец | 1,15-1,35 |
| никель | 0,55-0,70 |
| хром | не более | 0,15 |
| медь | 0,05-0,20 |
| ниобий | 0,02-0,04 |
| ванадий | не более | 0,01 |
| титан | не более | 0,005 |
| алюминий | 0,02-0,05 |
| азот | 0,001-0,009 |
| сера | 0,001-0,005 |
| фосфор | 0,001-0,010 |
| кальций | 0,0001-0,0300 |
| железо | остальное, |
причем величина углеродного эквивалента, рассчитываемого по формуле2 (
), не должна превышать 0,38%.
Достижение технического результата обеспечивается за счет формирования в низкоуглеродистой стали пониженного легирования (по сравнению с существующими аналогами) ультрамелкозернистой ферритно-бейнитной структуры с квазиполигональным ферритом и бейнитом преимущественно гранулярной морфологии без наличия крупных областей реечного бейнита, понижающих характеристики работоспособности, хладостойкости и пластичности, и избыточного количества полигонального феррита, понижающего прочность, при использовании прецизионной двухстадийной термомеханической обработки с жесткой регламентацией основных термодеформационных параметров прокатки и ускоренного охлаждения.
Содержание углерода 0,05-0,07% достаточно для обеспечения требуемого уровня прочности, при этом достигается повышение свариваемости и работы удара при пониженных температурах как основного металла, так и зоны термического влияния, и снижение сегрегационной неоднородности металла. Уменьшение содержания углерода снижает твердость в зоне термического влияния, исключает появление холодных трещин. В сочетании с низким содержанием азота углерод в заявленных количествах исключает блокировку дислокаций примесями внедрения, повышает их подвижность, что способствует релаксации напряжений в сварных соединениях без трещинообразования.
Кремний добавлен для раскисления и повышения прочностных характеристик. При концентрации кремния менее 0,15% прочность стали ниже допустимой. При содержании кремния более 0,35% происходит значительное искажение кристаллической решетки α-Fe, что увеличивает ее сопротивление движению дислокаций и препятствует релаксации высоких упругих микронапряжений, вследствие чего происходит понижение хладостойкости, увеличение склонности к трещинообразованию (сталь не выдерживает испытания на холодный изгиб).
Марганец в количестве 1,15-1,35% позволяет гарантировать сочетание высоких показателей прочностных характеристик и характеристик хладостойкости. Повышение содержания марганца выше установленного предела в качестве легирующего элемента для низкоуглеродистой стали неперспективно вследствие:
- увеличения чувствительности стали к перегреву;
- усиления центральной сегрегации в непрерывнолитом слябе, приводящему к ухудшению низкотемпературной вязкости и повышению температуры вязко-хрупкого перехода.
Никель является одним из основных легирующих элементов, оказывающих наиболее существенное влияние как на прочностные характеристики, так и на пластичность и характеристики хладостойкости стали за счет усиления металлической компоненты межатомных связей в твердом растворе. Ослабляя взаимодействие дислокаций с атомами внедрения и сопротивление кристаллической решетки движению свободных дислокаций, легирование никелем приводит к повышению пластичности, трещиностойкости стали и понижению темепературы вязко-хрупкого перехода. Кроме того, никель повышает термодинамическую активность углерода, что обуславливает однородность состава аустенита перед началом превращения, и, как следствие, обеспечивает формирование дисперсной конечной структуры. Пределы содержания никеля 0,55-0,70% выбраны с целью повышения прочностных характеристик за счет твердорастворного механизма и увеличения доли бейнитной составляющей при сохранении высоких показателей хладостойкости и трещиностойкости без ухудшения свариваемости стали.
Медь оказывает аналогичное никелю влияние на свойства стали. Медь, как и никель, обладает сферической конфигурацией подвалентых электронов, ослабляет ковалентную составляющую межатомной связи при комплексном легировании стали, что обуславливает высокое сопротивление стали хрупким разрушениям. Однако растворимость меди в α-железе весьма незначительна, поэтому добавление избыточного количества меди приводит к снижению хладостойкости и трещиностойкости вследствие дисперсионного упрочнения. Повышенное содержание меди приводит к ее выделению в свободном состоянии в стыках зерен, вследствие чего в процессе горячей деформации могут образовываться горячие трещины. Для обеспечения высоких вязко-пластических свойств и характеристик работоспособности пределы содержания меди ограничены 0,05-0,20%.
Микролегирование ниобием способствует получению в результате горячей прокатки более однородной и мелкодисперсной структуры аустенита за счет ряда позитивных эффектов: а) ограничение роста зерен при нагреве заготовки под прокатку; б) сдерживание динамической рекристаллизации, которая в силу технологических ограничений может быть лишь частичной, приводя к структурной неоднородности; в) предотвращение роста новых зерен после завершения первичной статической рекристаллизации в паузах между обжатиями на черновой стадии; г) расширение температурного диапазона фрагментации, которая формирует в зернах аустенита новые границы после прекращения его рекристаллизации [7]. Однако добавление ниобия в избыточном количестве усиливает взаимодействие атомов внедрения с дислокациями, повышая степень их блокировки, что приводит к повышению прочности, но одновременно тормозит релаксацию напряжений и снижает низкотемпературную ударную вязкость основного металла, пластичность и свариваемость стали. Принятые пределы содержания ниобия 0,02-0,04% позволяют обеспечить высокую прочность при сохранении высоких значений работы удара вплоть до температур испытаний -80°С, а также низких температур вязко-хрупкого перехода.
Алюминий в количестве 0,02-0,05% вводится в сталь в качестве раскислителя и оказывает влияние на измельчение структуры. Однако при увеличении содержания алюминия свыше 0,05% увеличивается доля неметаллических включений типа окиси алюминия и снижается чистота стали.
Модифицирование алюминием в указанных пределах в совокупности с введением кальция в количестве 0,0001-0,03% в процессе внепечной обработки обеспечивает высокое металлургическое качество низкоуглеродистых низколегированных сталей, в частности чистоту по неметаллическим включениям металла, что позволит обеспечить свойства в направлении толщины листов и величину работы удара при пониженных температурах как основного металла, так и зоны термического влияния сварных соединений при использовании высокопроизводительной сварки при погонной энергии до 6 кДж/мм, а также повышенную хладостойкость и трещиностойкость стали.
Примесные элементы (фосфор, сера) и растворенные газы (кислород, азот, водород) оказывают отрицательное влияние на хладостойкость металла.
Сера, фосфор и азот являются вредными примесями, ограничение их содержания выбрано исходя из обеспечения металлургического качества стали. С увеличением содержания серы растет количество сульфидных включений, играющих роль концентраторов напряжений, ухудшающих z - свойства. Ограничение содержания серы до 0,005% способствует повышению пластичности и низкотемпературной ударной вязкости. Фосфор обуславливает повышенную склонность к хрупким разрушениям при понижении температуры испытаний и отпускной хрупкости за счет обогащения межзеренных границ. Ограничение содержания фосфора до 0,010% позволяет исключить отпускную хрупкость. Наиболее опасным следствием наличия азота в стали является снижение ударной вязкости и повышение порога хладноломкости, поэтому его содержание ограничено величиной 0,009%.
Пример: Сталь была выплавлена в дуговой электропечи и после внепечного рафинирования и вакуумирования разлита в слитки. Химический состав стали приведен в таблице 1.
Листовой прокат толщиной 25-50 мм изготавливали на реверсивном стане «5000» по технологии двухстадийной термической обработки с последующим ускоренным охлаждением с жесткой регламентацией основных параметров - температуры и времени нагрева, температуры и схемы обжатий на черновой и чистовой стадиях, температуры начала и окончания ускоренного охлаждения.
Механические свойства листового проката различных толщин представлены в таблице 2. Испытания на растяжение проводились на полнотолщинных призматических образцах в соответствии с ГОСТ 1497-84 при температурах +20 и минус 80°С, на ударный изгиб - на образцах типа 11 в соответствии с ГОСТ 9454 при температурах испытаний -20…-80°С, на ударный изгиб после механического старения - на образцах типа 11 в соответствии с ГОСТ 9454 при температуре испытания -60°С, на холодный изгиб в соответствии с п. 2.2.5 Ч. XIII СП РМРС. Испытание на растяжение в направлении толщины выполняли на образцах согласно ГОСТ 28870 с определением относительного сужения. Испытания на излом выполняли в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52927-2015.
Сопротивление хрупкому разрушению листового проката оценивали:
- по критической температуре вязко-хрупкого перехода Ткб по методике, приведенной в [1] (часть XII, п. 2.4), соответствующей минимальной температуре, при которой в изломе технологической пробы полной толщины, испытанной на статический изгиб, наблюдается 70% волокнистой составляющей;
- по температуре нулевой пластичности NDT, определяемой по результатам динамических испытаний образцов с хрупкой наплавкой по методике, приведенной в [1] (часть XII, п. 2.3.). Эта температура характеризует условия, при которых материал не способен затормозить трещину при ударном нагружении со скоростью порядка 5 м/сек и достижения в нем напряжений предела текучести.
Трещиностойкость по критерию раскрытия в вершине трещины CTOD оценивали по требованиям Британского стандарта BS 7448 р. 1 [8]. Для испытаний были использованы образцы на статический изгиб прямоугольного сечения с односторонним краевым надрезом (тип SENB по BS 7448) и гладкими боковыми поверхностями. Выращивание усталостной трещины проводилось при частоте 5-8 Гц. Суммарное число циклов нагружения для образца составило не менее 55000. При испытаниях записывали диаграмму деформирования в координатах "нагрузка - раскрытие берегов трещины". Определение перемещений (раскрытия берегов трещины) производилось датчиком DSR 10/50.
Результаты механических испытаний (средние значения по результатам двух испытаний на растяжение и трех - на ударный изгиб) приведены в таблице 2.
Результаты определения характеристик работоспособности представлены в таблице 3.
Испытания листового проката толщиной 25-50 мм показали, что сталь выбранного химического состава (составы №№2-4 таблицы 1), изготовленная по технологии двухстадийной термомеханической обработки с последующим ускоренным охлаждением, обеспечивает гарантированный предел текучести 355-390 МПа, высокие вязко-пластические свойства и более высокую сопротивляемость хрупким разрушениям согласно требованиям «Правил…» РМРС [1, 2] и ГОСТ Р 52927-2015 [3] к характеристикам работоспособности сталей с индексом «аrс» - трещиностойкости CTOD, температуры вязко-хрупкого перехода Ткб ([6]), температуры нулевой пластичности NDT.
В случаях отклонения содержания легирующих элементов от предложенного химического состава происходит понижение предела текучести до значений ниже 355 МПа (для стали состава №1) или работы удара до значений ниже 50 Дж при температуре испытаний -60°С и доли волокнитстой составляющей в изломах проб натурной толщины ниже 80% (для стали состава №5) (таблица 2).
Источники информации, использованные при составлении описания изобретения
1. Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ. Российский морской регистр судоходства, 2015.
2. Правила классификации и постройки морских судов. Российский Морской Регистр судоходства, 2015 г.
3. ГОСТ Р 52927-2015 «Прокат для судостроения из стали нормальной, повышенной и высокой прочности. Технические условия».
4. Патент Российской Федерации №2187574 «Хладостойкая сталь» от 20.08.2002 г., МПК С22С 38/16.
5. Патент Российской Федерации №2269587 «Хладостойкая сталь повышенной прочности», от 10.02.2006 г., МПК С22С 38/16 (2006.01).
6. Патент Российской Федерации №2452787 «Хладостойкая свариваемая сталь для конструкций, работающих в экстремальных условиях» от 10.06.2012 г., МПК С22С 38/14 (2006.01) - прототип.
7. Е.И. Хлусова, Т.В. Сошина, А.А. Зисман // Влияние микролегирования ниобием на рекристаллизационные процессы в аустените низкоуглеродистых легированных сталей // Вопросы материаловедения, 2013, №1 (73), с. 31-36
8. BS 7448. Fracture Mechanics Toughness Test. Part 1. Method for determination of K1c, critical CTOD and critical J - values of metallic materials, 1991.
Claims (17)
- Хладостойкая свариваемая сталь повышенной прочности, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, хром, медь, ниобий, ванадий, титан, алюминий, азот, кальций, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она содержит элементы при следующем соотношении, мас.%:
- углерод 0,05-0,07,
- кремний 0,15-0,35,
- марганец 1,15-1,35,
- никель 0,55-0,70,
- хром не более 0,15,
- медь 0,05-0,20,
- ниобий 0,02-0,04,
- ванадий не более 0,01,
- титан не более 0,005,
- алюминий 0,02-0,05,
- азот 0,001-0,009,
- сера 0,001-0,005,
- фосфор 0,001-0,010,
- кальций 0,0001-0,0300,
- железо остальное,
- при этом она имеет величину углеродного эквивалента Сэкв, составляющую не более 0,38%, и ультрамелкозернистую ферритно-бейнитную структуру с квазиполигональным ферритом и бейнитом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016150730A RU2681094C2 (ru) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Хладостойкая свариваемая arc-сталь повышенной прочности |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016150730A RU2681094C2 (ru) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Хладостойкая свариваемая arc-сталь повышенной прочности |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016150730A RU2016150730A (ru) | 2018-06-26 |
| RU2016150730A3 RU2016150730A3 (ru) | 2018-11-09 |
| RU2681094C2 true RU2681094C2 (ru) | 2019-03-04 |
Family
ID=62713157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016150730A RU2681094C2 (ru) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Хладостойкая свариваемая arc-сталь повышенной прочности |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2681094C2 (ru) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2205245C2 (ru) * | 1997-02-27 | 2003-05-27 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | Сталь с высоким сопротивлением на разрыв и способ ее производства |
| RU2269587C1 (ru) * | 2004-10-25 | 2006-02-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Хладостойкая сталь повышенной прочности |
| RU2355782C1 (ru) * | 2008-02-20 | 2009-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина" | Способ производства проката |
| RU2420603C1 (ru) * | 2009-09-11 | 2011-06-10 | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") | Штрипсовая сталь и изделие, выполненное из нее |
| EP1375681B1 (en) * | 2002-05-27 | 2012-09-19 | Nippon Steel Corporation | High-strength high-toughness steel , method for producing the same and method for producing high-strength high-toughness steel pipe |
| RU2478133C1 (ru) * | 2009-10-28 | 2013-03-27 | Ниппон Стил Корпорейшн | Стальной лист для производства магистральной трубы с превосходной прочностью и пластичностью и способ изготовления стального листа |
| RU2507296C1 (ru) * | 2012-09-17 | 2014-02-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Хладостойкая arc-сталь высокой прочности |
| EP3000905A1 (en) * | 2013-05-21 | 2016-03-30 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet and method for manufacturing same |
| US20160273066A1 (en) * | 2013-05-14 | 2016-09-22 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet and manufacturing method thereof |
-
2016
- 2016-12-23 RU RU2016150730A patent/RU2681094C2/ru active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2205245C2 (ru) * | 1997-02-27 | 2003-05-27 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | Сталь с высоким сопротивлением на разрыв и способ ее производства |
| EP1375681B1 (en) * | 2002-05-27 | 2012-09-19 | Nippon Steel Corporation | High-strength high-toughness steel , method for producing the same and method for producing high-strength high-toughness steel pipe |
| RU2269587C1 (ru) * | 2004-10-25 | 2006-02-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Хладостойкая сталь повышенной прочности |
| RU2355782C1 (ru) * | 2008-02-20 | 2009-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина" | Способ производства проката |
| RU2420603C1 (ru) * | 2009-09-11 | 2011-06-10 | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") | Штрипсовая сталь и изделие, выполненное из нее |
| RU2478133C1 (ru) * | 2009-10-28 | 2013-03-27 | Ниппон Стил Корпорейшн | Стальной лист для производства магистральной трубы с превосходной прочностью и пластичностью и способ изготовления стального листа |
| RU2507296C1 (ru) * | 2012-09-17 | 2014-02-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Хладостойкая arc-сталь высокой прочности |
| US20160273066A1 (en) * | 2013-05-14 | 2016-09-22 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet and manufacturing method thereof |
| EP3000905A1 (en) * | 2013-05-21 | 2016-03-30 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet and method for manufacturing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016150730A3 (ru) | 2018-11-09 |
| RU2016150730A (ru) | 2018-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5561442B1 (ja) | 鋼板およびｌｎｇタンク | |
| US11352683B2 (en) | Production of HIC-resistant pressure vessel grade plates using a low-carbon composition | |
| KR101681491B1 (ko) | 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 고강도 후강판 | |
| JPS61130462A (ja) | 降伏応力１１０ｋｇｆ／ｍｍ↑２以上の耐応力腐蝕割れ性のすぐれた高靭性超高張力鋼 | |
| AU721205B2 (en) | Steel excellent in resistance to outer surface SCC when used for pipeline | |
| RU2458174C1 (ru) | Сталь для сварных конструкций и способ ее получения | |
| JP5825224B2 (ja) | 表層のアレスト性に優れた高張力鋼板およびその製造方法 | |
| BRPI1014830B1 (pt) | Aço para estrutura soldada | |
| JPH0453929B2 (ru) | ||
| BRPI0607524B1 (pt) | aço e método de sua produção | |
| RU2731223C1 (ru) | Высокопрочная свариваемая хладостойкая сталь и изделие, выполненное из нее | |
| RU2432403C1 (ru) | Способ производства хладостойкого листового проката | |
| RU2681094C2 (ru) | Хладостойкая свариваемая arc-сталь повышенной прочности | |
| KR20180075659A (ko) | 강 부재 및 강판, 및 이들의 제조 방법 | |
| KR20150002884A (ko) | 취성 균열 전파 정지 특성이 우수한 구조용 고강도 후강판 및 그 제조 방법 | |
| RU2735605C1 (ru) | Высокопрочная толстолистовая сталь для магистральных труб, стойких к воздействию высокосернистого нефтяного газа, и способ ее изготовления, и высокопрочная стальная труба, использующая высокопрочную толстолистовую сталь для магистральных труб, стойких к воздействию высокосернистого нефтяного газа | |
| KR101687687B1 (ko) | 판두께 방향의 내피로 특성이 우수한 후강판 및 그의 제조 방법, 그 후강판을 이용한 필렛 용접 조인트 | |
| RU2269587C1 (ru) | Хладостойкая сталь повышенной прочности | |
| JP2016074943A (ja) | 厚鋼板 | |
| CN103459640A (zh) | 板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板及其制造方法和使用该厚钢板的角焊接头 | |
| RU2452787C2 (ru) | Хладостойкая свариваемая сталь для конструкций, работающих в экстремальных условиях | |
| JP3085253B2 (ja) | 湿潤硫化水素環境で疲労亀裂進展特性に優れる原油タンカー用鋼板の製造方法 | |
| RU2507296C1 (ru) | Хладостойкая arc-сталь высокой прочности | |
| RU2653748C1 (ru) | Хладостойкая свариваемая сталь и изделие, выполненное из нее (варианты) | |
| WO2023188441A1 (ja) | 高圧水素部品用マルテンサイト系ステンレス鋼、これを用いた高圧水素部品及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210722 |