SE442024B - Stal - Google Patents

Description

8|Ût,5E;5J1"0 2 de konstruktioner exempelvis hus eller tankar till kärnreaktorer och som i viktprocent innehåller: 0,13~O,18 1 kol 0,17-0,37 % kisel 0,3-0,6 % mangan 1,7-2,ü 1 krom 1-1,5 % nickel 0,5-0,7 Z molybden 0,05-0,12 Z vanadin o,o1-o,o35 % aluminium 0,005-0,12 % kväve 0,11~0,2 1 koppar 0,0035-0,0055 % arsenik, medan järn utgör resten.

Stålet kan dessutom i form av föroreningar innehålla högst 0,02 viktprocent fosfor och högst 0,02 viktprocent svavel.

Detta stål uppvisar de egenskaper, som uppfyller de krav, som ställes vid framställning av svetsade hus till kärnreaktorer med en effekt av upp till 1 miljon kw. Detta kända stål uppvisar emellertid en otillräckligt hög hållfasthet för att kunna fram- ställa hus för kärnreaktorer med en effekt överstigande 1 miljon kW vid tvärsnittsdimensioner av minst 500 mm. Denna nackdel kan elimineras genom ökning av halten legeringsgrundämnen i och för att öka stålets s.k. bainitvärmehärdighet, vilket emellertid vä- sentligt ökar stålets benägenhet att bli sprött vid termiska på- känningar, dvs. vid fördröjd kylning efter anlöpning vid hög tem- peratur och under långa hålltider för stålet vid höga temperaturer.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett sådant stål, som uppvisar fullständig bainitvärmehärdig- het och höga hållfasthets- och tänjbarhetsegenskaper vid tvär- snittsdimensioner av 500-700 mm hos delar med stora dimensioner av svetsade hus hos kärnreaktorer med en effekt av upp till 2 mil- joner kw, vilket stål bibehåller sin beständighet mot att bli sprött vid termiska inverkningar.

Detta uppnås enligt uppfinningen medelst ett stål, som innehåller kol, kisel, mangan, krom, nickel, molybden, vanadin, kväve, alumi- nium, koppar, arsenik, fosfor, järn, varvid stålet, enligt uppfin- ningen ytterligare innehåller antimon och tenn, medan samtliga be- 8005551-0 ståndsdelar förekommer i stålet i följande halter i viktprocent: 0,13-0,18 % kol 0,17-0,37 5 kisel 0,3-0,6 1 mangan 1,7-2,5 X krom 2,1-2,5 Z nickel 0,5-0,7 1 molybden 0,05-0,12 % vanadin 0,005-0,012 % kväve 0,01-0,035 % aluminium 0,11-0,2 Z koppar 0,003-0,008 % arsenik 0,003-0,012 % fosfor 0,001-0,005 % antimon 0,001-0,0U % tenn, medan järn utgör resten, varvid den sam- manlagda halten antimon, tenn och fosfor bestämmes av sam- bandet. V Sn + 2 Sb + BP < 0,039 viktprocent.

Samtliga grundämnen och deras angivna halter bidrar till att stå- let får de önskade egenskaperna. Valet av den övre gränsen av 0,18 viktprocent för kolhalten beror på att en fortsatt ökning av kolhalten i stålet försämrar stålets tekniska egenskaper, b1.a. svetsbarhet och befrämjar kall- och varmsprickbildning. Om kol- halten blir högre än 0,18 viktprocent, kan stålets seghetsegenska- per försämras och dess kritiska sprödhetstemperatur ökas.

Om kolhalten är lägre än 0,13 viktprocent, får stålet inte de förutbestämda hållfasthetsegenskaperna, speciellt när alstret har avsevärd tvärsnittsyta, vilket beror på att kol är ett grundämne, som ökar den fasta lösníngens hållfasthet och bidrar till karbid- fasbildning.

Om kiselhalten är lägre än 0,17 viktprocent, desoxideras stålet inte godtagbart, varigenom ett göt med otät struktur erhålles. Då kiselhalten är högre än 0,37 viktprocent, minskas stålets seghet samtidigt som stålet blir mer benäget att bli sprött vid anlöpning.

Om manganhalten är lägre än 0,3 viktprocent, desoxideras stålet inte till fullo, samtidigt som det får hög svavelhalt, eftersom mangan befrämjar rening av det smälta stålet genom att det förenas 8005551-0 med svavel. Mangansulfidbildning bidrar till att minska stålets benägenhet för varmspríckbildning vid svetsning. Om manganhalten är högre än 0,6 viktprocent och kromhalten är 1,7-2,5 viktprocent, blir stålet sprött, varjämte stålet får låg tänjbarhet och blir benäget för försprödning vid anlöpning.

Om kromhalten är lägre än'L7 víktprocent, får stålet inte s.k. genomgående bainitvärmehärdighet vid tjocklekar av 500-700 mm. När kromhalten blir högre än 2,5 viktprocent, försämras stålets tek- niska egenskaper (bearbetbarhet) samtidigt som stålets seghet kan minskas genom bildande av s.k. speciella karbider.

Minimihalten nickel av 2,1 viktprocent bidrar till att stålet får genomgående värmehärdighet vid stora tvärsnittsytor och de önskade hållfasthets- och seghetsegenskaperna. Om nickelhalten är högre än 2,5 viktprocent, kan stålet få s.k. reversibel anlöpningsspröd- het, vilket försämrar stålets svetsbarhet.

Den undre gränsen av 0,05 viktprocent för vanadinhalten i stålet bidrar till att stålet desoxideras och avgasas godtagbart samt får fin primär- och sekundärstruktur, varjämte stålet blir mer beständígt mot att stålets hållfasthet sjunker vid anlöpning. Va- nadinkarbidbildning bidrar till att minska stålets benägenhet för korntillväxt vid höga temperaturer. Då vanadinhalten är högre än 0,12 viktprocent, ökar sannolikheten för sprickbildning vid uppre- pad värmning efter svetsning.

Om molybdenhalten är lägre än 0,5 viktprocent, kan stålet få re- versibel anlöpningssprödhet samtidigt som det kan bli mindre be- ständigt mot att stålets hållfasthet sjunker vid anlöpning. Om molybdenhalten överstiger 0,7 viktprocent, försämras stålets seg- hetsegenskaper och svetsbarhet. I Om kvävehalten är lägre än 0,005 viktprocent, får stålet finkornig struktur eftersom kväve genom att bindas vid aluminium bildar alu- miniumnitrider, vilka förhindrar att kornen tillväxer. Då kväve- halten är högre än 0,012 viktprocent, kan stålet och på alster av detta stål framställda svetsar vara benägna att åldras genom de- formation och termisk inverkan: Om aluminiumhalten blir lägre än 0,01 viktprocent, desoxíderas 8005551-0 stålet inte till fullo. Ej heller bindes kväve i detta fall till aluminiumnitrider fullständigt. När aluminiumhalten är högre än 0,035 viktprocent, kan stålet förorenas av aluminiumoxider, vilket ogynnsamt inverkar på stålets seghet och tänjbarhet. I De undre gränserna för koppar-, arsenik- och fosforhalten bestäm- mes av de processtekniska möjligheterna vid ståltillverkning, me- dan de övre gränserna för halten koppar, arsenik och fosfor be- stämmes av att stålet måste få tillräckligt hög seghet.

Såsom påpekats ovan, har stålet enligt uppfinningen en högre nickel- halt (2,1-2,5 viktprocent) jämfört med det kända stålet av detta slag med en níckelhalt av 1-1,5 viktprocent. Den höga nickelhalten bidrar till att öka stålets värmehärdighet och hållfasthetsegenska- per vid tjocklekar av 500-700 mm samt att öka dess slagseghet och minska stålets benägenhet för sprödbrott. Det enligt föreliggande uppfinning föreslagna stålet innehåller ytterligare 0,001-0,005 viktprocent antimon och 0,001-0,00ü viktprocent tenn, varvid den sammanlagda halten antimon, tenn och fosfor bestämmes av sambandet Sn + 2 Sb + BP ¿ 0,039 viktprocent, vilket - bortsett från före- komsten av nämnda mängd nickel, som ökar stålets värmehärdighet men ogynnsamt inverkar på stålets beständighet mot att bli sprött vid termisk inverkan - gör det möjligt att bibehålla stålets höga beständighet mot att bli sprött vid anlöpning och långvariga ter- miska inverkningar under drift genom minskning av den genom seg- ring av s.k. gorofila grundämnen förorsakade försvagningsgraden i sammanbindningskraften mellan enskilda korn. Om halten antimon, tenn och fosfor blir högre än de övre, genom nämnda samband bestäm- da gränserna, kan korngränserna i stålet väsentligt försvagas ge- nom jämviktssegring vid termisk inverkan, vilket kan öka stålets benägenhet att försprödas. De faktorer, som står vid Sn, Sb och P i sambandet ovan, återspeglar graden för inverkan av dessa grund- ämnen på stålets sprödhet.

Förfarandet för framställning av stålet är, teknologiskt sett, enkelt att genomföra och genomföres på följande sätt.

Stålet framställes i basiska och sura martinugnar eller i basiska ljusbågugnar.

Som beskickningsmaterial användes fosfor-, antimon och tennfria soosss1-o 6 stålskrot, specialgjutjärn, ferrolegeringar (exempelvis ferro- krom, ferrovanadin, ferromolybden, ferrokisel) och rena metaller (mangan, nickel och aluminium). Processtekniken för ståltill- verkning i martinugnar omfattar följande processteg: ' g - man inför stålskrot, gjutjärn, kalk och järnmalm i en basisk ugn och bringar dess beskickningsmaterial att smälta, - man inför i smältan ytterligare järnmalm och kalk att genomföra kokning, - - man genomför den smälta metallens kokning, defcsforering och avsvavlíng, - bildad slagg förnyas, - den smälta metallen avtappas till en sur martinugn, - man fortsätter kokningen och värmningen av den smälta metallen, som.därefter legeras, - det så framställda stålet desoxideras.

Processtekniken för ståltillverkning i ljusbågugnar omfattar föl- jande steg: - stålskrot och elektrodavfall beskickas i en ugn och bringas att i smälta, - smältan försättes med kalk, flusspat och järnmalm, varefter man genomför den smälta metallens kokning och defosforering, ¿ - den smälta metallen uppvärmes, - man förnyar oxidationsslagg (man avlägsnar den gamla slaggen och framställer den nya av kalk och flusspat) och inför en del av le- geringsgrundämnena (Ni, Mo), - man desoxiderar stålet och slaggen medelst ferrokisel och ferro- mangan x - stålet legeras och desoxideras därefter slutligt medelst alumi- I nium.

Uppfinningen belyses närmare nedan i följande utföringsexempel.

Exempel 1 Man framställer ett stål, som i viktprocent innehåller: 0,13 1 kol 0,17 Z kisel 0,3 Z mangan 1,7 1 krom 2,1 1 nickel 0,5 Z molybden 7 8005551-0 0,05 Z vanadín 0,005 2 kväve 0,01 5 aluminium 0,11 % koppar 0,003 1 arsenik 0,012 % fosfor 0,001 % antimon 0,001 % tenn, medan järn utgör resten.

Stålet framställes i en basisk ljusbågugn. Utgångsmaterial utgö- res av armco-stål, elektrodavfall och ferrolegeringar med låg halt av föroreningsämnen.

Beskickningsmaterialet, dvs. armco-stål och elektrodavfall satsas i en ugn, bringas att smälta och uppvärmes till en temperatur av 155000. Efter avslutad smâltning tillsättes järnmalm och kalk.

Den bildade oxiderande slaggen blandas omsorgsfullt med det smälta stålet. Man avlägsnar därefter slaggen ur ugnen vid en temperatur av 1550-156000 och inmatar på nytt järnmalm, kalk, nickel och ferromolybden i ugnskaret, varefter stålets kokning genomföres tills kolhalten blir lika med 0,13 viktprocent. Oxidationsslag- gen bortföres därefter ur ugnen och man tillsätter kalk, flusspat, aluminium, ferrokisel, ferromangan, ferrokrom och ferrovanadin.

Det smälta stålet uppvärmes därefter till en temperatur av 1630- 166000 och avtappas ur ugnen. Stålet igjutes så, att man till- handahâller stora göt med ett förhållande mellan götets höjd och dess diameter lika med l,U3:1.

Exempel 2-6 I tabell 1 redovisas sammansättningar av det stål, som framställts medelst ett förfarande som liknar det som beskrives i exempel 1.

I tabell 2 anges de mekaniska egenskaperna hos det enligt förelig- gande uppfinning föreslagna stålet (exempel 1-6) och det kända stålet med en nickelhalt av 1-1,5 viktprocent efter den optimala värmebehandlingen.

Tabell 2 visar, att stålet enligt uppfinningen uppvisar högre håll- fasthet, tänjbarhet och seghet än det kända stålet med en nickel- halt av 1-1,5 viktprocent och har dessutom en lägre kritisk spröd- hetstemperatur, varvid dess beständighet mot att bli Qmfifit vflianlöp- 0005551-0 8 ning med fördröjd kylning och under långa hålltider för stålet vid höga temperaturer inte är lägre än det kända stålets, vilken be- ständighet mätes med ledning av en ökning i den kritiska spröd- hetstemperaturen.

Tabell 1 Kemisk sammansättning av stålet enligt uppfinningen, i viktprocent Exempel C Mn Si Cr Ni Mo V N 1 0,13 0,30 0,17 1,7 2,1 0,5 0,05 0,005 2 0,15 0,05 0,27 2,1 2,3 0,6 0,09 0,009 3 0,18 0,60 0,37 2,5 2,5 0,7 0,12 0.012 - 0 0,16 0,38 0,29 1,75 2,2 0,66 0,07 0,006 5 0,18 0,51 0,19 1,91 2,12 0,52 0,10 0,006 6 0,15 0,58 0,20- 2,0 2,0 0,50 0,05 0,010 Exempel Al Cu As P Sb Sn Sn+2Sb+3P 1 0,01 0,11 0,003 0,012 0,001 0,001 0,039 2 0,022 0,16 0,005 0,010 0,002 0,000 0,038 3 0,035 0,20 0,008 0,009 0,005 0,002 0,039 0 0,03 0,12 0,007 0,008 0,000 0,000 0,036 5 0,013 0,10 0,008 0,011 0,002 0,002 0,039 6 0,018 0,13 0,000 0,007 0,003 0,002 0,029 9 8005551-0 Tabell 2 Stålets mekaniska egenskaper Smidestyckets Vårmebehand- Prov- Memnfiska qgmsmqær tvärsnitts- lingsförhål- nings- Stål dimension landen tempera- --9¿à-ïï-lL- - mm tur °C kp/mm 1 2 3 11 5 6 Enligt Austenitise- uppfinningen 650 ring vid 56 66 900 C-kylning 20 Exempel 1 zooocvh 3: EE anlöpning vid §§ 6s0°c 550 Fä 57 Austenitise- 6 ring vid 59 _2 2 650 9oogc;ky1ning 20 66 70 âgâögágng vid 550 gå gå 650°C Austenitise- 6 rin vid 5 71 5 650 9oošc;ky1ning 20 E? ïš 2oo°c/h Su 65 anlöpning vid 350 650OC -5-6 E? M 600 iïššefiääise- 20 gå 2% 900 C;kylning 2oo°c H9 57 anlöpning vid 350 - - Austenitise- _ . 61 70 rin vid 20 - 5 650 šggšcskylning Eï 73 C 6 anlöpning vid 350 âg 5 65o°c 52 56 Austenitise- . . 60 72 rin vid 20 -E 6 709 900šC;kylning så 7 15o°c/n us 58 anlöpning vid 350 ÉÜ 65 650°C 8005551-0 10 1 2 3 '4 5 6 Det Ausšenitisering vi 20 flå 57 kända 650 900 C; kylning 150 C/h; 55 Éï stålet anlöpning vid 650°C 350 äš §Q - 55 Anmärkning: För stålet enligt uppfinningen anger täljaren och nämna- ren de lägsta resp. högsta egenskaperna, som bestämts med ledning av provningsresultaten för olika provkroppar av stålet med given sammansättning. För det kända stålet anger täljaren och nämnaren de lägsta resp. högsta egenskaperna som bestämts med ledning av provníngsresultaten för provkroppar med gränshalter av beståndsde- lar inom området för resp. halter i stålet av högsta kvalitet.

Tk bestämmas med ledning av 50 % av den vískösa komposanten i brot- tet. ' 8005551-0 11 n? Y' Û-V :ï-ågånâm äfirelšnšrp vatten _m<_ad vatten med eftçr- k _m löpning i löpning efterfölJaxïxde fâåljande hållnlng 1 -E-a vatten o ° hålšning v1d v1d 1|00°C under en cm 2 10 /h 350 C under en tid av 10000 h tid av 1000 h 7 8 9 10 11 12 13 _29 79 å9 :59 íâ 9 19 22 ïï 23 -39 19 0 15 1_6. 19 19 17 73 20 12 99 19 11.2. _19 9 12 21 70 20 -35 22 0 18 lå 55 lä 17 37 19 1§ 6M 16 -52 gg Q 15 19 67 ï8 ïïï 25 0 20 15 59 13 ïš 61 20 12 lå 19 '”° lå 9 19 21 75 22 ïíí 25 0 20 lä 99 lå 17 70 19 19 97. _19 _55 ä 9 ä 20 71 20 IE5 30 15 25 15 en 15 18 EB 17 17 gå 11 -35 15 0 15 50 70 20 ïïö ÉÜ ïñ 20 16 6H 15 15 EE 18 1_6. 60 _19 '_12 29 _9 J. 19 EB 15 0 50 10 22 ~_9 15 59 13

Claims (1)

1. 8005551-0 12 Patentkrav Stål bestående av kol, kisel, manàan, krom, nickel, molybden, °vanadín,-kväve, aluminium, koppar, arsenik, fosfor och järn, knä n n e t e c 3 n^a t av att det ytterligare innehåller anti- mon ocn_tenn, varvidjsamtliga öéståndsdelar ingår i följande __ halter i viktproeent: " i " o,13lo,18 1 kol 0,17-0,37 S kisel _ 0,3-0,6 1 mangan j _ .-1,7-2,5 $.krom 2,1~2,5 i nickel --0,5-0,7 à molybaen»-j 0,05-0,12 $ vanadin o,oo5-o,o12 1 kväve " f-= 0,01-0,035 5 aluminium _1' 6,11-0,2 5 koppar 0,00}f0,008'1'arSeník “" Å o,oo3-o,o12 I fosfor 0,001-0,005 Z antimon 0,001-0,00Ä 1 tenn ' resten järn, varvid den sammanlagda halten antimon, tenn i och.fosTor ges av sambandet sn + 2 sn"+ §¿r (-0,039 viknpèoeenp.