×
10.07.2020
220.018.30f4

Результат интеллектуальной деятельности: Листовой прокат, изготовленный из высокопрочной стали

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к листовому прокату толщиной до 50 мм из высокопрочной стали для судостроения, краностроения, транспортного и тяжелого машиностроения. Сталь содержит элементы при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,08-0,10, кремний 0,15-0,35, марганец 1,20-1,35, хром 0,80-1,00, никель 1,85-2,00, медь 0,40-0,50, молибден 0,25-0,35, ванадий 0,07-0,09, алюминий 0,018-0,05, кальций 0,0001-0,005, барий 0,0001-0,005, сера не более 0,005, фосфор не более 0,010, азот не более 0,007, олово не более 0,010, висмут не более 0,010, железо остальное, при этом величина углеродного эквивалента СЕТ, рассчитываемая по выражению СЕТ=С+(Mn+Мо)/10+(Cu+Cr)/20+Ni/40, составляет не более 0,40%. После закалки доля реечного мартенсита в середине по толщине проката составляет не менее 25%, а разница Δ между долей реечного мартенсита на поверхности и в середине по толщине проката составляет не более Δ=0,043t-1,46t+23, где t - толщина листового проката, мм. Обеспечивается получение проката с требуемыми механическими свойствами, а именно гарантированным пределом текучести 960 МПа, величиной относительного удлинения не менее 10%, величиной относительного сужения в направлении толщины не менее 35%, средним значением работы удара при температуре испытаний -20 и -40°С не менее 46 Дж. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству листового проката из высокопрочной стали для судостроения, краностроения, транспортного и тяжелого машиностроения и других отраслей промышленности. Изготовление листового проката в толщинах до 50 мм по технологии термомеханической обработки с прямой закалкой (ускоренным охлаждением с прокатного нагрева) с последующим отпуском или без него.

В НД № 2-020101-104 Правила классификации и постройки морских судов // Российский морской регистр судоходства. – Санкт-Петербург, 2018 г. [1] установлены требования к сталям с нормируемым пределом текучести 890 и 960 МПа (РСА890, PCD890, РСЕ890, РСА960, PCD960, РСЕ960). Помимо высокой прочности, стали должны обладать высокой пластичностью, в том числе при испытаниях на растяжение в направлении толщины проката (что характеризует сопротивляемость слоистым разрушениям), высокой работой удара при низких температурах. Стали, в полной мере удовлетворяющие данным требованиям, к настоящему моменту отсутствуют. Применение стали с высокими прочностными характеристиками позволяет существенно сократить металлоемкость сложных сварных конструкций, при этом их надежная эксплуатация обеспечивается стабильными вязко-пластическими свойствами, в том числе при низких температурах.

Известна сталь (патент РФ № 2243288) [2] следующего химического состава, масс., %:

углерод 0,12-0,20
марганец 1,0-1,8
кремний 0,4-0,7
хром 0,4-0,8
алюминий 0,02-0,05
ванадий 0,04-0,08
азот не более 0,015
медь 0,1-0,4
никель не более 2,5
кальций 0,002-0,050
ниобий не более 0,06
титан не более 0,03
бор 0,001-0,005
фосфор не более 0,020
сера не более 0,015
железо остальное.

Сталь [2] обеспечивает в листовом прокате предел текучести не менее 1100 МПа, высокую пластичность и ударную вязкость при температуре испытаний -40°С на уровне не менее 52 Дж/см2. Однако недостатком стали является обеспечение указанных характеристик в прокате толщиной только до 25 мм.

Также известна высокопрочная сталь (патент РФ № 2258762) [3] следующего химического состава, масс., %:

углерод 0,02-0,10
кремний не более 0,6
марганец 1,5-2,5
фосфор не более 0,015
сера не более 0,003
никель 0,01-2,0
молибден 0,1-0,6
ниобий менее 0,010
титан не более 0,030
бор 0,0003-0,0030
алюминий не более 0,070
азот не более 0,0060
ванадий 0,0010-0,10
медь 0,01-1,00
хром 0,01-1,00
кальций 0,0001-0,01
редкоземельный металл (РЗМ) 0,0001-0,02
магний 0,0001-0,006
железо остальное.

Данная сталь [3] обеспечивает высокие значения предела текучести - не менее 800 МПа в листовом прокате толщиной 10-20 мм.

В качестве прототипа выбрана высокопрочная свариваемая сталь (патент РФ № 2397269) [4], содержащая следующие компоненты, масс. %:

углерод 0,08-0,10
кремний 0,20-0,40
марганец 0,20-0,40
хром 0,60-1,00
никель 3,00-3,90
медь 0,8-1,30
молибден 0,40-0,60
ниобий 0,02-0,05
сера 0,001-0,005
фосфор 0,005-0,012
железо остальное.

Сталь [4] обладает высокой вязкостью до температуры -60°С (работа удара не менее 125 Дж) и пределом текучести не ниже 780 МПа в прокате толщиной 70 мм, однако не гарантирует требуемый уровень прочностных характеристик, предъявляемый к сталям категорий прочности 890-960 МПа.

Техническим результатом изобретения является разработка листового проката из высокопрочной стали толщиной до 50 мм из нее, который обеспечивает гарантированный предел текучести 960 МПа, величину относительного удлинения не менее 10%, величину относительного сужения в направлении толщины не менее 35%, средние значения работы удара при температуре испытаний -20 и -40°С - не менее 46 Дж.

При этом в листовом прокате толщиной до 50 мм разница Δ между долей реечного мартенсита на поверхности и в середине по толщине проката после закалки (ускоренного охлаждения) составляет не более Δ=0,043t2-1,46t+23, где t - толщина листового проката (в миллиметрах); доля реечного мартенсита в середине по толщине проката должна составлять не менее 25%. Подобный структурный критерий необходим для обеспечения изотропности структуры по толщине, что, в свою очередь, гарантирует требуемую работу удара при низких температурах как на поверхности проката, так и в середине по толщине (для листов толщиной более 40 мм).

Технический результат достигается тем, что листовой прокат изготовлен из высокопрочной стали, содержащей углерод, кремний, хром, никель, медь, молибден, серу, фосфор, марганец, ванадий, азот, алюминий, кальций, олово, висмут, барий и железо при следующем соотношении элементов, масс. %:

углерод 0,08-0,10
кремний 0,15-0,35
марганец 1,20-1,35
хром 0,80-1,00
никель 1,85-2,00
медь 0,40-0,50
молибден 0,25-0,35
ванадий 0,07-0,09
алюминий 0,018-0,05
кальций 0,0001-0,005
барий 0,0001-0,005
сера не более 0,005,
фосфор не более 0,010,
азот не более 0,007,
олово не более 0,010,
висмут не более 0,010,
железо остальное,

и имеющей величину углеродного эквивалента СЕТ, рассчитываемого по формуле СЕТ=С+(Mn+Мо)/10+(Cu+Cr)/20+Ni/40, не превышающую 0,40%.

Технический результат достигается за счет баланса легирующих и микролегирующих элементов, оказывающих влияние на формирование структуры в процессе горячей пластической деформации и фазового превращения при охлаждении.

Содержание углерода в выбранных пределах 0,08-0,10% достаточно для обеспечения требуемого уровня предела текучести и временного сопротивления. Превышение верхней границы содержания углерода негативно сказывается на свариваемости стали, а также приводит к понижению работы удара при низких температурах испытаний.

Кремний в количестве 0,15-0,35% благоприятно воздействует на прочность и вязкость за счет твердорастворного упрочнения. Также кремний при закалке снижает критическую скорость охлаждения, повышает отпускоустойчивость и подавляет образование цементита. Содержание кремния менее 0,15% нецелесообразно из-за необходимости его применения в качестве раскислителя. Содержание кремния более 0,35% ухудшает ударную вязкость и негативно влияет на свариваемость.

Марганец в выбранном диапазоне 1,20-1,35% позволяет достичь высоких прочностных характеристик стали, а также уменьшает критическую скорость охлаждения и способствует образованию закалочных структур в улучшаемых сталях. При увеличении содержания марганца свыше 1,35% возможно понижение значений работы удара при отрицательных температурах, повышается вероятность растрескивания и коробления листового проката при закалке (ускоренном охлаждении). Содержание марганца менее 1,2% недостаточно для обеспечения необходимого соотношения доли реечного мартенсита к доле других продуктов низкотемпературного превращения, а, следовательно, уровня прочности стали.

Хром, благодаря его карбидообразующей способности и вкладу в дисперсионное твердение при отпуске, относят к элементам, повышающим прочность. В сочетании с марганцем и молибденом хром повышает прокаливаемость стали. Содержание хрома в количестве более 1% отрицательно влияет на работу удара при низких температурах. При содержании хрома менее 0,8% не обеспечивается требуемый уровень прочности.

Никель и медь одновременно повышают вязкость и прочность стали за счет твердорастворного упрочнения, однако вместе с тем введение никеля существенно повышает стоимость стали. Содержание никеля в пределах 1,85-2,00% и меди в пределах 0,40-0,50% оптимально для обеспечения высокой хладостойкости и необходимого уровня прочности, достигаемых благодаря образованию реечного бейнита и мартенсита в процессе γ→α превращения при закалке (ускоренном охлаждении).

Содержание никеля менее 1,85% и меди менее 0,40% не позволяет обеспечить требуемую долю реечного мартенсита в структуре, что одновременно сказывается как на прочностных, так и на вязко-пластических характеристиках. Превышение верхнего предела содержания данных химических элементов (в сочетании с выбранным содержанием марганца) приводит к снижению температуры мартенситного превращения и, как следствие, к появлению пластинчатого (двойникового) мартенсита в стали, что резко ухудшает пластичность и вязкость.

Молибден в улучшаемых сталях увеличивает закаливаемость и прокаливаемость, а также ослабляет склонность стали к отпускной хрупкости. Содержание молибдена более 0,35% неблагоприятно влияет на ударную вязкость вследствие образования карбидов легированного цементита при отпуске, что повышает температуру их сфероидизации. Содержание молибдена менее 0,25% не обеспечивает требуемого уровня прочности и вязкости листового проката толщиной до 50 мм.

Ванадий вносит вклад в упрочнение стали при отпуске за счет образования дисперсных карбидов и карбонитридов ванадия. Кроме того, использование ванадия вместо ниобия или титана понижает температуру рекристаллизации, что при прокатке позволяет проводить термодеформационную обработку в более широком температурном интервале, способствует протеканию статической рекристаллизации аустенита для измельчения зерна при более низких температурах и обусловливает достаточную прокаливаемость стали по всей толщине. Введение в сталь ванадия более 0,09% неблагоприятно сказывается на распределении карбидных выделений при сварке, что понижает вязкость зоны термического влияния. Использование ванадия менее 0,07% не обеспечивает требуемого уровня прочности стали после отпуска и приводит к росту зерна аустенита при технологических нагревах.

Ограничение доли серы и фосфора в указанных пределах обеспечивает повышение изотропности стали (особенно в направлении толщины) и увеличение стойкости к слоистым разрушениям, а также препятствует появлению отпускной хрупкости при отпуске.

Содержание азота более 0,007% уменьшает работу удара стали и приводит к проявлению склонности к деформационному старению.

Алюминий в указанных пределах обеспечивает качественное раскисление стали.

Добавки бария и кальция в количестве от 0,0001 до 0,005% каждого способствуют повышению пластичности и ударной вязкости за счет замедления выделения избыточных фаз по границам зерен, а также глобуляризации неметаллических включений, в том числе сульфидных, и их равномерному распределению. Это предотвращает склонность к слоистому разрушению в сварных конструкциях. Содержание бария и кальция в количестве более 0,005% каждого приводит к формированию грубых включений, которые ухудшают вязко-пластические свойства стали.

Олово и висмут при содержании не более 0,010% каждого не приводят к деградации вязко-пластических характеристик, способствуют повышению прочности матрицы за счет твердорастворного упрочнения.

Ограничение величины углеродного эквивалента СЕТ (не более 0,40%) обеспечивает хорошую свариваемость стали и снижает риск образования холодных трещин в сварных соединениях.

Испытания листового проката толщиной до 50 мм показали, что выбранный химический состав стали, изготовленной по технологии с внепечной обработкой и вакуумированием, обеспечивает достижение высокой прочности, пластичности, вязкости и изотропности свойств.

Пример. Сталь изготавливали в условиях конвертерного производства с применением установки десульфурации чугуна, установки «Печь-ковш», установки вакуумирования стали и установки непрерывной разливки стали в слябы толщиной 315 мм.

Стали 4 и 5 выплавлены с отклонениями в содержании химических элементов от вышеуказанных. Прокатку осуществляли на толщину 16, 35 и 50 мм с последующим охлаждением потоками воды в установке контролируемого охлаждения (до заданной или комнатной температуры) или в баке, после чего осуществляли отпуска по различным режимам (при температурах на 100-200°С ниже Ac1) для получения гарантированного предела текучести 890 и 960 МПа.

Испытания на растяжение проводили по ГОСТ 1497 на образцах, вырезанных поперек направления прокатки (тип III №6 при толщине проката 16 мм и тип III №3 при толщине проката свыше 25 мм). Испытания на ударный изгиб проводили по ГОСТ 9454 на образцах с V-образным надрезом, вырезанных поперек направления прокатки с поверхности проката. Испытания на растяжение в направлении толщины проводили по ГОСТ 28870.

Помимо механических испытаний проводили исследования микроструктуры шлифов из листовых прокатов, закаленных с прокатного нагрева (до отпуска), методом дифракции обратно отраженных электронов (EBSD). Определяли долю реечного мартенсита не менее чем в трех точках по толщине проката (поверхность, четверть, середина по толщине).

Химический состав сталей 1-5 приведен в таблице 1.

Результаты испытаний и исследований микроструктуры опытного листового проката приведены в таблице 2.

Стали 1, 2, 3 в виде листового проката в толщинах 16-50 мм обладают высокими прочностными и вязко-пластическими свойствами как в состоянии после закалки с прокатного нагрева, так и после отпуска, что достигается за счет создания необходимой структуры по толщине проката, обеспечиваемой, в свою очередь, корректным сочетанием легирующих и микролегирующих элементов. Для всех прокатов, изготовленных из сталей 1-3, разница Δ между долей реечного мартенсита на поверхности и в середине по толщине проката после закалки с прокатного нагрева (ускоренного охлаждения) составляет не более 11% для листов толщиной 16 мм, не более 25% для листов толщиной 35 мм и не более 58% для листов толщиной 50 мм, что соответствует критерию Δ=0,043t2-1,46t+23, где t - толщина листового проката (в мм). При этом доля реечного мартенсита в середине по толщине проката во всех случаях составляет не менее 25%.

Результаты испытаний показывают, что предлагаемая сталь обеспечивает более высокий уровень прочности, чем известная, при обеспечении удовлетворительных пластичности и работы удара при пониженных температурах.

Сталь 4 с более низким содержанием некоторых компонентов не обеспечивает предел текучести на уровне 890 и 960 МПа.

Сталь 5, содержащая повышенное количество марганца и хрома, обладает высокими прочностными характеристиками, однако работа удара при температуре -40°С составляет менее 46 Дж, а пластичность - не более 10,6%, что связано с избыточной искаженностью ОЦК-решетки вследствие повышенного содержания марганца в твердом растворе и отрицательного влияния большого количества карбидов хрома после отпуска.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 121-130 of 154 items.
20.12.2019
№219.017.ef5e

Способ подготовки к работе воздушной фурмы доменной печи

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при подготовке к работе воздушной фурмы доменной печи. Компенсационный теплоизоляционный материал наносят на сварные швы внутреннего стакана со стороны дутьевого канала и на наружную поверхность теплоизолирующей вставки и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709178
Дата охранного документа: 16.12.2019
20.12.2019
№219.017.efb4

Способ доменной плавки цинкосодержащей шихты

Заявлен способ доменной плавки цинксодержащей шихты. Осуществляют загрузку шихты, ее проплавку в доменной печи и выдачу продуктов плавки, контроль содержания оксидов цинка в шихтовых материалах, колошниковом газе и продуктах плавки. При загрузке и проплавке шихты с содержанием оксида цинка в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709179
Дата охранного документа: 16.12.2019
22.12.2019
№219.017.f0a6

Способ получения функционального покрытия на основе алюминий-углеродных нановолокон

Изобретение относится к способу получения композиционного материала для изготовления функциональных покрытий из сплава алюминия и углеродного нановолокна и может быть использовано в авиационной, космической, судостроительной и других областях промышленности. Способ получения композиционного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709688
Дата охранного документа: 19.12.2019
27.12.2019
№219.017.f3f8

Сплав на основе титана

Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановым α сплавам, предназначенным для использования в качестве конструкционного высокотехнологичного теплопроводного материала для энергетических силовых и теплообменных установок, авиационной и космической техники, длительно работающих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710407
Дата охранного документа: 26.12.2019
09.02.2020
№220.018.0124

Способ получения беспористого композиционного покрытия

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении с целью повышения функциональных характеристик механизмов, работающих в агрессивных средах, а также в изделиях нефтеперерабатывающей промышленности. Способ включает микродуговое оксидирование (МДО)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713763
Дата охранного документа: 07.02.2020
09.02.2020
№220.018.0153

Порошковая проволока для механизированной и лазерно-дуговой сварки низколегированных высокопрочных сталей

Изобретение может быть использовано для механизированной сварки в среде защитных газов и лазерно-дуговой сварки конструкций из низколегированных высокопрочных сталей с пределом текучести до 690 МПа. Порошковая проволока содержит, мас. %: шлаковая основа 8,63-8,65; ферросилиций 0,45-0,65;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713767
Дата охранного документа: 07.02.2020
09.02.2020
№220.018.015a

Агломерированный флюс 48аф-71

Изобретение может быть использовано для автоматической сварки на переменном токе под флюсом теплоустойчивых сталей перлитного класса, применяемых в атомном энергетическом машиностроении. Агломерированный флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: обожженный магнезит 24,4-27,6;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713769
Дата охранного документа: 07.02.2020
14.03.2020
№220.018.0bc5

Способ выплавки стали в конвертере

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к процессам выплавки стали в конвертере. Осуществляют подачу в конвертер металлошихты в виде жидкого чугуна и металлолома, шлакообразующих материалов, агломерата, продувку расплава кислородом сверху через фурму, изменение по ходу продувки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716554
Дата охранного документа: 12.03.2020
14.03.2020
№220.018.0bd5

Способ переработки пиритных огарков

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано для получения чистых соединений железа, концентратов цветных и благородных металлов из пиритных огарков, являющихся отходами сернокислотного производства. Пиритные огарки перерабатывают путем солянокислотного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716440
Дата охранного документа: 12.03.2020
29.04.2020
№220.018.1a5c

Способ разделения побочных продуктов и отходов металлургической промышленности и устройство для его осуществления

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для очистки загрязненных механическими примесями масел, для разделения на воду, масло и окалину шламов или сгущенной пульпы металлургических и металлообрабатывающих заводов. Способ включает отстаивание без...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720193
Дата охранного документа: 27.04.2020
Showing 51-59 of 59 items.
20.02.2020
№220.018.03e8

Способ производства толстолистового проката с повышенной хладостойкостью для изготовления электросварных труб и сварных конструкций

Изобретение относится к области производства на реверсивном толстолистовом стане листового проката, преимущественно толщиной до 40 мм, с повышенной хладостойкостью для изготовления электросварных труб и сварных конструкций. Способ включает нагрев заготовки выше температуры Ас, дробную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002714566
Дата охранного документа: 18.02.2020
27.05.2020
№220.018.20e9

Проволока сварочная из титановых сплавов

Изобретение может быть использовано в производстве присадочных материалов для дуговой сварки в среде инертных газов высокопрочных (α+β) и псевдо-β-титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного высокопрочного высокотехнологичного материала. Сварочная проволока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721976
Дата охранного документа: 25.05.2020
27.05.2020
№220.018.20fd

Проволока сварочная из титановых сплавов

Изобретение может быть использовано в производстве присадочных материалов для дуговой сварки в среде инертных газов высокопрочных (α+β) и псевдо-β-титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного высокопрочного высокотехнологичного материала для изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721977
Дата охранного документа: 25.05.2020
21.04.2023
№223.018.4fa4

Способ производства прямошовных труб большого диаметра из низколегированной стали

Изобретение относится к области производства стальных труб большого диаметра для магистральных трубопроводов. Способ производства прямошовных труб большого диаметра из низколегированной стали включает фрезеровку продольных кромок, их подгибку, формовку штрипсового проката в трубную заготовку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002792989
Дата охранного документа: 28.03.2023
14.05.2023
№223.018.54dc

Способ производства горячекатаных листов из низколегированной стали для изготовления ответственных металлоконструкций

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления толстых листов для металлоконструкций ответственного назначения, применяемых в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, тяжелом машиностроении, в том числе для конструкций, работающих при высоких (до 250°C)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002737690
Дата охранного документа: 02.12.2020
15.05.2023
№223.018.5afe

Способ производства толстых листов из низколегированных малоуглеродистых сталей на реверсивном стане

Изобретение относится к производству толстых листов из низколегированных малоуглеродистых сталей на реверсивном стане. Осуществляют прокатку промежуточных заготовок из непрерывнолитой заготовки, их резку в меру и обработку лицевой поверхности, сборку нарезанных промежуточных заготовок в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002765972
Дата охранного документа: 07.02.2022
15.05.2023
№223.018.5aff

Способ производства толстых листов из низколегированных малоуглеродистых сталей на реверсивном стане

Изобретение относится к производству толстых листов из низколегированных малоуглеродистых сталей на реверсивном стане. Осуществляют прокатку промежуточных заготовок из непрерывнолитой заготовки, их резку в меру и обработку лицевой поверхности, сборку нарезанных промежуточных заготовок в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002765972
Дата охранного документа: 07.02.2022
06.06.2023
№223.018.78f5

Способ электронно-лучевой сварки высокопрочных титановых сплавов для изготовления крупногабаритных конструкций

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки высокопрочных псевдо-β-титановых сплавов и может быть использовано для изготовления крупногабаритных конструкций судостроительной, авиационной и космической техники, а также энергетических установок. Способ включает: наплавку на кромки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002750229
Дата охранного документа: 24.06.2021
16.06.2023
№223.018.7a60

Высокопрочная свариваемая хладостойкая сталь и изделие, выполненное из нее

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству листового проката в толщинах до 50 мм из высокопрочной свариваемой хладостойкой стали для изготовления тяжелонагруженной техники, подъемно-транспортного оборудования и ледостойких морских платформ, эксплуатирующихся в условиях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002731223
Дата охранного документа: 31.08.2020
+ добавить свой РИД