Склад сталі для зварних конструкцій

Склад сталі для зварних конструкцій, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, церій, алюміній, кальцій, мідь та залізо, який відрізняється тим, що додатково містить сірку та фосфор, при цьому сумарний вміст сірки та фосфору не перевищує 0,030 мас. %, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,10-0,15 кремній 0,30-0,80 марганець 0,46-2,40 хром 0,10-2,30 церій 0,003-0,08 алюміній 0,04-0,08 кальцій 0,003-0,08 мідь 0,3-0,6 сірка 0,003-0,010 фосфор 0,010-0,020 залізо решта. (19) UA (11) (21) a200802539 (22) 27.02.2008 (24) 25.03.2010 (46) 25.03.2010, Бюл.№ 6, 2010 р. (72) КИР'ЯН ВАЛЕРІЙ ІВАНОВИЧ, ЮРЧИШИН ОЛЕКСАНДР ВИТАЛІЙОВИЧ, МІРЯНІН ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, ШАНДРА ВАЛЕРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, АБРАМОВСЬКИЙ РОМАН РОМАНОВИЧ, СНІСАРЕНКО ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧ, ЮРЧИШИН ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ПЛАТОНОВ АЛЄКСАНДР СЄРГЄЄВІЧ, RU, ГРЄБЄНЧУК ВІКТОР ГЄОРГІЄВІЧ, RU, ГІЄЛ МААРТЕН, NL (73) КИР'ЯН ВАЛЕРІЙ ІВАНОВИЧ, ЮРЧИШИН ОЛЕКСАНДР ВИТАЛІЙОВИЧ, МІРЯНІН ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, ШАНДРА ВАЛЕРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, АБРАМОВСЬКИЙ РОМАН РОМАНОВИЧ, СНІСАРЕНКО ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧ, ЮРЧИШИН ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ПЛАТОНОВ АЛЄКСАНДР СЄРГЄЄВІЧ, RU, ГРЄБЄНЧУК ВІКТОР ГЄОРГІЄВІЧ, RU, ГІЄЛ МААРТЕН, NL (56) UA, 18961, U, 15.11.2006 RU, 2303645, C2, 27.07.2007 C2 2 90008 1 3 фор, залізо решта, при наступному співвідношенні компонентів (мас.частка %): вуглець 0,05-0,12 кремній 0,17-0,60 марганець 0,46-2,40 хром 0,10-2,30 церій 0,003-0,08 алюміній 0,04-0,08 кальцій 0,003-0,08 мідь 0,3-0,6 залізо решта. Цей склад сталі підвищив корозійну стійкість, зносостійкість сталі в умовах агресивного середовища. Основним недоліком наведеного складу є те, що міцнісні характеристики сталі не відповідають вимогам класу сталей високої міцності. Іншими недоліками наведеного складу є також знижена: ударна в'язкість зразків Шарпі (KCV2 40 30Дж/см ), в'язкість руйнування за критерієм нелінійної механіки руйнування к, відносне звуження по товщині прокату (Z - властивості). В основу винаходу поставлена задача підвищення міцнісних характеристик сталей до класів високої міцності С390, С440, С590 із забезпеченням вимог здатності до зварювання, пластичності, гарантії суцільності і опору ламінарним (шаруватим) руйнуванням, гарантованого рівня механічних властивостей в напрямку товщини прокату. Поставлена задача досягається за рахунок того, що у відомому складі сталі для зварних конструкцій, яка містить вуглець, марганець, хром, церій, алюміній, кальцій, мідь, сірку, фосфор, залізо решта, підвищують вміст вуглецю, кремнію, а сумарний вміст сірки та фосфору не перевищує 0,030мас.%: вуглець 0,10-0,15 кремній 0,30-0,80 марганець 0,46-2,40 хром 0,10-2,30 церій 0,003-0,08 алюміній 0,04-0,08 кальцій 0,003-0,08 мідь 0,3-0,6 сірка 0,003-0,010 фосфор 0,010-0,020 залізо решта. Такий склад сталі підвищеної чистоти для зварних конструкцій забезпечує підвищення характеристик міцності до класу міцності С390, С440, С590 із забезпеченням вимог здатності до зварювання, пластичності, гарантії суцільності і опору ламінарним (шаруватим) руйнуванням, гарантований рівень механічних властивостей в напрямку товщини прокату. Було виготовлено 9 варіантів складу сталі товщиною 50мм. Хімічний склад, результати випробувань властивостей міцності, Z-властивостей 90008 4 наведено в табл.1. З таблиці 1 видно, що збільшення вмісту вуглецю і кремнію у сталі призводить до підвищення характеристик міцності, які задовольняють вимогам, що пред'являються до класів міцності С390, С440, С590. Низький вміст шкідливих домішок ( 0,005мас.% S; 0,018мас.% Р) та модифікуюча дія церію та кальцію (глобурування неметалевих включень) забезпечує високі z - властивості ( z 25%), що гарантують високий опір шаруватим руйнуванням. Результати випробувань зразків з оцінки величин ударної в'язкості сталі і зони термічного впливу зварних з'єднань наведено в табл.2. По рівню холодостійкості запропоновані склади сталей відповідають міжнародним критеріям: KCU2 2 70 39Дж/см KCV-40 25Дж/см , що забезпечує: високий опір крихкому і в'язкому руйнуванням (ударна в'язкість на зразках з гострим надрізом KCV 2 70 40Дж/см для класу міцності С390, С440, а для 2 класу С590 ударна в'язкість - KCV-20>20Дж/см ). Оцінка в'язкості руйнування сталі та зварних з'єднань на основі критерію нелінійної механіки руйнування к наведена в табл.3, згідно винаходу в порівнянні з найближчим аналогом. Приведена динаміка зміни температури переходу від квазікрихкого до в'язкого руйнування Тi, яка визначається на основі критерію нелінійної механіки руйнування к, показує, що для основного металу Ti нижче - 80°С; опір зародженню в'язкої тріщини i при температурах вище Ті дорівнює 0,43мм). Сталь для зварних конструкцій наведеного складу має високу холодостійкість і опір в'язкому руйнуванню зони термічного впливу (KCV2 70>40Дж/см ; Тi=-65°С; i=0,22мм; критичний розмір наскрізної тріщини за рівнем номінальних напружень =0,7 т досягає 102мм). Це виключаючи можливість переходу втомної тріщини в умовах експлуатаційних температур до крихкого руйнування, що важливо для відповідальних зварних конструкцій. Рівень забруднення і оцінка неметалевих включень наведені в табл. 4. Існуючий бал зерна зменшується внаслідок зниження кількості неметалевих включень (сульфідів, оксидів), що ілюструється рівнем опору крихкому руйнуванню. Запропонована сталь для зварних конструкцій забезпечує підвищення міцнісних характеристик до класу високої міцності С390, С440, С590 із забезпеченням вимог здатності до зварювання, пластичності, гарантії суцільності і опору ламінарним (шаруватим) руйнуванням, гарантованого рівня механічних властивостей в напрямку товщини прокату. 5 90008 6 Таблиця 1 Склад сталі для зварних конструкцій Склад компонентів, частка % Плавка С Si Mn Сr Аl Сu Се Са S Р 1 0,10 0,80 2,25 0,22 0,07 0,55 0,05 0,04 0,006 0,017 2 0,13 0,32 1,8 0,18 0,04 0,48 0,04 0,03 0,007 0,018 3 0,14 0,75 1,9 0,17 0,06 0,35 0,005 0,006 0,005 0,017 4 0,15 0,57 2,0 0,24 0,05 0,58 0,05 0,06 0,006 0,019 5 0,10 0,74 1,8 1,2 0,06 0,38 0,004 0,02 0,010 0,017 6 0,13 0,55 2,2 1,0 0,05 0,42 0,05 0,05 0,005 0,018 7 0,15 0,52 1,9 1,1 0,04 0,53 0,03 0,03 0,004 0,017 8 0,13 0,58 9 0,15 0,55 найближчий 0,11 0,47 аналог 1,9 2,2 1,0 1,3 0,06 0,05 0,48 0,006 0,42 0,05 0,02 0,04 0,006 0,018 0,005 0,019 2,1 0,22 0,06 0,35 0,005 0,06 0,026 0,028 Механічні властивості т, в ,% 2 2 5, % Н/мм Н/мм 530 32 74 390 365 519 31 32 30 71 552 400 388 28 29 545 29 71 425 565 27 27 410 558 27 69 440 565 26 27 422 558 28 71 400 555 26 31 385 542 26 70 580 450 432 25 28 574 26 69 465 595 25 28 458 586 610 680 18 63 620 695 17 61 26 64 370 545 18 12 310 440 Примітка: чисельник - напрямок вирізки зразків - упоперек прокату, знаменник - по товщині прокату. Таблиця 2 Склад сталі для зварних конструкцій 2 Плавка 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 KCU, Дж/см сталі при °С -20 172 168 162 155 225 213 195 88 76 125 -40 155 146 142 140 185 180 162 66 62 105 2 2 КСУ,Дж/см сталі при п/стар. °С -70 123 118 112 120 155 150 148 42 40 48 +20 148 155 146 155 175 163 168 66 88 95 -20 135 122 118 120 148 155 142 44 30 30 -40 125 115 112 100 136 144 128 25 30 16 -70 105 102 98 78 122 126 118 11 10 10 KCU, Дж/см зони термічного впливу при °С -20 -40 -70 192 184 96 185 172 88 172 168 82 170 172 80 218 188 142 212 176 136 200 188 140 80 45 12 82 53 11 115 76 56 2 KCV Дж/см зони термічного впливу при °С -20 -40 -70 120 116 110 118 112 98 112 105 92 112 106 80 174 126 65 166 142 66 160 132 48 32 25 12 30 25 10 35 18 10 Таблиця 3 Місце випробування Основний метал (вихідний) Основний метал (після деформаційного старіння) Зона термічного впливу Новий склад Ті °С і мм 0,43 -80 -64 0,22 -65 0,22 Прототип Ті °С -40 -26 -30 і мм 0,21 0,12 0,10 7 90008 8 Таблиця 4 Забрудненість металу в балах Сульфіди не більше, при оцінці За середнім балом 2,0 За максимальним балом 2,5 За середнім балом 1,0 За максимальним балом 1,0 За середнім балом 4,5 За максимальним балом 5,0 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Оксиди 0.С 0.Т 1,5 1,0 3,0 1,0 1,7 1,0 2,0 1,0 4,5 3,5 5,0 4,5 Силікати Сх Сн 2,5 3,0 3,0 3,0 1,8 2,0 3,0 2,0 4,5 5,0 5,0 5,0 Підписне Об'ємна доля, % оксидів сульфідів 0,011 0,016 0,006 0,008 0,024 0,076 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601