SE429978B - Stal - Google Patents

Description

itsflflsrøs-1 0,080- 0,11% kol 0,17 - 0,37% kisel 0,6 - 1,4% mangan 1,7 - 2,7% nickel 0,35 - 0,6% molybden 0,03 - 0,07% vanadin 0,02 - 0,07% aluminium 0,005 - 0,012% kväve, 7 medan järn utgör resten, varvid stålet ytterligare kan innehålla i form av föroreningsämnen, högst 0,3 viktprocent krom, högst 0,2 viktprocent koppar, högst 0,02 I viktprocent svavel och högst 0,018 viktprocent fosfor (jämför exem- pelvis det sovjetiska uppfinnarcertifikatet 554 702).

" För att säkerställa de hâllfasthetsegenskaper, som erfordras för att_kunna_framställa tryckkärl vid energialstrande kärnkraftenhe~ ter med en effekt av 1 milj. kW och däröver utsättes detta stål i re- gel för en värmebehandling, som består i att stålet härdas i vatten med efterföljande s.k. hög anlöpning. För massiva tryckkärl med sto- ra dimensioner med en väggtjocklek av 200-300 mm kan denna värmebe- handling, på grund av en snabb kylning av stålet i vatten vid härd- ningen, leda till alstrande av restspänningar, mikrosprickbildning och skevning (formförändring). Den för dylika alster optimala värme- behandlingen består därför i normalisering under luftkylning med ef- terföljande hög anlöpning. En dylik värmebehandling leder inte till sprickbildning och formförändring. Det kända stålet gör det emeller- tid möjligt att endast erhålla de önskade höga mekaniska egenskaper- na efter en sådan värmebehandling, när nickelhalten i stålet i det närmaste är lika med den övre gränsen för nickelhalten i högkvalitets- stål, eftersom stålets värmehärdighet vid en väggtjocklek av 200-300 mm vid en lägre nickelhalt inte är tillräcklig för att de önskade egenskaperna skall kunna tillhandahållas vid låga kylhastigheter, vilka är typiska för normalisering av alster med nämnda väggtjocklek 2 i luft. Nackdelen med nämnda kända stål är att en ökning av nickel- halten i dessa-stål till i det närmaste den övre gränsen för nickel- halten i högkvalitetsstål medför att de av detta stål framställda alstren får en väsentligt högre benägenhet att bli spröda vid lång- sam kylning vid ytterligare processanlöpningar (efter svetsning, vid reparation). Detta resulterar i att de kända stålen med hög nic- kelhalt vid genomförande av normalisering under hög anlöpning inte får de önskade höga mekaniska egenskaperna i kombination med bestän- 8005169-1 digheten mot att bli spröda vid processanlöpningar. Om nickelhalten i det närmaste motsvarar den undre gränsen, får stålet med hög be- ständighet mot att bli sprött otillfredsställande mekaniska egenska- per efter normalisering och hög anlöpning.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett stål, som uppvisar hög beständighet mot att bli sprött vid processanlöpningar och får goda mekaniska egenskaper efter nor- malisering under hög anlöpning av element med stora dimensioner av tryckkärl med en väggtjocklek av 200-300 mm.

Detta uppnås enligt uppfinningen medelst ett stål, som består av kol, kisel, mangan, nickel, molybden, vanadin, aluminium, kväve, fosfor och järn, varvid stålet, enligt uppfinningen, dessutom inne- håller cerium och antimon, medan samtliga grundämnen förekommer i följande halter i viktprocent: 0,08 - 0,14% kol 0,1 - 0,37% kisel 0,8 - 1,4% mangan 2,3 - 2,7% nickel 0,5 - 0,7% molybden 0,03 - 0,07% vanadin 0,02 - 0,07% aluminium o,oos - o,o12% kväve 0,003 - 0,012% fosfor 0,003 - 0,0l2% cerium 0,001 - 0,006% antimon, medan järn utgör resten, varvid den sammanlagda halten antimon och fosfor står i följande sam- band med manganhalten i stålet 0,011 .

Sb + P < šl-í-ín_o'z Samtliga beståndsdelar och nämnda haltförhållande mellan des- sa bidrar till att stålet får de önskade egenskaperna. Den valda öv- re gränsen av 0,14 viktprocent för kolhalten beror exempelvis på att en fortsatt ökning av kolhalten i Mn-Ni-Mo-V-stålet försämrar stålets svetsbarhet och ökar dess benägenhet för sprödbrott. Om kolhalten är lägre än 0,08 viktprocent, får stålet inte de önskade hållfast- hetsegenskaperna vid stora väggtjocklekar. eoø51p6 ^9 - 1 4 Om kiselhalten är lägre än 0,1 viktprocent, desoxideras stå- iet inte geategbert, vilket försämrar dess kvalitet. När kieelhal- ten blir högre än 0,37 viktprocent, minskas stålets seghet samtidigt som'9ådetifldr1mu'haükæt för anlöpningssprödhet. 0 Om manganhalten är lägre än 0,8 viktprocent, får stålet inte de önskade hållfasthetsegenskaperna vid stora väggtjocklekar. Då man- ganhalten blir högre än 1,4 viktprocent och nickelhalten är 2,3 - 2,7 viktprocent, ökas stålets benägenhet för sprödbrott och anlöpnings- sprödhet. lDen undre gränsen av 2,3 viktprocent för nickelhalten säker- ställer att stålet får en värmehärdighet, som är tillräcklig för till- handahållande av de önskade hållfasthetsegenskaperna vid luftnormali- sering av element med stora dimensioner av 200 - 300 mm. Om nickelhal- ten blir högre än 2,7 viktprocent, ökas i hög grad stålets benägenhet sför anlöpningssprödhet, samtidigt som dess svetsbarhet försämras.

Om molybdenhalten är lägre än 0,5 viktprocent, ökas såväl stå- lets benägenhet för reversibel anlöpningssprödhet som stålets benägen- het för minskning av dess hållfasthet vid anlöpníng. Då molybdenhal- ten blir högre än 0,7 viktprocent, försämras stålets seghet och svets- barhet. 7 g Den undre gränsen av 0,03 viktprocent för vanadinhalten bidrar till att stålet desoxideras och avgasas i tillräcklig grad samt får finkornig struktur. Om vanadinhalten är högre än 0,07 viktprocent, försämras stålets svetsbarhet. ' , Om aluminiumhalten blir lägre än 0,02 viktprocent, kan kväve inte uppoxideras till fullo och bindas till aluminiumnitrider. Om aluminiumhalten överstiger 0,07 viktprocent, förorenas stålet av alu- miniumoxider, vilka minskar stålets seghet och tänjbarhet.

Om kvävehalten i stålet är minst 0,005 viktprocent, bildas i tïstålet en tillräcklig mängd aluminiumnitrider, varigenom stålet får finkornig struktur. Om kvävehalten är högre än 0,012 viktprocent, kan stålet och på alster av detta stål framställda svetsar uppvisa benägenhet till deformations- och värmeåldring. I Det enligt föreliggande uppfinning föreslagna stålet innehål- ler 0,03 - 0,12 viktprocent cerium, vilket förhindrar filmsulfid- bildning, minskar anisotropin i de mekaniska egenskaperna och stålets benägenhet att bli sprött vid processanlöpningar på grund av att ce- rium bindes till kemiska föreningar, dvs på grund av avlägsnande av skadliga föroreningsämnen ur den fasta lösningen, vilkas segring vid 8005169-1 korngränserna utgör en omedelbar orsak till att stålet blir sprödare vid hög nickelhalt. ' j Förekomsten av 0,001 - 0,006 viktprocent antimon i stålet en- ligt uppfinningen bidrar även, vid den övre gränsen av högst 0,012 viktprocent för fosforhalten, till att stålet blir mer beständigt mot att bli sprött vid processanlöpningar genom minskning av jämvikts- segring av gorofila (horofila) substitutionsatomer exempelvis fosfor- atomer vid korngränserna. ' För att stålet skall kunna vara mycket beständigt mot att bli sprött får dessutom den sammanlagda halten antimon och fosfor inte överstiga ett bestämt belopp, som beror på manganhalten.i stålet en- ligt sambandet 0,011 sb+1=< Mnwolz' Detta beror på att genom kemisk reaktion mellan mangan och an- timon samt fosfor kan,vid ett bestämt haltförhållande mellan dessa grundämnen, kombinerad segring av dessa grundämnen ske utefter korn- gränserna i stålet under kylförloppet efter processanlöpningar, som medför försvagning av sammanbindningskrafterna mellan kornen, dvs leder till att stålet blir sprött. Den sammanlagda gränshalten anti- mon och fosfor måste vara lägre ju högre manganhalten i stålet är.

Detta krav uppfylles just genom nämnda samband. Det framgår av samban- det, att den sammanlagda halten antimon och fosfor, om manganhalten motsvarar den undre gränsen för manganhalten i stålet av högsta kvali- tet, kan uppgå till 0,018 viktprocent, medan den, om manganhalten mot- svarar den övre gränsen, inte får överstiga 0,009 viktprocent.

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

Stål framställes i basiska ljusbågugnar. Som beskickningsmate- rial användes fosfor- och antimonfria stâlskrot, specialgjutjärn, ferrolegeringar (exempelvis ferrovanadin, ferromolybden, ferrokisel, ferrocerium) och rena metaller exempelvis mangan, nickel och aluminium.

Processtekniken för stâltillverkning omfattar följande process- operationer: - beskickningsmaterialet (stâlskrot och elektrodavfall) infö- res i ugnen och bringas att smälta - kalk, flusspat och järnmalm tillsättes ExemÉelj1 i, sf.onåså1-í69 +,1- - metallen kokas, avfosforeras och uppvärmes å- oxdationsslagg förnyas * - det smälta stålet och slaggen desoxideras medelst ferroki- sel och ferromangan - stålet legeras - stålet desoxideras slutligt medelst aluminium och stålet modifieras medelst kalcium. I Uppfinningen beskrives närmare nedan medelst följande exem- pel.

Man framställer ett stål, som i viktprocent innehåller följan- de grundämnen: o,oà% kol 0,1% kisel 0,8% mangan 2,3% nickel 0,5% molybden .0,03% vanadin 0,02% aluminium 0,005% kväye 0,02% fosfor 0,03% èerium' .0,006% antimon.

Stålet framställes i_en basisk ljusbågugn. Som utgångsmaterial användes fosfor-, arsenik- och tennfria armcostål, elektrodavfall, specialgjutjärn, ferrolegeringar, kalciumsilicid med en kalciumhalt av 15-30%, rent metalliskt mangan, nickel och aluminium. Satsen in- föres i ugnen, bringas att smälta och.uppvärmes till 1530 - 1580°C.

Efter avslutad smältning tillsättes järnmalm och kalk, varvid den bil- dade oxidationsslaggen omsorgsfullt blandas med det smälta stålet.

Man avlägsnar därefter slagg och inmatar på nytt järnmalm och kalk i ugnskaret, varefter nickel och ferromolybden insatsas. 7 fkokningen genomföres tills kolhalten i stålet blir lika med 0,08 viktprocent, varefter oxidationsslaggen avlägsnas ur ugnen., Man tillsätter-sedan kalk, flusspat, aluminium, ferrokisel, mangan och ferrovanadin, Det smälta stålet värmes till en temperatur av 1620 - 1640°C och avtappas ur ugnen. I en gjutskänk försättes stålet med cerium. 8005169~1 Exempel 2 - 6 _ I tabell 1 redovisas sammansättningar av stålet, som fram- ställts medelst ett förfarande som liknar det enligt exempel 1.

I tabell 2 anges de mekaniska egenskaperna hos stålet enligt föreliggande uppfinning (exempel 1-6) och hos det kända stålet av detta slæymed en nickelhalt av 1,7 - 2,7 viktprocent efter avslutad luftnormalisering med efterföljande hög anlöpning.

Tabell 1 Kemisk sammansättning av stålet enligt uppfinningen Exem- pel C Mn Si Ni Mo V Al N P 0,08 0,80 0,10 2,3 0,50 0,03 0,02 0,005 0,012 0,10 1,13 0,28 2,5 0,63 0,06 0,04 0,009 0,010 0,14 1,40 0,37 2,7 0,70 0,07 0,07 0,012 0,008 0,13 0,87 0,31 2,33 0,65 0,03 0,03 0,008 0,011 0,09 1,26 0,34 2,49 0,54 0,04 0,06 0,007 0,008 0,10 1,05 0,30 2,56 0,58 0,04 0,05 0,008 0,010 ' Tabell 2 Egenskaper hos stålet enligt uppfinningen och det kända stålet Smidesstyc- Värmebe- . _ Mekaniska egenskaper kets tvär- hanaiings- :íïfxvgiggâr a 0 2 a, snittsai- förhål- å 2' 2 Stål mension, mm landen C kp/mm kp/mm 2 3 4 5 6 1 300 Normalise- 20 37,1 56,9 ring, från 38,6 60,8 920°C och anlöpning 350 33,3 51,0 vid 65000 35,2 54,1 2 300 - " - 20 39,5 60,2 40,8 61,5 350 36,8 47,0 38 , 0 4 8 , 4 Ü805051~69~1 8 1 7 2 73 46 5 6 3 '300 Normalisâring, 20 46 , 2, 86 , 0 från 920 c och 4872 6774 anlöpning vid 650°c 350 43,7 59,1 4571 60,8 ' 0,011 b sb Ce i S + P Mrvolz 0,03 2 0,006 0,018 I 0,0183 0,08 0,002 0,012 0 0,0122 0,12 7 0,001 0,009 0,0o92 0,05 _ 0,003 0,014 0,016 0,07 0,002 _ 0,010 0,0104 ~0,04 5 7 0,001 0,011 0,013 5 11, 'av Tk, OC I ATkOC efter ytterligare kylning efter anlöpning vid 650 C % f % kp/cm anlöpning . o 0 1 vafiten Vkyl = 5 h Vkyl = 10 h 7 8 9 10 7 11 12 23,8 68,2 2 5,0 -20 20 10 25,4 71,0 18,2 -25 25 15 22,2 66,4 12,9 24/8 67,8 20,5 19,2 61,8 ¿67,0 -25 25 15 2272 65,1 720,8 -30 30 20 18,5 59,6 13,5 2078 6ï,§ 2272 16,3 55,0 7,5 -30 25 15 1972 5872 2272 -35 30 20 15,0 52,4 13,4 N _: ~ O UI »b ~.

O KU L» ~ \1 81005169-1 9 1 2 3 . ' 4 5 6 4 300 Normalisering _ 20 âå 59 från 92o°c och 41 Û anläpning vid 650 C 350 âä âg _ 39 53 5 300 - " - zo y gg 40 61 350 _3_f¿ Q 37 54 6 300 ~ “ - 20 ål âg 41 61 350 gå ål 38 54 Det kän- 300 - “ - 20 ââ äâ da stå- 45 65 let 350 âg âg 43 57 Anmärkning: För stålet enligt uppfinningen anger täljaren och nämna- ren de lägsta resp. högsta egenskaperna som bestämts med ledning av provningsresultaten för olika provkroppar med given sammansättning.

För det kända stålet anger täljaren och nämnaren de lägsta resp. högsta egenskaperna, som bestämts med ledning av provningsresulta- ten för provkroppar med gränshalter av beståndsdelar inom området för respektive halter i stålet med högsta kvalitet. K Temperaturen för övergång från sprött tillstånd till visköst till- stånd bestämmes med ledning av 50% av den viskösa komposanten vid brottet. &005169-1 10 7 s 9 '10 11 12 11 m 1 2_-2_° 2_° 1: 22 62 21 -30 30' 20 111 :<1 11 20 61 23 12A _61 n .i -25 11. 1_° 23 64 20 -35 20 15 12 a 22 11 21 62 21 11 :a _8 .-.2._0. Q i n 23 63 23 -25 30 20 11 :ä 1 13 21 62 21 lå ââ 4,0 -10 iQ âg 35 70 20,0 +15 70 50 n :S2 12 22 » 65 21 Anmärkning: För stålet enligt uppfinningen anger täljaren och nämna- 2 ren de lägsta resp. högsta egenskaperna som bestämts med ledning av provningsresultaten för olika provkroppar med given sammansättning.

För det kända stålet anger täljaren och.nämnaren de lägsta resp. högsta egenskaperna, som bestämts med ledning av provningsresultaten för provkroppar med gränshalter av beståndsdelar inom omrâdet för respektive halter i stålet med högsta kvalitet.

.Temperaturen för övergång från sprött tillstånd till visköst till- stånd bestämmas med ledning av 50% av den viskösa komposanten vid brottet.

Tabell 2 visar, att stålet enligt föreliggande uppfinning, vid samma goda mekaniska egenskaper som det kända stålet har, är avse- värt mindre benäget att bli sprött vid långsam kylning efter ytterli- gare anlöpningar. Det kända stålets kritiska sprödhetstemperatur blir 30-5000 högre genom försprödningen, som härrör från stålets kylning efter ytterligare hög anlöpning med en hastighet av 10°C/timme, medan ATk-värdet för stålet enligt föreliggande uppfinning endast är 10-20°C.

Vid en kylhastighet av 5°C/timme blir skillnaden ännu större, varvid Ark är 40-7o°c för ae: kända staiet och enaast zo-3o°c för stålet en- _ligt föreliggande uppfinning.

Claims (1)

1. 3005169-1 11 _ Patentkrav Stål bestående av kol, kisel, mangan, nickel, molybden, vana- din, aluminium, kväve, fosfor och järn, k ä n n e t e c k n a t av att det dessutom innehåller cerium och antimon, varvid samtliga grund- ämnen förekommer i följande halter i viktprocent: 0,08 - 0,14% kol 0,1 - 0,37% kisel 0,8 - 1,4% mangan 2,3 - 2,7% nickel 0,5 - 0,7% molybden 0,03 - 0,07% vanadin 0,02 - 0,07% aluminium 0,005 - 0,012% kväve * 0,003 - 0,012% fosfor 0,03 - 0,12% cerium 0,001 - 0,006% antimon, medan järn utgör resten, varvid den sammanlagda halten antimon och fosfor står i följande samband med manganhalten i stålet: 01111 Sb+P< . 8005169-1 Sammandrag Föreliggande uppfinning hänför sig till det metallurgiska området. Ett stål består av kol, kisel, mangan, nickel, molybden, va- nadin, aluminium, kväve, fosfor, järn, cerium och antimon, vilka in- går i följande halter i viktprocent: 0,08 - 0,14% kol 0,1 - 0,37% kisel 0,8 - 1,4% mangan 2,3 - 2,7% nickel 0,5 - 0,7% molybden 0,03 - 0,07% vanadin 0,02 - 0,07% aluminium 0,005 - 0,012% kväve 0,003 - 0,012% fosfor 0,03 - 0,12% cerium 0,001 - 0,006% antimon, medan järn utgör resten, varvid den sammanlagda halten antimon och fosfor står i följande sam- band med manganbalten i stålet: 0,011 Sb + P < Mn _ 0,2