FI72754C - Low alloy high strength weldable steel. - Google Patents

Description

1 727541 72754

Niukka-seosteinen suuren lujuuden omaava hitsattava teräsLow-alloy high-strength weldable steel

Esillä oleva keksintö kohdistuu metallurgiaan ja tarkemmin sanottuna se kohdistuu pieniseosteisiin, suuri-5 lujuuksisiin hitsattaviin teräksiin/ joita käytetään valmistettaessa voimakkaasti kuormitettuja rakenteita, joita käytetään matalissa lämpötiloissa korrosioivan väliaineen vaikutukselle alttiina. Näihin rakenteisiin kuuluvat kelluvat porausalustat, jäänmurtajien rungot ja vastaavat 10 rakenteet.The present invention is directed to metallurgy, and more particularly to low-alloy, high-strength weldable steels / used in the manufacture of high-load structures used at low temperatures under the influence of a corrosive medium. These structures include floating drilling rigs, icebreaker hulls, and similar structures.

Niiden erittäin tärkeän toiminnan ja rasittavien käyttöolosuhteiden vuoksi täytyy tämän luokan terästen täyttää seuraavat vaatimukset: parantunut lujuus yhdessä riittävän hitsattavuuden 15 ja hyvän kestokyvyn kanssa haurausmurtumia vastaan. Täten ydinkäyttöisten jäänmurtajien rungoissa käytetyn teräksen täytyy pystyä estämään haurausmurtuma aina 0,5 vetorajan rasituksiin saakka käyttölämpötiloissa, jotka ovat -40°C asti.Due to their very important function and stressful operating conditions, steels in this class must meet the following requirements: improved strength combined with sufficient weldability 15 and good resistance to brittle fracture. Thus, the steel used in the hulls of nuclear icebreakers must be able to prevent brittle fracture up to 0.5 tensile stresses at operating temperatures down to -40 ° C.

20 Kelluvien porausalustojen rakenteissa, joita käyte tään -40°C lämpötilaan asti olevissa ympäristölämpötiloissa, täytyy teräksen kestää haurausmurtumia, s.o. haurausmurtu-maan johtavan virheen kriittisen koon täytyy olla suuremman kuin niiden virheiden koko, jotka aiheuttavat rakenteen 25 tuentäkyvyn häviön.20 In floating drilling rig structures used at ambient temperatures down to -40 ° C, the steel must be able to withstand brittle fractures, i. the critical size of the defect leading to brittleness must be greater than the size of the defects that cause the loss of support capacity of the structure.

Teräksen täytyy olla hitsattavaa avoimessa ilmassa ja matalissa lämpötiloissa ilman hitsausmurtumien esiintymistä; kyky kestää korrosiota ja korrosion aiheuttamaa mekaanista vaurioitumista merivedessä, jolloin perusmetallin ja 30 hitsatun liitoksen korrosionopeudet ovat samat; hyvät muotoiltavuus- ja työstettävyysominaisuudet metallurgisen mekaanisen työstön olosuhteisssa ja laivan-rakennusvalmistuksessa.The steel must be weldable in open air and at low temperatures without the occurrence of welding fractures; the ability to withstand corrosion and mechanical damage caused by corrosion in seawater, with the same corrosion rates of the parent metal and the 30 welded joints; good formability and machinability properties under metallurgical machining conditions and shipbuilding.

Teknillisiä laivarakenteita valmistettaessa jäänmur-35 tajien ja vastaavien rakenteiden rungot valmistetaan erilai- 72754 sista teräksistä, joiden lujuus ja seostus riippuvat käytön tärkeydestä ja toimintaolosuhteista.In the manufacture of technical ship structures, the hulls of icebreakers and similar structures are made of various 72754 steels, the strength and alloy of which depend on the importance of the use and the operating conditions.

Alalla tunnetaan ja käytetään laajalti laatuja E32, E36 ja E4 0 olevia laivanrakennusteräksi ä, joiden ominai-5 suudet täyttävät järjestön "International Association of Classification Societes" asettamat vaatimukset: näiden terästen hitsattavuus ja koneistettavuus ovat asianmukaiset. Kuitenkin matalissa toimintalämpötiloissa (~30°C alapuolel la) ja syklisissä värähtelevissä ja dynaamisissa kuormituk-10 sissa eivät nämä teräkset pysty takaamaan haurausmurtumien estämistä 0,5 vetorajan ylittävillä kuormituksilla. Lisäksi teräksen lujuusominaisuudet eivät aina salli rakenteen edullisen painon määräämistä, koska voidaan vaatia teräksen käyttöä, jonka paksuus on kasvanut rakenteellisen lujuuden 15 varmistamiseksi, mikä vaikuttaa kykyyn vastustaa haurausmur-tumia. Jään vaikutuksesta mainittujen tunnettujen terästen korrosionkesto on epätyydyttävä.Shipbuilding steels of grades E32, E36 and E4 0, which meet the requirements of the International Association of Classification Societies, are widely known and used in the art: their weldability and machinability are appropriate. However, at low operating temperatures (below 3030 ° C) and cyclic oscillating and dynamic loads, these steels cannot guarantee the prevention of brittleness fractures with loads exceeding the tensile limit of 0.5. In addition, the strength properties of the steel do not always allow the preferred weight of the structure to be determined, as the use of steel with increased thickness may be required to ensure structural strength, which affects the ability to resist brittleness fractures. Due to the effect of ice, the corrosion resistance of said known steels is unsatisfactory.

Rakennettaessa jäänmurtajia ja jääolosuhteissa purjehdittaviksi suunniteltuja aluksia käytetään Suomessa laa-20 jalti laatuja E32 ja E36 olevia Raex Polar sarjan teräksiä (laivanrakennusterästä,joka on suunniteltu käytettäväksi arktisissa olosuhteissa - vert. "Maritime Journal of Finland", nro 3, 1983), jonka kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 1.Raex Polar series steels of high quality E32 and E36 (shipbuilding steel designed for use in arctic conditions - cf. "Maritime Journal of Finland", No. 3, 1983) are used in the construction of icebreakers and ships designed to be sailed in ice conditions. is shown in Table 1.

25 Raex Polar terästä, jonka vetolujuus on arvoon 352 MPa saakka, valmistetaan 30 mm paksuuteen saakka, joka joskus on riittävä rajoitetun syväyksen omaavien merimurtajien rakentamista varten.25 Raex Polar steel with a tensile strength of up to 352 MPa is produced up to a thickness of 30 mm, which is sometimes sufficient for the construction of seabreakers with limited draft.

Alalla tunnetaan lukuisia suurilujuuksisia hitsaus-30 teräksiä, joita käytetään teknillisten merilaitteiden, lai-varunkojen ja vastaavien rakenteiden rakentamiseen, mukaanluettuna Wel-Ten 62 teräs, jota valmistaa Nippon Steel Corp. ja jonka koostumus massaprosentteina on seuraava: 3 72754 hiili < 0,16 mangaani 0,90-1,50 rikki <0,03 fosfori < 0,03 5 pii 0,015-0,55 nikkeli < 0,60 kromi < 0,30 vanadiini < 0,10 molybdeeni < 0,30 10 rauta loput.Numerous high-strength welding-30 steels are known in the art for use in the construction of marine engineering equipment, hulls, and the like, including Wel-Ten 62 steel, manufactured by Nippon Steel Corp., having the following weight percentages: 3,775,754 carbon <0.16 manganese 0.90-1.50 sulfur <0.03 phosphorus <0.03 5 silicon 0.015-0.55 nickel <0.60 chromium <0.30 vanadium <0.10 molybdenum <0.30 10 iron rest.

Teräksen,jonka koostumus on edelläesitetty ja jonka raksuus on 40 mm saakka, vetoraja on vähintäin 490 MPa ja -15 iskuenergia KV vähintäin 47 J, kun taas myötö nolla pudotuskokeessa (NDT) on havaittu alueella -20°C - 55°c 15 olevissa lämpötiloissa.For steels with the above composition and a thickness of up to 40 mm, the tensile limit is at least 490 MPa and the impact energy KV -15 is at least 47 J, while the yield in the zero drop test (NDT) has been observed at temperatures between -20 ° C and 55 ° C 15 .

Wel-Ten 62 teräksen käytettävissä olevat testitulokset ja sen kemiallinen koostumus osoittavat, että mainittu teräs voidaan luokitella tavanomaiseksi kaupalliseksi rakenneteräkseksi ja huolimatta sen verrattain suuresta lujuu-20 desta ei sen taottavuus ole riittävän hyvä.The available test results of the Wel-Ten 62 steel and its chemical composition show that said steel can be classified as a conventional commercial structural steel and, despite its relatively high strength-20, its malleability is not good enough.

4 727544 72754

Taulukko 1table 1

No Teräslaatu_C_Si_Mn__Cu _Ce_ 1 2 3 4 5 6 7 1 Raex R32 Polar 0,18 0,1-0,3 0,9-1,6 0,10-0,35 0,005-0,10 5 2 Roex R36 Polar<0,18 0,1-0,3 0,1-1,6 0,1-0,3No Steel grade_C_Si_Mn__Cu _Ce_ 1 2 3 4 5 6 7 1 Raex R32 Polar 0.18 0.1-0.3 0.9-1.6 0.10-0.35 0.005-0.10 5 2 Roex R36 Polar <0 , 18 0.1-0.3 0.1-1.6 0.1-0.3

Taulukko 2 (jatkoa)Table 2 (continued)

No Teräslaatu_Ni_Ai_S_P_Nb_Fe_ 8 9 10 11 12 13 14 1 Roex E32 Polar - 0,02-0,06 0,02 0,035 0,002-0,050 loput 10 2 Roex E36 Polar <40 0,06 0,02 0,030 0,04 loputNo Steel grade_Ni_Ai_S_P_Nb_Fe_ 8 9 10 11 12 13 14 1 Roex E32 Polar - 0.02-0.06 0.02 0.035 0.002-0.050 rest 10 2 Roex E36 Polar <40 0.06 0.02 0.030 0.04 rest

Lisäksi tunnetaan lukuisia ferriitti/perliitti-teräksiä, jotka on tarkoitettu käytettäväksi nesteytetyn kaasun kuljetukseen suunniteltujen tankkien rakentamiseksi -50°C - +55°C lämpötiloissa. Näihin kuuluvat ruotsalaiset 15 ja japanilaiset teräkset, jotka on kehitetty IMO-koodin suositusten mukaan.In addition, numerous ferrite / perlite steels are known for use in the construction of tanks designed for the transport of liquefied gas at temperatures of -50 ° C to + 55 ° C. These include Swedish 15 and Japanese steels, developed in accordance with the recommendations of the IMO Code.

Ruotsalaisen yhtiön SSAB valmistaman teräksen, joka tunnetaan nimellä 0X416, koostumus massaprosentteina on seuraava: C, 0,10; Si, 0,26; Mn, 1,38; A,. 0,2-0,6; Nb, 0,02-20 0,03; Ni, 0,11; Cu, 0,1; Cr, 0,1; P, 0,020; S, 0,020; Fe, loput.The composition of the steel, known as 0X416, produced by the Swedish company SSAB, as a percentage by mass, is as follows: C, 0.10; Si, 0.26; Mn, 1.38; A ,. 0.2-0.6; Nb, 0.02-20 0.03; Ni, 0.11; Cu, 0.1; Cr, 0.1; P, 0.020; S, 0.020; Fe, rest.

Mainitun teräksen, jonka paksuus on 32 mm saakka, vetoraja on vähintäin 314 MPa, venymä vähintäin 50 %, isku--50 työ, KV , vähintäin 35 J (Leningradissa lokakuussa 1977 25 pidetyn neuvostoliittolais-ruotsalais-norjalais-symposiumin tiedoitteen mukaan). Mainittu teräs, vaikka sen iskuenergia-arvo on suuri, ei pysty estämään dynaamisia murtumia -50°C lämpötilassa ja rasitusten ylittäessä 0,5 murtorajasta.The said tensile steel, up to a thickness of 32 mm, has a tensile strength of at least 314 MPa, an elongation of at least 50%, an impact of 50 work, KV, of at least 35 J (according to the notice of the Soviet-Swedish-Norwegian Symposium held in Leningrad in October 1977). Said steel, although having a high impact energy value, is not able to prevent dynamic fractures at a temperature of -50 ° C and when the stresses exceed the breaking limit of 0.5.

Japanilainen teräs, N-Tuf 37, jota valmistaa Nippon 30 Steel Company, voidaan myös luokitella suurilujuuksiseksi hitsausteräkseksi, joka on tarkoitettu käytettäväksi rakennettaessa tankkeja nesteytetyn kaasun kuljetusta varten -55°C lämpötiloihin saakka. Teräksen kemiallinen koostumus vastaa IMO-koodin vaatimuksia. Teräs sisältää seuraavia 35 aineosia massaprosentteina: c, 0,10; Si, 0,24; Mn, 1,32; P, 0,020; S, 0,04; Ni, 0,52; Fe, loput.Japanese steel, N-Tuf 37, manufactured by Nippon 30 Steel Company, can also be classified as high-strength weld steel for use in the construction of tanks for the transportation of liquefied gas down to temperatures of -55 ° C. The chemical composition of the steel meets the requirements of the IMO code. The steel contains the following 35 components by weight: c, 0.10; Si, 0.24; Mn, 1.32; P, 0.020; S, 0.04; Ni, 0.52; Fe, rest.

72754 N-Tuf-teräksen, jonka paksuus on 40 mm, vetoraja on 430 MPa, murtolujuus 520 MPa, venymä 24 %, iskuenergia, KV-50, 210 J.72754 N-Tuf steel with a thickness of 40 mm, a tensile strength of 430 MPa, a tensile strength of 520 MPa, an elongation of 24%, impact energy, KV-50, 210 J.

Dynaamisissa murtuman estotesteissä saadut tulokset 5 eivät täysin tyydytä niitä vaatimuksia, joita asetetaan teräkselle, joka on tarkoitettu -30°C lämpötilassa toimien rakenteiden valmistusta varten.The results obtained in the dynamic fracture prevention tests 5 do not fully satisfy the requirements for steel intended for the manufacture of structures operating at -30 ° C.

Alalla tunnetaan myös suurilujuuksinen hitsausteräs 0X602, jota valmistaa ruotsalainen yhtiö SSAB ja joka on 10 tarkoitettu käytettäväksi kaivosrakenteissa ja kelluvien porausalustojen aluerakenteissa. Teräs sisältää seuraavia aineosia massaprosentteina: C, 0,15; Si, 0,37; Mn, 1,25; V, 0,051; P, 0,0022; S, 0,004; Cr, 0,03; Ni, 0,01; Cu, 0,01; N, 0,004. Mainitun teräksen, jonka paksuus on 25 mm, veto- 15 raja on 530 MPa, murtolujuus 610 MPa, venymä 19 % ja isku- -40 energia, KV , 80 J. Tutkimus mainitun teräksen kyvystä vastustaa haurausmurtumia on osoittanut, että -20°C alapuolella olevissa lämpötiloissa teräksessä esiintyy täysin hauraita, kiteisiä murtumia 25 mm paksuudella. Äkillinen 20 iskuenergian lasku havaitaan iskukoestettaessa näytteitä, joissa oli etukäteen muodostettu halkeama, -20°C lämpötilan alapuolella.Also known in the art is high-strength welding steel 0X602, manufactured by the Swedish company SSAB, for use in mining structures and area structures of floating drilling rigs. The steel contains the following components in weight percent: C, 0.15; Si, 0.37; Mn, 1.25; V, 0.051; P, 0.0022; S, 0.004; Cr, 0.03; Ni, 0.01; Cu, 0.01; N, 0.004. Said steel with a thickness of 25 mm has a tensile strength of 530 MPa, a tensile strength of 610 MPa, an elongation of 19% and an impact energy of -40, KV, 80 J. A study of the ability of said steel to resist brittleness fractures has shown that -20 ° C at temperatures below, completely brittle, crystalline fractures with a thickness of 25 mm occur in the steel. A sudden decrease in impact energy is observed when impact tests were performed on samples with a pre-formed crack below -20 ° C.

Mainitun viimeisen, alan aikaisemman teräksen edellämainitut ominaisuudet estävät sen käytön sopivana mate-25 riaalina rakenteissa, joiden toimintalämpötila on -30°C tai alempi.The aforementioned properties of said last, prior art steel preclude its use as a suitable material in structures with an operating temperature of -30 ° C or lower.

Laivanrakennuksessa ja muissa teollisuuksissa käytetään USSR:ssä laajalti laatua E40 olevaa terästä, jonka koostumus massaprosentteina on seuraava: Λ 6 72754 hiili < 0,12 mangaani 0,8 - 0,11 pii 0,5 - 0,8 kromi 0,6 -0,9 5 nikkeli 0,5 - 0,8 kupari 0,4 - 0,6 alumiini 0,02- 0,06 rikki < 0,035 fosfori 0,030 10 rauta loput.In the shipbuilding and other industries, E40 grade E40 steel is widely used in the USSR, the composition of which in mass percent is as follows: Λ 6 72754 carbon <0.12 manganese 0.8 - 0.11 silicon 0.5 - 0.8 chromium 0.6 -0 .9 5 nickel 0.5 to 0.8 copper 0.4 to 0.6 aluminum 0.02 to 0.06 sulfur <0.035 phosphorus 0.030 10 iron rest.

E40 teräksen, jonka paksuus on 32 mm asti, taattu -Λ0 vetoraja on 390 MPa ja iskuenergia, KV , 38 J. Suurikokoisilla näytteillä suoritetut testit ovat osoittaneet, että Ξ40 teräs ei pysty toimimaan luotettavasti -30°C ja 15 sen alapuolella olevissa lämpötiloissa koko sen paksuus-alueella .For E40 steels up to 32 mm thick, the guaranteed -Λ0 tensile strength is 390 MPa and the impact energy, KV, 38 J. Tests performed on large specimens have shown that toim40 steel cannot operate reliably at temperatures below -30 ° C and below 15 ° C throughout. in its thickness range.

Siten yleisesti on havaittu puute pieniseosteisen, suurilujuuksisen, hitsattavan teräksen suhteen, joka tyydyttäisi vaatimukset, jotka asetetaan voimakkaasti kuormitet-20 tujen rakenteiden toimintaolosuhteille, kuten verhottaessa suuritehoisten, ydinkäyttöisten jäänmurtajien runkoja, jotka murtajat toimivat -50°C saakka olevissa lämpötiloissa ja laivarakenteissa, joiden toimintalämpötila on -30°C alapuolella .Thus, there is a general lack of low-alloy, high-strength, weldable steel that would meet the requirements for operating conditions of heavily loaded structures, such as cladding hulls of high-performance, nuclear icebreakers operating at temperatures below -50 ° C and at temperatures up to -50 ° C. is below -30 ° C.

25 Esillä olevan keksinnön kohteena on kehittää suuri lu juuksinen hitsausteräs, jonka fysikaalis-mekaaniset ominaisuudet ovat parantuneet alan aikaisempiin teräksiin verrattaessa ja joka säilyttää hyvät fysikaalis-mekaaniset ominaisuutensa matalissa lämpötiloissa -50°C olevien läm-30 pötilojen alapuolelle saakka suurissa kuormituksissa.It is an object of the present invention to provide a high-strength weld steel which has improved physical-mechanical properties compared to prior art steels and which retains its good physical-mechanical properties up to low temperatures below -50 ° C under high loads.

Esitetty kohde on saavutettu kehittämällä pieniseos-teinen, suurilujuuksinen hitsausteräs, joka sisältää hiiltä, mangaania, piitä, kromia, nikkeliä, kuparia, molybdeenia, vanadiinia, alumiinia ja rautaa ja mille teräkselle on 35 keksinnön mukaan tunnusomaista se, että se sisältää seuraa-vat aineosat massaprosentteina: 7 72754 hiiltä O,07-0,11 mangaania 0,30-0,60 piitä 0,12-0,50 kromia 0,35-0,75 5 molybdeenia 0,05-0,14 vanadiinia 0,02-0,05 alumiinia 0,02-0,05 harvinaisia maametalleja 0,02-0,05 nikkeliä 0,50-0,90 10 kuparia 0,45-0,65 kalsiumia 0,02-0,05 rautaa loput.The object shown is achieved by the development of a low-alloy, high-strength welding steel containing carbon, manganese, silicon, chromium, nickel, copper, molybdenum, vanadium, aluminum and iron, which according to the invention is characterized in that it contains the following components % by mass: 7 72754 carbons 0,7 to 0,11 manganese 0,30 to 0,60 silicon 0,12 to 0,50 chromium 0,35 to 0,75 5 molybdenum 0,05 to 0,14 vanadium 0,02- 0.05 aluminum 0.02-0.05 rare earth metals 0.02-0.05 nickel 0.50-0.90 10 copper 0.45-0.65 calcium 0.02-0.05 iron rest.

Edellä esitetyn koostumuksen mukainen teräs antaa luotettavan toiminnan voimakkaasti kuormitetuissa rakenteis- 15 sa -30°C alapuolella olevissa lämpötiloissa ja dynaamisesti kuormitettuna sekä korrosioivassa meriympäristössä.Steel according to the above composition provides reliable operation in heavily loaded structures at temperatures below -30 ° C and under dynamic loading and in a corrosive marine environment.

Tässä esitetyn koostumuksen omaavan teräslevyn taatut fysikaalis-mekaaniset ominaisuudet ovat seuraavat:The guaranteed physico-mechanical properties of a steel plate having the composition disclosed herein are as follows:

Teräslevyn paksuus, mm_10-15 1 5-32 32-40_ 20 murtolujuus, MPa 570-710 540-680 490-630 vetoraja, MPa, vähintäin 490 390 350 venymä, %, vähintäin 19 21 21 -50 iskutyö, KV , J, vähintäin 78, 78, 78 kuitujen lukumäärä näytehalkea-25 massa +20°C lämpötilassa, %, vähintäin 100 100 100 Tässä esitettävälle teräkselle on tunnusomaista sen kyky estää haurausmurtuma, mikä aiheutuu dynaamisten säröjen vaikutuksesta myötörajan 0,7 suuruudella -50°c lämpö-30 tiloihin saakka. Tässä suhteessa se on parempi alan aikaisempia teräksiä.Steel plate thickness, mm_10-15 1 5-32 32-40_ 20 breaking strength, MPa 570-710 540-680 490-630 tensile limit, MPa, minimum 490 390 350 elongation,%, minimum 19 21 21 -50 impact work, KV, J, number of fibers 78, 78, 78 at least sample crack-25 mass at + 20 ° C,%, at least 100 100 100 The steel shown here is characterized by its ability to prevent brittle fracture due to dynamic cracks at a yield strength of 0,7 at -50 ° C. Up to 30 premises. In this respect, it is better than previous steels in the industry.

Lisäksi aineosien edellämainittu suhde auttaa laadullisesti uuden ominaisuuden saamiseksi teräkseen, nimittäin kyvyn vastustaa kerrosmaisia murtumia ilmaistuna suhteelli- 35 sen kaventumisen arvona levyn paksuussuunnassa [p ). Esillä z olevan keksinnön mukaiselle teräkselle ψ on korkeintaan z 35 %.In addition, the above-mentioned ratio of components helps to qualitatively acquire a new property in the steel, namely the ability to resist layered fractures, expressed as the value of the relative narrowing in the thickness direction of the plate [p). For the steel of the present invention, ψ is at most z 35%.

8 727548 72754

Keksinnönmukaisen teräksen tärkeä etu on sen soveltuvuus hitsattavaksi pienen vetypitoisuuden omaavilla hitsausmateriaaleilla ilman esikuumennusta koko paksuus-alueella .An important advantage of the steel according to the invention is its suitability for welding with low hydrogen content welding materials without preheating over the entire thickness range.

5 Tässä esitetyn teräksen seuraava etu perustuu sen parempaan korroosionestokykyyn merivedessä alan aikaisempiin, laatua 36 ja 40 oleviin teräksiin verrattuna. Keksinnönmukaisen teräksen korrosionopeus on tyynessä ja liikkuvassa merivedessä 15-20 % alan aikaisempien terästen kor-10 rosionopeudesta.5 A further advantage of the steel presented here is based on its better corrosion resistance in seawater compared to previous grades 36 and 40 in the industry. The corrosion rate of the steel according to the invention in calm and moving seawater is 15-20% of the corrosion rate of previous steels in the art.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle teräkselle on tunnusomaista hyvä muotoiltavuus ja koneistettavuus, joten sitä voidaan käsitellä metallitehtaissa ja käyttää edullisesti valmistettaessa voimakkaasti kuormitettuja rakenteita 15 (merilaitteita, laivoja, siltoja ja vastaavia). Lujuusominaisuuksien esitetty alue paksuudesta riippuvaisena yhdessä hyvän hitsattavuuden kanssa sallii keksinnönmukaisen teräksen käytön eri sovellutuksiin.The steel of the present invention is characterized by good formability and machinability, so that it can be processed in metal mills and used advantageously in the manufacture of heavily loaded structures 15 (marine equipment, ships, bridges and the like). The presented range of strength properties as a function of thickness together with good weldability allows the use of the steel according to the invention for various applications.

Tämän keksinnön mukaista terästä voidaan käyttää ra-20 kennettaessa aluksia, jotka on suunniteltu erilaisiin pur-jehdusolosuhteisiin, mukaanluettuina vdinkäyttöiset jäänmurtajat, merilaitteistot ja vastaavat, jotka toimivat -40°C saakka olevissa lämpötiloissa, sekä kemiallisessa että voimalaitostekniikassa.The steel of this invention can be used in the construction of vessels designed for a variety of sailing conditions, including water-powered icebreakers, marine equipment, and the like, operating at temperatures down to -40 ° C, in both chemical and power plant technology.

25 Tässä esitetyn teräksen taataan omaavan edellämaini tut ominaisuudet ehdolla, että tarkoin seurataan sen aineosien suhteita. Tapauksessa, jossa hiilipitoisuus on pienempi kuin 0,07 massaprosenttia, karkaistavuutta ei voida taata ja siten teräksen lujuusominaisuudet ja samalla sen sitkeys 30 heikkenevät. Hiilipitoisuuden nosto suuremmaksi kuin 0,11 massaprosenttia aiheuttaa teräksen epäsuotavan kovenemisen ja sen sitkeyden sekä hitsattavuuden heikkenemisen.25 The steel shown here is guaranteed to have the above-mentioned properties, provided that the proportions of its components are closely monitored. In the case where the carbon content is less than 0.07% by mass, the hardenability cannot be guaranteed, and thus the strength properties of the steel and at the same time its toughness 30 are deteriorated. Raising the carbon content to more than 0.11% by mass causes an undesirable hardening of the steel and a decrease in its toughness and weldability.

Kalsiumpitoisuuden pienentäminen edellämainitun alarajan alapuolelle aiheuttaa teräksen vastustuskyvyn heikke-35 nemisen lamellaaristen murtumien suhteen ja sen suurentami- 9 72754 nen edellämainitun ylärajan yläpuolelle pyrkii suurentamaan teräsrakeiden rajapintojen saastumista ja alentamaan teräksen sitkeyttä.Reducing the calcium content below the above-mentioned lower limit causes the steel's resistance to lamellar fractures to weaken, and increasing it above the above-mentioned upper limit tends to increase the contamination of the steel grain interfaces and reduce the toughness of the steel.

Piin, mangaanin, alumiinin, harvinaisten maametal-5 lien ja titaanin pitoisuuden pienentäminen esitettyjen arvojen alapuolelle vaikuttaa haitallisesti teräksen haluttuun deoksidoitumisasteeseen ja raekoon pienenemiseen, mikä vaikuttaa haitallisesti kykyyn vastustaa haurausmurtumia, taottavuuteen ja teräksen kykyyn estää dynaamisia halkeilu-10 ja. Mainittujen aineosien pitoisuuden suurentaminen ylärajojen yläpuolelle aiheuttaa teräksen saastumisen kasvua ja siten huonomman hitsattavuuden ja pienemmän sitkeyden.Reducing the content of silicon, manganese, aluminum, rare earth metals, and titanium below the indicated values adversely affects the desired degree of deoxidation and grain size reduction of the steel, adversely affecting the ability to resist brittleness, forging, and the ability of the steel to prevent dynamic cracking. Increasing the concentration of said components above the upper limits causes an increase in contamination of the steel and thus poorer weldability and lower toughness.

Kromin, kuparin, nikkelin, molybdeenin ja vanadiinin esitettyä pienempi pitoisuus vaikuttaa haitallisesti taat-15 tuihin teräksen ominaisuuksiin, taottavuuteen, korrosionkes-toon ja haurausmurtumien estokykyyn. Mainittujen jälkimmäisten aineosien pitoisuuksien suurentaminen raja-arvoja suuremmiksi aiheuttaa hitsattavuuden ja muiden käsittelyominaisuuksien heikkenemisen.Lower concentrations of chromium, copper, nickel, molybdenum and vanadium adversely affect the guaranteed properties, forgeability, corrosion resistance and brittleness resistance of the steel. Increasing the concentrations of the latter components above the limit values results in a deterioration of weldability and other handling properties.

20 Esillä olevan keksinnön ymmärtämiseksi paremmin on seuraavat esimerkit liitetty esittelemään teräksen koostumusta ja sen fysikaalis-mekaanisia ominaisuuksia. Esimerkit 1-5 on esitetty taulukoituina.For a better understanding of the present invention, the following examples are included to illustrate the composition of the steel and its physico-mechanical properties. Examples 1-5 are tabulated.

Esillä olevan keksinnön mukainen teräs valmistetaan 25 käyttäen tavanomaista teknologiaa, joka käsittää seuraavat vaiheet: sulatuksen, valun, levyn valssauksen, lämpökäsittelyn (karkaisun ja päästön korkeassa lämpötilassa).The steel of the present invention is produced using conventional technology comprising the following steps: smelting, casting, plate rolling, heat treatment (hardening and high temperature casting).

Sulatus suoritetaan induktiosähköuunissa tai jossain muussa teräksen sulatusuunissa. Seosaineosat, jotka eivät 30 hapetu (nikkeli, ferromolybdeeni ja kupari), lisätään uuniin yhdessä panoksen kanssa. Loput seostusaineosat lisätään uuniin ennen poisvalutusta, kun taas titaani ja harvinaiset maametallit lisätään valusankoon valuvirtaan. Edeltävä deoksidointi suoritetaan mangaanilla ja piillä uunissa ennen 35 poisvalutusta. Lopullinen deoksidointi ja metallin modifiointi alumiinilla ja kalsium-piillä tehdään valusangossa.The smelting is performed in an induction electric furnace or some other steel smelting furnace. Alloys that do not oxidize (nickel, ferromolybdenum, and copper) are added to the furnace along with the charge. The remaining alloying components are added to the furnace before draining, while titanium and rare earth metals are added to the ladle in the casting stream. The previous deoxidation is performed with manganese and silicon in a furnace before draining. The final deoxidation and modification of the metal with aluminum and calcium-silicon is done in a ladle.

10 7275410 72754

Valu tehdään pohjavaluna tai huippuvaluna muotteihin.Casting is done as bottom casting or top casting into molds.

On mahdollista valmistaa laattoja jatkuvatoimisessa laatan-valukoneessa.It is possible to make tiles in a continuous tile casting machine.

Metalli kuumennetaan valssausta varten 1200-1280°C 5 lämpötilaan. Lämpötila valssauksen lopussa on 850-950°C. Valssauksen jälkeen levyille suoritetaan suomujenpoistokä-sittely (dehydrogenaatio), mikä käsittää pidennetyn säilyttämisen 650-680°C lämpötilassa hitaan jäähdytyksen seuraamana .The metal is heated to a temperature of 1200-1280 ° C for rolling. The temperature at the end of rolling is 850-950 ° C. After rolling, the sheets are subjected to a dehydrogenation treatment, which involves extended storage at 650-680 ° C followed by slow cooling.

10 Lopullinen lämpökäsittely suoritetaan vesikarkaisun10 The final heat treatment is performed by water quenching

avulla 860-900°C lämpötilasta ja temperoimalla 640-680°Cby 860-900 ° C and by tempering at 640-680 ° C

lämpötilassa vesi- tai ilmajäähdytyksen seuraamana.temperature followed by water or air cooling.

Esimerkkien 1-5 mukaan valmistetun teräksen kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 2.The chemical composition of the steel prepared according to Examples 1-5 is shown in Table 2.

15 Taulukko 215 Table 2

Keksinnönmukaisen teräksen kemiallinen koostumus massaprosent-teinaChemical composition of the steel according to the invention in mass percentages

Esim. Hiili Pii Mangaani Kromi Nikkeli Molybdeeni Kupari nro_ 2 0 1_2_3_4_5_6_7_8 1 0,07 0,12 0,30 0,35 0,50 0,05 0,45 2 0,10 0,32 0,51 0,36 0,71 0,09 0,60 3 0,08 0,26 0,44 0,70 0,59 0,13 0,55 4 0,11 0,50 0,60 0,75 0,90 0,14 0,65 25 5 0,10 0,37 0,44 0,72 0,74 0,12 0,52Eg Carbon Silicon Manganese Chromium Nickel Molybdenum Copper No_ 2 0 1_2_3_4_5_6_7_8 1 0.07 0.12 0.30 0.35 0.50 0.05 0.45 2 0.10 0.32 0.51 0.36 0, 71 0.09 0.60 3 0.08 0.26 0.44 0.70 0.59 0.13 0.55 4 0.11 0.50 0.60 0.75 0.90 0.14 0, 65 25 5 0.10 0.37 0.44 0.72 0.74 0.12 0.52

Taulukko 2 (jatkoa)Table 2 (continued)

Esim. Vanadiini Titaani Alumiini Harv.maa- Kalsium Rikki Fosfori nro_metallit____ 1 _9_10_U_12_13 14 15 30 1 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,001 0,004 2 0,03 0,03 0,03 0,04 0,05 0,004 0,010 3 0,04 0,03 0,03 0,03 0,03 0,006 0,007 4 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,010 0,015 5 0,03 0,04 0,02 0,02 0,03 0,013 0,014 35 Mekaaniset testit suoritettiin normaalinäytteille.Eg Vanadium Titanium Aluminum Rare earth Calcium Sulfur Phosphorus No_metals____ 1 _9_10_U_12_13 14 15 30 1 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.001 0.004 2 0.03 0.03 0.03 0.04 0 .05 0.004 0.010 3 0.04 0.03 0.03 0.03 0.03 0.006 0.007 4 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.010 0.015 5 0.03 0.04 0.02 0.02 0.03 0.013 0.014 35 Mechanical tests were performed on normal samples.

11 7275411 72754

Kuitujen laatu tutkittiin näytteiden halkeamista, joiden näytteiden paksuus oli sama kuin levyn paksuus staattisen taivutusmurtuman jälkeen.The quality of the fibers was examined for cracking of samples whose thickness was the same as the thickness of the plate after static bending fracture.

Murtuman estolämpötila määrättiin "kaksoisjännitys"-5 kokeiden (ESSO) aikana suurikokoisista, täyden paksuuden omaavista näytteistä.The fracture inhibition temperature was determined during the "double stress" -5 experiments (ESSO) on large, full-thickness samples.

Teräksen hitsattavuus tutkittiin suurilla teknologisilla näytteillä, joiden koko oli 400 x 1000 x paksuus mm jäykistysrimojen kanssa.The weldability of the steel was studied with large technological samples with a size of 400 x 1000 x thickness mm with stiffening bars.

10 Korrosionopeus mitattiin seisovassa ja virtaavassa (14 m/s) merivedessä käyttäen levyjä, joiden hitsaussaumat oli tehty pieniseosteiden, päällystettyjen elektrodien avulla käsikäyttöistä sähkökaarihitsausta käyttäen.10 The corrosion rate was measured in stagnant and flowing (14 m / s) seawater using plates with welded joints made of small alloys coated with electrodes using manual electric arc welding.

Testitulokset on esitetty taulukoissa 3, 4, 5 ja 6.The test results are shown in Tables 3, 4, 5 and 6.

12 7275412 72754

Taulukko 3Table 3

Keksinnönraukaisen teräksen mekaaniset ominaisuudet Esim. Paksuus Murtolujuus Vetoraja Venymä nro_mm_MPa_MPa_%_ 5 _ _ _ _ _____ _ ________________ _ ___ 12 3 4 5 1 15 628-64-0 518-518 20-21 30 568-580 424-430 21-21 10 40 536-536 390-408 22-24 2 15 644-672 518-538 20-24 30 562-584 470-492 23-25 15 40 518-528 384-392 22-27 3 15 638-638 520-520 22-24 30 528- 540 420-435 '23-27 2 0 40 490-506 384-396 24-28 4 15 618-628 500-528 19-21 30 574-602 486-500 20-24 25 40 546-568 408-414 23-26 5 10 628-644 518-528 19-20 15 628-628 518-518 20-20 3 0 20 590-618 452-474 21-23 30 574-586 440-452 22-26 40 526-544 388-410 26-28 35 13 72754Mechanical properties of the steel according to the invention Eg Thickness Tensile strength Tensile limit Elongation no_mm_MPa_MPa _% _ 5 _ _ _ _ _____ _ ________________ _ ___ 12 3 4 5 1 15 628-64-0 518-518 20-21 30 568-580 424-430 21-21 10 40 536-536 390-408 22-24 2 15 644-672 518-538 20-24 30 562-584 470-492 23-25 15 40 518-528 384-392 22-27 3 15 638-638 520- 520 22-24 30 528-540 420-435 '23 -27 2 0 40 490-506 384-396 24-28 4 15 618-628 500-528 19-21 30 574-602 486-500 20-24 25 40 546-568 408-414 23-26 5 10 628-644 518-528 19-20 15 628-628 518-518 20-20 3 0 20 590-618 452-474 21-23 30 574-586 440-452 22 -26 40 526-544 388-410 26-28 35 13 72754

Taulukko 3 (jatkoa)Table 3 (continued)

Esim. nro Suhteellinen Iskutyö Kuitujen luku- kaventuma KV-50, j määrä halkea- ' % massa % 5 "I 6 7 -5----- 1 63-68 93-112 100 62-71 154-180 100 10 79-80 196-212 100 2 67-68 83-96 100 77-78 196-196 100 15 71-75 116-134 100 3 60-65 156-204 100 74-78 136-184 100 20 76- 80 184-196 100 4 61-65 144-168 100 .64-68 115-146 100 25 70-73 128-192 100 5 64-66 84—96 100 64—68 92-114 100 30 70-70 102-148 100 72-78 124-180 100 77- 81 134-186 100 35 ---------------------------- 14 72754Eg No. Relative Impact Work Numerical reduction of fibers KV-50, j amount of crack-% mass% 5 "I 6 7 -5 ----- 1 63-68 93-112 100 62-71 154-180 100 10 79 -80 196-212 100 2 67-68 83-96 100 77-78 196-196 100 15 71-75 116-134 100 3 60-65 156-204 100 74-78 136-184 100 20 76- 80 184- 196 100 4 61-65 144-168 100 .64-68 115-146 100 25 70-73 128-192 100 5 64-66 84-96 100 64-68 92-114 100 30 70-70 102-148 100 72 -78 124-180 100 77- 81 134-186 100 35 ---------------------------- 14 72754

Taulukko 4Table 4

Teräksen hitsattavuusWeldability of steel

Terästyyppi Paksuus Esikuumennuslämpötila, 0°C ja ___mm_hitsaustulokset_ 5 Keksinnönmukainen teräs 40 ilman esikuumennusta, jäähdytys esimerkistä 5 30°C lämpötilaan/ ei murtumiaSteel type Thickness Preheating temperature, 0 ° C and ___mm_welding results_ 5 Steel according to the invention 40 without preheating, cooling from Example 5 to 30 ° C / no cracks

Alan aikaisempi teräs jäähdytys -25°C lämpötilaan, E40 32 ei murtumiaThe industry's previous steel cooling to -25 ° C, E40 32 no cracks

Alan aikaisempi teräs 32 jäähdytys -2.5°C lämpötilaan, 10 E36 ei murtumiaPrevious industry 32 cooling to -2.5 ° C, 10 E36 no cracks

Taulukko 5Table 5

Dynaamisen murtuman estoDynamic fracture prevention

Teräslaatu Paksuus Rasitustaso Murtuman estolämpötila mm suhteessa °CSteel grade Thickness Stress level Fracture prevention temperature in mm in relation to ° C

1 5 _vetorajaan_____ E32 30 0,5 -22 E36 32 0,5 -20 E40 32 0,5 -26 20 0,5 -35 20 N-Tuf 40 0,5 -30 0X602 20 0,5 -151 5 _to the pull limit_____ E32 30 0.5 -22 E36 32 0.5 -20 E40 32 0.5 -26 20 0.5 -35 20 N-Tuf 40 0.5 -30 0X602 20 0.5 -15

Keksinnönmukainen teräs esimerkistä 5 40 0,5 -53 25 0,7 -45 " 30 0,5 -60 0,7 -50 15 72754Steel according to the invention from Example 5 40 0.5 -53 25 0.7 -45 "30 0.5 -60 0.7 -50 15 72754

Taulukko 6Table 6

KokonaiskorrosionopeusKokonaiskorrosionopeus

Teräslaatu Korrosinopeus Perusmetallin ja mm/y hitsisauman korro- 5 seisova juokseva sionopeuksien suhde vesi vesi _ (14 m/s)_Steel grade Corrosion rate Corrosion rate of base metal and mm / y weld seam 5 standing running velocities water water _ (14 m / s) _

Alan aikaisempi teräs E32 0,07 0,20 1,06-1,18Prior art steel E32 0.07 0.20 1.06-1.18

Alan aikaisempi teräs E36 0,07 0,18 1,06-1,12 10 Alan aikaisempi teräs E40 0,065 0,17 1,02-1,08Previous industry steel E36 0.07 0.18 1.06-1.12 10 Previous industry steel E40 0.065 0.17 1.02-1.08

Keksinnönmukainen teräs esimerkistä 4 0,06 0,16 0,98-1,06The steel according to the invention from Example 4 0.06 0.16 0.98-1.06

Claims (1)

16 72754 Patenttivaatimus Pieniseosteinen, suurilujuuksinen hitsausteräs, joka sisältää hiiltä, mangaania, piitä, kromia, nikkeliä, 5 kuparia, molybdeeniä, vanadiinia, alumiinia ja rautaa, tunnettu siitä, että se lisäksi sisältää titaania, harvinaisia maametalleja ja kalsiumia seuraavina aineosina massaprosentteina: hiiltä 0,07-0,11 10 mangaania 0,30-0,60 piitä 0,12-0,50 kromia 0,35-0,75 nikkeliä 0,50-0,90 kuparia 0,45-0,65 15 molybdeeniä 0,05-0,14 vanadiinia 0,02-0,05 alumiinia 0,02-0,05 titaania 0,02-0,05 harvinaisia maametalleja 0,02-0,05 20 kalsiumia 0,02-0,05 rautaa loput.Low-alloy, high-strength welding steel containing carbon, manganese, silicon, chromium, nickel, copper, molybdenum, vanadium, aluminum and iron, characterized in that it also contains titanium, rare earth metals and calcium as the following components by weight: , 07-0.11 10 manganese 0.30-0.60 silicon 0.12-0.50 chromium 0.35-0.75 nickel 0.50-0.90 copper 0.45-0.65 15 molybdenum 0 .05-0.14 vanadium 0.02-0.05 aluminum 0.02-0.05 titanium 0.02-0.05 rare earth metals 0.02-0.05 20 calcium 0.02-0.05 iron rest .