Сталь

Сталь

Реферат

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее, к составу стали, предназначенной для строительных конструкций, эксплуатируемых в условиях низких климатических температур. Техническим результатам изобретения является повышение пластичности ударной вязкости при отрицательных температурах до -70^oC и после механического старения, увеличение стойкости против атмосферной коррозии. Это достигается тем, что сталь, содержащая углерод, маргане-, кремний, алюминий, ванадий, титан, азот, кальций и железо, дополнительно содержит медь: неодим, церий и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,12 - 0,20; марганец 0,20 - 0,60; кремний 0,15 - 1,00; медь 0,10 - 0,60; алюминий 0,02 - 0,06; азот 0,007 - 0,025; ванадий 0,02 - 0,10; титан 0,01 - 0,05; кальций 0,02 - 0,04; неодим 0,001 - 0,010; церий 0,0005 - 0,005; барий 0,0005 - 0,005, железо - остальное, при выполнении соотношения содержания ванадия к титану в пределах 1,8 - 2,0. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к составам сталей, предназначенных преимущественно для строительных конструкций, эксплуатируемых в условиях низких климатических температур. Широко используются для изготовления строительных конструкций стали марок Ст3 и 09Г2С (1, 2).

Недостатком этих сталей являются пониженный предел текучести, низкие пластичность и ударная вязкость при отрицательных температурах до -70^oC.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является сталь, содержащая в мас. углерод 0,14 0,22; кремний 0,12 0,45; марганец 0,40 0,75; алюминий 0,02 0,08; азот 0,005 0,009; титан 0,015 0,050; ванадий 0,001 0,070; кальций 0,001 0,030; железо - остальное (3).

Эта сталь прототип при достаточной прочности имеет низкую ударную вязкость при -70^oC и после механического старения, а также пониженную стойкость против атмосферной коррозии.

Техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости при -70^oC и после механического старения, увеличение стойкости против атмосферной коррозии.

Технический результат достигается тем, что сталь содержащая углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, ванадий, титан, азот, кальций и железо, дополнительно содержит неодим, церий и барий при отношении ингредиентов (в мас. ): углерод 0,12^oC0,20; кремний 0,15^oC1,00; марганец 0,20^oC0,60; медь 0,10^oC0,60; алюминий 0,02^oC0,06; азот 0,007^oC0,025; ванадий 0,02^oC0,10; титан 0,01^oC0,05; кальций 0,02^oC0,04; неодим 0,001^oC0,010; церий 0,0005^oC0,005; барий 0,0005^oC0,05, железо остальное, причем соотношение содержаний ванадия к титану составляет 1,8^oC2,0.

Пределы содержаний элементов, входящих в состав предлагаемой стали и формирующих ее микроструктуру в процессе кристаллизации, горячей прокатки и последующего охлаждения, которая и обеспечивает высокий уровень свойств при комнатной и отрицательных климатических температурах, выбирались экспериментальным путем.

При содержании углерода менее 0,12% сталь не обеспечивает в прокате необходимых пределов текучести и прочности вследствие пониженных объемов перлитной составляющей в микроструктуре после горячей прокатки.

При содержании углерода более 0,20% ухудшается пластичность и ударная вязкость горячекатаного проката.

При содержании кремния менее 0,15% сталь не обеспечивает в горячекатаном прокате требуемых прочностных свойств вследствие пониженной легированности твердого раствора (феррита) кремнием.

При содержании кремния более 1,00 ухудшается ударная вязкость горячекатаного проката, особенно при отрицательных климатических температурах.

При содержании марганца менее 0,20% сталь меньше раскислена и создаются худшие условия для насыщения ее азотом до требуемых количеств, что приводит к снижению предела текучести горячекатаного проката, особенно при толщинах более 10 мм.

При содержании марганца более 0,6% не обеспечивается дальнейшего заметного повышения механических свойств горячекатаного проката, но при этом излишне возрастает себестоимость стали и ухудшается свариваемость.

При содержании меди менее 0,10% не достигается повышенной стойкости стали против атмосферной коррозии.

При содержании меди более 0,60% резко снижается ударная вязкость стали при отрицательных температурах.

При содержании алюминия менее 0,02% сталь недостаточно раскислена, что создает худшие условия для насыщения ее азотом и последующего выделения в требуемых количествах нитридных фаз-упрочнителей.

При содержании алюминия более 0,06% резко возрастает загрязненность стали оксидными неметаллическими включениями, что ухудшает пластичность и ударную вязкость горячекатаного проката, особенно при отрицательных климатических температурах.

При содержании азота менее 0,007% снижается предел текучести горячекатаного проката из-за недостаточного объема выделяющихся нитридных фаз-упрочнителей.

При содержании азота более 0,025% ухудшается ударная вязкость после механического старения в связи с тем, что излишний азот находится в несвязанном состоянии.

При содержании ванадия менее 0,02% не обеспечивается мелкозернистой структуры стали после горячей прокатки, что снижает прочность и ударную вязкость готового проката, особенно при отрицательных климатических температурах.

При содержании ванадия более 0,08% значительно увеличивается количество выделяемых карбидов ванадия, что также снимает пластичность и ударную вязкость горячекатаного проката при отрицательных климатических температурах.

При содержании титана менее 0,01% снижаются прочностные свойства и ударная вязкость горячекатаного проката вследствие недостаточных объемов выделения нитридных фаз-упрочнителей и получения крупнозернистой микроструктуры.

При содержании титана более 0,05% выделяются наряду с нитридами и карбиды (карбонитриды) титана в повышенных объемах, что снижает пластичность и ударную вязкость горячекатаного проката, особенно при отрицательных климатических температурах.

При содержании кальция менее 0,02% не достигается необходимого эффекта глобуляризации сульфидных включений вследствие чего снижается ударная вязкость при отрицательных климатических температурах.

При содержании кальция более 0,04% возрастает загрязненность стали оксидными включениями, что ухудшает пластичность и ударную вязкость горячекатаного проката, особенно при отрицательных климатических температурах.

При содержании неодима менее 0,001% не обеспечивается нужной модификации и глобуляризации неметаллических включений, что снижает пластичность и ударную вязкость при отрицательных температурах.

При содержании неодима более 0,010% увеличивается загрязненность стали неметаллическими включениями, снижающая ее ударную вязкость.

При содержании церия менее 0,0005% не достигается нужный эффект глобуляризации сульфидных включений, что сказывается на снижении ударной вязкости.

При содержании церия выше 0,005% увеличивается загрязненность стали оксидными включениями из-за чего снижается ее ударная вязкость.

При содержании бария ниже 0,0005% не достигается нужного эффекта глобуляризации сульфидных включений, что влияет на снижение ударной вязкости проката при отрицательных температурах.

При содержании бария выше 0,005% возрастает загрязненность стали оксидными включениями, что способствует снижению пластичности и ударной вязкости проката при отрицательных температурах.

При соотношении V/Ti менее 1,8 увеличивается количество выделяющихся в процессе кристаллизации стали крупных (более 1 2 мкм) карбонитридов титана, что снижает пластичность и вязкость проката.

При соотношении V/Ti выше 2,0 возрастает относительная доля крупных карбидов ванадия, выделяющихся в процессе горячей прокатки и последующего охлаждения проката, что снижает его пластичность и ударную вязкость.

Ниже приведены варианты осуществления и использования изобретения, не исключающие другие варианты в объеме формулы изобретения (табл. 1 и табл.2).

Примеры. Стали составов по табл. 1 выплавляли в 170-т кислородном конвертере и в виде полупродукта (железоуглеродистого расплава), выпускали при температуре 1600 1620^oC в сталеразливочный ковш. Одновременно началом выпуска в ковш присаживали алюминий в количестве 1,0 кг/т жидкой стали. При необходимости производили науглероживание металла коксиком для доведения содержания углерода в готовой стали до заданных концентраций. При наполнении ковша на 1/3 производили присадку 2900 кг ферросилиция (ФС45), 700 800 кг ферромарганца (ФМп70), 80 100 кг феррованадия (ФВд40), 100 150 кг ферротитана (ФТи30), 100 150 кг силикокальция (СК 15), 100 150 кг мишметалла, содержащего церий, неодим и барий, и органическое азотсодержащее вещество (карбамид), в количестве 0,7 1,0 кг/т. В течение всего времени выпуска металл продувался в ковше аргоном.

При достижении заданного состава (табл. 1) и температуры стали в ковше в пределах 1540 1560^oC металл разливали в изложницы на слитки массой 18,7 т, которые горячим всадом направляли на блюминг 1500. Блюмы прокатали на универсально-балочном стане на двутавры строительного сортамента с толщиной стенки 10 18 мм.

Данные механических испытаний горячекатаного проката представлены в таблице 2.

Как видно из табл. 1 и 2 сталь, удовлетворяющая заявленному составу (плавки 1^oC6), имеет высокие свойства при отрицательных температурах и после механического старения. Сталь-прототип (плавка II) и сталь с содержанием элементов, выходящих за заявленные пределы (плавки 7 10), не имеют комплекса свойств, необходимых для достижения технического результата изобретения.

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ванадий, титан, азот, кальций, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит медь, неодим, церий и барий при следующем отношении компонентов, мас.

Углерод 0,12-0,2 Марганец 0,2-0,6 Кремний 0,15-1 Алюминий 0,02-0,06 Азот 0,007-0,025 Ванадий 0,02-0,1 Титан 0,01-0,05 Кальций 0,02-0,04 Медь 0,1-0,6 Неодим 0,001-0,01 Церий 0,0005-0,005 Барий 0,0005-0,005 Железо Остальное причем соотношение ванадия к титану составляет 1,8-2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2