сталь
Классы МПК: | C22C38/14 содержащие титан или цирконий C22C38/04 содержащие марганец |
Автор(ы): | Ворожищев Владимир Иванович (RU), Павлов Вячеслав Владимирович (RU), Девяткин Юрий Дмитриевич (RU), Пятайкин Евгений Михайлович (RU), Козырев Николай Анатольевич (RU), Крупенков Виктор Иванович (RU), Данилов Александр Петрович (RU), Щеглова Алла Борисовна (RU), Атконова Ольга Петровна (RU), Тарасова Галина Николаевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-06-14 публикация патента:
27.07.2007 |
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству низколегированной стали для строительных конструкций. Сталь содержит, мас.%: углерод от 0,01 до менее 0,05; марганец 1,30-1,70; кремний 0,50-0,80; алюминий 0,021-0,050; хром 0,01-0,30; никель 0,01-0,30; медь 0,01-0,30; азот 0,013-0,026; ванадий 0,091-0,12; кальций 0,001-0,006; титан 0,001-0,01; железо - остальное. Повышаются прочностные свойства, соответствующие высшему классу прочности и хладостойкости. 1 табл.
Формула изобретения
Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, хром, никель, медь, азот, ванадий, кальций и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод | от 0,01 до менее 0,05 |
марганец | 1,30-1,70 |
кремний | 0,50-0,80 |
алюминий | 0,021-0,050 |
хром | 0,01-0,30 |
никель | 0,01-0,30 |
медь | 0,01-0,30 |
азот | 0,013-0,026 |
ванадий | 0,091-0,12 |
кальций | 0,001-0,006 |
титан | 0,001-0,01 |
железо | остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству низколегированной листовой стали для строительных конструкций.
Известна низколегированная сталь 09Г2С, содержащая не более 0,12% С; 1,30-1,70% Mn; 0,5-0,8% Si; не более 0,030% Р; не более 0,035% S [1]. Уровень предела текучести листов толщиной 14 и 25 мм из этой стали сравнительно низкий и не превышает соответственно 330 Н/мм2 и 315 Н/мм2 ; значения ударной вязкости, определенной при испытании образцов при -40°С и -70°С, не превышают соответственно 0,3-1,0 и 0,2 МДж/м2.
Наиболее близким аналогом изобретения является низколегированная листовая сталь [2], содержащая, мас.%: углерод 0,01 до менее 0,12, марганец 1,30-1,70, кремний 0,50-0,80, алюминий 0,005-0,020, хром 0,01-0,30, никель 0,01-0,30, медь 0,01-0,30, азот 0,005-0,015, ванадий 0,03-0,09, кальций 0,001-0,1, железо - остальное.
Существенным недостатком стали являются сравнительно низкие прочностные свойства ( т не более 375 Н/мм 2) и сопротивление хрупкому разрушению (KCU -70 0,2 МДж/м2).
Техническая задача изобретения - повышение прочностных свойств и ударной вязкости при -70°С. Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, хром, никель, медь, азот, ванадий, кальций и железо, отличается тем, что она дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод | от 0,01 до менее 0,05 |
марганец | 1,30-1,70 |
кремний | 0,50-0,80 |
алюминий | 0,021-0,050 |
хром | 0,01-0,30 |
никель | 0,01-0,30 |
медь | 0,01-0,30 |
азот | 0,013-0,026 |
ванадий | 0,091-0,12 |
кальций | 0,001-0,006 |
титан | 0,001-0,01 |
железо | остальное |
Состав заявляемой стали выбран с учетом следующих предпосылок.
Алюминий в заявляемых пределах обеспечивает исключение образования пленочных включений сульфидов, выпадающих по границам зерен в процессе кристаллизации, снижение содержания кислорода и серы в стали, измельчение аустенитного зерна за счет образующихся в достаточном количестве нитридов алюминия, что приводит к увеличению ударной вязкости листового проката при положительных и отрицательных температурах (до -70°С). При содержании алюминия менее 0,021% размер зерна аустенита увеличивается, уменьшается ударная вязкость стали. Увеличение концентрации алюминия более 0,05% приводит к загрязнению металла строчечными включениями глинозема и алюминатов кальция, снижению технологической пластичности стали.
Кальций, присутствующий в стали в пределах 0,001-0,006%, исключает образование строчечных включений глинозема, обеспечивает образование глобулярных включений алюминатов кальция. Вступая в реакцию с серой, кальций нейтрализует ее вредное влияние, модифицирует включения сульфидов. Кроме того, заявляемое содержание кальция в стали гарантирует хорошую раскисленность стали (низкого содержания в ней кислорода), что снижает вероятность загрязнения металла другими оксидными включениями. Повышение чистоты стали по вредным примесям кислорода и серы, строчечным оксидным включениям и образование включений глобулярной формы при раскислении металла силикокальцием обеспечивает повышение хладостойкости листового проката.
Введенный в сталь ванадий очищает твердый раствор от азота. Соединяясь с азотом и углеродом, он образует дисперсные карбонитриды, которые обеспечивают значительное упрочнение стали и измельчение зерна аустенита и, следовательно, повышение хладостойкости стали. Превышение содержания ванадия более 0,12% удорожает стоимость стали без какого-либо увеличения механических свойств. При содержании ванадия в металле менее 0,09% положительное влияние его на измельчение зерна аустенита значительно снижается. Известно, что заметное действие ванадия на измельчение аустенитного зерна наблюдается при концентрации его более 0,06%.
Азот в заявленных пределах, вступая в соединение с ванадием и алюминием, обеспечивает упрочнение стали образующимися карбонитридами ванадия и нитридами алюминия, значительное измельчение зерна аустенита и повышение ударной вязкости при отрицательных температурах.
Никель, присаживаемый в данных пределах, позволяет увеличить пластичность и ударную вязкость при низких температурах.
Хром, присаживаемый в пределах 0,01-0,3%, создает условия для повышения предела прочности и текучести. При повышении его содержания несколько снижается ударная вязкость.
Применение титана в стали обусловлено тем, что он, являясь сильным раскислителем, дегазатором и десульфуратором, при выплавке металла образует с углеродом чрезвычайно прочный и устойчивый карбид титана, содержащий около 20% углерода. Образующиеся карбонитриды титана в жидкой стали являются дополнительными центрами кристаллизации, способствуют получению более мелкой структуры слитков и отливок. Карбиды и карбонитриды титана сильно измельчают зерно аустенита, понижают чувствительность к перегреву, сдерживают рост зерна аустенита при нагреве до высоких температур (1250°С). Введение титана в низкоуглеродистую сталь, легированную Mn, Si, Cr, Ni, улучшают свариваемость, так как он, связывая углерод в карбид титана, уменьшает склонность к закалке в зоне сварного шва (предупреждает появление сварочных трещин). При увеличении содержания титана в стали выше 0,01% сопротивление хрупкому разрушению снижается.
Для определения прочностных свойств и ударной вязкости была выплавлена в 40-тонной дуговой электропечи сталь с заявляемыми граничными значениями химических элементов. Прокатка стали осуществлялась на листы толщиной 30 мм.
Химический состав и механические свойства листов толщиной 30 мм из заявляемой стали различного состава приведены в таблице.
Согласно данным приведенных испытаний заявляемая сталь в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: повышаются прочностные свойства и ударная вязкость.
Листы толщиной 30 мм из стали заявляемого состава соответствуют высшему классу прочности ГОСТ 19281 ( т=390-440 Н/мм2 ) для листов из стали 10ХСНД и 16Г2АФ. Уровень ударной вязкости этих листов в горячекатаном состоянии, определенной при -70°С и после механического старения по ГОСТ 19281, в 3-5 раз выше требуемого.
Источники информации
1. ГОСТ 19281.
2. Патент №2160322, С22С 38/46, 38/58.
Класс C22C38/14 содержащие титан или цирконий
Класс C22C38/04 содержащие марганец