СТАЛЬ
STEEL

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству низколегированной листовой стали для строительных конструкций, работающих при отрицательных температурах.
Известна низколегированная сталь [1], содержащая, мас.%:
углерод
не более 0,12
марганец
1,30-1,70
кремний
0,50-0,80
фосфор
не более 0,030
сера
не более 0,035
железо
остальное
Существенным недостатком данной стали является недостаточная прочность и пониженные значения ударной вязкости при отрицательных температурах.
Известна также низколегированная листовая сталь [2], выбранная в качестве прототипа и 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 указанной стали являются пониженные значения ударной вязкости при отрицательных температурах, обусловленные повышенной загрязненностью стали строчечными алюмосиликатами.
Желаемым техническим результатом изобретения является повышение чистоты стали по неметаллическим включениям и достижение высоких стабильных значений прочности и ударной вязкости при отрицательных температурах.
Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, хром, никель, медь, азот, ванадий, кальций, железо, дополнительно содержит стронций и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод
0,01 до менее 0,12
марганец
1,30-1,70
кремний
0,50-0,80
алюминий
0,001-0,010
хром
0,01-0,30
никель
0,01-0,30
медь
0,01-0,30
азот
0,015-0,020
ванадий
0,05-0,15
кальций
0,0001-0,005
барий
0,0001-0,005
стронций
0,0001-0,008
железо
остальное
Заявляемый состав стали подобран исходя из следующих предпосылок.
При содержании алюминия в пределах 0,001-0,010% снижается вероятность образования строчечных включений глинозема. При содержании алюминия менее 0,001% размер зерна аустенита увеличивается, вследствие этого уменьшается ударная вязкость стали. Увеличение концентрации алюминия более 0,010% приводит к загрязнению металла строчечными включениями глинозема.
Совместное введение стронция, кальция и бария позволяет модифицировать источники концентраторов напряжений - неметаллические включения, исключить образование «опасных» включений глинозема, повысить чистоту стали по оксидным и сульфидным включениям, обеспечить образование глобулярных включений и исключить образование строчечных включений алюминатов. При введении более 0,005% кальция, более 0,005% бария и более 0,008% стронция в сталь возможно получение грубых барий-кальций-стронцийсодержащих неметаллических включений, загрязняющих сталь и в следствие чего снижается ударная вязкость стали. Дополнительное введение в сталь стронция обеспечивает повышение жидкотекучести шлака, тем самым способствуя наиболее эффективной очистке металла от неметаллических включений. Повышение чистоты стали по строчечным оксидным включениям при комплексном раскислении металла алюминием, кальцием, барием и стронцием обеспечивается 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 0,15% удорожает стоимость стали без какого-либо увеличения механических свойств. При содержании ванадия в металле менее 0,05% положительное влияние его на измельчение зерна аустенита значительно снижается.
Азот в заявленных пределах, вступая в соединение с ванадием и алюминием, за счет образующихся карбонитридов ванадия и нитридов алюминия, значительно измельчает зерна аустенита и повышает ударную вязкость при отрицательных температурах.
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.
Источники информации
1. ГОСТ 19281.
2. Патент №2160322 С22С 38/46, 38/58.