ПРОКАТ ПОЛОСОВОЙ ИЗ БОРСОДЕРЖАЩЕЙ МАРГАНЦОВИСТОЙ СТАЛИ
STRIP ROLLED PRODUCTS FROM BORON-CONTAINING MANGANESE STEEL

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве стали специального назначения (преимущественно полосовой), содержащей бор и марганец.
Стали с повышенным содержанием марганца и с добавкой бора обычно обладают повышенной прочностью, достаточной пластичностью и хорошей прокаливаемостью, что позволяет использовать их в условиях динамических нагрузок и повышенного трения (например, в деталях ходовой части гусеничных машин). Особенности сталей с микродобавками бора описаны, например в справочнике В.Н.Журавлева и О.Н. Николаевой «Машиностроительные стали», изд. 3-е, М.: Машиностроение, 1981, с.63-68.
Известна легированная марганцовистая сталь, содержащая хром, титан и ванадий, которая дополнительно содержит алюминий, что повышает износостойкость при ударно-абразивном изнашивании (см. а.с. СССР №969779, кл. С22С 38/38, опубл. в БИ №40, 1982 г.).
Недостатками этой стали являются низкая пластичность и плохая способность к прокаливанию.
Из уровня техники известна сталь 20ХГР, описанная в ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали». Она содержит углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь и характеризуется содержанием указанных компонентов в соотношении, мас.%:
Углерод
0,18…0,24
Марганец
0,70…1,00
Кремний
0,17…0,37
Фосфор
не более 0,035
Сера
не более 0,035
Хром
0,75…1,05
Никель
не более 0,30
Медь
не более 0,30
Молибден
не более 0,15
Титан
не более 0,06
Алюминий
не регламентирован
Бор
0,0010…0,005
Железо
остальное.
Известная сталь не гарантирует получение требуемой степени прокаливаемости, у нее ограниченная применимость при отрицательных температурах, что ухудшает потребительские свойства стали.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является борсодержащая марганцовистая сталь (см. GB №2449215 А, С22С 38/54, опубл. 19.11.2008 г.), преимущественно полосовая, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, хром, никель, медь, молибден, титан, алюминий, бор, кальций, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод
0,2…0,4
Марганец
0,5…2,5
Кремний
0,05…0,50
Фосфор
не более 0,025
Сера
не более 0,01
Хром
0,05…2,0
Никель
0,05…3,0
Медь
0,01…2,0
Молибден
0,02…1,0
Титан
0,005…0,2
Алюминий
0,01…0,15
Бор
0,0002…0,005
Кальций
0,0005…0,005
Железо и примеси
остальное.
Известная сталь не обеспечивает повышенные потребительские свойства в части обработки металла резанием готовых изделий после прокатки на станках автоматах и полуавтоматах.
Ожидаемый технический результат - повышение потребительских свойств, повышение выхода годного при разливке стали на сортовых МНЛЗ и обеспечение заданной степени прокаливаемости полосового проката.
Для решения этой задачи прокат полосовой из борсодержащей марганцовистой стали, содержащей углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, молибден, титан, алюминий, кальций, бор, и железо, отличается тем, что он согласно изобретению содержит компоненты при следующем соотношении (в мас.%):
Углерод
0,33…0,45
Марганец
0,90…1,30
Кремний
0,15…0,37
Фосфор
не более 0,030
Сера
от более 0,010 до 0,040
Хром
0,15…0,25
Никель
не более 0,30
Медь
не более 0,30
Молибден
0,02…0,04
Титан
0,01…0,045
Алюминий
0,02…0,05
Бор
0,0010…0,0030
Кальций
0,0001…0,005
Железо
остальное,
при этом отношение [S]/[Al]+[Ti]+[Ca]=0,3…0,5.
Все вышеуказанные пределы содержания компонентов в предлагаемой стали получены в результате обработки опытных данных.
Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации содержания отдельных компонентов в марганцовистой стали с микродобавкой бора. В результате этого повышается выход годного при разливке стали на сортовых МНЛЗ, потребительские свойства в части улучшения обрабатываемости резанием и обеспечивается заданная степень прокаливаемости полосового проката.
2
3
Получение отношения [S]/[Al]+[Ti]+[Са]=0,3…0,5 обеспечивает получение требуемого состава алюминатов кальция, имеющих низкую температуру плавления и высокую способность их ассимиляции высокоосновным раскисленным шлаком, снижается загрязненность стали неметаллическими включениями, особенно оксидами, улучшается разливаемость металла на сортовых МНЛЗ и выход годного, обрабатываемость резанием, обеспечивается заданная степень прокаливаемости полосового проката. При таком соотношении в жидкой стали образуется комплексное соединение 7АlO·12СаО, имеющее температуру плавления около 1420°С, что ниже температуры кристаллизации стали. При таком соотношении «зарастания» стенок огнеупорных стаканов отсутствуют.
2
3
2
3
2
3
При соотношении [S]/[Al]+[Ti]+[Са]=менее 0,3 в жидкой стали образуются сложные твердые комплексные соединения на основе оксидов алюминия типа АlО, 6АlО·СаО, 2АlO·СаО, имеющие температуру плавления выше 1550°С, что значительно выше температуры кристаллизации стали. Эти твердые включения в процессе непрерывной разливки налипают на внутренних стенках сталеразливочного стакана, при этом уменьшается внутренний диаметр сталеразливочных стаканов, что приводит к снижению скорости разливки и к аварийной остановке МНЛЗ.
При соотношении [Са]/[Al]+[Ti] более 0,5 в металле образуются неметаллические включения в виде СаО, приводящие к загрязнению стали, повышенному износу стопоров промежуточного ковша, колебанию уровня металла в промежуточном ковше, нарушению температурно-скоростного режима разливки и к внеплановому прекращению разливки.
Опытную проверку заявляемого технического решения осуществили при производстве стали 40Г1Р в электросталеплавильном цехе ОАО «Магнитогорского металлургического комбината» с последующей ее прокаткой на стане 450. Результаты опытов оценивали по результатам механических испытаний полосового проката.
Наилучшие результаты (выход годного проката в пределах 99,0-99,7 при заданной величине его прокаливаемости) получены при использовании предлагаемой стали. Отклонения от требуемого химического состава и получение оптимальной микроструктуры приводили к получению брака по механическим свойствам.
Так, при содержании в стали (мас.%) Аl<0,02 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), Ti<0,01, С<0,33, Mn<0,90, Si<0,15, В<0,0010, S<0,01, Cr<0,15, Мо<0,02 и Са<0,0001 (при том же условии) не удалось получить требуемую степень прокаливаемости у 15-25% полосового проката и требуемую обрабатываемость резанием. При содержании в стали (мас.%) Аl>0,05 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), Ti>0,045, С>0,45, Mn>1,30, Si>0,37, В>0,0030, S>0,04, Cr>0,25, Мо>0,04 и Са>0,005, а также повышенном содержании Р, Ni, Сu и N (соответственно больше 0,030, 0,30, 0,30, 0,008) малый выход годного заготовок металла при непрерывной разливке на сортовых МНЛЗ, недостаточная обрабатываемость резанием, повышенная загрязненность проката неметаллическими включениями.
При получении же проката из стали, химический состав которой имел хотя бы один компонент с отличной (от заявляемой) величиной, отсортировка готового проката по недопустимым отклонениям от заданной нормы прокаливаемости составляла не менее 1,4-3,1%, причем в ряде случаев пластичность была неудовлетворительной.
Сравнительные испытания борсодержащей марганцовистой стали, выбранной в качестве ближайшего аналога, привели к отсортировке по вышеназванной причине от 4-7% готового проката. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Внедрение предлагаемого изобретения при производстве борсодержащей марганцовистой стали позволит повысить прибыль от реализации проката с улучшенными потребительскими свойствами не менее чем на 5%.
Пример конкретного выполнения.
Полосовая борсодержащая марганцовистая сталь толщиной 36 мм содержит (мас.%):
С=0,41; Si=0,32; Mn=1,24; S=0,028; P=0,012; Cr=0,17; Ni=0,05; Сu=0,055; Мо=0,026; Al=0,03; Ti=0,044; В=0,0026; Са=0,0017, остальное - железо.
При этом [S]/[Al]+[Ti]+[Са]=0,369.
Прокаливаемость стали - 39 ед. HRC (норма - не более 46).