ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОДКАТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННОГО АРМАТУРНОГО ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
HIGH-CARBON STEEL FOR MANUFACTURE OF SEMIFINISHED ROLLED PRODUCT FOR OBTAINING COLD DEFORMED PERIODIC REINFORCEMENT BARS FOR REINFORCED-CONCRETE PRODUCTS

Изобретение относится, к металлургии стали и может быть использовано при производстве подката для производства холоднодеформированного арматурного периодического профиля.
Для производства арматурного периодического профиля используют как углеродистую, так и низколегированную сталь. Особенности сталей описаны, например, в ГОСТ 5781-82 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия»
Известна легированная арматурная сталь (патент Японии №2002-069581 от 08.03.2002 г., заявка №2000 - 270635 от 06.09.2000 г.), содержащая компоненты в соотношении, масс.%:
Углерод
0,8…1,30
Марганец
0,25…2,00
Кремний
0,10…2,50
Фосфор
примесь
Сера
примесь
Хром
0,05…2,00
Никель
0,05…1,00
Медь
0,05…1,00
Алюминий
не более 0,05
Железо
остальное
Недостатком этой стали является увеличенное содержание хрупких силикатов из-за большого содержания кремния, что в последствии приводит к недостаточной пластичности холоднодеформированного арматурного периодического профиля, кроме того, в готовой продукции не достигается требуемое сочетание пластичности и прочности.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является высокоуглеродистая сталь для производства подката для получения холоднодеформированного арматурного периодического профиля для железобетонных изделий (RU №2399682, МПК С21С 38/12, опубл. 20.09.2010), содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, алюминий, кальций, ванадий, азот и железо, и характеризуется содержанием указанных компонентов в соотношении, масс.%:
Углерод
0,80…0,85
Марганец
0,50…0,80
Кремний
не более 0,10
Фосфор
не более 0,020
Сера
не более 0,015
Хром
0,20…0,30
Никель
не более 0,10
Медь
не более 0,10
Алюминий
0,010…0,025
Кальций
0,0001…0,005
Ванадий
0,060…0,080
Азот
не более 0,008
Железо
остальное
При этом отношение содержания углерода к содержанию ванадия составляет не менее 10,5, а отношение содержания азота к суммарному содержанию алюминия и кальция составляет не менее 0,13.
Недостатком ближайшего аналога является низкое содержание кремния, как в полуспокойном металле, и наличие в стали алюминия, приводящее к повышенному угару алюминия, образованию алюминатов, "зарастанию" разливочного стакана (его затягивание) за счет алюминатов, что в свою очередь приводит к увеличению содержания неметаллических включений, снижению пластических свойств проката.
2
Технической задачей изобретения является обеспечение заданных прочностных свойств (σв), а именно в пределах от 950 до 1200 Н/мм, при сохранении высоких пластических (δ10), а именно не менее 7% готовой продукции - холоднодеформированного арматурного периодического профиля.
Для решения этой задачи высокоуглеродистая сталь для производства подката для получения холоднодеформированного арматурного периодического профиля для железобетонных изделий, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, хром, никель, медь, алюминий, азот и железо, согласно изобретению дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод
от 0,75 до менее 0,90
Марганец
0,40…0,70
Кремний
0,17…0,37
Фосфор
не более 0,025
Сера
не более 0,020
Хром
не более 0,10
Никель
не более 0,10
Медь
не более 0,15
Алюминий
до менее 0,005
Азот
не более 0,008
Бор
от более 0,005 до 0,01
Железо
остальное
Все вышеуказанные пределы содержания компонентов в предлагаемой стали получены в результате обработки опытных данных.
Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации содержания углерода, кремния, алюминия и бора в стали, в результате этого повышаются пластические характеристики проката при сохранении высоких прочностных, что особенно важно при производстве высокоуглеродистой стабилизированной арматурной проволоки, улучшается разливаемость металла на сортовых МНЛЗ, увеличивается выход годного, снижается себестоимость стали за счет снижения расхода дорогостоящих ферросплавов.
Бор при кристаллизации захватывает водород и ограничивает насыщение им стали, стабилизирует подкорковую зону непрерывнолитой заготовки, подавляет ликвацию серы и других примесей - то есть значительно снижает подусадочную ликвацию. Кроме того, нитрид бора BN исключает протекание процессов старения во времени за счет полного связывания азота. Более низкая прочность и повышенная пластичность катанки с бором по сравнению с аналогичной катанкой из стали без бора обусловлены влиянием бора, способствующего более равномерному распределению базовых и примесных элементов между составляющими структуры. Кроме того, в результате связывания атомов азота в боронитриды и карбоборонитридные соединения мартенсит в структуре катанки с бором имеет меньшую концентрацию азота и как менее твердый и прочный приобретает большую склонность к деформационному формоизменению.
Содержание кремния 0,17-0,37% позволяет получить хорошо расскисленный металл и снизить содержание хрупких силикатов, а также при последующей холодной деформации избежать резкого снижения пластических свойств (в связи с тем, что более высокое содержание кремния препятствует движению дислокаций).
Ограничение верхней границы содержания алюминия позволяет максимально снизить содержание неметаллических включений, повысить качество непрерывнолитой заготовки.
Опытную проверку заявляемого технического решения осуществили, при производстве стали 80Р в электросталеплавильном цехе ОАО «Магнитогорского металлургического комбината» с последующей ее прокаткой на стане 170 в сортовом цехе, а в дальнейшем переработкой в высокопрочную стабилизированную арматуру. Результаты опытов оценивали по результатам механических испытаний арматурной проволоки.
Наилучшие результаты (выход годного проката в пределах 99,0-99,3 после испытаний по механическим свойствам (временное сопротивление и сужение) получены при использовании предлагаемой стали.
Отклонения от требуемого химического состава приводили к получению брака по механическим свойствам.
Так, при содержании в стали (масс.%) Al>0,005 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), С<0,75, Mn<0,40, Si<0,17, В<0.005 и N>0,008 (при том же условии) не удалось получить требуемый уровень временного сопротивления в соответствии с нормативно технической документацией у 3,5-5,5% арматурной проволоки. При содержании в стали (масс.%) С>0,90 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), Mn>0,70, Si>0.37 и В>0.01, а также повышенном содержании S, Р, Cr, Ni и Cu (соответственно, больше 0,020, 0,025, 0,10, 0,10 и 0,15) не удалось получить требуемые пластические свойства.
При получении же арматурной проволоки из стали, химический состав которой имел хотя бы один компонент с отличной (от заявляемой) величиной, отсортировка арматурной проволоки по недопустимым отклонениям от заданной нормы относительного удлиннения (δ10), а именно не менее 7%, составляла не менее 1,2-5,6%.
Сравнительные испытания стали, выбранной в качестве ближайшего аналога, привели к отсортировке по вышеназванной причине 3,5-6,0% готового проката. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Реализация предлагаемого изобретения при производстве высокоуглеродистой стали для производства подката для получения холоднодеформированного арматурного периодического профиля для железобетонных изделий позволит повысить прибыль от реализации проката с улучшенными потребительскими свойствами.
Пример конкретного выполнения.
Арматурная проволока из высокоуглеродистой стали диаметром 15,5 мм содержит (масс.%): С=0,79; Si=0,26; Mn=0,52; S=0,008; Р=0,017; Cr=0,04; Ni=0,03; Cu=0,04; Al=0,002; N=0,006; В=0,0053, остальное - железо.