СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМАТУРНОЙ СТАЛИ
METHOD OF PRODUCING REINFORCEMENT STEEL

Изобретение относится к металлургии, а именно, к производству стальной высокопрочной проволочной арматуры, производимой методом холодного волочения и с предварительным получением необходимой микроструктуры методом термомеханической обработки.
Известен способ производства стальной высокопрочной наноструктурированной арматуры, включающий выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину. Выплавляют сталь следующего химического состава, (масса %): углерод от 0,77 до 0,85; марганец от 0,50 до 0,80; кремний от 0,20 до 0,37; сера от 0,016 до 0,020; фосфор от 0,016 до 0,025; хром не более 0,10; никель не более 0,10; медь не более 0,10; алюминий от 0,01 до 0,03; бор от 0,001 до 0,003; железо - остальное, в которой поддерживают суммарное содержание Хром плюс никель плюс медь меньше 0,14 (Cr+Ni+Cu<0,14), а соотношение алюминия к бору (Al/В) в пределах 10-20, термическую обработку катанки осуществляют путем нагрева в печи до температуры 900-940°С (градусов Цельсия) с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 секунд в расплаве свинца при температуре 530-560°С (градусов Цельсия) и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 57-62%.
2
Выбранные пределы содержания углерода (0,77-0,85%) в сочетании с марганцем (0,50-0,80%), хромом, никелем и медью (до 0,10 каждого, но при соотношении хром плюс никель плюс медь меньше 0,14 (Cr+Ni+Cu<0,14) при введении алюминия и бора в сталь позволят измельчать микроструктуру стали при ее термообработке. Соотношение содержания алюминия к бору (Al/В) в пределах 10-20 обеспечивает в конечном продукте - холодно деформированной высокопрочной арматуре - прочность не менее 1570 Н/мм, условный предел текучести не менее 1400 Н/мм и относительное удлинение при разрыве не менее 6% (RU, патент на изобретение №2471004 от 16.12.2011, класс МПК: C2D 8/08, C21D 9/52, С22С 38/54, B82Y 40/00, В82В 3/00 опубликовано: 27.12.2012, бюл. №36).
2
2
Также известна сталь следующего химического состава, (масса %): углерод 0,75-0,81; марганец 0,60-0,80; кремний 0,20-0,37; сера 0,016-0,020; фосфор 0,016-0,025; хром 0,20-0,30; никель не более 0,10; медь не более 0,10; алюминий не более 0,005; бор 0,001-0,003; железо - остальное, в которой поддерживают суммарное содержание хром плюс никель плюс медь меньше 0,50 (Cr+Ni+Cu<0,50), соотношение алюминия к бору (Al/В) в пределах 5,00-1,65, а соотношение хрома к бору (Cr/В) 100-200. Введение хрома в соотношение 100-200 к бору позволяет увеличить прочность арматурной стали до 1700 Н/мм, а условный предел текучести не менее 1450 Н/мм (RU, патент на изобретение №2543045 от 27.11.2013, класс МПК: C21D 8/08 (2006.01); C21D 9/52 (2006.01); С22С 38/54 (2006.01) опубликовано: 27.02.2015, бюл. №6).
При дальнейшем применении арматурной стали в железобетонных конструкциях с тяжелым бетоном появилась необходимость не только в увеличении прочности, но и пластичности арматурной стали против выше указанных марок стали, прочность и пластичность которых оказалась недостаточной.
При использовании эвтектоидных углеродистых сталей, содержащих мелкодисперсный перлит (сорбит) не избежать незначительные области бейнитных включений. Размер карбидов в бейнитной структуре является важным фактором, определяющим ее прочность. С этой целью предлагается микролегирование ванадием, посредством введения которого образуются карбиды ванадия, которые в свою очередь становятся зародышами для образования зернистого перлита (сорбита) в последующем процессе патентирования горячекатаного круглого проката. Одновременно введение ванадия как легирующей добавки повышает пластичность стали.
Для получения необходимых свойств предлагается следующий химический состав стали (масс. %):
углерод
0,77-0,79
марганец
0,70-0,80
кремний
0,20-0,30
сера не более
0,010
фосфор не более
0,020
хром
0,15-0,30
никель
не более 0,10
медь
не более 0,20
алюминий
не более 0,005
ванадий
0,06-0,08
азот не более
0,008
железо
остальное
Суммарное содержание хром плюс никель плюс медь меньше 0,50 (Cr+Ni+Cu<0,50), соотношения алюминия к ванадию (Al/V) в пределах 0,063-0,083, а соотношение хрома к ванадию (Cr/V) 2,50-3,75. Введение ванадия как карбидообразующего элемента, способствует быстрому росту «зародышей» в виде карбидов ванадия (VC). Карбиды равномерно располагаются в сплаве, что способствует созданию мелкозернистой структуры стали и повышает прочностные параметры стали, а также ее вязкость, износостойкость, предотвращая структурный рост зерен стали при нагревании. При этом добавка ванадия дополнительно выполняет функцию раскислителя.
Термическую обработку катанки осуществляют путем нагрева в печи до температуры 900-940°С (градусов Цельсия) с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 секунд в расплаве свинца при температуре 530-560°С (градусов Цельсия) и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 60-65%.
2
2
Выбранные пределы содержания углерода (0,77-0,79%) в сочетании с марганцем (0,50-0,80%), хромом, никелем до 0,10 и медью до 0,20 каждого, но при соотношении хром плюс никель плюс медь меньше 0,14 (Cr+Ni+Cu<0,14) при введении ванадия в сталь позволяет измельчать микроструктуру стали при ее термообработке. Соотношение содержания алюминия к ванадию (Al/V) в пределах менее 0,09 обеспечивает в конечном продукте холоднодеформированной высокопрочной арматуре - прочность не менее 1700 Н/мм, условный предел текучести не менее 1550 Н/мм и относительное удлинение при разрыве не менее 7,5%.
2
2
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в получении в холоднодеформированной высокопрочной арматуры прочностью не менее 1700 Н/мм, условного предела текучести не менее 1550 Н/мм и относительного удлинения при разрыве не менее 7,5%.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления арматурной стали, включающем выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину, выплавляют сталь следующего химического состава, (масс. %):
углерод
0,77-0,79
марганец
0,70-0,80
кремний
0,20-0,30
сера
не более 0,010
фосфор
не более 0,020
хром
0,15-0,30
никель
не более 0,10
медь
не более 0,20
алюминий
не более 0,005
ванадий
0,06-0,08
азот
не более 0,008
железо
остальное,
3
массовая доля титана должна быть не более 0,005% при суммарном содержании хром плюс никель плюс медь плюс марганец меньше или равно 1,4 (Cr+Ni+Cu+Mn<1,4) и соотношении содержания алюминия к ванадию (Al/V) в пределах менее 0,09. Важным условием для исключения образования цементита (FeC) при выплавке стали является то, что содержание углерода не должно превышать 0,79%.
2
2
Термическую обработку катанки производят путем нагрева в печи до температуры 900-940°С (градусов Цельсия) с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 секунд в расплаве свинца при температуре 530-560°С (градусов Цельсия) и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 60-65%. Изобретение позволит получить в холоднодеформированной высокопрочной арматуре прочность не менее 1700 Н/мм, условный предел текучести не менее 1550 Н/мм и относительное удлинение при разрыве не менее 7,5%.
Пример осуществления способа изготовления арматурной стали.
По разработанному АО «БЭТ» химическому составу была выплавлена сталь в 180-тонной электропечи ОАО «ММК», обработана в агрегате «печь-ковш», разлита на МНЛЗ в заготовку сечением 150×150 мм и прокатана в катанку круглого сечения диаметром 15,5 мм на сортовом стане «170», имеющая следующий химический состав, (масс. %):
Углерод
0,790
Марганец
0,720
Кремний
0,247
Сера
0,001
Фосфор
0,005
Хром
0,220
Никель
0,033
Медь
0,041
Алюминий
0,003
Ванадий
0,062
Азот
0,008
Железо
остальное
Соотношение хром плюс никель плюс медь плюс марганец (Cr+Ni+Cu+Mn) составило 1,014, а соотношение Al/V составило 0,048.
2
2
Внесенные изменения в химический состав, а именно микролегирование хромом, марганцем, ванадием и исключение алюминия при раскислении предлагаемой стали позволили получить условный предел текучести выше 1550 Н/мм; временное сопротивление разрыву выше 1700 Н/мм и относительное удлинение при разрыве не ниже 7,5%.
Термообработанную катанку проволочили в проволоку диаметром 11-0,1 мм, после чего нанесли на ее поверхность трехсторонний периодический профиль с утяжкой, подвергли отпуску на линии стабилизации под натяжением при температуре 400°С (градусов Цельсия), охладили проточной водой и порезали на мерные длины. Механические испытания полученной стальной высокопрочной арматуры номинальным диаметром 9,6-0,1 мм показали следующие свойства:
временное сопротивление разрыву 1700-1740 Н/мм;
2
условный предел текучести 1570-1590 Н/мм;
относительное удлинение при разрыве 7,5-8,0%;
твердость 41,5-43,0 HRC,
что полностью соответствует техническим требованиям, предъявляемым к высокопрочной стержневой холоднодеформированной арматуре периодического профиля диаметром 5 мм; 7,5 мм; 9,6 мм для армирования железобетонных шпал.