СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ СТАЛИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОКАТА
METHOD OF PRODUCING LOW-ALLOYED CORROSION-RESISTANT STEEL FOR PRODUCING ROLLED STOCK

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству проката из низколегированной атмосферокоррозионностойкой стали, применяемой для мостостроения, неокрашенных несущих конструкций контактной сети электрифицированных железных дорог, путепроводов автомобильных дорог и других строительных конструкций.
Известен способ производства проката, включающий получение заготовки из стали, аустенизацию, предварительную и окончательную деформацию в реверсивном режиме за несколько проходов в интервале заданных температур, двустадийное охлаждение с заданными скоростями, при этом заготовку получают из стали следующего химического состава, мас. %:
углерод
0,05-0,15
марганец
0,2-0,6
кремний
0,4-1,1
никель
0,2-0,5
хром
0,3-0,6
медь
0,2-0,6
титан
0,005-0,05
кальций
0,0001-0,01
алюминий
0,01-0,06
азот
0,005-0,015
сера
0,01-0,035
фосфор
0,01-0,035
железо
остальное
Сталь может дополнительно содержать ниобий в количестве 0,03-0,07% или ванадий в количестве 0,05-0,15% (патент РФ №2048541, МПК6, C21D 8/00, опубл. 20.11.1995 г.).
Недостатком данного изобретения является то, что данная сталь не обеспечивает высокой и продолжительной стойкости к атмосферной коррозии, что сужает область ее применения для строительных конструкций без дополнительной защиты от атмосферной коррозии, в том числе окрашивания.
Наиболее близким к предложенному является способ производства толстолистового проката, включающий выплавку стали, легирование, внепечную обработку, разливку стали, аустенитизацию, предварительную и окончательную деформации и охлаждение листового проката до температуры окружающей среды, осуществляют легирование стали хромом, медью и никелем путем частичного использования при выплавке меднохромоникелевых шихтовых материалов и дополнительного ввода феррохрома, меди и ферроникеля - при внепечной обработке, причем получают сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас. %:
углерод
0,12-0,18
марганец
0,80-1,10
кремний
0,40-0,60
хром
0,50-0,70
никель
0,50-0,80
медь
0,40-0,70
титан
0,005-0,035
алюминий
0,020-0,060
цирконий
не более 0,010
фосфор
не более 0,015
сера
не более 0,010
азот
не более 0,012
железо
остальное
Окончательную деформацию листового проката осуществляют при температуре 750-950°C. Далее в зависимости от требований потребителя листовой прокат может подвергаться нормализации или закалке с форсированным отпуском (патент РФ №2572270, МПК C21D 8/02, С22С 38/16, С21С 5/00, опубл. 10.01.2016 г.).
Недостатком данного способа является ограничение сферы применения данной марки стали, т.к. листовой прокат из данной марки стали производят на толстолистовом стане, а промышленности необходим также сортовой прокат, обладающий высокой стойкостью к атмосферной коррозии, с соблюдением технических требований Евронорм - ударной вязкости на образцах с острым надрезом при температуре до -40°C, свариваемости проката, хладостойкости.
Задачей изобретения является расширение сферы применения предлагаемой марки стали с обеспечением ее высокой стойкости к атмосферной коррозии, а также повышение механических свойств проката, повышение качества проката.
Поставленная задача решается тем, что в способе производства проката, включающем выплавку, выпуск из сталеплавильного агрегата, легирование, внепечную обработку, разливку стали, аустенизацию и деформационную обработку проката, получают сталь следующего химического состава, мас. %:
углерод
0,08-0,25
марганец
0,5-1,3
кремний
0,05-0,8
хром
0,3-1,3
никель
0,2-1,0
медь
0,2-1,0
алюминий
0,01 - 0,09
сера
не более 0,02
фосфор
не более 0,02
азот
не более 0,012
один или несколько компонентов из группы:
молибден
0,0005-0,05
ванадий
0,0005-0,05
ниобий
0,0005-0,05
цирконий
0,0001-0,015
железо и неизбежные примеси
остальное
при этом разливку стали осуществляют при температуре 1505-1560°C со скоростью 0,4-6 м/мин. Суммарное содержание молибдена, ванадия и ниобия в стали не превышает 0,08%, при этом сталь может дополнительно содержать один из следующих элементов: 0,0001-0,01% кальция, не более 0,005% бора, не более 0,1% титана, не более 0,001% РЗМ, при этом в получаемой стали суммарное содержание водорода и кислорода составляет не более 0,001%. Легирование стали хромом, никелем и медью до получения заданного химического состава данных элементов осуществляют во время выпуска стали из сталеплавильного агрегата в сталь-ковш в течение 3-8 мин. Толщину слоя шлака в сталь-ковше обеспечивают не более 40 мм, без учета количества шлака, образуемого отдачей шлакообразующих материалов при выпуске. Последние три прохода деформационной обработки проката осуществляют с величиной обжатий не менее 15%.
Температура разливки стали в пределах 1505-1560°C обусловлена необходимым перегревом над температурой ликвидуса. Скорость разливки от 0,4 до 6 м/мин обусловлена скоростью кристаллизации и производительностью агрегатов разливки. Продолжительность выпуска стали из сталеплавильного агрегата в сталь-ковш менее 3 и более 8 минут ограничена проходным сечением стакана сталевыпускного отверстия. Толщина шлака более 40 мм свидетельствует о попадании шлака сталеплавильного агрегата более допустимого, что ведет к ухудшению качества шлака внепечной обработки, увеличению времени, требуемого для его раскисления, и фактическому росту балла неметаллических включений в готовом прокате.
Последние три прохода деформационной обработки проката осуществляют с величиной обжатий не менее 15%. Это обусловлено необходимостью проработки структуры металла. При достаточной проработке структуры формируется мелкое зерно в стали после прокатки, которое впоследствии сохраняется и после термообработки. При обжатиях менее 15% в последних трех проходах или меньшем количестве проходов с заданным обжатием формируется недостаточно мелкозернистая структура.
При содержании углерода менее 0,08% показатели твердости и временного сопротивления разрыву не соответствуют требованиям, а при содержании более 0,25% ухудшается не только свариваемость, но также и ударная вязкость сварного шва металлоконструкции, это также приводит к снижению относительного удлинения.
При содержании марганца менее 0,5% резко снижается коррозионная стойкость стали, прочность и ударная вязкость, увеличивается вредное влияние серы. Содержание марганца выше 1,3% ухудшает ударную вязкость, пластичность и свариваемость.
Кремний действует как раскислитель. При содержании кремния менее 0,05% снижается твердость, а при содержании выше 0,8% снижается ударная вязкость сварного шва металлоконструкций.
При содержании хрома менее 0,3% снижается коррозионная стойкость, твердость и прочность стали, а при содержании хрома более 1,3% ухудшается свариваемость и удорожается сталь.
Содержание никеля ниже 0,2% снижает прочность, пластичность, коррозионностойкие свойства и прокаливаемость, увеличивает порог хладноломкости, а при содержании выше 1,0% экономически нецелесообразно.
При содержании меди менее 0,2% снижаются прочность и коррозионная стойкость стали. Когда содержание меди превышает 1,0%, то она вызывает горячеломкость, в результате чего ухудшаются поверхностные свойства.
Алюминий действует как раскислитель и наиболее часто используется в раскислительной обработке расплавленной стали. Кроме того, путем образования нитрида алюминия, благодаря фиксации твердого раствора азота в стали, алюминий оказывает подавляющее влияние на укрупнение зерна и ухудшение ударной вязкости, увеличивает пластические и ударные свойства. При содержании алюминия менее 0,01% получается очень крупное зерно, а содержание алюминия выше 0,09% приводит к графитизации стали и резко снижает температуру конца прокатки.
Содержание серы более 0,02% ухудшает низкотемпературную ударную вязкость и пластичность, оказывает вредное влияние на свариваемость и качество поверхности стали.
С увеличением содержания фосфора более 0,02% в стали, ее пластичность и ударная вязкость снижаются и повышается склонность к хладноломкости.
Вредное влияние азота более 0,012% заключается в том, что образуемые им довольно крупные, хрупкие неметаллические включения - нитриды - ухудшают свойства стали.
Небольшое содержание молибдена оказывает влияние на снижение порога хладноломкости. Дальнейшее увеличение его содержания экономически не целесообразно.
Ванадий является довольно сильным нитридообразующим элементом. В его присутствии более 0,0005% возрастает растворимость азота в железе. Связывая азот, растворенный в стали, он способен устранить склонность стали к старению. Однако когда содержание V превышает 0,05%, ухудшаются ударная вязкость и пластичность стали.
Ниобий вводят для снижения явлений коррозии в сварных изделиях, а также для повышения кислотостойкости стальных конструкций. Увеличение содержания более 0,05% экономически не эффективно.
Цирконий в более 0,0001% оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью. Влияние циркония на свойства стали обусловлено тем, что он энергично взаимодействует с кислородом, азотом, серой, образуя прочные химические соединения. Сталь не стареет, когда азот, присутствующий в ней, соединяется с цирконием. Цирконий является очень сильным раскислителем. В то же время увеличение содержания циркония в стали более 0,015% способствует повышению хрупкости, снижает прочностные свойства стали.
Суммарное содержание молибдена, ванадия и ниобия в стали должно быть не более 0,08%, так как это экономически не целесообразно.
Потери металла от атмосферной коррозии для различных химических составов приведены в таблице 1. Механические свойства и показатели качества листового проката для заявляемого состава и прототипа приведены в таблице 2.
Пример осуществления способа выплавки стали
Пример 1. Выплавку стали производили в электросталеплавильной печи. Легирование стали хромом, никелем и медью до получения заданного химического состава в готовом прокате осуществляли во время выпуска стали из электросталеплавильной печи. Легирование стали хромом осуществляли с помощью ферросиликохрома. Легирование никелем и медью осуществляли за счет использования отходов, легированных данными элементами и листовыми электролитическими материалами. Выпуск стали из печи осуществляли в течение 4 минут, при этом от попадания печного шлака защищали металл в ковше устройствами отсечки. Это обеспечило возможность получения толщины шлака сталеплавильного агрегата в сталь-ковше на уровне 35 мм, что, в свою очередь, прямым образом влияло на балл неметаллических включений в готовом прокате. В сталь-ковше производили доводку по остальным элементам марочной химии, обрабатывали металл вводом модификаторов (проволок с ферросиликоалюмоцирконием и металлическим кальцием), делали усредняющую продувку аргоном и разливали на машине непрерывного литья заготовок.
В результате выплавки и внепечной обработки получили сталь следующего химического состава, мас. %:
углерод
0,12
марганец
0,78
кремний
0,32
хром
0,85
никель
0,53
медь
0,44
титан
0,008
алюминий
0,028
цирконий
0,006
фосфор
0,009
сера
0,004
азот
0,006
кальций
0,002
железо
остальное
После разливки стали на машине непрерывного литья заготовок слябы охлаждали в штабелях в течение 20 часов, затем нагревали в печах до температуры 1250°C для полного прохождения процесса рекристаллизации, затем проводили черновую и чистовую прокатку на реверсивном стане 2800 ПАО «Северсталь» с температурой начала чистовой прокатки 950°C и конца чистовой прокатки 880°C. Последние три прохода чистовой прокатки осуществляли с величиной обжатий 20%. После окончания процесса деформации охлаждение листового проката до температуры окружающей среды происходило на спокойном воздухе.
После охлаждения листового проката до температуры окружающей среды осуществляли нормализацию листового проката: нагревали до температуры 920°C с последующей выдержкой 30 минут и охлаждали на воздухе до температуры окружающей среды.
Пример 2. Технология выплавки стали и ее химический состав аналогичен описанным в примере 1. В сортовой установке непрерывной разливки стали сталь разливали в квадратную заготовку сечением 106×106 мм, которую в дальнейшем нагревали в методической печи сортового стана 250 ПАО «Северсталь» до температуры 1200°C и осуществляли черновую и чистовую прокатку до получения готового проката - уголка сечением 60×60×6 мм. Последние три прохода чистовой прокатки осуществляли с величиной обжатий 35%.
Анализ результатов испытаний механических свойств листового проката (таблица 2) показал, что заявленный способ производства проката из предложенной марки стали обеспечивает весь комплекс требуемых характеристик проката. При сопоставимом уровне прочностных и пластических характеристик, значений ударной вязкости прокат из предлагаемой марки стали существенно превышают характеристики проката из сталей аналогичных классов прочности и назначения. Согласно данным таблицы 1 стойкость предлагаемой стали к атмосферной коррозии превышает аналогичный параметр стали-прототипа. При этом предложенный способ позволяет производить не только листовой, но и сортовой прокат различного назначения, т.е. расширяет сферы применения предлагаемой стали.