СТАЛЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРОЧНОЙ КАТАНКИ
STEEL FOR MANUFACTURE OF WELDING ROLLED WIRE

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано для прокатки катанки круглого сечения, предназначенной для изготовления специальной сварочной проволоки, содержащей никель, ванадий, молибден и марганец и обеспечивающей при сварке высокую прочность и пластичность сварного шва.
Известна легированная марганцовистая сталь, содержащая хром, титан и ванадий, которая дополнительно содержит алюминий, что повышает износостойкость при ударноабразивном изнашивании (см. а.с. СССР №969779, кл. С2С 38/38, опубл. в БИ №40, 1982 г.)
Недостатком этой стали является невозможность обеспечения одновременно требуемой прочности и пластичности при сваривании.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является сталь Св-08 ГСМТ, описанная в ГОСТ 2246 - 70 «Проволока стальная сварочная». Она содержит углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, молибден, титан и алюминий, и характеризуется содержанием указанных компонентов в соотношении, мас.%:
Углерод
0,06…0,11
Марганец
1,00…1,30
Кремний
0,40…0,70
Фосфор
не более 0,030
Сера
не более 0,025
Хром
не более 0,30
Никель
не более 0,30
Медь
не более 0,25
Молибден
0,20…0,40
Титан
0,05…0,12
Алюминий
не регламентирован
Железо
остальное.
Известная сталь не гарантирует получение повышенной прочности, пластичности и вязкости сварного шва. При содержании титана Ti>(%С-0,02)×5] весь свободный углерод (выше предела его растворимости в аустените) может выделиться в виде карбидов титана. Выпадение значительного количества карбидов повышает прочностные и понижает пластические свойства сталей.
Ввиду повышенного содержания меди и кремния сталь Св-08ГСМТ не пригодна для изготовления омедненной сварочной проволоки, для которой общее содержание меди (металл+покрытие) не должно превышать 0,25%, а кремний более 0,4% не обеспечивает технологичность нанесения покрытия.
Ожидаемый технический результат - обеспечение требуемой прочности, пластичности и вязкости сварного шва, выполненного проволокой из данной стали. Возможность изготовления проволоки с коррозионно-стойким медным покрытием, которая длительное время сохраняет свои свойства и обеспечивает улучшение сварочно-технологических свойств.
Для решения этой задачи низкоуглеродистая сталь для производства сварочной катанки, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, молибден, титан, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит азот, ванадий и кальций при следующем содержании компонентов в соотношении (в мас.%):
Углерод
0,06…0,09
Марганец
1,30…1,80
Кремний
0,20…0,40
Фосфор
не более 0,012
Сера
не более 0,005
Хром
не более 0,30
Никель
0,65…0,85
Медь
не более 0,20
Молибден
0,2…0,45
Титан
не более 0,04
Алюминий
не более 0,05
Ванадий
0,04…0,08
Кальций
0,0001…0,005
Азот
не более 0,010
Железо
остальное,
При этом отношения [С]+[Mn]+[Мо]≤1,95 и [V]/[N]≤6,5.
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 низкоуглеродистой стали. В результате этого обеспечивается требуемый предел прочности, пластичности и вязкости сварного шва, достигается пригодность катанки к нанесению медного покрытия.
При вводе кальция в металл он испаряется и в виде пузырьков всплывает на поверхность жидкого металла.
Кальций реагирует с алюминием и продуктами первичного раскисления с образованием жидких алюминатов кальция, что улучшает условия разливаемости металла. Кальций позволяет уменьшить включения глинозема и сульфидов марганца. Введение в металл кальция позволяет изменить морфологию образующих неметаллических включений, переводя ее из "опасных" в более благоприятную, глобулярную и очистить границы зерен от карбонитридов.
Заявляемые содержания алюминия, титана и ванадия в металле позволяют получать металл с оптимальным содержанием кислорода, что снижает расход алюминия для раскисления металла и обеспечивает получение требуемого состава алюминатов кальция, имеющих низкую температуру плавления и высокую способность их ассимиляции высокоосновным раскисленным шлаком, снижает загрязненность стали неметаллическими включениями, особенно оксидами, повышается пластичность.
Получение отношения [С]+[Mn]+[Мо]≤1,95 и [V]/[N]≤6,5 обеспечивает величину временного сопротивления катанки, из низкоуглеродистой стали на которую наибольшее влияние оказывают углерод, марганец, молибден, а также ванадий в сочетании с азотом. Марганец, молибден и углерод, растворяясь в феррите, упрочняют твердый раствор. Ванадий, не растворившийся в феррите, образует нитриды и карбонитриды, вызывающие дисперсионное твердение, а также влияющие на кинетику превращения переохлажденного аустенита: образование перлита замедляется и ускоряется образование бейнита - бездиффузионной структуры, обладающей повышенной прочностью.
Опытную проверку заявляемого технического решения осуществили при производстве стали Св-08Г1НФАА в электросталеплавильном цехе ОАО «Магнитогорского металлургического комбината» с последующей ее прокаткой на стане 170. Результаты опытов оценивали по результатам механических испытаний.
Наилучшие результаты (выход годного проката в пределах 97,5-99,7) 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>0,05 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), Ti>0,04, С<0,06, Мn<1,30, Si<0,20, Мо<0,20, Ni<0,65, V<0,04 и Са<0,0001 (при том же условии) не удалось получить предел прочности у 2,5-5,1% круглого проката. При содержании в стали (мас.%) С>0,09 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), Mn>1,80, Si>0,40, Мо>0,45, Ni>0,85 и Са>0,005, а также повышенном содержании S, Р, Сr и Сu (соответственно, больше 0,005, 0,012, 0,30, и 0,20) недостаточные пластические свойства не позволили получить катанку с заданными свойствами из-за загрязненности проката неметаллическими включениями, а также обеспечить требования к качеству поверхности и химическому составу проволоки с покрытием.
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 предела прочности составляла не менее 1,5-2,9%, причем в ряде случаев пластичность была неудовлетворительной.
Сравнительные испытания стали Св-08ГСМТ, выбранной в качестве ближайшего аналога, привели к отсортировке по вышеназванной причине от 2,7-3,9% 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 низкоуглеродистой стали позволит повысить прибыль от реализации проката с улучшенными потребительскими свойствами не менее чем на 3,4%.
Пример конкретного выполнения.
Катанка из низкоуглеродистой стали диаметром 5,5 мм содержит (мас.%) С=0,08; Si=0,31; Mn=1,55; S=0,003; P=0,009; Cr=0,04; Ni=0,70; Сu=0,011; Мо=0,26; Al=0,012; Ti=0,015; V=0,053, N=0,009, Ca=0,0022, остальное - железо.
При этом [С]+[Mn]+[Мо]=1,89 и [V]/[N]=5,8.