HIGH CARBON STEEL FOR PRODUCTION OF SEMI-FINISHED ROLLED PRODUCTS AT MANUFACTURE OF COLD DEFORMED PERIODIC REBAR FOR CONCRETE ITEMS
ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОДКАТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННОГО АРМАТУРНОГО ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве подката для получения 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 сталь, содержащая хром, титан и ванадий, которая дополнительно содержит алюминий, что повышает износостойкость при ударноабразивном изнашивании (см. а.с. СССР №969779 кл. С22С 38/38, опубл. В БИ №40, 1982 г.).
Недостатком этой стали является низкая пластичность.
Известна сталь 40Х, описанная в ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали». Она содержит углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, алюминий и железо и характеризуется содержанием указанных компонентов в соотношении, мас.%:
Углерод
0,36…0,44
Марганец
0,50…0,80
Кремний
0,17…0,37
Фосфор
не более 0,035
Сера
не более 0,035
Хром
0,80…1,10
Никель
не более 0,30
Медь
не более 0,30
Алюминий
не регламентирован
Железо
остальное.
Известная сталь не гарантирует получение арматурного периодического профиля с требуемыми прочностными и высокими пластическими свойствами.
Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является арматурная сталь, содержащая компоненты в соотношении, мас.%:
Углерод
0,8…1,3
Кремний
0,10…2,5
Марганец
0,25…2,0
Фосфор
примесь
Сера
примесь
Хром
0,05…2,0
Никель
0,05…1,0
Медь
0,05…1,0
Алюминий
не более 0,05
Кальций
0,0005…0,005
Ванадий
0,002…0,5
Титан
0,005…0,05
Ниобий
0,005…0,1
Молибден
0,05…0,50
Вольфрам
0,0005…0,01
Железо
остальное.
(патент Японии №2002-069581 от 08.03.2002 г.; заявка №2000-270635 от 06.09.2000 г.).
Недостатком ближайшего аналога является увеличенное содержание хрупких силикатов из-за большого содержания кремния, что в последствии приводит к недостаточной пластичности холоднокатаного арматурного профиля, кроме того в готовой продукции не достигается требуемое сочетание пластичности и прочности.
2
Технической задачей изобретения является обеспечение заданных прочностных свойств (σ в), а именно в пределах от 1130 до 1220 Н/мм, при сохранении высоких пластических свойств (ψ), а именно не менее 20% готовой продукции - холоднодеформированного арматурного периодического профиля.
Поставленная техническая задача решается тем, что в составе высокоуглеродистой стали для производства подката для получения холодно-деформированного арматурного периодического профиля для железобетонных изделий, содержащей углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, алюминий, кальций, ванадий и железо, в отличие от ближайшего аналога дополнительно содержится азот при следующем содержании компонентов, мас.%:
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 отношении 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.
Все выше указанные пределы содержания компонентов в предлагаемой стали получены в результате обработки опытных данных.
Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации содержания всех ее компонентов, в результате этого достигается требуемый интервал прочностных свойств стали при сохранении высоких пластических характеристик, что особенно важно при производстве высокоуглеродистого стабилизированного арматурного периодического профиля (арматурной проволоки). При этом отношение содержания углерода (С) к содержанию ванадия (V) и отношение содержания азота (N) к суммарному содержанию алюминия (Al) и кальция (Са) должны быть не более 10,5 и 0,13 соответственно.
При вводе кальция в металл он испаряется и в виде пузырьков всплывает на поверхность жидкого металла. За счет низкой активности кислорода кальций реагирует с серой и выделяется в виде сульфидов кальция. Также кальций реагирует с алюминием и продуктами первичного раскисления с образованием жидких алюминатов кальция, что улучшает условия разливаемости металла. Таким образом, кальций позволяет уменьшить количество включений глинозема и сульфидов марганца. Введение в металл кальция позволяет изменить морфологию образующихся неметаллических включений, переводя ее из «опасной» в более благоприятную, глобулярную, и очистить границы зерен от карбонитридов.
Помимо снижения загрязненности металла неметаллическими включениями введение в сталь кальция позволяет обеспечить ее глубокое раскисление и увеличить усвоение легирующих компонентов и получить требуемые прочностные свойства.
Алюминий способствует получению мелкодисперсной структуры металла, а следовательно позволяет обеспечить требуемое значение предела прочности.
2
Хром и ванадий относятся к элементам, которые в значительной степени упрочняют матрицу стали, за счет атомов внедрения и избыточных карбидов, выделяющихся в металле после прокатки, поэтому сталь с предлагаемым содержанием хрома и ванадия имеет повышенное упрочнение, что позволяет обеспечить предел прочности (σ в) не менее 1130 Н/мм и необходимое относительное суждение (ψ)- не менее 20%.
Относительно высокое содержание марганца в стали позволяет получать требуемый предел прочности, а ограничение по содержанию никеля и меди позволяет получать относительное сужение, т.к. никель и медь снижают пластичные свойства.
При отношении содержания углерода к содержанию ванадия - C/V менее 10,5 образуется недостаточное количество избыточных карбидов, а при отношении содержания азота к суммарному содержанию алюминия и кальция - N/(Al+Ca) менее 0,13, приводит к повышенному содержанию неметаллических включений, в результате чего полученная готовая продукция из такой стали не соответствует требуемому интервалу предела прочности и уровню пластических свойств относительного сужения.
Ограничение по содержанию кремния до 0,1% позволяет снизить содержание хрупких силикатов, а также при следующей холодной деформации избежать резкого снижения пластических свойств (в связи с тем, что более высокое содержание кремния препятствует движению дислокации). За счет эвтектоидного состава и микролегирования хромом, алюминием и ванадием обеспечивается наряду с высокой пластичностью необходимая прочность. Это обеспечивается при получении отношений C/V не менее 10,5 и N/(Al+Ca) не менее 0,13.
В электросталеплавильных печах была выплавлена серия плавок с заявляемым химическим составом (см. таблицу). После непрерывной разливки сортовые литые заготовки прокатывали на стане 170, а в дальнейшем полученные прокаткой заготовки перерабатывали в высокопрочную холодно-деформированную арматуру периодического профиля для железобетонных изделий, которая подвергалась механическим испытаниям, результаты которых представлены в таблице.
Выплавленные составы стали даны в таблице, приведенной ниже.
Наилучшие результаты выход годного проката в пределах 99,1…99,6% после испытаний на механические свойства (предел прочности и относительное сужение) получены при использовании предлагаемой стали - примеры 1-5 в таблице.
2
2
Отклонения от заявляемого химического состава приводят к получению брака по механическим свойствам - (σ в) либо ниже 1130 Н/мм, либо выше 1220 Н/мм, а относительное сужение более 20%.
2
Так, при содержании в стали (мас.%) Al<0,010; С<0,80; Mn<0.50; Si>0,10; Cr<0,20; Ca<0,0001; V<0,06 и при рекомендуемом содержании остальных компонентов не удалось получить требуемый уровень предела прочности в соответствии с нормативной технической документацией: 1130÷1220 Н/мм и пластичности (см. таблицу).
Содержание в стали (мас.%) А1>0,025; С>0,85; Mn>0,80; Cr>0,30; Si>0,10 V>0,80 и Ca>0,005, а также повышенное содержании S, P, Ni, Cu, N соответственно больше 0,015; 0,020; 0,10; 0,10 и 0,008 не позволяет получить требуемые прочностные свойства при сохранении необходимой пластичности (см. таблицу).
Использование предлагаемого изобретения при производстве подката для получения холоднодеформированного арматурного периодического профиля для железобетонных изделий позволило комбинату получить дополнительную прибыль.