НИЗКОЛЕГИРОВАННАЯ ГОРЯЧЕКАТАНАЯ ЛИСТОВАЯ СТАЛЬ
LOW-ALLOYED HOT ROLLED SHEET STEEL

Изобретение относится к металлургии стали, в частности - к производству низколегированной листовой стали, преимущественно для вагоностроения.
Низколегированная горячекатаная листовая сталь, поставляемая по ГОСТ 19281, широко используется в машиностроении, так как обладает хорошей штампуемостью и способностью к локальной вытяжке, например, при формовке профилей высокой жесткости (из ст.09Г2Д и 10ХНДП) с периодически повторяющимися гофрами, идущих на боковую обшивку железнодорожных полувагонов.
Требования к сталям для изготовления профилей высокой жесткости, а также некоторые особенности таких сталей описаны, например, в книге М.Ф.Сафронова и др. «Профили высокой жесткости», Магнитогорск, «Дом печати», 1996, с.12-16.
Известна углеродистая полосовая сталь с определенным содержанием компонентов, дополнительно содержащая мышьяк и никель при суммарном содержании марганца, серы и фосфора в заданных пределах (см. пат. РФ №2114208, Кл. С22С 38/60 от 20.05.98 г.). Однако эта сталь непригодна для вагоностроения из-за отсутствия нормируемости величин ее ударной вязкости, а также невысокой коррозионно-стойкости.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является низколегированная листовая сталь 10ХНДП по ГОСТ 19281, используемая для изготовления вагонной обшивы.
Эта сталь содержит С, Si, Mn, S, Р, Сr, Ni, N и As в заданных количествах и характеризуется тем, что она содержит 0,3…0,5 мас.% меди, что повышает ее коррозионно-стойкость. Недостатком этой стали является ее высокая стоимость (из-за содержания в ней 0,5…0,8% хрома и 0,3…0,6% никеля), а также недостаточно высокие ее потребительские свойства, в частности невысокие прочностные и пластические характеристики, а также ударная вязкость.
Технической задачей настоящего изобретения является удешевление листовой стали для вагоностроения при одновременном улучшении ее потребительских свойств: прочностных и пластических характеристик, а также ударной вязкости.
в
т
5
2
2
Для решения этой задачи предлагаемая низколегированная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, азот, алюминий и железо, дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод - до 0,12, кремний - 0,17…0,37, марганец - 0,5…0,8, сера - до 0,025, фосфор - 0,07…0,12, хром - до 0,3, никель - до 0,3, медь - 0,3…0,5, азот - 0,01…0,02, алюминий - 0,03…0,08, ванадий - 0,05…0,07, железо - остальное, при этом величины механических характеристик равны: временное сопротивление σ - не менее 510 МПа, предел текучести σ - не менее 390 МПа, относительное удлинение δ≥19%, а величины ударной вязкости - при нормальной температуре после механического старения - 123…132 кДж/м и при - 70°С - 127…131кДж/м.
Приведенные параметры заявляемой стали получены в результате обработки опытных данных и являются эмпирическими.
Сущность предлагаемого технического решения заключается, во-первых, в уменьшении содержания в стали хрома и никеля, что удешевляет ее, и, во-вторых, в добавлении в сталь ванадия, что позволяет не только сохранить прочностные ее свойства, но и препятствует росту зерна (см., например, «Справочник металлиста» под ред. Н.С.Ачеркана, т.3, кн.1, с.136). Последнее обстоятельство уменьшает старение металла, что повышает величину ударной вязкости после такого старения.
в
т
5
н
м
Опытную проверку заявляемой стали осуществляли в ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». При этом опробовалась горячекатаная листовая сталь толщиной 2…5 мм, отличавшаяся содержанием в ней основных элементов (марганца, хрома, никеля и ванадия), а также величинами временного сопротивления σ, предела текучести σ, относительного удлинения (δ) и значениями ударной вязкости а - при нормальной температуре, а - при минусовой). Наилучшие результаты (высокие механические характеристики при наименьшей стоимости металла) получены для предлагаемой стали. Отклонения от рекомендуемых ее параметров ухудшали достигнутые показатели. Так, увеличение содержания в стали Mn, Cr, Ni и V (соответственно более 0,8; 0,3; 0,3 и 0,07%), хотя и повышало прочностные свойства листа, но снижало его пластичность (при повышении стоимости металла), которая особенно важна в процессе локальной вытяжки периодических гофров. Уменьшение же содержания марганца и ванадия (соответственно менее 0,5 и 0,05%) не позволяло достичь необходимой прочности металла и его ударной вязкости).
в
т
5
н
м
н
м
2
2
При σ <510 МПа, σ >390 МПа, δ<19% величины а и а были менее соответственно 123 и 127 кДж/м. Величины же а>132 и а>131 кДж/м при предлагаемом содержании компонентов в стали получить не удалось.
Сравнительные испытания горячекатаных листов тех же толщин из ст.10ХНДП, взятой в качестве ближайшего аналога, показали, что она обладает более низкими потребительскими свойствами (т.е. прочностными и пластическими характеристиками, а также ударной вязкостью), а стоимость ее выше предлагаемой стали, в среднем, на 22%. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущества перед известным объектом.
Технико-экономические исследования показали, что реализация настоящего изобретения позволит снизить стоимость низколегированной горячекатаной листовой стали для вагоностроения на 20…25% при одновременном улучшении и ее потребительских свойств.
Пример конкретного выполнения
Низколегированная горячекатаная листовая сталь толщиной 4 мм содержит компоненты в следующем соотношении (мас.%):
С=0,11; Si=0,27; Mn=0,65; S=0,02; P=0,09; Cr=0,25; Ni=0,27; Сu=0,4; N=0,015; Al=0,06; V=0,06; остальное - железо.
Механические характеристики стали:
в
т
5
н
м
2
2
σ=535 МПа, σ=400 МПа, δ=23%, а=130 кДж/м, а=128 кДж/м.