НИЗКОУГЛЕРОДИСТАЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГО ГОРЯЧЕКАТАНОГО СОРТОВОГО И ФАСОННОГО ПРОКАТА
LOW-CARBON LOW-ALLOY STEEL FOR PRODUCTION OF LARGE HOT-ROLLED STANDARD AND PROFILED STOCK

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве крупного горячекатаного сортового и фасонного проката, содержащего кремний, марганец и ванадий.
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. С21С 38/38, опубл. в БИ №40, 1982 г.).
Т
2
Известная сталь не обеспечивает предела текучести (σ) более 345 Н/мм.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является сталь 09Г2С, описанная в ГОСТ 19281-89 «Прокат из стали повышенной прочности». Она содержит углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, азот, железо и характеризуется содержанием указанных компонентов в соотношении, масс.%:
Углерод
не более 0,12
Марганец
1,30 1,70
Кремний
0,50 0,80
Фосфор
не более 0,035
Сера
не более 0,040
Хром
не более 0,30
Никель
не более 0,30
Медь
не более 0,30
Азот
не более 0,008
Железо
остальное.
2
При производстве крупного горячекатаного сортового и фасонного проката из стали марки 09Г2С на современных непрерывных средне- и крупносортных станах, не оснащенных системами принудительного охлаждения, прокатка производится при высоких температурах (950 - 1120°С). При прокатке заготовки на непрерывном стане с малыми междеформационными интервалами преобладание расходных статей теплового баланса не всегда ярко выражено. Это приводит к отсутствию значительного снижения температуры раската за время прокатки; а в ряде случаев температура металла к концу прокатки превышает температуру начала прокатки. Как правило, непрерывные средне- и крупносортные станы, производящие фасонный прокат, не оснащены установками ускоренного охлаждения, что связано с трудностями дифференцированного равномерного охлаждения переменного по толщине профиля. Естественное охлаждение воздухом на холодильнике стана фасонного, средне- и крупносортного проката с температур 950-1100°С конца прокатки при обычном легировании не позволяет гарантированно обеспечить выполнение требований класса прочности 345 (от не менее 345 Н/мм) и выше.
Ожидаемый технический результат - гарантированное обеспечение требований класса прочности не ниже 345 на сортовом и фасонном покате без использования системы ускоренного охлаждения после прокатки.
Для решения этой задачи, низкоуглеродистая низколегированная сталь для изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, азот, и железо, согласно изобретения, она дополнительно содержит алюминий, кальций и ванадий в следующем соотношении (в масс.%):
Углерод
0,08 0,12
Марганец
1,30 1,80
Кремний
от более 0,50 до 0,80
Фосфор
не более 0,030
Сера
от более 0,01 до не более 0,03
Хром
не более 0,30
Никель
не более 0,30
Медь
не более 0,30
Кальций
0,0001…0,005
Ванадий
0,05 0,10
Алюминий
более 0,010
Азот
не более 0,008
Железо
остальное
Все вышеуказанные пределы содержания компонентов в предлагаемой стали получены в результате обработки опытных данных.
2
Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации содержания отдельных компонентов в низкоуглеродистой низколегированной стали, что обеспечивает величину предела текучести 345Н/мм при изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката.
2
Ванадий позволяет существенно повысить прочностные свойства, являясь эффективным заменителем дефицитных вольфрама, никеля, хрома, молибдена и титана, без снижения ее пластичности и хладостойкости, что обусловлено измельчением зерна и образованием карбонитридов ванадия. Он относится к элементам которые сильно упрочняют матрицу стали. Предлагаемый химический состав стали с содержанием ванадия 0,05-0,10% позволяет обеспечить предел текучести не менее 345 Н/мм.
Кальций позволяет изменить морфологию образующих неметаллических включений, переводя ее из "опасных" в более благоприятную, глобулярную и очистить границы зерен от карбонитридов.
Содержание в металле алюминия позволяет получать металл с оптимальным содержанием кислорода, что в свою очередь снижает загрязненность стали неметаллическими включениями, особенно оксидами, повышается пластичность.
Опытную проверку заявляемого технического решения осуществили, при производстве стали марки 09Г2С в электросталеплавильном цехе ОАО «Магнитогорского металлургического комбината» с последующей ее прокаткой на стане «450». Результаты опытов оценивали по результатам механических испытаний.
Наилучшие результаты (выход годного по механическим свойства на класс прочности на уровне 96,63%) получены, при использовании предлагаемого химического состава для стали марки 09Г2С. Отклонения от требуемого химического состава приводило к получению брака по механическим свойствам (пределу текучести).
Так, при содержании в стали (масс.%) Al<0,010 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), С<0,08, Mn<1,30, Si≤0,50, V<0,05 и Са<0,0001 (при том же условии) не удалось получить предел текучести у 2,5-5,1% круглого проката.
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 текучести составляла не менее 1,5-2,9%.
Сравнительные испытания стали 09Г2С, выбранной в качестве ближайшего аналога, привели к отсортировке по вышеназванной причине порядка 41,39% готового проката. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Пример конкретного выполнения.
Прокат из низкоуглеродистой низколегированной стали для изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката, в профиле 100×95×7 мм содержит (масс.%): С=0,105; Si=0,73; Mn=1,75; S=0,011; P=0,011; Cr=0,03; Ni=0,050; Cu=0,06; Al=0,012; N=0,006; Са=0,0022; V=0,059; остальное - железо.