Сталь для сортового проката

(51) 22 38/14 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ числе предварительно напряжнных, а также сортового проката широкого профиля. Технический результат заключается в том, что сталь имеет состав, масс.Углерод 0,12-0,45 Марганец 0,25-1,40 Кремний 0,10-1,00 Алюминий 0,005-0,07 Ванадий 0,005-0,06 Молибден 0,010-0,20 Титан 0,010-0,025 Ниобий 0,01-0,05 Железо остальное Использование стали заявляемого состава позволит производить сортовой прокат в широком диапазоне при обеспечении его высокого качества. Предлагаемая сталь может использоваться при освоении сортового проката на АрселорМиттал Темиртау.(72) Лаукарт Владимир Егорович Яблонский Владимир Иванович Золин Андрей Николаевич Цымбал Виктор Павлович Кутдусова Халифа Ширьяздановна(73) Акционерное общество АрселорМиттал Темиртау(56) Предварительный патент РК 3245, кл. С 22 С 38/14, 38/38, 1996(54) СТАЛЬ ДЛЯ СОРТОВОГО ПРОКАТА(57) Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к составам сталей,используемых для производства сортового проката широкого сортамента, в том числе стержневой арматуры периодического профиля,преимущественно большого диаметра для армирования железобетонных конструкций, в том Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к составам сталей,используемых для производства сортового проката широкого сортамента, в том числе стержневой арматуры периодического профиля,преимущественно большого диаметра для армирования железобетонных конструкций, в том числе, предварительно напряжнных, а также сортового проката широкого профиля. Известна сталь следующего состава, масс.Углерод 0,08-0,22 Кремний 0,12-0,40 Марганец 0,80-1,80 Хром 0,09-2,20 Молибден 0,20-0,50 Ванадий 0,05-0,16 Азот 0,005-0,015 Алюминий 0,01-0,15 Кальций 0,001-0,01 РЗМ 0,005-0,05 Титан 0,01-0,06 Бор 0,001-0,005 Железо остальное А.С. СССР 1359330, С 22 С 38/32 38/38, 1987 г. Эта сталь имеет высокие прочностные характеристики (о 2-660-1106 н/мм 2) после горячей прокатки и ускоренного охлаждения до 500-550 С,но имеет низкие характеристики вязкости и высокий порог хладноломкости. Использование этой стали ограничено при производстве сортового металла и металла для конструкций северного исполнения. Известна сталь для сортового проката, состава,масс.,Углерод 0,25-0,37 Марганец 0,80-1,40 Кремний 0,60-1,0 Германий 0,0001-0,002 Барий 0,0001-0,001 Железо остальное Патент РК 3567 Сталь для сортового проката, С 22 С 38/04, ПС 2, 10.06.1996. Сталь имеет довольно высокие прочностные характеристики при производстве сортового проката, но низкое относительное удлинение, не более 18,0, что ограничивает е использование при производстве предварительно напряжнных железобетонных конструкций. Известна сталь, содержащая, масс.,Углерод 0,31-0,40 Марганец 1,40-2,0 Кремний 0,02-0,09 Медь 0,05-0,40 Хром 0,05-0,40 Ниобий 0,001-0,02 Железо остальное А.С. СССР 590363, С 22 С 38/38, БИ 4 30.01.1978 г. Недостатком известной стали является недостаточная пластичность профиля при многократном изгибе. Кроме того, низкое содержание кремния не обеспечивает образования достаточного количества ферритной структуры, а содержание марганца более 1,40 придат стали 2 отрицательное свойство в части склонности к разнозернистости. Известна сталь состава масс. ,Углерод 0,12-0,22 Марганец 1,00-1,50 Кремний 0,20-0,50 Алюминий 0,020-0,08 Титан 0,06-0,16 Германий 0,0005-0,003 Ванадий 0,005-0,05 Молибден 0,01-0,15 Железо остальное Предварительный патент РК, 3265 Сталь,С 22/С 38/26 38/50, ПС 2, 10.06.1996. Эта сталь имеет в свом составе ванадий и молибден, что придат ей повышенную прочность и ударную вязкость при минусовых температурах, но содержание углерода в узких пределах 0,12-0,22 сужает область е применения. Известна также сталь, используемая для производства высокопрочной стержневой арматуры периодического профиля,преимущественно большого диаметра для армирования железобетонных конструкций, включающая в свой состав алюминий, ванадий, молибден и имеющая состав масс.,Углерод 0,25-0,34 Марганец 0,70-1,40 Кремний 0,50-1,0 Алюминий 0,005-0,05 Германий 0,001-0,005 Ванадий 0,005-0,03 Молибден 0,01-0,15 Железо остальное Патент РК, 3245, Сталь С 22/С 38/14 38/38, ПС 2, 10.06.96 Эта сталь взята в качестве прототипа. Данная сталь имеет ряд недостатков содержание углерода в узких пределах - 0,25-0,34, что сужает область е использования низкий предел прочности и ударная вязкость при минус 60 С, повышенная загрязннность оксидными включениями. Наличие в составе стали ванадия и молибдена недостаточно для обеспечения требуемого уровня механических свойств и оптимальной микроструктуры. Технической задачей изобретения является- Расширение производства сортового металла различных профилей-Повышение прочностных характеристик,ударной вязкости при минусовых температурах-Получение оптимальной микроструктуры готового проката(полосчатость,бейнитная структура). Техническая задача решается тем, что сталь,содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий,ванадий, молибден, дополнительно содержит ниобий и титан при следующем соотношении компонентов, масс,Углерод 0,12-0,45 Марганец 0,25-1,40 Кремний 0,10-1,00 Алюминий 0,005-0,07 Ванадий 0,005-0,06 Молибден 0,01-0,20 Ниобий 0,01-0,050 Титан 0,01-0,025 Железо остальное Ниобий имеет высокое сродство к азоту и углероду. Карбиды и нитриды его образуются в жидкой стали и при е кристаллизации способствуют измельчению литой структуры. Ниобий присутствует в металле в видеис размером частиц менее 3000 А (ангстрем) и повышает прочность готового проката при одновременном снижении его химической неоднородности и улучшении микроструктуры в части снижения поражнности полосчатостью структуры готового проката. Повышается также износостойкость и ударная вязкость при минус 60 С проката из заявляемой стали. Кроме того, ниобий имеет сродство к кислороду гораздо ниже, чем алюминий и титан и ниже, чем марганец, что приводит к повышению степени усвоения ниобия при снижении расхода ферросплава , используемого для введения в сталь. При снижении содержания ниобия менее заявляемых пределов не образуется ожидаемый эффект, а при увеличении более заявляемых пределов не создатся дополнительного эффекта при дополнительном расходе ). Введение в состав заявляемой стали одновременно ниобия, ванадия и молибдена в совокупности с титаном и алюминием придат стали ряд существенных положительных свойств в процессе кристаллизации металла и дальнейших переделах его на готовый прокат. Влияние ниобия описано выше. Введение в состав заявляемой стали ванадия в пределах 0,005-0,06 совместно с титаном и алюминием обеспечивает связывание углерода и азота в карбонитриды. В результате этого снижается склонность металла к деформационному старению, повышается ударная вязкость при минусовых температурах, в сравнении с прототипом и обеспечивается при меньших содержаниях алюминия в металле, значительное увеличение прочности готового проката. При содержании ванадия менее 0,005 образуется мало нитридов ванадия, повышается доля крупных нитридов алюминия. Это приводит к повышению разнозернистости металла и, как следствие,уменьшению прочности и ударной вязкости. При повышении содержания ванадия более 0,06 снижается ударная вязкость при минусовых температурах за счт образования избыточного количества карбонитридов, упрочняющих сталь по механизму дисперсионного твердения, происходит увеличение склонности металла к деформационному старению. Ванадий повышает сво модифицирующее влияние при относительно низких концентрациях в присутствии в стали ниобия. Процесс растянут во времени, ниобий измельчает зерно на ранних стадиях кристаллизации металла, а действие ванадия проявляется на поздних стадиях. (, ) являются зародышами, на которых в последствии происходит выделение карбидов, имеющих дисперсную форму и равномерно рассредоточенных в матрице металла. В результате снижается структурная неоднородность металла, и повышаются механические свойства готового проката. Ванадий частично переходит в сталь из чугуна после конвертерной плавки, а частично вводится в жидкую сталь в виде . Введение в состав стали молибдена в заявленных пределах 0,010-0,20 приводит к повышению прочностных характеристик за счт образования более мелкого вторичного зерна. Повышение его содержания более заявляемого предела не обеспечивает дополнительного эффекта по хладноломкости, а использование менее заявляемых пределов не создат достаточного эффекта. При совместном введении молибдена и ванадия в заявляемых пределах происходит значительное улучшение прочностных характеристик и ударной вязкости при минусовых температурах за счт того,что, с одной стороны, молибден ослабляет вредное влияние углерода на хладноломкость стали, а с другой, ванадий образует, как говорилось выше,карбонитриды. Это совместное влияние и обеспечивает положительный эффект по свойствам готового проката. При совместном введении титана и молибдена также значительно повышаются прочностные характеристики, ударная вязкость при минусовых температурах и микроструктура металла за счт того, что молибден, с одной стороны ослабляет вредное влияние на хладостойкость стали, а с другой, титан, в комплексе с молибденом, приводит к увеличению общей дисперсности структуры за счт понижения температуры начала бейнитного превращения. При этом, бейнитные пластины становятся тонкими, изгибаются при деформации, в то время как толстые пластины карбидов разрушаются. В результате повышается ударная вязкость при минусовых температурах. Кроме того,алюминий в комплексе с титаном в заявляемых пределах, обладая высокой раскислительной способностью, обеспечивают содержание кислорода в металле не более 0,005-0,006. Такое низкое его содержание позволяет повысить эффективность использования ниобия, ванадия, алюминия и титана и получать минимальное количество первичных неметаллических включений. Содержание углерода, марганца, кремния в заявляемой стали в широких пределах позволяет значительно расширить сортамент производства сортового проката. Ниже, в таблице 1 в зависимости от химического состава заявляемой стали приведены варианты сортового проката. Таблица 1 Химический состав Углерод Марганец Кремний Алюминий Титан Ванадий Молибден Ниобий Профили Как видно из таблицы 1, использование заявляемой стали позволяет значительно расширить сортамент сортового проката от лгких профилей до периодических профилей большого диаметра и гладких кругов большого диаметра. В подтверждение вышеизложенного в таблице 2 приведены оптимальные значения составов заявляемой стали (варианты -), варианты (-) 0,43 1,25 0,90 0,055 0,020 0,045 0,20 0,045 Гладкий круг диаметром 60-120 мм вне заявляемых пределов, а также сталь по прототипу и соответствующие им предел прочности, относительное удлинение, ударная вязкость при минус 40 С и 60 С, а также характеристика микроструктуры металла загрязннность включениями (балл точечных неметаллических включений - аОТ), старение. Углерод Марганец Кремний Алюминий Титан Ванадий Молибден Ниобий Предел прочно сти Ударная вязкость при минус Содержание не металлических включений Старение Варианты по составу стали- Германий Как видно из таблицы, использование стали в заявляемых пределах содержания элементов обеспечивает высокие значения предела прочности и ударной вязкости при минусовых температурах,превышающие значительно характеристики прототипа. Металл имеет минимальную загрязннность неметаллическими включениями. При производстве металла с содержанием элементов ниже заявляемых пределов, эти показатели снижаются до уровня прототипа (вариант ), а при превышении этих показателей более заявляемых пределов (вариант ), эти показатели не возрастают,4 а для легирования элементов дополнительно нужны дорогие модификаторы. Был проведен анализ на поражнность металла дефектом полосчатость. Из 18-ти образцов по прототипу 8 были поражены этим дефектом, на образцах заявляемой стали (13 образцов) этого дефекта не было. В заявляемой стали допускается содержание сопутствующих элементов, массСера 0,005-0,020 Фосфор 0,006-0,025 Хром 0,01-0,10 Никель 0,02-0,20 Медь 0,03-0,15 Азот 0,004-0,007 Таким образом, исходя из вышеприведенных данных, сталь предлагаемого состава имеет признаки существенной новизны. Использование стали заявляемого состава позволит производить сортовой прокат в широком диапазоне при обеспечении его высокого качества. Предлагаемая сталь может использоваться при освоении сортового проката на Арселор МитталТемиртау. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний,алюминий, ванадий, молибден, отличающаяся тем,что она дополнительно содержит ниобий и титан при следующем соотношении компонентов, мас.,углерод 0,12-0,45 марганец 0,25-1,40 кремний 0,10-1,00 алюминий 0,005-0,07 ванадий 0,005-0,06 молибден 0,010-0,20 титан 0,010-0,025 ниобий 0,01-0,05 железо остальное.