СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМАТУРНОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к металлургии, а именно, к производству стальной высокопрочной проволочной арматуры, производимой методом холодного волочения и с предварительным получением необходимой микроструктуры методом термомеханической обработки.

Известен способ производства стальной высокопрочной наноструктурированной арматуры, включающий выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину. Выплавляют сталь следующего химического состава, (масса %): углерод от 0,77 до 0,85; марганец от 0,50 до 0,80; кремний от 0,20 до 0,37; сера от 0,016 до 0,020; фосфор от 0,016 до 0,025; хром не более 0,10; никель не более 0,10; медь не более 0,10; алюминий от 0,01 до 0,03; бор от 0,001 до 0,003; железо - остальное, в которой поддерживают суммарное содержание Хром плюс никель плюс медь меньше 0,14 (Cr+Ni+Cu<0,14), а соотношение алюминия к бору (Al/В) в пределах 10-20, термическую обработку катанки осуществляют путем нагрева в печи до температуры 900-940°С (градусов Цельсия) с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 секунд в расплаве свинца при температуре 530-560°С (градусов Цельсия) и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 57-62%.

Выбранные пределы содержания углерода (0,77-0,85%) в сочетании с марганцем (0,50-0,80%), хромом, никелем и медью (до 0,10 каждого, но при соотношении хром плюс никель плюс медь меньше 0,14 (Cr+Ni+Cu<0,14) при введении алюминия и бора в сталь позволят измельчать микроструктуру стали при ее термообработке. Соотношение содержания алюминия к бору (Al/В) в пределах 10-20 обеспечивает в конечном продукте - холодно деформированной высокопрочной арматуре - прочность не менее 1570 Н/мм², условный предел текучести не менее 1400 Н/мм и относительное удлинение при разрыве не менее 6% (RU, патент на изобретение №2471004 от 16.12.2011, класс МПК: C2D 8/08, C21D 9/52, С22С 38/54, B82Y 40/00, В82В 3/00 опубликовано: 27.12.2012, бюл. №36).

Также известна сталь следующего химического состава, (масса %): углерод 0,75-0,81; марганец 0,60-0,80; кремний 0,20-0,37; сера 0,016-0,020; фосфор 0,016-0,025; хром 0,20-0,30; никель не более 0,10; медь не более 0,10; алюминий не более 0,005; бор 0,001-0,003; железо - остальное, в которой поддерживают суммарное содержание хром плюс никель плюс медь меньше 0,50 (Cr+Ni+Cu<0,50), соотношение алюминия к бору (Al/В) в пределах 5,00-1,65, а соотношение хрома к бору (Cr/В) 100-200. Введение хрома в соотношение 100-200 к бору позволяет увеличить прочность арматурной стали до 1700 Н/мм², а условный предел текучести не менее 1450 Н/мм² (RU, патент на изобретение №2543045 от 27.11.2013, класс МПК: C21D 8/08 (2006.01); C21D 9/52 (2006.01); С22С 38/54 (2006.01) опубликовано: 27.02.2015, бюл. №6).

При дальнейшем применении арматурной стали в железобетонных конструкциях с тяжелым бетоном появилась необходимость не только в увеличении прочности, но и пластичности арматурной стали против выше указанных марок стали, прочность и пластичность которых оказалась недостаточной.

При использовании эвтектоидных углеродистых сталей, содержащих мелкодисперсный перлит (сорбит) не избежать незначительные области бейнитных включений. Размер карбидов в бейнитной структуре является важным фактором, определяющим ее прочность. С этой целью предлагается микролегирование ванадием, посредством введения которого образуются карбиды ванадия, которые в свою очередь становятся зародышами для образования зернистого перлита (сорбита) в последующем процессе патентирования горячекатаного круглого проката. Одновременно введение ванадия как легирующей добавки повышает пластичность стали.

Для получения необходимых свойств предлагается следующий химический состав стали (масс. %):

Суммарное содержание хром плюс никель плюс медь меньше 0,50 (Cr+Ni+Cu<0,50), соотношения алюминия к ванадию (Al/V) в пределах 0,063-0,083, а соотношение хрома к ванадию (Cr/V) 2,50-3,75. Введение ванадия как карбидообразующего элемента, способствует быстрому росту «зародышей» в виде карбидов ванадия (VC). Карбиды равномерно располагаются в сплаве, что способствует созданию мелкозернистой структуры стали и повышает прочностные параметры стали, а также ее вязкость, износостойкость, предотвращая структурный рост зерен стали при нагревании. При этом добавка ванадия дополнительно выполняет функцию раскислителя.

Термическую обработку катанки осуществляют путем нагрева в печи до температуры 900-940°С (градусов Цельсия) с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 секунд в расплаве свинца при температуре 530-560°С (градусов Цельсия) и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 60-65%.

Выбранные пределы содержания углерода (0,77-0,79%) в сочетании с марганцем (0,50-0,80%), хромом, никелем до 0,10 и медью до 0,20 каждого, но при соотношении хром плюс никель плюс медь меньше 0,14 (Cr+Ni+Cu<0,14) при введении ванадия в сталь позволяет измельчать микроструктуру стали при ее термообработке. Соотношение содержания алюминия к ванадию (Al/V) в пределах менее 0,09 обеспечивает в конечном продукте холоднодеформированной высокопрочной арматуре - прочность не менее 1700 Н/мм², условный предел текучести не менее 1550 Н/мм² и относительное удлинение при разрыве не менее 7,5%.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в получении в холоднодеформированной высокопрочной арматуры прочностью не менее 1700 Н/мм², условного предела текучести не менее 1550 Н/мм² и относительного удлинения при разрыве не менее 7,5%.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления арматурной стали, включающем выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину, выплавляют сталь следующего химического состава, (масс. %):

массовая доля титана должна быть не более 0,005% при суммарном содержании хром плюс никель плюс медь плюс марганец меньше или равно 1,4 (Cr+Ni+Cu+Mn<1,4) и соотношении содержания алюминия к ванадию (Al/V) в пределах менее 0,09. Важным условием для исключения образования цементита (Fe₃C) при выплавке стали является то, что содержание углерода не должно превышать 0,79%.

Термическую обработку катанки производят путем нагрева в печи до температуры 900-940°С (градусов Цельсия) с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 секунд в расплаве свинца при температуре 530-560°С (градусов Цельсия) и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 60-65%. Изобретение позволит получить в холоднодеформированной высокопрочной арматуре прочность не менее 1700 Н/мм², условный предел текучести не менее 1550 Н/мм² и относительное удлинение при разрыве не менее 7,5%.

Пример осуществления способа изготовления арматурной стали.

По разработанному АО «БЭТ» химическому составу была выплавлена сталь в 180-тонной электропечи ОАО «ММК», обработана в агрегате «печь-ковш», разлита на МНЛЗ в заготовку сечением 150×150 мм и прокатана в катанку круглого сечения диаметром 15,5 мм на сортовом стане «170», имеющая следующий химический состав, (масс. %):

Соотношение хром плюс никель плюс медь плюс марганец (Cr+Ni+Cu+Mn) составило 1,014, а соотношение Al/V составило 0,048.

Внесенные изменения в химический состав, а именно микролегирование хромом, марганцем, ванадием и исключение алюминия при раскислении предлагаемой стали позволили получить условный предел текучести выше 1550 Н/мм²; временное сопротивление разрыву выше 1700 Н/мм² и относительное удлинение при разрыве не ниже 7,5%.

Термообработанную катанку проволочили в проволоку диаметром 11-0,1 мм, после чего нанесли на ее поверхность трехсторонний периодический профиль с утяжкой, подвергли отпуску на линии стабилизации под натяжением при температуре 400°С (градусов Цельсия), охладили проточной водой и порезали на мерные длины. Механические испытания полученной стальной высокопрочной арматуры номинальным диаметром 9,6-0,1 мм показали следующие свойства:

временное сопротивление разрыву 1700-1740 Н/мм;

условный предел текучести 1570-1590 Н/мм²;

относительное удлинение при разрыве 7,5-8,0%;

твердость 41,5-43,0 HRC,

что полностью соответствует техническим требованиям, предъявляемым к высокопрочной стержневой холоднодеформированной арматуре периодического профиля диаметром 5 мм; 7,5 мм; 9,6 мм для армирования железобетонных шпал.