Результат интеллектуальной деятельности: НИЗКОУГЛЕРОДИСТАЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГО ГОРЯЧЕКАТАНОГО СОРТОВОГО И ФАСОННОГО ПРОКАТА

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.).

Известная сталь не обеспечивает предела текучести (σ_Т) более 345 Н/мм².

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.%:

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/мм²) 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.%):

Все вышеуказанные пределы содержания компонентов в предлагаемой стали получены в результате обработки опытных данных.

Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации содержания отдельных компонентов в низкоуглеродистой низколегированной стали, что обеспечивает величину предела текучести 345Н/мм² при изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката.

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/мм².

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.