Результат интеллектуальной деятельности: СТАЛЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРОЧНОЙ КАТАНКИ

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано для прокатки катанки круглого сечения, предназначенной для изготовления специальной сварочной проволоки, содержащей никель, ванадий, молибден и марганец и обеспечивающей при сварке высокую прочность и пластичность сварного шва.

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. С2С 38/38, опубл. в БИ №40, 1982 г.)

Недостатком этой стали является невозможность обеспечения одновременно требуемой прочности и пластичности при сваривании.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является сталь Св-08 ГСМТ, описанная в ГОСТ 2246 - 70 «Проволока стальная сварочная». Она содержит углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, молибден, титан и алюминий, и характеризуется содержанием указанных компонентов в соотношении, мас.%:

Известная сталь не гарантирует получение повышенной прочности, пластичности и вязкости сварного шва. При содержании титана Ti>(%С-0,02)×5] весь свободный углерод (выше предела его растворимости в аустените) может выделиться в виде карбидов титана. Выпадение значительного количества карбидов повышает прочностные и понижает пластические свойства сталей.

Ввиду повышенного содержания меди и кремния сталь Св-08ГСМТ не пригодна для изготовления омедненной сварочной проволоки, для которой общее содержание меди (металл+покрытие) не должно превышать 0,25%, а кремний более 0,4% не обеспечивает технологичность нанесения покрытия.

Ожидаемый технический результат - обеспечение требуемой прочности, пластичности и вязкости сварного шва, выполненного проволокой из данной стали. Возможность изготовления проволоки с коррозионно-стойким медным покрытием, которая длительное время сохраняет свои свойства и обеспечивает улучшение сварочно-технологических свойств.

Для решения этой задачи низкоуглеродистая сталь для производства сварочной катанки, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, молибден, титан, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит азот, ванадий и кальций при следующем содержании компонентов в соотношении (в мас.%):

При этом отношения [С]+[Mn]+[Мо]≤1,95 и [V]/[N]≤6,5.

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 стали. В результате этого обеспечивается требуемый предел прочности, пластичности и вязкости сварного шва, достигается пригодность катанки к нанесению медного покрытия.

При вводе кальция в металл он испаряется и в виде пузырьков всплывает на поверхность жидкого металла.

Кальций реагирует с алюминием и продуктами первичного раскисления с образованием жидких алюминатов кальция, что улучшает условия разливаемости металла. Кальций позволяет уменьшить включения глинозема и сульфидов марганца. Введение в металл кальция позволяет изменить морфологию образующих неметаллических включений, переводя ее из "опасных" в более благоприятную, глобулярную и очистить границы зерен от карбонитридов.

Заявляемые содержания алюминия, титана и ванадия в металле позволяют получать металл с оптимальным содержанием кислорода, что снижает расход алюминия для раскисления металла и обеспечивает получение требуемого состава алюминатов кальция, имеющих низкую температуру плавления и высокую способность их ассимиляции высокоосновным раскисленным шлаком, снижает загрязненность стали неметаллическими включениями, особенно оксидами, повышается пластичность.

Получение отношения [С]+[Mn]+[Мо]≤1,95 и [V]/[N]≤6,5 обеспечивает величину временного сопротивления катанки, из низкоуглеродистой стали на которую наибольшее влияние оказывают углерод, марганец, молибден, а также ванадий в сочетании с азотом. Марганец, молибден и углерод, растворяясь в феррите, упрочняют твердый раствор. Ванадий, не растворившийся в феррите, образует нитриды и карбонитриды, вызывающие дисперсионное твердение, а также влияющие на кинетику превращения переохлажденного аустенита: образование перлита замедляется и ускоряется образование бейнита - бездиффузионной структуры, обладающей повышенной прочностью.

Опытную проверку заявляемого технического решения осуществили при производстве стали Св-08Г1НФАА в электросталеплавильном цехе ОАО «Магнитогорского металлургического комбината» с последующей ее прокаткой на стане 170. Результаты опытов оценивали по результатам механических испытаний.

Наилучшие результаты (выход годного проката в пределах 97,5-99,7) получены при использовании предлагаемой стали. Отклонения от требуемого химического состава и получение оптимальной микроструктуры приводили к получению брака по механическим свойствам.

Так при содержании в стали (мас.%) Аl>0,05 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), Ti>0,04, С<0,06, Мn<1,30, Si<0,20, Мо<0,20, Ni<0,65, V<0,04 и Са<0,0001 (при том же условии) не удалось получить предел прочности у 2,5-5,1% круглого проката. При содержании в стали (мас.%) С>0,09 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), Mn>1,80, Si>0,40, Мо>0,45, Ni>0,85 и Са>0,005, а также повышенном содержании S, Р, Сr и Сu (соответственно, больше 0,005, 0,012, 0,30, и 0,20) недостаточные пластические свойства не позволили получить катанку с заданными свойствами из-за загрязненности проката неметаллическими включениями, а также обеспечить требования к качеству поверхности и химическому составу проволоки с покрытием.

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 прочности составляла не менее 1,5-2,9%, причем в ряде случаев пластичность была неудовлетворительной.

Сравнительные испытания стали Св-08ГСМТ, выбранной в качестве ближайшего аналога, привели к отсортировке по вышеназванной причине от 2,7-3,9% готового проката. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.

Внедрение предлагаемого изобретения при производстве низкоуглеродистой стали позволит повысить прибыль от реализации проката с улучшенными потребительскими свойствами не менее чем на 3,4%.

Пример конкретного выполнения.

Катанка из низкоуглеродистой стали диаметром 5,5 мм содержит (мас.%) С=0,08; Si=0,31; Mn=1,55; S=0,003; P=0,009; Cr=0,04; Ni=0,70; Сu=0,011; Мо=0,26; Al=0,012; Ti=0,015; V=0,053, N=0,009, Ca=0,0022, остальное - железо.

При этом [С]+[Mn]+[Мо]=1,89 и [V]/[N]=5,8.