Сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали с низким расходным коэффициентом металла на первом переделе, повышенной прочностью готового проката и стойкостью к коррозии в условиях повышенной влажности. Целью изобретения является снижение расхода металла на первом переделе при одновременном повышении прочности, ударной вязкости, особенно, при минусовых температурах, а также увеличении стойкости к коррозии в условиях повышенной влажности. Указанная цель достигается тем, что сталь дополнительно содержит ванадий и молибден, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,03 - 0,20; марганец 0,20 - 1,70; кремний 0,01 - 0,80; хром 0,50 - 1,50; никель 0,15 - 0,70; медь 0,15 - 0,50; германий 0,001 - 0,005; фосфор 0,06 - 0,18; ванадий 0,005 - 0,03; молибден 0,010 - 0,10; железо - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сталям с низким расходом металла на первом переделе, повышенной прочностью готового проката и стойкостью к коррозии в условиях повышенной влажности.

Известна сталь следующего химического состава, мас.%: Углерод 0,03-0,18 Кремний 0,01-0,40 Марганец 0,10-1,80 Хром 0,50-1,20 Никель 0,10-0,65 Медь 0,15-0,50 Фосфор 0,06-0,15 Алюминий 0,02-0,12 Германий 0,0005-0,003 Железо Остальное Сталь имеет довольно высокую коррозионную стойкость во влажной среде, но имеет и существенный недостаток: расходный коэффициент на слябинге высок и составляет 1,210-1,225 т/т. Это связано с наличием в ее составе значительного количества алюминия, расход которого высок (1,8-2,3 кг/т стали). Образующиеся в процессе раскисления известной стали алюминием глиноземистые включения снижают прочность и особенно ударную вязкость при минусовых температурах, что снижает область ее применения. Эта сталь взята в качестве прототипа.

Целью изобретения является снижение расхода металла на первом переделе при одновременном повышении прочности, ударной вязкости особенно при минусовых температурах, а также увеличении стойкости к коррозии в условиях повышенной влажности.

Указанная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, дополнительно содержит германий, ванадий, молибден, фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,03-0,20 Марганец 0,20-1,70 Кремний 0,010-0,080 Хром 0,50-1,50 Никель 0,15-0,70 Медь 0,15-0,50 Германий 0,001-0,005 Ванадий 0,005-0,03 Молибден 0,010-0,10 Фосфор 0,06-0,18 Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая сталь отличается от прототипа одновременным введением в ее состав фосфора, геpмания, ванадия, молибдена. Сталь не имеет в своем составе алюминия и содержит кремний в узкофиксированных пределах. Сталь по своей структуре является полуспокойно.

Введение в состав заявляемой стали фосфора, германия, ванадия и молибдена в указанных пределах обеспечивает ряд положительных cвойcтв в процеccе криcталлизации cтали и дальнейших пределах ее на готовый прокат: германий обладает большим сродством к кислороду и вступает с ним во взаимодействие на ранней стадии кристаллизации слитка, образуя дисперсные окислы размером в основном не более 3000 3000 , которые являются центрами кристаллизации. Они ускоряют кристаллизацию, образуя мелкодисперсную структуру краевой зоны слитка (как отлитого в изложницы, так и литого сляба при непрерывной разливке), снижают рост дендритов. При дальнейшей кристаллизации в объеме слитка окислы германия также способствуют образованию равномерной мелкодисперсной структуры металлической матрицы. Превышение содержания германия выше заявляемых пределов приводит к перераскислению металла и ее удорожанию, а снижение менее заявляемых пределов не обеспечивает их достаточного модифицирующего воздействия.

Введение в состав заявляемой стали ванадия позволяет связать азот в нитриды ванадия, что повышает прочность и ударную вязкость. К положительным свойствам ванадия нужно отнести также то, что он, имея раскислительную способность ниже марганца и значительно ниже кремния, не изменяет степени раскисленности металла. Использование ванадия ниже заявляемых пределов неэффективно, так как его концентрации не хватает на связывание азота, а превышение выше верхнего предела приводит к удорожанию стали без придания ей дополнительно прироста прочности и ударной вязкости.

Введение молибдена в заявляемых пределах приводит к повышению прочностных характеристик за счет образования более мелкого вторичного зерна. Превышение его содержания выше заявленных удорожает сталь.

Фосфор образует с железом раствор внедрения в феррите. Возмущение структуры решетки феррита, искажение решетки повышается с увеличением массовой доли фосфора. В результате повышается временное сопротивление, предел текучести, твердость. С повышением содержания фосфора в стали особенно в присутствии меди улучшается коррозионная стойкость проката в окружающей атмосфере. Весь комплекс положительных свойств при введении фосфора усиливается при наличии в стали никеля, меди и молибдена, которые имеются в заявляемой стали. При снижении содержания фосфора менее заявляемых пределов не проявляется его влияние в части повышения прочности и коррозионной стойкости, а повышение заявляемых пределов может привести к снижению ударной вязкости за счет образования избыточных фаз фосфидов железа.

Анализ известных составов сталей показал, что некоторые введенные в заявляемую сталь элементы известны, например германий, ванадий, молибден. Однако их применение в этих сталях в сочетании с другими элементами не обеспечивает металлу такие свойства, которые они проявляют в заявляемой стали при совместном введении германия, ванадия, молибдена, фосфора, а именно снижение расхода металла при одновременном повышении прочности, ударной вязкости и при минусовых температурах и коррозионной стойкости проката.

Увеличение содержания углерода более заявляемых пределов (выше 0,20%) несколько повышает прочность, но приводит к ухудшению свариваемости металла на обжимных станах, а следовательно к увеличению его расхода за счет развития дефектов по расслоению. Содержание углерода менее 0,03% приводит к повышенной газонасыщенности, ухудшению качества поверхности и повышенному расходу металла. Увеличивается также склонность металла к росту зерна и, как следствие, снижается прочность. При содержании марганца ниже заявляемых пределов уменьшается ее свариваемость, возрастает пораженность поверхности проката "рванью". При увеличении содержания марганца более 1,70% происходит падение штампуемости, увеличивается разнозернистость готового проката, что снижает его прочность.

Содержание кремния в заявляемых пределах обеспечивает благоприятную структуру литого металла, соответствующую полуспокойной. С расходом металла на обжимных станах 1,090-1,110 т/т.

Снижение содержания кремния менее 0,010% приводит к повышенной газонасыщенности металла, развитию усадочных и поверхностных дефектов (рвань, сотовый пузырь) и, как следствие, к увеличению расхода металла на обжимных станах до 1,140-1,150 т/т. Превышение содержания кремния более 0,08% приводит к получению перераскисленного металла и также к повышенному расходному коэффициенту (до 1,150-1,160 т/т) при прокатке слитков.

Введение никеля, меди и хрома в заявляемых пределах позволяет повысить прочность, стойкость против коррозии, а также хладностойкость и ударную вязкость. Причем эти элементы при введении в сталь не меняют степени ее раскисленности, которая регулируется у полуспокойного металла содержанием кремния.

Дополнительный анализ известной стали, имеющей состав, мас.%: С 0,16-0,20; Mn 0,40-0,65; Si 0,05-0,09; Р ≅ 0,035; S ≅ 0,035; Сr, Ni, Cu 0,30 (каждого), позволяет сделать следующие выводы: эта сталь имеет невысокий расходный коэффициент на слябинге (1,110-1,125 т/т), близкий к расходному коэффициенту заявляемой стали 1,090-1,110, но предел прочности не превышает 395 н/мм², а у заявляемой он повышается до 520 н/мм², т.е. на 30%. Ударная вязкость у известной стали при температуре - 50^оС не превышает 46 Дж/см², а у заявляемой стали он повышается до 60 Дж/см², т.е. на 50%. Понижение прочностных характеристик у известной стали объясняется отсутствием в ее составе нитридообразующих и упрочняющих элементов.

Таким образом, совокупность признаков у заявляемой стали придает ей новые положительные свойства, которые выражаются в значительном сокращении расхода металла на первом переделе (на 90-100 кг/т) при одновременном увеличении прочности проката, ударной вязкости и стойкости против атмосферной коррозии.

Сущность данного изобретения заключается в том, что в состав полуспокойной стали введены одновременно германий, ванадий, молибден, фосфор, что обеспечивает значительное снижение расхода металла на первом переделе при одновременном улучшении прочностных характеристик, повышение ударной вязкости и стойкости против атмосферной коррозии.

В табл. 1 приведены оптимальные составы заявляемой стали (варианты 1-3), варианты 4-5 вне заявляемых пределов, а также сталь по прототипу, известная сталь и соответствующие им расходный коэффициент на слябинге, предел прочности, ударная вязкость при -50^оС и показатели коррозионной стойкости во влажной среде (потеря массы образца) при погружении в 0,1%-ный раствор Na₂SO₄ с подсушиванием.

Как видно из табл. 1, использование стали в заявляемых пределах позволяет получить минимальный расходный коэффициент на слябинге и одновременно повышенную прочность, ударную вязкость, а также стойкость против атмосферной коррозии. При производстве стали с содержанием углерода, марганца, кремния, германия, ванадия, молибдена, фосфора ниже заявляемых пределов значительно возрастает расходный коэффициент на слябинге (до 1,140-1,150 т/т против 1,090-1,110 т/т у стали в заявляемых пределах элементов), что связано с повышением газонасыщенности металла и, как следствие, снижением служебных характеристик готового проката.

При повышении этих элементов выше заявляемых пределов расход металла увеличивается до 1,150-1,160 т/т, что связано с его перераскислением. Служебные характеристики готового проката при этом в сравнении со сталью в оптимальных пределах элементов не повышается. Характеристика показателей у заявляемой стали значительно лучше, чем у прототипа и известной стали (см. табл. 1).

Для экспериментальной проверки заявляемого состава провели серию опытных плавок, при выплавке которых изменяли содержание элементов в различных пределах предлагаемого состава, включая и заграничные содержания элементов, а также согласно прототипу и известной стали. Данные приведены в табл. 2.

Сталь выплавляли в 600-тонных мартеновских печах с продувкой ванны кислородом через сводовые фурмы с использованием чугуна, содержащего до 1,1% фосфора, без скачивания шлака в процессе плавки. Молибден, медь и никель вводили в печь в виде содержащих эти элементы отходов, а также в виде комплексного сплава. Германий и ванадий вводили вместе с чугуном. Феррохром и остальные элементы присаживали в ковш, металл в процессе выпуска через шиберный раствор продували аргоном. Выпуск производили в два 300-тонных ковша. Сталь разливали на слитки развесом 18-20 т, затем прокатывали на cлябинге на cлябы cечением 180-195-1250-1350 мм. Слябы затем прокатывали на полосу толщиной 4,0-6,0 мм на горячекатанном широкополосном стане 1700 и холоднокатанном стане на толщину 0,8-1,5 мм. Производили оценку раскроя сляб на слябинге, испытывали на прочность, ударную вязкость и стойкость к атмосферной коррозии.

Из приведенных в табл. 2 данных можно сделать вывод, что использование предлагаемой стали в заявляемых пределах содержания элементов существенно снижает расходный коэффициент металла на первом переделе при одновременном повышении ее служебных характеристик.

Таким образом, предлагаемая сталь имеет признаки "новизны" и "изобретательского уровня", выражающиеся в значительном снижении расхода металла (90-100 кг/т) на обжимных станах при одновременном повышении прочностных характеристик (на 100-120 н/мм²), ударной вязкости при минусовых температурах (на 20 Дж/см²) и высокой коррозионной стойкостью во влажной среде. Это позволит снизить себестоимость производства стали и расширить область применения.

Формула изобретения

СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, германий, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержаит ванадий и молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,03 - 0,2 Марганец 0,2 - 1,7 Кремний 0,01 - 0,08 Хром 0,5 - 1,5 Никель 0,15 - 0,7 Медь 0,15 - 0,5
Германий 0,001 - 0,005
Фосфор 0,06 - 0,18
Ванадий 0,005 - 0,03
Молибден 0,01 - 0,1
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3