Сталь

 

Использование: в черной металлургии, в частности в составе низколегированной стали, имеющей повышенные характеристики дефектостойкости и коррозионной стойкости в морской воде. Сталь дополнительно содержит барий и магний при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,07 - 0,14; марганец 0,8 - 1,6; кремний 0,3 - 0,8; хром 0,8 - 1,8; алюминий 0,01 - 0,10; титан 0,01 - 0,10; кальций 0,001 - 0,02; барий 0,001 - 0,01; магний 0,001 - 0,01; железо - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству низколегированных сталей для авто- и вагоностроения, холодной высадки, а также для строительных конструкций, стойких к коррозии в морской воде.

Известна сталь для металлоконструкций и грузового вагоностроения следующего химического состава, мас. Углерод 0,06-0,14 Марганец 0,9-1,7 Кремний 0,17-0,37 Медь 0,20-0,50 Хром 0,4-1,5 Ванадий 0,05-0,15 Титан 0,01-0,05 Железо Остальное.

Эта сталь имеет удовлетворительные механические свойства и хладостойкость, однако недостаточные коррозионную стойкость в морской воде и дефектостойкость сопротивление возникновению субмикротрещин, которые могут являться источниками микроскола что не позволяет иметь высокую надежность работы конструкций из этой стали.

Наиболее близкой по технической сущности к достигаемому положительному результату является сталь, содержащая, мас. Углерод 0,05-0,12 Марганец 0,8-1,6 Кремний 0,3-0,8 Хром 0,4-1,0 Медь 0,2-0,5 Азот 0,005-0,030 Алюминий 0,01-0,15 Титан 0,01-0,10 Кальций 0,001-0,020 Фосфор 0,05-0,12 Железо Остальное Сталь предназначена для производства проката, используемого в вагоностроении, строительстве и других областях и имеет удовлетворительные механические свойства и стойкость к атмосферной коррозии, однако не может обеспечить одновременно высокий уровень характеристик дефектостойкости и коррозионной стойкости в морской воде, что ограничивает возможность ее применения.

Цель изобретения создание стали, сочетающей высокие характеристики коррозионной стойкости в морской воде и дефектостойкости. В качестве дефектостойкости в данном случае принимается стойкость к возникновению субмикротрещины дислокационного происхождения, которая может стать критической и вызвать микроскол, а затем и полное разрушение.

Цель достигается тем, что сталь дополнительно содержит барий и магний при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 0,07-0,14 Марганец 0,8-1,6 Кремний 0,3-0,8 Хром 0,8-1,8 Алюминий 0,01-0,10 Титан 0,01-0,10 Кальций 0,001-0,02 Барий 0,001-0,01 Магний 0,001-0,01 Железо Остальное При сравнении изобретения с прототипом выявлено, что существенным отличительным признаком данного изобретения является введение в состав стали новых компонентов бария и магния при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 0,07-0,14 Марганец 0,8-1,6 Кремний 0,3-0,8 Хром 0,8-1,8 Алюминий 0,01-0,10 Титан 0,01-0,10 Кальций 0,001-0,02 Барий 0,001-0,01 Магний 0,001-0,01 Железо Остальное Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна".

В результате анализа известных составов сталей выявлены технические решения, в которых дополнительно вводится барий, повышение механических свойств обеспечивается при введении магния, кальция или бария.

Однако ни в одном из выявленных решений дополнительное введение предложенных количеств бария и магния не обеспечивает одновременного повышения характеристик дефектостойкости и коррозионной стойкости в морской воде.

Таким образом, содержание элементов и их соотношение в стали обеспечивает новые свойства одновременное повышение дефектостойкости и стойкости к коррозии в морской воде, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень".

Химический состав, характеристики дефектостойкости и коррозионной стойкости в морской воде даны в таблице.

Введение бария в количестве 0,001-0,01 мас. (при наличии 0,001-0,01 мас. Mg) в сталь предлагаемого состава наряду с глобуляризацией неметаллических включений приводит к очищению стали от вредных примесей (S, P, O), что благоприятно влияет на тонкую дислокационную структуру, обеспечивая ее однородность и минимальный уровень локальных микроискажений. Плотность дислокаций, их распределение и взаимодействие приводят к благоприятным способам их движения. Получение однородной дислокационной структуры способствует более равномерному распределению легирующих элементов в защитном поверхностном слое (Si, Mn, Cr), что уменьшает скорость распространения коррозии вглубь металла. Таким образом, введение указанного количества бария определяет одновременное увеличение характеристик дефектостойкости и коррозионной стойкости в морской воде. Повышение содержания бария свыше 0,01 мас. приводит к недостаточному его усвоению, загрязнению неметаллическими включениями, которые, являясь концентраторами напряжений, отрицательно влияют на тонкую структуру, неоднородность которой в данном случае и высокий уровень приводят к снижению дефектостойкости и коррозионной стойкости в морской воде. Содержание бария менее 0,001 мас. не дает положительного эффекта очищения границ и воздействия на тонкую дислокационную структуру, что в конечном итоге не обеспечивает повышения дефектостойкости и коррозионной стойкости в морской воде.

Введение 0,001-0,01 мас. магния при наличии в стали предлагаемого состава создает условия, позволяющие получить весьма диспергированные неметаллические включения. При этом магний обеспечивает более однородное распределение включений по размерам и происходит более глубокая очистка матрицы от вредных примесей, что способствует получению однородной тонкой дислокационной структуры, имеющей минимальный уровень микроискажений и распределение дислокаций, обеспечивающее благоприятные способы их движения.

Введение магния в состав комплексного модификатора (с Ва и Са) снижает реактивность бария и кальция, повышая их эффективность. При этом происходит повышение характеристик дефектостойкости и коррозионной стойкости в морской воде.

Превышение содержания магния свыше 0,01 мас. в стали трудно осуществимо в связи с технологическими трудностями его ввода и усвоения. При этом сталь загрязняется неметаллическими включениями, оптимального рафинирования матрицы не происходит, что снижает дефектостойкость и коррозионную стойкость в морской воде. Снижение содержания магния менее 0,001 мас. не дает положительного эффекта как по усилению воздействия Са и Ва, так и по очистке матрицы от вредных примесей и получению оптимальной тонкой структуры, обеспечивающей высокие характеристики дефектостойкости и коррозионной стойкости в морской воде.

П р и м е р. Сталь выплавляли по разработанной технологии в 200 кг индукционной печи, изготавливали прокат толщиной 12 мм.

Дефектостойкость определяли по известной методике на образцах по ГОСТ 1497-84, коррозионную стойкость в морской воде определяли по потере массы и глубине проникновения коррозионного слоя за период 4 года на шельфе Японского моря по известной методике.

Из таблицы видно, что предлагаемая сталь по своим характеристикам превосходит известную.

Выплавка указанного состава стали, прокатка и изготовление конечной продукции в условиях промышленного производства не вызывают затруднений, так как используются доступные легирующие компоненты, известные металлургические агрегаты, прокатное, термическое оборудование.

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, алюминий, титан, кальций, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит барий и магний при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,07 0,14 Марганец 0,8 1,6 Кремний 0,3 0,8 Хром 0,8 1,8 Алюминий 0,01 0,10 Титан 0,01 0,10
Кальций 0,001 0,020
Барий 0,001 0,010
Магний 0,001 0,010
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1