Полосовая низколегированная сталь

 

Изобретение относится к металлургии стали, в частности к производству полосовой заготовки для профилирования. Предложена полосовая низколегированная сталь на основе железа, содержащая углерод, марганец, хром, никель и медь при следующем соотношении, мас.%: C 0,5 - 0,09; Si 0,17 - 0,37; Mn 1,4 - 1,6; Cr 0,05 - 0,30; Ni 0,05 - 0,30; Cu 0,05 - 0,30; остальное железо, а в другом варианте при содержании в стали фосфора и алюминия и повышенном содержании хрома, никеля и меди она содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: C 0,06 - 0,08; Si 0,18 - 0,30; Mn 0,30 - 0,45; Cr 0,5 - 0,8; Ni 0,3 - 0,6; Cu 0,3 - 0,5; P 0,07 - 0,12; Al 0,08 - 0,15; остальное железо. 2 с.п. ф-лы.

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве заготовки для листовых гнутых профилей высокой жесткости (ПВЖ).

Листовые профили с замкнутыми гофрами жесткости (ПВЖ) часто изготавливают из низколегированной горячекатаной полосовой стали толщиной 2 - 5 мм с повышенным содержанием некоторых компонентов (Mn или Cr, Ni и др.), обеспечивающих специальные эксплуатационные свойства стали (например, ее повышенную коррозионную стойкость).

Важным показателем свойств заготовки для ПВЖ является ее пластичность, так как эти профили изготавливают путем локального формообразования замкнутых гофров достаточно большой глубины (высоты). Свойства, которыми должна обладать сталь, используемая в качестве заготовки для профилирования, описаны, например, в книге В.И.Анисимова и др. Расширение сортамента металлопроката - резерв экономии. Челябинск, Ю-Урал. кн. изд., 1980, гл. III. Пластические свойства заготовки для ПВЖ, определяющие способность к деформации без нарушения сплошности (трещинообразования), можно характеризовать величиной отношения предела текучести стали (σ_т) к временному сопротивлению разрыву (σ_в) .

Известна сталь с повышенной пластичностью и ударной вязкостью, содержащая Mn 7 - 9 мас.% и Cr 12 - 15 мас.% (авт.св. СССР N 969778).

Известна также коррозионно-стойкая мартенситная сталь, дополнительно содержащая Ti, V, Al и Si (авт.св. СССР N 969777).

Недостатком известных сталей является невозможность их использования в качестве заготовки для ПВЖ, главным образом, из-за повышенных прочностных свойств (более 65 кгс/мм²), что недопустимо для существующих профилегибочных станов.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому объекту является сталь 10ХНДП, описанная в ГОСТ 19282 "Сталь низколегированная толстолистовая и широкополосная универсальная".

Эта сталь на основе железа содержит заданное количество углерода, кремния, марганца, хрома, никеля и меди и характеризуется повышенным содержанием фосфора (0,07 - 0,12 мас.%), что улучшает коррозионную стойкость металла.

Недостатком описанной стали является возможность появления трещин при использовании ее в качестве полосовой заготовки для ПВЖ.

Технической задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик стальной полосовой заготовки для гнутых профилей высокой жесткости и снижение трудозатрат при их изготовлении за счет предотвращения трещинообразования и дефектов геометрии ПВЖ.

Для решения этой задачи полосовая низколегированная сталь на основе железа, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель и медь, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: Углерод - 0,05 - 0,09 Кремний - 0,17 - 0,37 Марганец - 1,4 - 1,6 Хром - 0,05 - 0,30 Никель - 0,05 - 0,30 Медь - 0,05 - 0,30 Железо - Остальное а при содержании в стали фосфора и алюминия и повышенном содержании хрома, никеля и меди: Углерод - 0,06 - 0,08
Кремний - 0,18 - 0,30
Марганец - 0,30 - 0,45
Хром - 0,5 - 0,8
Никель - 0,3 - 0,6
Медь - 0,3 - 0,5
Фосфор - 0,07 - 0,12
Алюминий - 0,08 - 0,15
Железо - Остальное
при этом величина отношения предела текучести стали σ_т к временному сопротивлению разрыву σ_в равна 0,72 - 0,75.

Все вышеуказанные пределы содержания компонентов в предлагаемой полосовой стали, а также величина отношения σ_т/σ_в получены в результате обработки экспериментальных данных.

Сущность найденного технического решения заключается в оптимизации содержания в низколегированной стали отдельных компонентов и ограничении пределов величины отношения σ_т/σ_в (допустимые величины σ_т и σ_в всегда оговариваются стандартами и техническими условиями и вместе с химсоставом указываются в сертификате на полосовую сталь), что обеспечивает необходимую пластичность и прочность заготовки для ПВЖ, а при их изготовлении - отсутствие трещин и требуемую геометрию профилей. Как показали опыты (ниже), оба варианта полосовой стали приемлемы в качестве заготовки для получения качественных холодногнутых профилей высокой жесткости.

Эта заготовка получается путем выплавки стали (предпочтительнее - конверторным способом), последующей ее разливки в слябы (например, непрерывнолитые) и горячей прокатки на непрерывном широкополосном стане до конечных толщин 2 - 5 мм. Химсостав и механические свойства стальной заготовки контролируются в процессе ее изготовления и обязательно указываются в сопроводительной документации (сертификате). К профилированию допускается полосовая сталь только с вышеуказанными параметрами.

Опытную проверку предлагаемого технического решения производили при изготовлении ПВЖ на профилегибочном агрегате 1-5х300-1650 АО "Магнитогорский меткомбинат".

Опыты показали, что решающее влияние на трещинообразование при профилировании ПВЖ толщиной 2 - 5 мм оказывает величина верхнего предела содержания в стали углерода и марганца и повышение величины отношения σ_т/σ_в . Так, при содержании C = 0,10 - 0,12 мас.% и Mn 1,65 - 1,80 мас.% (в первом варианте стали) и C 0,09 - 0,12 мас.%, Mn 0,5 - 0,6 мас.% (во втором варианте), а σ_т/σ_в = 0,76 - 0,78 отбраковка профилей по трещинам составляла 8 - 17%.

Уменьшение же содержания углерода и марганца в стальной заготовке (менее предлагаемых нижних пределов) вызывало уменьшение величины σ_т/σ_в до 0,72 - 0,75, в результате чего на профилях возникали дефекты неплоскостности ("пузырь" на передних концах гофров и волнистость кромок, а также межгофровых участков), что приводило к отсортировке ПВЖ по их геометрии.

Трещинообразование при формовке замкнутых гофров на полосовой стали вероятнее всего объясняется чрезмерным наклепом (когда величина σ_т>σ_в ) деформируемых участков металла и исчерпанием ресурса его пластичности. Снижение же величины σ_т/σ_в (при низких содержаниях C и Mn) дает удлиненную "площадку текучести" стали, что недопустимо при штамповке, и близкой к ней локальной формовке замкнутых гофров.

Качественные профили (без трещин и с требуемой геометрией) получены при использовании обоих вариантов предлагаемой полосовой стали.

Контрольное профилирование из заготовки на основе стали 10ХНДП (по ГОСТ 19282) привело к отсортировке до 6% ПВЖ с трещинами и до 8% с дефектами геометрии. Таким образом, опыты подтвердили приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной задачи и его преимущества перед известным объектом. Ожидаемое снижение себестоимости ПВЖ 10 - 15%.

Пример 1. Полосовая низколегированная сталь толщиной 2 мм содержит мас. %: C 0,05; Si 0,18; Mn 1,4; Cr 0,1; Ni 0,1; Cu 0,05; остальное железо. Величина σ_т/σ_в= 0,72 .

Пример 2. Полосовая низколегированная сталь толщиной 5 мм содержит, мас. %: C 0,08; Si 0,29; Mn 0,45; Cr 0,7; Ni 0,4; Cu 0,4; Al = 0,12; P = 0,1; остальное железо. Величина σ_т/σ_в= 0,75 .

Формула изобретения

1. Полосовая низколегированная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 0,05 - 0,09
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 1,4 - 1,6
Хром - 0,05 - 0,3
Никель - 0,05 - 0,3
Медь - 0,05 - 0,3
Железо - Остальное
при величине отношения предела текучести стали к временному сопротивлению разрыву σ_т/σ_в= 0,72-0,75.
2. Полосовая низколегированная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,06 - 0,08
Кремний - 0,18 - 0,30
Марганец - 0,30 - 0,45
Хром - 0,5 - 0,8
Никель - 0,3 - 0,6
Медь - 0,3 - 0,5
Фосфор - 0,07 -0,12
Алюминий - 0,08 - 0,15
Железо - Остальное
при величине отношения предела текучести стали к временному сопротивлению разрыву σ_т/σ_в= 0,72-0,75.1