Среднелегированная строительная сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сталей, используемых в строительстве и машиностроении. Предложена среднелегированная строительная сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод 0,03-0,19; марганец 0,6-2,8; кремний 0,6-2,2; хром 0,6-2,2; никель 0,4-1,0; медь 0,4-1,0; алюминий 0,05-0,25; титан 0,02-0,25; ванадий 0,02-0,25; бор 0,001-0,015; железо - остальное. Сталь дополнительно может содержать цирконий или цирконий и ниобий в количестве 0,01-0,25 мас.% каждого компонента. Техническим результатом изобретения является повышение прочности, пластичности и коррозионной стойкости в условиях эксплуатации при низких температурах и в сейсмоопасных районах. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к сталям, используемым в строительстве и машиностроении.

Известна сталь, используемая широко для железобетонных конструкций, содержащая углерод 0,19-0,28; марганец 1,5-2,3; кремний 0,7-1,0 и легирующие добавки (хром, никель, медь, алюминий) не более 0,3; остальное -железо /1/.

Сталь 25Г2С имеет предел текучести 40 кгс/мм² при относительном удлинении 14%, что не позволяет использовать ее при низких температурах и в сейсмоопасных районах в полной мере.

Наиболее близкой по составу к предлагаемой является сталь следующего состава, мас.%: Углерод - 0,06-0,15 Кремний - 0,6-1,2 Марганец - 0,5-1,1 Хром - 0,4-1,0 Никель - 0,4-1,0 Медь - 0,4-1,0 Титан - 0,035-0,07 Алюминий - 0,01-0,06 Редкоземельные металлы - 0,004-0,060
Бор - 0,001-0,005
Магний - 0,0003-0,03
Железо - Остальное
Недостатками известной стали являются недостаточная прочность и пластичность, что не позволяет достичь высокой степени свариваемости, ударной вязкости при низких температурах и коррозионной стойкости.

Техническая задача заключается в повышении прочности, пластичности, свариваемости и коррозионной стойкости в условиях эксплуатации низких температур и сейсмоопасных районах.

Поставленная задача решается таким образом, что среднелегированная строительная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, алюминий, титан, бор и железо, согласно изобретению дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мac.%:
Углерод - 0,03-0,19
Марганец - 0,6-2,8
Кремний - 0,6-2,2
Xpoм - 0,6-2,2
Никель - 0,4-1,0
Медь - 0,4-1,0
Алюминий - 0,05-0,25
Титан - 0,02-0,25
Ванадий - 0,02-0,25
Бор - 0,001-0,015
Железо - Остальное
Кроме того, сталь дополнительно может содержать цирконий или цирконий и ниобий в количестве 0,01-0,25 мас.% каждого компонента.

Предлагаемый набор легирующих элементов для данного состава стали обеспечивает высокий уровень предела текучести стали и способность пластически деформироваться до стадии разрушения без необходимости термической обработки в конце горячей прокатки. Таким образом, по сравнению с высокопрочной термически обработанной сталью (Ат IУ, АтУ, А 400 и A 500) нагрев металла при всех видах сварки не действует на снижение прочности металла в зонах влияния процесса сварки.

Заявленная сталь отличается однородной структурой по сечению проката, поэтому изменение свойств при увеличении диаметра готовой арматуры минимально. Однородность по сечению в определенной мере облегчает подбор оптимальной технологии прокатки.

Содержание углерода 0,03-0,19 выбирается из условий получения ферритной основы в структуре металла, достижения высокой пластичности и исключения закалочных структур в зонах влияния различных видов сварки.

Содержание марганца 0,6-2,8% диктуется упрочняющим действием его с коэффициентом 8 кгс/мм² на каждый процент марганца.

Содержание кремния 0,6-2,2% также определяется высоким упрочняющим действием его с коэффициентом, близким к марганцу. При этом кремний является наиболее дешевым легирующем элементом.

Введение хрома в количестве 0,6-2,2% обеспечивает кроме упрочняющего действия коррозионную стойкость стали, особенно в сочетании с никелем в количестве 0,4-1,0%, который улучшает пластические характеристики, в том числе относительное удлинение при повышении прочности.

Введение меди в количестве 0,4-1,0% также оказывает положительное действие на пластические свойства и коррозионную стойкость при увеличении прочности. Медь в указанных количествах целесообразно вводить в виде отходов, что дает возможность снизить себестоимость стали.

Содержанье группы добавок титана, ванадия и циркония в количестве 0,02-0,25% обеспечивает измельчение зерна в стали, что приводит к повышению прочности, пластичности, ударной вязкости и хладостойкости.

Для микролегирования стали целесообразно вводить в сочетании с ванадием алюминий в количестве 0,05-0,25%, который усиливает эффект измельчения зерна и препятствует его росту при нагреве.

Содержание бора в количестве 0,001- 0,015% улучшает прокаливаемость стали и обеспечивает выравнивание структуры по сечению готового проката.

Пример.

Составы сталей: 1) С-0,14; Мn-0,9; Si-1,3; Cr-0,6; Ni-0,4; Сu-0,4; Al-0,15; Тi-0,18; V-0,03; В-0,001; Fе-Остальное, мас.%.

2) C-0,10; Mn-1,3; Si-1,5; Cr-0,8; Ni-0,8; Сu-0,8; Al-0,15; Ti-0,18; V-0,12; B-0,001; Zr-0,05; Fe-Остальное, мас.%.

3) C-0,14; Mn-1,6; Si-1,4; Cr-1,2; Ni-1,0; Cu-1,0; Al-0,15; Ti-0,15; V-0,19; S-0,001; Zr-0,06; Nb-0,07; Fe-Остальное, мас.%
выплавлялись в 10-тонной промышленной электропечи, разливались непрерывно брусом сечением 140х140 мм и прокатывались на арматуру диаметром 18 мм периодического профиля по ГОСТ 5781-82. Образцы длиной 450 мм испытывали по ГОСТу 10884-81. Результаты испытаний сведены в таблицу.

Источники информации
1. ГОСТ 5781- 82 "Сталь горячекатанная для армирования и железобетонных конструкций".

2. Авторское свидетельство 1353836, кл. С 22 С 38/54, 1987 г.(прототип ).

Формула изобретения

1. Среднелегированная строительная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, алюминий, титан, бор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,03 - 0,19
Марганец - 0,6 - 2,8
Кремний - 0,6 - 2,2
Хром - 0,6 - 2,2
Никель - 0,4 - 1,0
Медь - 0,4 - 1,0
Алюминий - 0,05 - 0,25
Титан - 0,02 - 0,25
Ванадий - 0,02 - 0,25
Бор - 0,001 - 0,015
Железо - Остальное
2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит цирконий или цирконий и ниобий в количестве 0,01 - 0,25 мас.% каждого компонента.

РИСУНКИ

Рисунок 1