Низкоуглеродистая сталь

Изобретение может быть использовано для получения сталей специального назначения, в частности для сварочных электродов. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод до 0,10, кремний до 0,03, марганец 0,35...0,60, хром до 0,12, никель до 0,25, серу до 0,02, фосфор до 0,02, алюминий - до 0,01, кальций до 0,009 и железо - остальное. Приведенный состав и выполнение соотношения содержания в стали кальция и алюминия, составляющего 0,2-0,9, позволяет получить сталь, отношение предела текучести к пределу прочности которой равно 0,5-0,75, что обеспечивает улучшение работы машин непрерывной разливки стали и условий холодного волочения проволоки из этой стали.

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве стали специального назначения, преимущественно стали для сварочных электродов.

Холоднотянутая сварочная проволока может изготавливаться из низкоуглеродистой и легированной стали, марки и химсостав которой приведены в ГОСТ 2246. Низкоуглеродистая сталь (по ГОСТ 2246 - марки Св-08, Св-08А и Св-08АА) содержит до 0,01 мас.% алюминия. При непрерывной разливке этих сталей наблюдаются определенные трудности, связанные с «зарастанием» разливочных стаканов неметаллическими включениями на основе оксидов алюминия.

Известна легированная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, азот и железо, в которой дополнительно содержится алюминий в количестве 0,2...0,5 мас.%, который повышает износостойкость изделий из этой стали при ударно-абразивном изнашивании (см. а.с. СССР №969779, кл. С22С 38/38, опуб. в БИ №40, 1982 г.). Однако эта сталь неприемлема для холодного волочения вследствие недостаточной ее пластичности.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является сталь Св-08АА, описанная в ГОСТ 2246.

Эта сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, серу, фосфор и алюминий и характеризуется относительно низким содержанием углерода (до 0,1 мас.%) и алюминия (до 0,01%). Недостатком такой стали являются:

- в процессе разливки стали на МНЛЗ имеют место многочисленные случаи «зарастания» огнеупорных стаканов неметаллическими включениями на основе оксидов алюминия, приводящие к аварийной остановке МНЛЗ и простою оборудования;

- порывы металла при волочении на сортовых станах и низкий выход годного.

Технической задачей изобретения является улучшение разливаемости стали на МНЛЗ и увеличение выхода годного при волочении стали.

Для решения этой задачи указанная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, серу, фосфор, алюминий и железо, в отличие от ближайшего аналога дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Углерод	до 0,10
Кремний	до 0,03
Марганец	0,35...0,60
Хром	до 0,12
Никель	до 0,25
Сера	до 0,02
Фосфор	до 0,02
Алюминий	до 0,01,
Кальций	до 0,009
Железо	Остальное

При этом соотношение [Са]/[Al]=0,2...0,9, где [Са] и [Al] - в мас.%.

При этом величина соотношения механических характеристик стали находится в пределах σ_т/σ_в=0,50-0,75, где σ_т и σ_в - соответственно, величины предела текучести и временного сопротивления.

Сущность найденного технического решения заключается в добавлении в сталь кальция при оптимальном соотношении его содержания и алюминия, а также в оптимизации величины соотношения σ_т/σ_в. В результате этого улучшаются работа машины непрерывной разливки стали (отсутствие «зарастаний» стенок разливочных стаканов) и условия холодного волочения проволоки из данной стали (сведение порывов при волочении до минимума).

Опытную проверку заявляемого технического решения осуществляли при производстве вышеописанной стали в мартеновском цехе ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и при ее холодном волочении в ОАО «Магнитогорский метизно-металлургический завод» с получением проволоки для сварочных электродов.

Наилучшие результаты (отсутствие простоев установки непрерывной разливки стали, выход годного при волочении до 99,5%) получены при использовании предлагаемой стали. Отклонения от рекомендуемых величин (см. выше) отношений [Са]/[Al] и σ_т/σ_в приводили к ухудшению результатов опытов.

Все вышеуказанные пределы содержания компонентов в предлагаемой стали, а также величина соотношения σ_т/σ_в получены в результате обработки опытных данных и являются эмпирическими.

Так простои установки непрерывной разливки, связанные с аварийной остановкой МНЛЗ вследствие «зарастания» разливочных стаканов, наблюдались при величинах [Са]/[Al]<0,2 и>0,9.

При величинах [Са]/[Al]<0,2 в жидкой стали образуются сложные твердые комплексные соединения на основе оксидов алюминия типа Al₂О₃, 6Al₂O₃·СаО, 2Al₂O₃·СаО, имеющие температуру плавления выше 1550°С, что значительно выше температуры кристаллизации стали. Эти твердые включения в процессе непрерывной разливки налипают на внутренних стенках сталеразливочного стакана, при этом уменьшается внутренний диаметр сталеразливочных стаканов, что приводит к снижению скорости разливки и к аварийной остановке МНЛЗ.

При соотношении 0,2<[Са]/[Al]<0,9 в жидкой стали образуется комплексное соединение 7Al₂O₃·12СаО, имеющее температуру плавления около 1420°С, что ниже температуры кристаллизации стали. При таком соотношении «зарастания» стенок огнеупорных стаканов отсутствуют.

При соотношении [Са]/[Al]>0,9 также в металле образуются неметаллические включения в виде СаО, приводящие к загрязнению стали.

При величинах соотношений σ_г/σ_в>0,75 были случаи обрывов проволоки (при ее волочении) вследствие быстрого наклепа металла. При σ_т/σ_в<0,50 выход годного уменьшился до 92...95% из-за получения проволоки уменьшенного (против требуемой величины по заказу) диаметра, что объясняется повышенной ее пластичностью.

Испытания стали Св-08АА привели к сокращению случаев остановки непрерывной разливки (до 2% машинного времени), а выход годного при волочении проволоки не превысил 96,5%.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость заявляемого технического решения для достижения поставленной цели и его преимущества перед объектом, выбранным в качестве ближайшего аналога.

По данным технико-экономических исследований, проведенных в Центральной лаборатории контроля ОАО «ММК», использование предлагаемой низкоуглеродистой стали для производства сварочных электродов позволит сократить простои установки непрерывной разливки стали, связанные с заменой разливочных стаканов, не менее чем на 2%, а выход годной электродной проволоки увеличить в среднем на 3% при соответствующем росте прибыли от реализации продукции.

Пример конкретного выполнения

Низкоуглеродистая сталь для сварочных электродов содержит, мас.%:

С=0,09; Si=0,027; Mn=0,5; Cr=0,10; Ni=0,23; S=0,018; Р=0,015; Al=0,009; Са=0,0036 (т.е. величина [Са]/[Al]=0,4); остальное - железо.

Механические характеристики стали, производимой для волочения:

σ_т=226 МПа, σ_в=375 МПа, σ_т/σ_в=0,60.

Низкоуглеродистая сталь, преимущественно для сварочных электродов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, серу, фосфор, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	до 0,10
Кремний	до 0,03
Марганец	0,35...0,60
Хром	до 0,12
Никель	до 0,25
Сера	до 0,02
Фосфор	до 0,02
Алюминий	до 0,01
Кальций	до 0,009
Железо	Остальное

при этом соотношение [Са]/[Al]=0,2...0,9.