Сталь

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к флокеностойкой стали, используемой для изготовления трубной заготовки. Флокеностойкая сталь содержит, мас.%: углерод 0,35-0,41, марганец 1,30-1,60, кремний 0,40-0,70, хром не более 0,30, медь не более 0,30, никель не более 0,30, кальций 0,0005-0,005, церий от более 0,003 до 0,006, железо - остальное. Содержание примесей ограничено: сера не более 0,020, фосфор не более 0,020. Повышаются флокеностойкость и механические свойства стали, снижается загрязненность неметаллическими включениями, а также уменьшается отбраковка по поверхностным дефектам. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к флокеностойкой стали, используемой для изготовления трубной заготовки.

Известна выбранная в качестве прототипа сталь [1], содержащая, мас.%: углерод 0,32-0,40; марганец 1,50-1,80; кремний 0,40-0,70; фосфор не более 0,035; сера не более 0,035; железо остальное.

Существенными недостатками данной стали являются: высокая флокеночувствительность, низкие механические свойства, повышенная загрязненность неметаллическими включениями и отбраковка по поверхностным дефектам при производстве трубной заготовки.

Известна сталь [2], содержащая, мас.%: углерод 0,36-0,42; марганец 1,00-1,27; кремний 0,20-0,40; титан 0,03-0,45; алюминий 0,010-0,035; кальций 0,005-0,01; железо - остальное.

Существенными недостатками данной стали являются: высокая флокеночувствительность, низкий уровень прочностных свойств, повышенная загрязненность неметаллическими включениями и отбраковка по поверхностным дефектам. Кроме того, для исключения флокенообразования необходимо проводить замедленное охлаждение заготовок из вышеуказанных сталей в специально оборудованных ямах (колодцах) в течение длительного времени, что увеличивает затраты на производство.

Известная также сталь [3], содержащая, мас.%: углерод 0,30-0,45; марганец 1,20-1,60; кремний 0,20-0,60; хром 0,30-0,60; медь 0,10-0,30; алюминий 0,001-0,030; кальций 0,001-0,003; церий 0,001-0,003; железо - остальное.

Существенными недостатками данной стали являются: высокая флокеночувствительность из-за низкого содержания в ней церия и не стабильно высокий уровень механических свойств из-за широких границ варьирования углерода.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: получение стали с высокой флокеностойкостью, повышение механических свойств, снижение загрязненности неметаллическими включениями и уменьшение отбраковки по поверхностным дефектам

Для достижения этого флокеностойкая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, медь, никель, дополнительно содержит кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,35-0,41
Марганец	1,30-1,60
Кремний	0,40-0,70
Хром	не более 0,30
Медь	не более 0,30
Никель	не более 0,30
Кальций	0,0005-0,005
Церий	от более 0,003 до 0,006
Железо	остальное

Кроме того, в ее составе дополнительно ограничено содержание следующих примесей, мас.%:

Сера	не более 0,020
Фосфор	не более 0,020

Заявленный химический состав флокеностойкой стали подобран с учетом следующих предпосылок.

Нижний уровень содержания основных элементов предлагаемой стали обеспечивает получение предела текучести после нормализации σ_т>52 кг/мм². Увеличение содержания этих элементов выше верхних значений приводит к снижению пластичности и ухудшению качества поверхности заготовок.

Кальций улучшает макро- и микроструктуру слитка, блюма, трубной заготовки, а также повышает вязкость и пластичность стали за счет образования глобулярных оксисульфидов. Содержание кальция ограничивается пределами 0,0005-0,005%. Содержание кальция ниже 0,0005% не достаточно для глобулизации неметаллических включений с целью повышения вязкости и пластичности, а содержание выше 0,005% приводит к загрязненности стали неметаллическими включениями типа алюминатов кальция и к снижению вязкости и пластичности стали.

Модифицирование стали церием приводит к повышению пластичности, вязкости, хладостойкости, снижению флокеночувствительности и повышению сопротивления хрупкому разрушению стали [4].

Содержание церия ограничивается пределами от более 0,003 до 0,006%. Введение в сталь такого количества церия (в виде ферроцерия или металлического) полностью исключает концентрационное пересыщение церием, причем водород находится в химически связанном состоянии. Введение церия осуществляется в предварительно раскисленную сталь после присадки марганца, кремния и алюминия.

При содержании церия 0,003% и менее не достигается нужный эффект, а при содержании более 0,008% увеличивается загрязненность стали оксидными включениями, что приводит к снижению пластичности, ударной вязкости стали и ухудшению качества поверхности трубной заготовки.

Содержание серы и фосфора до 0,020% выбрано с целью снижения загрязненности стали сульфидами, повышения сопротивления хрупкому разрушению и улучшения качества макроструктуры и поверхности трубной заготовки.

Заявленную флокеностойкую сталь выплавляли в 100-тонных дуговых электропечах, разливали на МНЛЗ, блюмы прокатывали на станах 500 и 900 до сечения 120 мм без замедленного охлаждения в ямах, что значительно сократило затраты на производство стали.

В таблице 1 приведены химический состав, а также данные по отбраковке по поверхностным дефектам трубной заготовки при заявляемом и известном химическом составе стали (прототип). При макроконтроле по ГОСТ 10243-75 флокены не выявлены. Отбраковка по поверхностным дефектам трубной заготовки предлагаемой флокеностойкой стали составляет 2,5%, а известной - 5%.

Механические свойства после нормализации при температуре 880°С заявленной флокеностойкой стали и прототипа приведены в таблице 2. Испытания на растяжение проводили в соответствии с требованиями ОСТ 14-21-71 по ГОСТ 1497-84. Определение ударной вязкости по ГОСТ 9454-78.

Уровень загрязненности неметаллическими включениями заявленной флокеностойкой стали и прототипа приведены в таблице 3. Оценку загрязненности неметаллическими включениями проводили в соответствии с требованиями ОСТ 14-21-77 по шкалам ГОСТ 1778-70.

Как видно из приведенных данных, предлагаемая флокеностойкая сталь по сравнению с известными имеет более высокие значения флокеностойкости, повышенные механические свойства и низкий уровень загрязненности стали неметаллическими включениями.

Источники информации

1. ОСТ 14-21-77 «Заготовка трубная из углеродистой, низколегированной, легированной и рессорно-пружинной стали. Технические условия.

2. А.c. СССР №1381191, МПК С22С 38/14.

3. А.с. RU 2053309 C1, C22C 38/04.

4. В.Л.Пилюшенко. Научные и технические основы микролегирования стали. - М.: Металлургия, 1994 г. - 385 с.

Таблица 1. Химический состав стали и отбраковка по поверхностным дефектам
состав	Массовая доля элементов, %	Отбраковка по дефектам поверхности, % от массы плавки
С	Mn	Si	Р	S	Cr	Ni	Cu	Са	Се
1	0,34	1,30	0,40	0,017	0,016	0,14	0,08	0,10	0,0001	0,0035	1,5
2	0,35	1,41	0,47	0,010	0,013	0,12	0,05	0,30	0,004	0,004	1,0
3	0,38	1,49	0,48	0,017	0,005	0,09	0,08	0,13	0,0009	0,005	0,8
4	0,40	1,45	0,48	0,016	0,006	0,08	0,30	0,14	0,003	0,0033	1,8
5	0,41	1,60	0,70	0,018	0,018	0,30	0,07	0,12	0,005	0,006	2,5
Прототип	0,32-0,42	1,50-1,80	0,40-0,70	не более	-	-	-	-	-	5,0
0,035	0,035

1. Флокеностойкая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, медь, никель и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,35-0,41
Марганец	1,30-1,60
Кремний	0,40-0,70
Хром	Не более 0,30
Медь	Не более 0,30
Никель	Не более 0,30
Кальций	0,0005-0,005
Церий	От более 0,003 до 0,006
Железо	Остальное

2. Флокеностойкая сталь по п.1, отличающаяся тем, что в ее составе дополнительно ограничено содержание следующих примесей, мас.%:

Сера	Не более 0,020
Фосфор	Не более 0,020