Низколегированная горячекатаная листовая сталь

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве низколегированной горячекатаной листовой стали, применяемой в вагоностроении. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, азот, алюминий, ванадий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод до 0,12, кремний 0,17-0,37, марганец 0,5-0,8, сера до 0,025, фосфор 0,07-0,12, хром до 0,3, никель до 0,3, медь 0,3-0,5, азот 0,01-0,02, алюминий 0,03-0,08, ванадий 0,05-0,07, железо остальное. Сталь имеет σ_в - не менее 510 МПа,

σ_т - не менее 390 МПа, δ₅≥19%, величины ударной вязкости - при нормальной температуре после механического старения - 123-132 кДж/м² и при -70°С 127-131 кДж/м². Повышаются прочностные и пластические характеристики, а также ударная вязкость при удешевлении стали.

 

Изобретение относится к металлургии стали, в частности - к производству низколегированной листовой стали, преимущественно для вагоностроения.

Низколегированная горячекатаная листовая сталь, поставляемая по ГОСТ 19281, широко используется в машиностроении, так как обладает хорошей штампуемостью и способностью к локальной вытяжке, например, при формовке профилей высокой жесткости (из ст.09Г2Д и 10ХНДП) с периодически повторяющимися гофрами, идущих на боковую обшивку железнодорожных полувагонов.

Требования к сталям для изготовления профилей высокой жесткости, а также некоторые особенности таких сталей описаны, например, в книге М.Ф.Сафронова и др. «Профили высокой жесткости», Магнитогорск, «Дом печати», 1996, с.12-16.

Известна углеродистая полосовая сталь с определенным содержанием компонентов, дополнительно содержащая мышьяк и никель при суммарном содержании марганца, серы и фосфора в заданных пределах (см. пат. РФ №2114208, Кл. С22С 38/60 от 20.05.98 г.). Однако эта сталь непригодна для вагоностроения из-за отсутствия нормируемости величин ее ударной вязкости, а также невысокой коррозионно-стойкости.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является низколегированная листовая сталь 10ХНДП по ГОСТ 19281, используемая для изготовления вагонной обшивы.

Эта сталь содержит С, Si, Mn, S, Р, Сr, Ni, N и As в заданных количествах и характеризуется тем, что она содержит 0,3…0,5 мас.% меди, что повышает ее коррозионно-стойкость. Недостатком этой стали является ее высокая стоимость (из-за содержания в ней 0,5…0,8% хрома и 0,3…0,6% никеля), а также недостаточно высокие ее потребительские свойства, в частности невысокие прочностные и пластические характеристики, а также ударная вязкость.

Технической задачей настоящего изобретения является удешевление листовой стали для вагоностроения при одновременном улучшении ее потребительских свойств: прочностных и пластических характеристик, а также ударной вязкости.

Для решения этой задачи предлагаемая низколегированная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, азот, алюминий и железо, дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод - до 0,12, кремний - 0,17…0,37, марганец - 0,5…0,8, сера - до 0,025, фосфор - 0,07…0,12, хром - до 0,3, никель - до 0,3, медь - 0,3…0,5, азот - 0,01…0,02, алюминий - 0,03…0,08, ванадий - 0,05…0,07, железо - остальное, при этом величины механических характеристик равны: временное сопротивление σ_в - не менее 510 МПа, предел текучести σ_т - не менее 390 МПа, относительное удлинение δ₅≥19%, а величины ударной вязкости - при нормальной температуре после механического старения - 123…132 кДж/м² и при - 70°С - 127…131кДж/м².

Приведенные параметры заявляемой стали получены в результате обработки опытных данных и являются эмпирическими.

Сущность предлагаемого технического решения заключается, во-первых, в уменьшении содержания в стали хрома и никеля, что удешевляет ее, и, во-вторых, в добавлении в сталь ванадия, что позволяет не только сохранить прочностные ее свойства, но и препятствует росту зерна (см., например, «Справочник металлиста» под ред. Н.С.Ачеркана, т.3, кн.1, с.136). Последнее обстоятельство уменьшает старение металла, что повышает величину ударной вязкости после такого старения.

Опытную проверку заявляемой стали осуществляли в ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». При этом опробовалась горячекатаная листовая сталь толщиной 2…5 мм, отличавшаяся содержанием в ней основных элементов (марганца, хрома, никеля и ванадия), а также величинами временного сопротивления σ_в, предела текучести σ_т, относительного удлинения (δ₅) и значениями ударной вязкости а_н - при нормальной температуре, а_м - при минусовой). Наилучшие результаты (высокие механические характеристики при наименьшей стоимости металла) получены для предлагаемой стали. Отклонения от рекомендуемых ее параметров ухудшали достигнутые показатели. Так, увеличение содержания в стали Mn, Cr, Ni и V (соответственно более 0,8; 0,3; 0,3 и 0,07%), хотя и повышало прочностные свойства листа, но снижало его пластичность (при повышении стоимости металла), которая особенно важна в процессе локальной вытяжки периодических гофров. Уменьшение же содержания марганца и ванадия (соответственно менее 0,5 и 0,05%) не позволяло достичь необходимой прочности металла и его ударной вязкости).

При σ_в <510 МПа, σ_т >390 МПа, δ₅<19% величины а_н и а_м были менее соответственно 123 и 127 кДж/м². Величины же а_н>132 и а_м>131 кДж/м² при предлагаемом содержании компонентов в стали получить не удалось.

Сравнительные испытания горячекатаных листов тех же толщин из ст.10ХНДП, взятой в качестве ближайшего аналога, показали, что она обладает более низкими потребительскими свойствами (т.е. прочностными и пластическими характеристиками, а также ударной вязкостью), а стоимость ее выше предлагаемой стали, в среднем, на 22%. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущества перед известным объектом.

Технико-экономические исследования показали, что реализация настоящего изобретения позволит снизить стоимость низколегированной горячекатаной листовой стали для вагоностроения на 20…25% при одновременном улучшении и ее потребительских свойств.

Пример конкретного выполнения

Низколегированная горячекатаная листовая сталь толщиной 4 мм содержит компоненты в следующем соотношении (мас.%):

С=0,11; Si=0,27; Mn=0,65; S=0,02; P=0,09; Cr=0,25; Ni=0,27; Сu=0,4; N=0,015; Al=0,06; V=0,06; остальное - железо.

Механические характеристики стали:

σ_в=535 МПа, σ_т=400 МПа, δ₅=23%, а_н=130 кДж/м², а_м=128 кДж/м².

Низколегированная горячекатаная листовая сталь, преимущественно для вагоностроения, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, азот, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	до 0,12
кремний	0,17-0,37
марганец	0,5-0,8
сера	до 0,025
фосфор	0,07-0,12
хром	до 0,3
никель	до 0,3
медь	0,3-0,5
азот	0,01-0,02
алюминий	0,03-0,08
ванадий	0,05-0,07
железо	остальное,

при этом механические характеристики равны: σ_в - не менее 510 МПа, σ_т - не менее 390 МПа, δ₅≥19%, ударная вязкость - при нормальной температуре после механического старения - 123-132 кДж/м², а при -70°С - 127-131 кДж/м².