Экономнолегированная конструкционная сталь



Экономнолегированная конструкционная сталь
Экономнолегированная конструкционная сталь

 


Владельцы патента RU 2558790:

Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к экономнолегированной конструкционной стали, предназначенной для изготовления металлических конструкций. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,14-0,16, марганец 0,25-0,29, кремний 0,17-0,22, азот 0,009-0,014, алюминий 0,029-0,043, железо и водород - остальное. Отношение алюминий/азот составляет 2,5-3,5, а отношение азот/водород составляет не более 30. Повышаются механические свойства стали. 2 табл., 1 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к металлургии, в частности к экономнолегированной конструкционной стали, предназначенной преимущественно для изготовления металлических конструкций.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом), по мнению авторов, является сталь, предназначенная для изготовления стальных конструкций марки 3сп по ГОСТ 380-2005, содержащая, мас.%: 0,14÷0,20 С; 0,40÷0,55 Mn, 0,15÷0,30 Si, 0,025÷0,05 Al; не более 0,008 N; остальное - железо.

Недостатком известного технического решения является высокая себестоимость производства стали в связи с ее повышенным содержанием марганца и кремния при сохранении высоких механических свойств.

Задача, на осуществление которой направлено техническое решение, - снижение себестоимости производства стали за счет снижения содержания в ней марганца. При этом достигается получение такого технического результата, как повышение механических свойств стали, а именно ударной вязкости и относительного удлинения.

Вышеуказанные недостатки исключаются тем, что экономнолегированная конструкционная сталь содержит углерод, марганец, кремний, азот, алюминий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,14÷0,16
марганец 0,25÷0,29
кремний 0,17÷0,22
азот 0,009÷0,014
алюминий 0,029÷0,043
железо и водород остальное

при этом отношение алюминий/азот в пределах 2,5÷3,5 и отношение азот/водород не более 30.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного тем, что экономнолегированная конструкционная сталь содержит углерод, марганец, кремний, азот, алюминий и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,14÷0,16
марганец 0,25÷0,29
кремний 0,17÷0,22
азот 0,009÷0,014
алюминий 0,029÷0,043
железо и водород остальное

при этом отношение алюминий/азот в пределах 2,5÷3,5 и отношение азот/водород не более 30. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «Новизна».

Так как предлагаемое изобретение может быть использовано в металлургической промышленности, а проведенные испытания предлагаемого решения продемонстрировали более высокие показатели по механическим свойствам (ударной вязкости и относительному удлинению), следовательно, данное техническое решение соответствует критерию изобретения «Промышленная применимость».

Сравнительный анализ предложенного технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями, не позволил выявить существенные признаки, присущие заявленному решению. Отсюда следует, что заявленная совокупность существенных отличий позволяет обеспечить получение вышеуказанного технического результата, что, по мнению авторов, соответствует критерию изобретения «Изобретательский уровень».

Элементы, входящие в состав предлагаемой конструкционной стали, формируют ее структуру и, находясь в сложной взаимосвязи, обеспечивают высокий уровень механических свойств.

При содержании углерода менее 0,14 мас.% сталь недостаточно раскислена, содержит повышенное количество кислорода и оксидных включений.

При содержании углерода более 0,16 мас.% ухудшается пластичность стали и возрастает пораженность литого изделия горячими трещинами.

При содержании марганца менее 0,25 мас.% сталь будет иметь пониженные прочностные характеристики за счет наличия повышенного количества сернистых включений.

При содержании марганца более 0,29 мас.% происходит его перерасход, что ведет к повышению себестоимости производства стали, при этом заметного улучшения механических свойств стали не наблюдается.

При содержании кремния менее 0,17 мас.% сталь будет иметь повышенное содержание оксидных неметаллических включений.

При содержании кремния более 0,22 мас.% происходит перерасход кремнистых ферросплавов без заметного улучшения механических свойств стали.

При содержании азота менее 0,009 мас.% количества упрочняющей металл нитридной фазы будет недостаточно и, соответственно, прочностные свойства металла будут понижены.

При содержании азота более 0,014 мас.% в литом металле будут образовываться газовые пузыри, что при прокатке или/и ковке может привести к браку по трещинам и рванинам.

При содержании алюминия менее 0,029 мас.% количество нитридов алюминия, повышающих прочность металла, будет недостаточно для достижения требуемых прочностных свойств.

При содержании алюминия более 0,043 мас.% при разливке металла сталепроводящие огнеупорные проводки и отливки будут загрязняться тугоплавкими включениями на основе оксида алюминия, что недопустимо.

Введение нитридообразующего элемента, например алюминия совместно с азотом, обеспечивает образование нитридов, измельчающих структуру металла, и повышение его прочностных характеристик.

При выполнении отношения алюминия к азоту менее 2,5 количества нитридов алюминия, упрочняющих металл, будет недостаточно для достижения требуемой прочности.

При выполнении отношения алюминия к азоту более 3,5 металл будет загрязнен избыточным количеством включений на основе оксида алюминия, что недопустимо.

Атомарный азот вводится в сталь за счет присадки карбамида (NH2)2×CO, в состав которого входит водород, взаимодействующий с азотом в отношении, определяемом формулой изобретения.

При выполнении отношения азота к водороду более 30 литой металл будет иметь повышенную хрупкость, поражен пузырем, что вызовет при прокатке порывы полосы и брак катаного металла по пленам и рванинам, что недопустимо.

Другие способы ввода азота в металл (азотированные ферросплавы, продувка жидкого металла азотом) не предполагают взаимодействия азота с водородом, входящих в состав нитридообразующего вещества. Кроме того, в этих случаях азот не является атомарным, а носит молекулярный характер.

Ниже приведены варианты осуществления и использования изобретения, не исключающие другие варианты в объеме формулы изобретения (табл. 1 и 2).

Пример

Металл плавок (табл. 1) получают следующим образом. В сталеплавильном агрегате (конвертере, электропечи) выплавляют полупродукт (железоуглеродистый расплав), который выпускают в стальковш. Перед выпуском расплава на дно стальковша присаживают часть ферросплавов, содержащих кремний и марганец, шлакообразующие и гранулированный алюминий. Расплав в стальковше перемешивают подачей аргона, отбирают пробу на химический анализ и, при необходимости, вводят добавки, корректирующие химический состав металла и порошковую проволоку с наполнителем из карбамида. После этого металл в ковше вновь перемешивают подачей аргона, отбирают пробу, замеряют температуру стали, содержание водорода и производят разливку.

Как видно из табл. 1, сталь, удовлетворяющая заявляемому составу (плавки 2-6) относительно как известного решения - прототипа, так и стали с содержанием компонентов, выходящих за заявленные пределы (плавки 1, 7), при экономии марганца имеет более высокие показатели по механическим свойствам (ударной вязкости и относительному удлинению).

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет за счет снижения содержания в стали марганца (марганецсодержащих ферросплавов) снизить себестоимость ее производства. При этом достигается повышение механических свойств стали, а именно ударной вязкости и относительного удлинения.

Отсюда можно сделать вывод, что задача, на решение которой направлено техническое решение, выполняется, при этом достигается получение вышеуказанного технического результата.

Экономнолегированная конструкционная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, азот, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод 0,14÷0,16
марганец 0,25÷0,29
кремний 0,17÷0,22
азот 0,009÷0,014
алюминий 0,029÷0,043
железо и водород остальное

при этом отношение алюминий/азот составляет 2,5÷3,5, а отношение азот/водород составляет не более 30.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочного стального листа, используемого в автомобилестроении. Лист изготовлен из стали, содержащей в мас.%: C: 0,075-0,30, Si: 0,70-2,50, Mn: 1,30-3,50, P: 0,001-0,03, S: 0,0001-0,01, Al: 0,005-1,50, N: 0,0001-0,01, O: 0,0001-0,01 и в качестве необязательных элементов один или более элементов из: Ti: 0,005-0,15, Nb: 0,005-0,15, B: 0,0001-0,010, Cr: 0,01-2,0, Ni: 0,01-2,0, Cu: 0,01-2,0, Mo: 0,01-1,0, V: 0,005-0,15 и один или более из Ca, Ce, Mg, Zr, Hf и РЗМ: в сумме 0,0001-0,5, причем остальное - железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению стального листа, используемого для получения горячештампованных изделий. Лист выполнен из стали, имеющей химический состав, в мас.%: от 0,10 до 0,35 C, от 0,01 до 1,0 Si, от 0,3 до 2,3 Mn, от 0,01 до 0,5 Al, максимум 0,03 P, максимум 0,02 S, максимум 0,1 N, Fe и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к холоднокатаному стальному листу, используемому в автомобилестроении. Лист изготовлен из стали, содержащей в мас.%: С от 0,01 до 0,4, Si от 0,001 до 2,5, Mn от 0,001 до 4,0, Al от 0,001 до 2,0, P 0,15 или менее, S 0,03 или менее, N 0,01 или менее, O 0,01 или менее, Fe и неизбежные примеси остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным хладостойким сталям, используемым для изготовления труб нефтяного сортамента, в частности для добычи нефти и газа, которые могут эксплуатироваться как в обычных условиях, так и в условиях макроклиматического холода при снижении температуры до минус 60°C.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочного холоднокатаного стального листа, используемого в автомобилестроении. Лист изготовлен из стали, содержащей в мас.%: C: 0,02-0,20, Mn: 0,01-4,0, P: 0,001-0,15, S: 0,0005-0,03, N: 0,0005-0,01, O: 0,0005-0,01, Al и Si в количествах не менее 0,001, причем суммарное содержание Si+Al составляет меньше 1,0%, остальное составляют железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению нетекстурированной электротехнической листовой стали. Получают сляб из стали, имеющей химический состав, мас.%: С<0,005, Si от 1,2 до 2,2, Mn от 0,2 до 0,4, Р<0,2, S<0,005, Al от 0,2 до 0,6, N<0,005, O<0,005, Fe и неизбежные примеси - остальное, путем выплавки в конвертере, предварительной обработки горячего металла путем циркуляционного рафинирования и непрерывного литья, при этом контролируют количество охлаждающей воды на вторичном охлаждении с обеспечением ее расхода на уровне 100-190 л/мин, а средний уровень перегрева жидкой стали в процессе непрерывного литья контролируют на уровне 10-45°C.

Изобретение относится к получению стальной проволоки, имеющей повышенные магнитные характеристики, для применения в трансформаторах, транспортных средствах, электрических или электронных изделиях.

Высокопрочный холоднокатаный стальной лист с низкой плоскостной анизотропией предела ΔYPL, составляющей 0,03 или менее. Лист выполнен из стали, содержащей, мас.%: C: 0,06-0,12%, Si: 0,7% или менее, Mn: 1,2-2,6%, P: 0,020% или менее; S: 0,03% или менее; sol.Al: 0,01-0,5%; N: 0,005% или менее, по меньшей мере один из Cr: 0,5 или менее, и Mo: 0,5 или менее, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочного холоднокатаного стального листа, обладающего превосходной формуемостью и формуемостью при раздаче отверстия.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению холоднокатаного стального листа, используемого в автомобилестроении, конструкциях зданий, мебели, приборных щитах, бытовой электронике.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному холоднокатаному стальному листу, используемому в автомобилестроении. Лист выполнен из стали, содержащей в мас.%: С: от 0,01 до 0,4, Mn: от 0,001 до 4,0, Р: от 0,001 до 0,15, S: от 0,0005 до 0,03, N: от 0,0005 до 0,01, О: от 0,0005 до 0,01, Si и Al каждый по меньшей мере 0,001 и при содержании Si + Al до менее 1,0%, остальное количество составлено железом и неизбежными загрязняющими примесями. Структура стали, в единицах доли площади, содержит от 5 до 80% феррита, от 5 до 80% бейнита и 1% или менее мартенсита, при общем содержании мартенсита, перлита и остаточного аустенита, составляющем 5% или менее. В центральной области толщины листа, находящейся в диапазоне от 5/8 до 3/8 толщины листа от поверхности стального листа, среднее значение полюсных плотностей группы ориентаций от {100}<011> до {223}<110> составляет 5,0 или менее, а полюсная плотность кристаллографической ориентации {332}<113> составляет 4,0 или менее. Значение показателя анизотропии «r», в направлении, перпендикулярном направлению прокатки (rC), составляет 0,70 или более, а значение показателя анизотропии «r» в направлении под углом 30° к направлению прокатки (r30) составляет 1,10 или менее. Лист имеет повышенные равномерное относительное удлинение и способность к раздаче отверстия. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному холоднокатаному стальному листу. Лист выполнен из стали, имеющей химический состав, состоящий из, мас.%: C: от более 0,020 до менее 0,30; Si: от более 0,10 до максимум 3,00; Mn: от более 1,00 до максимум 3,50; P: максимум 0,10; S: максимум 0,010; раств. Al: по меньшей мере 0 и максимум 2,00; N: максимум 0,010; остальное - Fe и неизбежные примеси. Лист имеет металлургическую структуру, в которой основная фаза представляет собой продукт низкотемпературного превращения, а вторичная фаза содержит остаточный аустенит. Объемная доля остаточного аустенита составляет от более чем 4,0% до менее чем 25,0% относительно всей структуры, а средний размер его зерен составляет менее 0,80 мкм. Численная плотность зерен остаточного аустенита, размер которых составляет 1,2 мкм или более, составляет 3,0×10-2 зерен/мкм2 или менее. Обеспечиваются высокие пластичность, способность к деформационному упрочнению и способность к отбортовке-вытяжке, а также прочность на растяжение 780 МПа или более. 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению стального листа, используемого для производства горячештампованного изделия. Лист выполнен из стали, имеющей состав, мас.%: С: от 0,15 до 0,35, Si: от 0,01 до 1,0, Mn: от 0,3 до 2,3, Al: от 0,01 до 0,5, Fe и неизбежные примеси - остальное, при этом в качестве примесей она содержит Р: 0,03 или менее, S: 0,02 или менее и N: 0,1 или менее. Лист получен путем горячей прокатки, холодной прокатки и рекристаллизационного отжига. Отжиг выполняют в два этапа: на первом этапе лист нагревают от комнатной температуры до 600-700°С со средней скоростью от 8 до 25°С/сек, а на втором этапе лист нагревают до температуры от 720 до 820 со средней скоростью от 2,5 до 7°С/сек. Стандартное отклонение от твердости по Виккерсу, определенной в положении 20 мкм от поверхности стального листа в направлении толщины листа в поперечном сечении листа, составляет 20 или менее. Изготавливаемые из листов изделия обладают высокими усталостными характеристиками. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил., 9 табл., 5 пр.

Рельс // 2561947
Изобретение относится к высокопрочному рельсу. Для обеспечения устойчивости рельса к замедленному разрушению в рельсе 95% или более структуры в той поверхностной части головки рельса, которая простирается от поверхностей угловых частей головки рельса и верхней части головки рельса на глубину 20 мм, является бейнитной или перлитной структурой, и эта структура содержит от 20 до 200 сульфидов на основе сульфида марганца, сформированных вокруг оксида на основе алюминия в качестве ядра и имеющих размер в диапазоне от 1 мкм до 10 мкм на квадратный миллиметр в области наблюдения в горизонтальном поперечном сечении рельса. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 6 табл.

Изобретение относится к производству горячекатаных стальных листов. Горячекатаный лист выполнен из стали, содержащей, мас.%: С от 0,01 до 0,4, Si от 0,001 до 2,5, Mn от 0,001 до 4,0, Al от 0,001 до 2,0, Р до 0,15 или менее, S до 0,03 или менее, N до 0,01 или менее, O до 0,0% или менее, Fe и неизбежные примеси - остальное. Средняя полюсная плотность ориентационной группы от {100}<011> до {223}<110> равна среднему арифметическому полюсных плотностей каждой ориентации кристаллов {100}<011>, {116}<110>, {114}<110>, {112}<110> и {223}<110>, которое составляет от 1,0 до 5,0, а полюсная плотность ориентации кристалла {332}<113> составляет от 1,0 до 4,0 на центральном участке толщины от 5/8 до 3/8 поверхности стального листа. Металлографическая структура стального листа включает многочисленные зерна, в % по площади: от 30 до 99 феррита и бейнита и от 1% до 70% мартенсита, причем dia≤13 где dia - средний размер зерен мартенсита, мкм, TS/fM×dis/dia≥500, где TS - прочность на растяжение стального листа, МПа, fM - доля площади мартенсита, в % по площади, dis - среднее расстояние между зернами мартенсита, мкм. При производстве листа осуществляют горячую прокатку в несколько проходов с регламентированной степенью обжатия температурой и скоростью охлаждения. Технический результат заключается в получении горячего листа с высокой прочностью, равномерной деформируемостью, в частности локальной деформируемостью. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 ил., 22 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованной высокопрочной детали. Горячештампованная высокопрочная деталь имеет плакирующий слой из алюминиевого сплава на основе Al-Fe, содержащий фазу интерметаллического соединения Al-Fe на поверхности стального листа. Средняя линейная длина отсекаемых отрезков кристаллических зерен фазы, содержащей Al 40-65 мас.% среди указанных фаз, составляет 3-20 мкм. Средняя величина толщины плакирующего слоя из сплава Al-Fe составляет 10-50 мкм. Отношение средней величины толщины к стандартному отклонению толщины плакирующего слоя из сплава Al-Fe удовлетворяет следующей зависимости: 0< стандартное отклонение толщины/средняя величина толщины ≤0,15. Обеспечивается подавление распространения трещин, образующихся в плакирующем слое во время горячей объемной штамповки, и повышаются антикоррозийные свойства после окрашивания. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил., 5 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к углеродистым сталям, используемым при изготовлении труб нефтяного сортамента. Сталь содержит, мас.%: 0,46-0,50 углерода, 0,65-0,85 марганца, 0,17-0,37 кремния, ≤0,030 серы, ≤0,030 фосфора, ≤0,30 меди, ≤0,30 никеля, ≤0,30 хрома, 0,01-0,06 алюминия, железо - остальное. Изготавливаемые трубы имеют феррито-перлитную структуру по всему сечению, а для компонентов стали выполняются следующие соотношения: [медь]+[никель]+[хром]=0,25-0,90% и [углерод]+[марганец/6]+[кремний/24]≥0,58%. Обеспечиваются требуемые механические свойства в состоянии после горячей деформации и в состоянии после термической обработки: временное сопротивление не менее 665 МПа, предел текучести 379-552 МПа и относительное удлинение не менее 14,3%. 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству жаростойких нейтронопоглощающих сталей, применяемых в атомной энергетике. Лигатура содержит, % мас.: гадолиний 41-74, алюминий 14,0-25,4, кремний 0,6-20, железо остальное. Изобретение позволяет уменьшить в стали содержание неметаллических включений и интерметаллидов, повысить механические свойства и коррозионную стойкость стали за счет лучшего усвоения гадолиния. 1 пр., 5 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному гальванизированному погружением стальному листу, используемому в автомобилестроении. Лист содержит базовый стальной лист толщиной от 0,6 до 5,0 мм и сформированный на его поверхности гальванизацией погружением слой покрытия. Базовый стальной лист содержит, мас.%: С от 0,075 до 0,40, Si от 0,01 до 2,0, Mn от 0,80 до 3,50, Р от 0,0001 до 0,10, S от 0,0001 до 0,01, Al от 0,001 до 2,0, N от 0,0001 до 0,01, О от 0,0001 до 0,01, Fe и неизбежные примеси остальное. В диапазоне от 1/8 до 3/8 толщины от поверхности базового стального листа с центром на 1/4 толщины листа структура базового стального листа содержит, в объемной доле, 3% или более фазы остаточного аустенита и от 40 до 90% фазы феррита. Количество С в твердом растворе фазы остаточного аустенита составляет от 0,70 до 1,00 мас.%. Средний диаметр зерна фазы остаточного аустенита составляет 2,0 мкм или менее, а среднее расстояние между зернами остаточного аустенита составляет от 0,1 до 5,0 мкм. Толщина обезуглероженного слоя, сформированного на части поверхностного слоя базового стального листа, составляет от 0,01 до 10,0 мкм, средний диаметр зерна оксидов, содержащихся в части поверхностного слоя базового стального листа, составляет от 30 до 120 нм, а средняя их плотность составляет 1,0×1012 оксидов/м2 или более. Обеспечивается получение стального листа с превосходной высокой механической резкой, пластичностью и с обеспечением высокой прочности при максимальном пределе прочности на разрыв 900 МПа или более. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 13 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному, горячегальванизированному холоднокатаному стальному листу, используемому в автомобильной промышленности. Лист выполнен из стали, содержащей в вес.%: С более 0,10 и менее 0,25, Si более 0,50 и менее 2,0, Mn более 1,50% и максимум 3,0, Р менее 0,050, S: 0,010 или менее, раств. Al 0,50 или менее, N: 0,010 или менее, необязательно один или более элементов, выбранных из Ti, Nb, V, Cr, Mo, B, Ca, Mg, REM и Bi. Структура листа содержит основную фазу, содержащую мартенсит и/или бейнит и/или бейнитный феррит, и вторичную фазу, содержащую остаточный аустенит. Объемная доля остаточного аустенита составляет от более 4,0 до менее 25,0% относительно всей структуры, средний размер зерен составляет менее 0,80 мкм, а численная плотность зерен остаточного аустенита, размер которых равен 1,2 мкм или более, составляет 3,0×10-2 зерен/мкм2 или менее. Лист имеет прочность на растяжение 750 МПа или более, обладает высокой пластичностью, способностью к деформационному упрочнению и отбортовке-вытяжке. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.
Наверх