НИЗКОУГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ Российский патент 2007 года по МПК C22C38/40 B23K35/30 

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.%):

Углероддо 0,10Кремнийдо 0,03Марганец0,35...0,60Хромдо 0,12Никельдо 0,25Серадо 0,02Фосфордо 0,02Алюминийдо 0,01,Кальцийдо 0,009ЖелезоОстальное

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.

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.

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.%:

Углероддо 0,10Кремнийдо 0,03Марганец0,35...0,60Хромдо 0,12Никельдо 0,25Серадо 0,02Фосфордо 0,02Алюминийдо 0,01Кальцийдо 0,009ЖелезоОстальное

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