СТАЛЬ АРМАТУРНАЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИ УПРОЧНЕННАЯ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2007 года по МПК C22C38/06 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке арматурных термомеханически упрочненных сталей для железобетонных конструкций классов прочности от Ат400 до Ат1200.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является сталь по ГОСТ 10884-94 (сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций), содержащая, мас.%:

Углерод0,08-0,32Кремний0,6-2,4Марганец 0,5-2,3Медьне более 0,3Никельне более 0,3Хромне более 0,3Фосфорне более 0,03Серане более 0,03Железоостальное

Эта сталь обладает сравнительно высокими механическими свойствами за счет рационального соотношения содержания входящих в нее элементов.

Однако возрастающие требования к свариваемости при повышении уровня механических свойств ограничивает ее применение.

Задача изобретения - разработка качественной арматурной стали. Техническим результатом является разработка стали для изготовления стержней термоупрочненной арматуры диаметром 12-32 мм с повышенной свариваемостью, повышенными механическими свойствами и стойкостью против коррозионного растрескивания без старения.

Технический результат достигается тем, что известная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, медь, никель, хром, фосфор, серу и железо, дополнительно содержит алюминий, титан, азот, ванадий, ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,08-0,32Кремний0,4-2,4Марганец0,5-2,3Алюминий0,02-0,07Титан0,01-0,1Азот0,006-0,03Ванадий0,01-0,12Ниобий0,005-0,02Медьне более 0,3Никельне более 0,3Хромне более 0,30Фосфорне более 0,03Серане более 0,03Железоостальное

При этом углеродный эквивалент определен по формуле:

С_экв=C+Si/6+Mn/7+(Ti+V+Nb)/5+(Cu+Ni+Cr)/15

и равен для стали класса Ат400, Ат500 - 0,35-0,56; класса Ат600, Ат800 - 0,44-0,70, а для класса Ат1000, Ат1200 - не менее 0,67.

Содержание углерода, кремния, марганца, хрома, никеля и меди в предлагаемой стали совпадает с пределами содержания их в известной стали.

Дополнительный ввод в заявляемую сталь азота, ванадия, титана, ниобия и алюминия в предлагаемых пределах за счет образования нитридов и карбонитридов, формирующих стабильную мелкодисперсную структуру, независимо от технологии горячей механической обработки обеспечивает необходимую свариваемость и повышенные механические свойства металла без старения.

Предложенная формула расчета углеродного эквивалента и порядок его нормирования вынуждают изготовителя точно задавать химический состав стали по нижнему пределу углерода, а кремния по верхнему пределу, что позволяет более точно определить необходимый состав легирующих химических элементов в стали в зависимости от получаемого уровня механических свойств и обеспечения требований по свариваемости, стойкости против коррозионного растрескивания для данного класса прочности арматурной стали.

Содержание в стали азота наиболее эффективно в пределах 0,006-0,03 мас.%. Снижение содержания азота ниже 0,006 мас.% не обеспечивает необходимого уровня свойств. Повышение содержания азота выше 0,03 мас.% приводит к снижению пластичности в результате переупрочнения металла и увеличения склонности его к старению.

Оптимальное содержание ванадия в стали 0,01-0,12. Уменьшение его содержания ниже 0,01 мас.% не влияет на уровень механических свойств заявляемой стали. Содержание ванадия выше 0,12 мас.%, в данном случае, приводит к дальнейшему повышению механических свойств, но и существенно увеличивает себестоимость производства предлагаемой стали, что нецелесообразно.

Содержание титана в стали менее 0,01 мас.% не способствует заметному измельчению зерна и повышению механических свойств, а более 0,1 мас.% не уменьшает склонность к межкристаллитной коррозии.

Содержание ниобия менее 0,005 мас.% не приводит к существенному измельчению зерна, повышению прочности и твердости. А содержание более 0,05 мас.% не приводит к существенному повышению механических свойств заявляемой стали.

Содержание алюминия менее 0,02 мас.% ведет к неполному связыванию азота при кристаллизации, а выше 0,07 мас.% приводит к возможности образования строчечных неметаллических включений и повышению себестоимости предлагаемой стали.

Выплавку металла проводили в 250-тонной мартеновской печи. Заказ - арматурная сталь марки Ат800. Предварительное раскисление проводили в печи. Глубокое и экономически эффективное раскисление достигается за счет использования растворенного в металле углерода при одновременном вводе алюминия, находящегося в погружном контейнере, и расчетного количества кускового ферросиликомарганца. Выпуск металла производили спустя 6 мин после ввода погружного раскисляющего контейнера, не допуская повторного вскипания ванны. Корректировка состава стали по кремнию и марганцу, а также легирование азотом, ванадием, титаном и ниобием осуществлялась присадкой в ковш ферросиликомарганца, ферротитана, феррониобия и азотированного феррованадия с азотированным ферромарганцем, вводимых в последнюю очередь. Окончательное раскисление производилось присадкой в ковш чушкового алюминия.

Для попадания в заказ производили расчет углеродного эквивалента по предлагаемой формуле: С_экв=С+Si/6+Mn/7+(Ti+V+Nb)/5+(Cu+Ni+Cr)/15 с учетом полученного состава стали на выпуске, химического состава используемых ферросплавов, а их ввод в ковш осуществляли с расходом из расчета попадания С_экв в интервал, рекомендованный для стали Ат800.

В результате получили сталь следующего состава, мас.%: углерод - 0,2, кремний - 1,0, марганец - 1,4, алюминий - 0,03, титан - 0,06, азот - 0,006, ванадий - 0,03, ниобий - 0,005, медь - 0,25, никель - 0,25, хром - 0,20, фосфор - 0,027, сера - 0,023, железо - остальное.

Определяли по формуле С_экв готового металла. Получили C_экв=0,632, то есть С_экв находится в интервале, рекомендованном для стали Ат800.

После разливки металл прокатали на арматуру диаметром 25 мм с применением термомеханической обработки по следующим режимам: обжатие с прокатного нагрева с последующим электронагревом и охлаждением на воздухе.

Аналогичные стали выплавлены для всех указанных в формуле классов прочности арматурной стали от Ат400 до Ат1200.

Затем провели механические испытания, выполненные в соответствии с требованиями ГОСТа (результаты приведены в таблице 1), и сравнили с характеристиками известной стали.

Таблица 1.
Характеристики выплавленной стали класса прочности Ат800№ ппМеханические свойстваСталь по прототипуПредложенная сталь1Временное сопротивление разрыву, Н/мм²100011602Условный предел текучести, Н/мм²8008903Относительное удлинение, %87,64Испытание на изгиб в холодном состоянии Д_опр.=5d=125 мм, угол загиба 45°, разгиба-20°Трещины и разрывы визуально не наблюдалисьТрещины и разрывы визуально не наблюдались

В таблице 2 приведены механические свойства выплавленных по предложению сталей с нормированным углеродным эквивалентом для различных классов прочности.

Таблица 2Класс прочности арматурной сталиУглеродный эквивалент, %Номинальный диаметр, ммМеханические свойстваИспытание на
изгиб в
холодном
состоянии,
градусВременное сопротивление разрыву, σ_в, Н/мм²Условный или физический предел текучести σ_0,2(σ_т), Н/мм²Относительное удлинение, %σ₅σ_рне менееАт4000,3512575064016-90Ат5000,5602580075014-90Ат6000,44325998760121,2145Ат8000,6322511608907,61,9945Ат10000,670251310123062,045Ат12000,81225156013004,82,045

Из таблиц следует, что предлагаемая сталь в сравнении с известной обладает более высокими механическими свойствами при сохранении достаточно высокого уровня свариваемости для данной марки стали и позволяет использовать ее для производства арматурных стержней класса прочности от Ат400 до Ат1200.

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке арматурных термомеханически упрочненных сталей для железобетонных конструкций классов прочности от Ат400 до Ат1200. Предложена сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций, содержащая, мас.%: углерод 0,08-0,32, кремний 0,4-2,4, марганец 0,5-2,3, алюминий 0,02-0,07, титан 0,01-0,1, азот 0,006-0,03, ванадий 0,01-0,12, ниобий 0,005-0,02, медь не более 0,3, никель не более 0,3, хром не более 0,30, фосфор не более 0,03, сера не более 0,03, железо - остальное, при этом углеродный эквивалент определен по формуле: C_экв=C+Si/6+Mn/7+(Ti+V+Nb)/5+(Cu+Ni+Cr)/15 и равен 0,35-0,56 для стали класса Ат400, Ат500, или 0,44-0,70 для класса стали Ат600, Ат800, или не менее 0,67 для класса стали Ат1000, Ат1200. Техническим результатом является разработка стали для изготовления термомеханически упрочненных стержней арматуры диаметром 12-32 мм с хорошей свариваемостью, повышенными механическими свойствами и стойкостью против коррозионного растрескивания. 2 табл.

Арматурная сталь термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций, содержащая углерод, кремний, марганец, медь, никель, хром, фосфор, серу и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, титан, азот, ванадий и ниобий при следующем отношении компонентов, мас.%:

Углерод0,08-0,32Кремний0,4-2,4Марганец0,5-2,3Алюминий0,02-0,07Титан0,01-0,1Азот0,006-0,03Ванадий0,01-0,12Ниобий0,005-0,02МедьНе более 0,3НикельНе более 0,3ХромНе более 0,30ФосфорНе более 0,03СераНе более 0,03ЖелезоОстальное,

при этом углеродный эквивалент стали, определенный по формуле

C_экв=C+Si/6+Mn/7+(Ti+V+Nb)/5+(Cu+Ni+Cr)/15

равен 0,35-0,56 для стали класса Ат400, Ат500, или 0,44-0,70 для класса стали Ат600, Ат800, или не менее 0,67 для класса стали Ат1000, Ат1200.