УГЛЕРОДИСТАЯ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩАЯ СТАЛЬ Российский патент 2010 года по МПК C22C38/46 C22C38/24 C22C38/12 

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано для производства арматурной проволоки.

Для производства проволоки, используемой в качестве арматуры строительных блоков, применяют углеродистую сталь с различными упрочняющими компонентами, обеспечивающими требуемую микроструктуру такой проволоки. Химический состав и механические свойства различных углеродистых сталей достаточно подробно описаны, например, в справочнике В.Н.Журавлева и О.И.Николаевой "Машиностроительные стали". М.: "Машиностроение", 1981, с.93…97.

Известна сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, титан, ванадий, азот и железо, которая для повышения износостойкости при ударноабразивном изнашивании дополнительно содержит 0,2…0,5% алюминия (см. а.с. СССР №969779, кл. С22С 38/38, опубл. в БИ №40, 1982 г.). Эта сталь непригодна для получения арматурной проволоки.

Известна сталь марки 60 по ГОСТ 1050-88 "Сталь углеродистая качественная конструкционная". Она содержит углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, хром, никель и медь и характеризуется содержанием указанных компонентов в соотношении, мас.%:

углерод 0,57…0,65 марганец 0,50…0,80 кремний 0,17…0,37 сера не более 0,040 фосфор не более 0,035 хром не более 0,25 никель не более 0,30 медь не более 0,30 железо остальное.

Известная сталь не гарантирует получение арматурной проволоки заданной прочности, изготовленной из сортового проката.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту из уровня техники (JP 2007-327084 А, С22С 38/06, 20.12.2007) является углеродистая ванадийсодержащая сталь, преимущественно для производства арматурной проволоки, содержащая углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, хром, никель, медь, алюминий, ванадий, железо и неизбежные примеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,6-1,1 марганец 0,1-1,0 кремний 0,1-2,0 сера ≤0,02 фосфор ≤0,02 хром ≤1,5 никель ≤1,0 медь ≤1,0 алюминий ≤0,03 ванадий ≤0,1 железо и неизбежные примеси остальное,

при этом в микроструктуре стали содержится пластинчатый перлит размером не менее 120 мкм и до 11,0% феррита.

Известная сталь не гарантирует получение арматурной проволоки заданной прочности, изготовленной из сортового проката.

Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение заданных прочностных свойств арматурной проволоки.

Для решения этой задачи углеродистая ванадийсодержащая сталь для производства арматурной проволоки, содержащая углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, хром, никель, медь, алюминий, ванадий и железо согласно изобретению содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:

углерод 0,6…1,1 марганец 0,1…1,0 кремний 0,1…2,0 сера ≤0,02 фосфор ≤0,02 хром ≤1,5 никель ≤1,0 медь ≤1,0 алюминий от более 0,03 до 0,04 ванадий от более 0,1 до 0,15 железо остальное,

при этом в микроструктуре стали содержание пластинчатого перлита 1-2 баллов - не менее 80%.

Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации химического состава и микроструктуры предлагаемой стали, в результате чего обеспечиваются требуемые механические свойства производимой проволоки, а также однородность этих свойств по ее объему, обусловленные определенным сочетанием конкретного перлита в микроструктуре стали. Наличие пластинчатого перлита благоприятно сказывается на способности стали к пластической деформации, что особенно важно при изготовлении арматурной проволоки относительно небольшого диаметра. Наличие в составе стали алюминия обеспечивает ее глубокое раскисление и увеличение усвоения ванадия до 95%. Ванадий, образуя нитриды ванадия, увеличивает прочностные свойства стали до требуемого уровня. Все это обеспечивает высокие эксплуатационные свойства изделия.

Опытную проверку предлагаемой углеродистой ванадийсодержащей стали осуществляли в ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат". С этой целью при выплавке данной марки стали варьировали содержание в ней отдельных элементов, а при последующей переработке стали в проволоку - режимы соответствующих процессов. Результаты опытов оценивали по выходу арматурной проволоки с требуемыми механическими свойствами (т.е. - качественной).

Наилучшие результаты (выход качественной проволоки в пределах 99,2…99,8%) получены с использованием заявляемой стали. Отклонения от рекомендуемого ее химического состава и оптимальной микроструктуры ухудшали достигнутые показатели.

Так, при содержании в стали С<0,6 мас.% (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), Mn<0,1%, Al<0,03% и V<0,1% (при вышеуказанном условии) не удалось получить требуемые свойства арматурной проволоки (достаточную ее прочность) у 3…19% изделий. При С>1,1 мас.% (условие прежнее), Mn>1,0%, Si>2,0%, Al>0,04% и V>0,15%, а также повышенном содержании любого из элементов - S, Р и Cu (соответственно больше 0,02, 0,02 и 1,0 мас.%) недостаточные пластические свойства сортового проката не позволили получить арматурную проволоку с заданными свойствами из-за большого количества ее порывов при последующем волочении.

Аналогичным образом ухудшались пластические свойства сортового проката при наличии в их микроструктуре перлита 1 и 2 баллов менее 80%, а также при преобладании в ней перлита 3 и 4 баллов.

Контрольная проверка известной стали, выбранной в качестве ближайшего аналога (см. выше) показала, что выход качественной арматурной проволоки не превысил 87%. Таким образом, опыты подтвердили приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.

Технико-экономические исследования, проведенные в Центральной лаборатории ОАО "ММК", показали, что использование заявляемой стали для производства арматурной проволоки повысит выход качественных изделий на 10…12% с соответствующим увеличением прибыли от их реализации.

Пример конкретного выполнения

Углеродистая ванадийсодержащая сталь для производства арматурной проволоки из сортового проката имеет следующее содержание компонентов, мас.%:

углерод 0,87 марганец 0,55 кремний 0,28 сера 0,005 фосфор 0,015 хром 0,05 никель 0,08 медь 0,07 алюминий 0,035 ванадий 0,12 железо остальное,

при этом в микроструктуре стали содержание пластинчатого перлита 1-2 баллов - 82%.

Механические свойства готовой арматуры составили: величина временного сопротивления стали (σ_в) 1100 Н/мм², а величина относительного удлинения (δ₁₀) 10,5%.

Изобретение относится к области металлургии стали, а именно к углеродистым сталям, используемым для производства арматурной проволоки. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, хром, никель, медь, алюминий, ванадий и железо при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: углерод 0,6-1,1, марганец 0,1-1,0, кремний 0,1-2,0, сера ≤0,02, фосфор ≤0,02, хром ≤1,5, никель ≤1,0, медь ≤1,0, алюминий от более 0,03 до 0,04, ванадий от более 0,1 до 0,15, железо остальное. В микроструктуре стали содержание пластинчатого перлита 1-2 баллов составляет не менее 80%. Повышается выход качественной арматурной проволоки с требуемыми прочностными свойствами.

Углеродистая ванадийсодержащая сталь для производства арматурной проволоки, содержащая углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, хром, никель, медь, алюминий, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:
углерод 0,6-1,1 марганец 0,1-1,0 кремний 0,1-2,0 сера ≤0,02 фосфор ≤0,02 хром ≤1,5 никель ≤1,0 медь ≤1,0 алюминий от более 0,03 до 0,04 ванадий от более 0,1 до 0,15 железо остальное