СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМАТУРНОЙ СТАЛИ Российский патент 2019 года по МПК C21D8/08 C22C38/54 B21B1/16 B21C1/00 

Изобретение относится к металлургии, а именно, к производству стальной высокопрочной проволочной арматуры, производимой методом холодного волочения и с предварительным получением необходимой микроструктуры методом термомеханической обработки.

Известен способ производства стальной высокопрочной наноструктурированной арматуры, включающий выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину. Выплавляют сталь следующего химического состава, (масса %): углерод от 0,77 до 0,85; марганец от 0,50 до 0,80; кремний от 0,20 до 0,37; сера от 0,016 до 0,020; фосфор от 0,016 до 0,025; хром не более 0,10; никель не более 0,10; медь не более 0,10; алюминий от 0,01 до 0,03; бор от 0,001 до 0,003; железо - остальное, в которой поддерживают суммарное содержание Хром плюс никель плюс медь меньше 0,14 (Cr+Ni+Cu<0,14), а соотношение алюминия к бору (Al/В) в пределах 10-20, термическую обработку катанки осуществляют путем нагрева в печи до температуры 900-940°С (градусов Цельсия) с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 секунд в расплаве свинца при температуре 530-560°С (градусов Цельсия) и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 57-62%.

Выбранные пределы содержания углерода (0,77-0,85%) в сочетании с марганцем (0,50-0,80%), хромом, никелем и медью (до 0,10 каждого, но при соотношении хром плюс никель плюс медь меньше 0,14 (Cr+Ni+Cu<0,14) при введении алюминия и бора в сталь позволят измельчать микроструктуру стали при ее термообработке. Соотношение содержания алюминия к бору (Al/В) в пределах 10-20 обеспечивает в конечном продукте - холодно деформированной высокопрочной арматуре - прочность не менее 1570 Н/мм², условный предел текучести не менее 1400 Н/мм и относительное удлинение при разрыве не менее 6% (RU, патент на изобретение №2471004 от 16.12.2011, класс МПК: C2D 8/08, C21D 9/52, С22С 38/54, B82Y 40/00, В82В 3/00 опубликовано: 27.12.2012, бюл. №36).

Также известна сталь следующего химического состава, (масса %): углерод 0,75-0,81; марганец 0,60-0,80; кремний 0,20-0,37; сера 0,016-0,020; фосфор 0,016-0,025; хром 0,20-0,30; никель не более 0,10; медь не более 0,10; алюминий не более 0,005; бор 0,001-0,003; железо - остальное, в которой поддерживают суммарное содержание хром плюс никель плюс медь меньше 0,50 (Cr+Ni+Cu<0,50), соотношение алюминия к бору (Al/В) в пределах 5,00-1,65, а соотношение хрома к бору (Cr/В) 100-200. Введение хрома в соотношение 100-200 к бору позволяет увеличить прочность арматурной стали до 1700 Н/мм², а условный предел текучести не менее 1450 Н/мм² (RU, патент на изобретение №2543045 от 27.11.2013, класс МПК: C21D 8/08 (2006.01); C21D 9/52 (2006.01); С22С 38/54 (2006.01) опубликовано: 27.02.2015, бюл. №6).

При дальнейшем применении арматурной стали в железобетонных конструкциях с тяжелым бетоном появилась необходимость не только в увеличении прочности, но и пластичности арматурной стали против выше указанных марок стали, прочность и пластичность которых оказалась недостаточной.

При использовании эвтектоидных углеродистых сталей, содержащих мелкодисперсный перлит (сорбит) не избежать незначительные области бейнитных включений. Размер карбидов в бейнитной структуре является важным фактором, определяющим ее прочность. С этой целью предлагается микролегирование ванадием, посредством введения которого образуются карбиды ванадия, которые в свою очередь становятся зародышами для образования зернистого перлита (сорбита) в последующем процессе патентирования горячекатаного круглого проката. Одновременно введение ванадия как легирующей добавки повышает пластичность стали.

Для получения необходимых свойств предлагается следующий химический состав стали (масс. %):

углерод 0,77-0,79 марганец 0,70-0,80 кремний 0,20-0,30 сера не более 0,010 фосфор не более 0,020 хром 0,15-0,30 никель не более 0,10 медь не более 0,20 алюминий не более 0,005 ванадий 0,06-0,08 азот не более 0,008 железо остальное

Суммарное содержание хром плюс никель плюс медь меньше 0,50 (Cr+Ni+Cu<0,50), соотношения алюминия к ванадию (Al/V) в пределах 0,063-0,083, а соотношение хрома к ванадию (Cr/V) 2,50-3,75. Введение ванадия как карбидообразующего элемента, способствует быстрому росту «зародышей» в виде карбидов ванадия (VC). Карбиды равномерно располагаются в сплаве, что способствует созданию мелкозернистой структуры стали и повышает прочностные параметры стали, а также ее вязкость, износостойкость, предотвращая структурный рост зерен стали при нагревании. При этом добавка ванадия дополнительно выполняет функцию раскислителя.

Термическую обработку катанки осуществляют путем нагрева в печи до температуры 900-940°С (градусов Цельсия) с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 секунд в расплаве свинца при температуре 530-560°С (градусов Цельсия) и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 60-65%.

Выбранные пределы содержания углерода (0,77-0,79%) в сочетании с марганцем (0,50-0,80%), хромом, никелем до 0,10 и медью до 0,20 каждого, но при соотношении хром плюс никель плюс медь меньше 0,14 (Cr+Ni+Cu<0,14) при введении ванадия в сталь позволяет измельчать микроструктуру стали при ее термообработке. Соотношение содержания алюминия к ванадию (Al/V) в пределах менее 0,09 обеспечивает в конечном продукте холоднодеформированной высокопрочной арматуре - прочность не менее 1700 Н/мм², условный предел текучести не менее 1550 Н/мм² и относительное удлинение при разрыве не менее 7,5%.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в получении в холоднодеформированной высокопрочной арматуры прочностью не менее 1700 Н/мм², условного предела текучести не менее 1550 Н/мм² и относительного удлинения при разрыве не менее 7,5%.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления арматурной стали, включающем выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину, выплавляют сталь следующего химического состава, (масс. %):

углерод 0,77-0,79 марганец 0,70-0,80 кремний 0,20-0,30 сера не более 0,010 фосфор не более 0,020 хром 0,15-0,30 никель не более 0,10 медь не более 0,20 алюминий не более 0,005 ванадий 0,06-0,08 азот не более 0,008 железо остальное,

массовая доля титана должна быть не более 0,005% при суммарном содержании хром плюс никель плюс медь плюс марганец меньше или равно 1,4 (Cr+Ni+Cu+Mn<1,4) и соотношении содержания алюминия к ванадию (Al/V) в пределах менее 0,09. Важным условием для исключения образования цементита (Fe₃C) при выплавке стали является то, что содержание углерода не должно превышать 0,79%.

Термическую обработку катанки производят путем нагрева в печи до температуры 900-940°С (градусов Цельсия) с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 секунд в расплаве свинца при температуре 530-560°С (градусов Цельсия) и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 60-65%. Изобретение позволит получить в холоднодеформированной высокопрочной арматуре прочность не менее 1700 Н/мм², условный предел текучести не менее 1550 Н/мм² и относительное удлинение при разрыве не менее 7,5%.

Пример осуществления способа изготовления арматурной стали.

По разработанному АО «БЭТ» химическому составу была выплавлена сталь в 180-тонной электропечи ОАО «ММК», обработана в агрегате «печь-ковш», разлита на МНЛЗ в заготовку сечением 150×150 мм и прокатана в катанку круглого сечения диаметром 15,5 мм на сортовом стане «170», имеющая следующий химический состав, (масс. %):

Углерод 0,790 Марганец 0,720 Кремний 0,247 Сера 0,001 Фосфор 0,005 Хром 0,220 Никель 0,033 Медь 0,041 Алюминий 0,003 Ванадий 0,062 Азот 0,008 Железо остальное

Соотношение хром плюс никель плюс медь плюс марганец (Cr+Ni+Cu+Mn) составило 1,014, а соотношение Al/V составило 0,048.

Внесенные изменения в химический состав, а именно микролегирование хромом, марганцем, ванадием и исключение алюминия при раскислении предлагаемой стали позволили получить условный предел текучести выше 1550 Н/мм²; временное сопротивление разрыву выше 1700 Н/мм² и относительное удлинение при разрыве не ниже 7,5%.

Термообработанную катанку проволочили в проволоку диаметром 11-0,1 мм, после чего нанесли на ее поверхность трехсторонний периодический профиль с утяжкой, подвергли отпуску на линии стабилизации под натяжением при температуре 400°С (градусов Цельсия), охладили проточной водой и порезали на мерные длины. Механические испытания полученной стальной высокопрочной арматуры номинальным диаметром 9,6-0,1 мм показали следующие свойства:

временное сопротивление разрыву 1700-1740 Н/мм;

условный предел текучести 1570-1590 Н/мм²;

относительное удлинение при разрыве 7,5-8,0%;

твердость 41,5-43,0 HRC,

что полностью соответствует техническим требованиям, предъявляемым к высокопрочной стержневой холоднодеформированной арматуре периодического профиля диаметром 5 мм; 7,5 мм; 9,6 мм для армирования железобетонных шпал.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству стальной высокопрочной проволочной арматуры, производимой методом холодного волочения и термомеханической обработки. Для получения прочности не менее 1700 Н/мм², условного предела текучести не менее 1550 Н/мм² и относительного удлинения при разрыве не менее 7,5% способ включает выплавку стали заданного химического состава при суммарном содержании Cr+Ni+Cu+Mn≤1,4 и соотношении Al/V в пределах менее 0,09, прокатку в катанку, термическую обработку катанки путем нагрева в печи до температуры 900-940°С с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 секунд в расплаве свинца при температуре 530-560°С и окончательным охлаждением водой, травление, холодное волочение катанки с суммарной степенью обжатия 60-65%.

Способ изготовления стальной высокопрочной арматуры, включающий выплавку стали следующего химического состава, мас. %:

углерод 0,77-0,79 марганец 0,70-0,80 кремний 0,20-0,30 сера не более 0,010 фосфор не более 0,020 хром 0,15-0,30 никель не более 0,10 медь не более 0,20 алюминий не более 0,005 ванадий 0,060-0,080 азот не более 0,008 титан не более 0,005 железо остальное,

при суммарном содержании хрома, никеля, меди и марганца Cr+Ni+Cu+Mn ≤ 1,4, соотношении алюминия к ванадию Al/V менее 0,09, прокатку в катанку, термическую обработку катанки путем нагрева в печи до температуры 900-940°С с последующей изотермической закалкой в течении 85-110с в расплаве свинца при температуре 530-560°С и окончательным охлаждением водой, травление, холодное волочение с суммарной степенью обжатия 60-65%, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину.