Композитный материал Советский патент 1992 года по МПК B22D19/00 

fe

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве арматурной стали. Цель изобретения - повышение ударной вязкости при температуре (-60)°С при сохранении уровня механических свойств. Новый композитный материал, содержащий матрицу из чугуна состава, мас.%:СО,15-0.25; Si 0,12-0,32; Мп 0,30-0,60; Ст 0,25-0,40 и Fe - остальное, и армирующий слой, состоящий из чугуна состава, мас,%: С 0.50-0,60; S1 0,40-0,80; Мп 0,40-0,70; Сг 0,30-0,80 и Fe остальное при соотношении объемов металла матрицы и армирующего слоя 1 : (2,5-5,67). Изменение в матрице содержаний углерода и в армирующем слое углерода, кремния и хрома позволяют повысить ударную вязкость композитного материала в 6-8,3 раза при сохранении уровня механических свойств. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству высо- копрочной термически упрочненной арматурной стали различного сортамента.

Цель изобретения - повышение ударной вязкости при низких температурах (-60)°С при сохранении уровня механических свойств.

Композитный материал и арматурная сталь периодического профиля диаметром 16 мм из него изготавливали на комбинате Криворожсталь по следующей технологии: отливка 8-тонного многослойного слитка, прокатка его на предельную заготовку 80x80 мм, производство готового проката и его термическое упрочнение в потоке стана 250-5.

Слитки отливали в изложницу, уширенную книзу. Сплав матрицы наливали до прибыли, засыпали экзотермической смесью, а

через 10-20 мин сверху в прибыль доливали сплав, содержащий, мае. %: углерод 1,0-1.5; марганец 0,6-0,9; кремний 0,7-1,1; хром 0,05-1,2; железо остальное.

Количество доливаемого в прибыль сплава определяли исходя из химических составов жидкой фазы матрицы, доливаемого сплава, требуемого химсостава армирующего слоя и времени выдержки сплава матрицы дозаливки доливаемого сплава.

После перемешивания жидких фаз сплавов получали требуемый состав армирующего слоя композиционного сплава.

После кристаллизации слитка прокатка его проводилась по принятым технологическим процессам производства арматурной стали.

Интенсивное охлаждение проката проводили в блоке подохлаждения, расположенном за последней чистовой клетью

4 Ю

(Л

4Х

стана, и в более глубокого охлаждения, расположенном через 17,8 м от блока подох- лаждения при постоянном давлении и расходе охлаждающей воды.

Для сравнения в качестве базовой принята арматурная сталь марки 20ХГС2 класса Ат-УСК по ГОСТ 10884-81.

Химический состав композиционных сплавов и известной арматурной стали приведен в табл.1.

В табл.2 приведены механические свойства предлагаемого композиционного сплава различного химсостава при различном соотношении объемов металла матрицы и армирующего слоя.

Подчеркнутые величины механических свойств меньше требуемых для арматурной стали класса Ат-УС по ГОСТ 10884-81, а для ударной вязкости - существенно меньше чем для предлагаемого композиционного сплава.

Комплекс механических свойств (табл.2) предлагаемого композиционного сплава (5,6,7) лучше, чем известной стали марки 20ХГС2 (20) класса Ат-УСК, в частности, по величине ударной вязкости. Это объясняется высокой пластичностью и вязкостью матрицы и ее оптимальным объемом в составе композиционного сплава.

Увеличение объема матрицы в композиционном материале, как с верхним, так и с нижними пределами содержания химических элементов при увеличении ударной вязкости ведет к снижению прочности сварного соединения, прежде всего из-за разупрочнения низкопрочной матрицы при нагреве и малом объеме более прочного армирующего слоя. Временное сопротивление разрыву на нижнем пределе содержания химических элементов ниже требуемого значения по ГОСТ 10884-81. Если объем армирующего слоя превышает предлагаемое значение, то малый объем матрицы не компенсирует ограниченной свариваемости армирующего слоя и ведет к снижению относительного удлинения 5s и существенному уменьшению ударной вязкости.

Уменьшение содержания химических элементов в матрице ниже предлагаемых значений углерода, кремния, марганца, хрома при нижнем предложенном химсоставе армирующего слоя и граничных пределах соотношения объемов 1:2,5; 1:5,67 матрицы и армирующего слоя ведет к снижению комплекса механических свойств, требуемых при изготовлении арматурной стали. ,

При уменьшении объема матрицы (при соотношении 1:5,67) влияние кремния и разупрочнение при сварке большего объема армирующего слоя снижают прочность сварных соединений до минимально допустимого предела.

Уменьшение содержания в армирующем слое углерода, кремния, марганца, хрома при минимальном предложенном содержании элементов в матрице и граничных пределах соотношения объемов 1:2,5;

1:5,67 матрицы и армирующего слоя снижает комплекс механических свойств компози-. ционных сплавов,

Уменьшение содержания углерода, как и хрома, в армирующем слое оказывает качественно аналогичное влияние на комплекс механических свойств композиционного сплава. При соотношении 1 : 2,5 объёмов металла матрицы и армирующего слоя уменьшается временное сопротивление разрыву ниже требуемых для арматуры класса Ат-УС значений, но сохраняется требуемая свариваемость. Уменьшение объема матрицы (соотношение 1:5,67), имеющей низкое временное сопротивление разрыву,

повышает прочность сгв композиционного сплава, но разупрочнение при сварке армирующего слоя не компенсируется малым объемом матрицы и поэтому прочность сварного соединения.композиционного

сплава ниже требуемых значений при изготовлении арматуры класса Ат-УС.

При уменьшении содержания кремния и марганца в армирующем слое ниже предлагаемых значений при гарничных пределах

соотношения объемов металла матрицы и армирующего слоя временное сопротивление разрыву и прочность сварных соединений композиционных сплавов, не удовлетворяет требованиям ГОСТ 1088481, предъявляемым к арматурным сталям класса Ат-УС

Увеличение содержания углерода. кремния, марганца, хрома в матрице выше граничных значений предлагаемого композиционного сплава при различном граничном соотношении объемов 1:2,5; 1:5,67 металла матрицы и армирующего слоя не обеспечивает требуемый комплекс механических свойств при изготовлении арматурной стали.

Увеличение содержания углерода в матрице при значительном его содержании и в армирующем сплаве не обеспечивает свариваемости композиционного сплава при

различном соотношении объемов матрицы и армирующего слоя.

Повышение содержания кремния и марганца в матрице выше предлагаемых значений ведет к существенному снижению на

При повышении содержания хрома в матрице выше предлагаемых значений существенно уменьшается ударная вязкость на 35-42 Дж/см2.

Увеличение содержания углерода, кремния, марганца, хрома в. армирующем слое больше предлагаемых значений при соотношении объемов металла матрицы и армирующего слоя 1 : 2,5 и 1 : 5,67 не обеспечивает требуемых значений отдельных механических свойств, повышения комплекса свойств при изготовлении арматурных сталей.

Повышение содержания углерода при различном соотношении объемов металла матрицы и армирующего слоя не обеспечивает свариваемости арматурных сталей класса Ат-УС в соответствии с требования- ми ГОСТ 10884-81. Содержание кремния в армирующем сплаве более 0,80% ведет к резкому снижению на 3,4-4,6 % относительного удлинения. С повышением содержания марганца резко на 40-42 Дж/см2, снижается ударная вязкость.

При повышении содержания хрома в армирующем слоем уменьшается на 1,8-2,1 % относительное удлинение и существенно снижается на 50-57 Дж/см2 ударная вяз.- кость.

Армирование малоуглеродистой стали сталью с повышенным содержанием углерода и легированную хромом позволяет существенно улучшить качество арматурной стали или других видов изделий - повысить прочность, ударную вязкость, свариваемость при сохранении высокой пластичности стали, достичь которые только на одной

из этих сталей известными методами обработки не представляется возможным.

Как следует из данных табл. № 1 и 2, изменения содержания углерода в матрице и углерода, кремния и хрома в армирующем слое позволяют повысить ударную вязкость предлагаемого композитного материала в 6-8,3 раза при сохранении уровня механических свойств.

Формула из о б ре т е н и я Композитный материал, преимущественно для арматуры железобетонных конструкций, включающий армирующий слой, содержащий углерод, кремний, марганец, хром и железо, и матрицу, содержащую углерод, кремний, марганец, хром и железо, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения ударной вязкости при низких температурах (-60)°С при сохранении уровня механических свойств, армирующий слой композиционного материала содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод0,50-0,60

Кремний0,40-0,80

Марганец0,40-0,70

Хром0.30-0,80

ЖелезоОстальное

а матрица композиционного материала содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод0,15-0,25

Кремний0,12-0,32

Марганец0,30-0,60

Хром0,25-0,40

ЖелезоОстальное

причем соотношение объемов металла матрицы и армирующего слоя составляет 1 : (2,5-5,67).

Пример

Содержание химических элементов, нас.Л, л

«ИТРИЦ

углерод I кремний 1 марганец I хром I железо I углерод(кремний марганец I хром I железо

Предлагаемый

10,15

2o.ie

30,25 Известный

I 0,61

0,120,300,25Остальное0,500,1(00,400,30Остальное

0,220,450,,420,430,,320,600,,600,800,700,80.,270,600,20Остальное0,150,300,500,15Остальное

985

865

1070 980 980 1070 1010 1010 1100 950 850 860 950 870 890 990

.

15,0 14,2 15,0 13,0 13,0 14,0 12,5 11,2

154 147 -150 142 138 135 130 120

921

917 915 909 %8 902 904 906

Таблица I

армирующем сплаве

Т а 6 л и ц а 2

1170

995

14,5

20 1020