Сталь

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к низкоуглеродистой стали и может быть использовано при изготовлении конструкционного листа для штамповки. Задача, решаемая изобретением, заключается в снижении чувствительности к воздействию кислорода на сталь, в результате чего повышается коррозионная стойкость при сохранении пластических характеристик. Сталь дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,08-0,12; кремний 0,80-1,50; марганец 0,55-0,90; медь 0,05-0,50; кальций 0,0005-0,0015; железо - остальное, при этом соотношение 0,1 кремния и углерода составляет 1-1,25. 3 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к низкоуглеродистым сталям, используемым при изготовлении конструкционного листа для штамповки.

Автомобильная промышленность и другие отрасли машиностроения предъявляют повышенные требования к свойствам листового проката в связи с обеспечением эксплуатационной надежности и долговечности изделий, изготовленных холодной штамповкой. К таким свойствам относится коррозионная стойкость.

Известна сталь /1/, содержащая (мас.): углерод 0,07-0,13 марганец 0,7-1,5 кремний 1,6-2,5 алюминий 0,003-0,15 азот 0,003-0,01 кислород 0,001-0,008 железо остальное Эта сталь имеет повышенную коррозионную стойкость. Однако из-за высокого содержания кремния (1,6-2,5%), а также алюминия (до 0,15%) и азота (до 0,01% ) она, имеет низкую пластичность и не пригодна для холодной штамповки с высокими категориями вытяжки.

Наиболее близкой к заявленной стали по технической сущности и достигнутому эффекту является известная /2/ сталь, содержащая (мас.): углерод не более 0,12
марганец 1,3-1,7
кремний 0,5-0,8
хром не более 0,30
никель не более 0,30
медь не более 0,30
фосфор не более 0,035
сера не более 0,040
мышьяк не более 0,080
азот не более 0,008
железо не более 0,008
железо остальное
Эта сталь имеет низкую пластичность и штампуемость, особенно при содержании на верхнем пределе углерода (0,12%), марганца (1,7%) и кремния (0,8%) и не отвечает требованиям коррозионной стойкости из-за повышенного содержания неметаллических включений (окислов, оксисульфидов марганца, кремния, хрома) и включений нитридов, а также из-за концентрационно-структурной неоднородности типа перлитной полосчатости после прокатки, что является следствием повышенной склонности данной стали к взаимодействию с кислородом.

Задача, решаемая изобретением, заключается в снижении чувствительности к воздействию кислорода на сталь, что повлечет за собой повышение коррозионной стойкости при сохранении пластических характеристик.

Согласно изобретению в заявляемую сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, медь и железо, дополнительно вводят кальций при следующем соотношении компонентов (мас.):
углерод 0,08-0,12
кремний 0,80-1,50
марганец 0,55-0,90
медь 0,05-0,50
кальций 0,0005-0,0015
железо остальное
При этом соотношение концентрации 0,1 кремния и углерода составляет 1,0-1,25.

Сравнение заявляемой стали с известными показало следующее.

Известно применение кальция для связывания кислорода, серы, азота и очищения стали от неметаллических включение /3/. Кальций в низкоуглеродистых сталях измельчает структуру при кристаллизации, увеличивает ее однородность /4/. Это предотвращает образование структурной и концентрационной неоднородности типа полосчатости после прокатки и увеличивает коррозионную стойкость.

Медь повышает коррозионную стойкость, но может снижать пластичность и штампуемость, особенно при образовании выделений на границах зерен. Кальций является сильным поверхностно-активным элементом в железных сплавах /4, 5/. Поэтому он может препятствовать обогащению медью границ зерен. Кальций предотвращает также накопление фосфора на границах зерен /6/. Это должно улучшить пластичность и штампуемость стали, а также увеличивать сопротивление межзеренной коррозии.

Содержание углерода и кремния в низкоуглеродистой стали влияет на количество и распределение структурных составляющих феррита и перлита. При низком соотношении концентрации этих элементов уменьшается прочность. Кроме того, при этом возможно образование вместо перлита включений структурно свободного цементита, которые располагаются по границам зерен и могут вызывать окрупчивание и уменьшение коррозионной стойкости. При высоком их соотношении снижается пластичность, усиливается концентрационно-структурная неоднородность, уменьшается коррозионная стойкость.

Использование в заявляемой стали кальция (совместно с медью) и ограниченного суммарного содержания углерода и кремния позволяет увеличить концентрационно-структурную однородность и чистоту границ зерен и получить новый эффект повышения коррозионной стойкости. Поэтому совместное применение кальция и ограниченного суммарного содержания углерода и кремния представляет существенный отличительный признак нового решения поставленной в изобретении задачи повышения коррозионной стойкости стали при обеспечении ее штампуемости.

При разработке заявленной стали установлены следующие количественные пределы (мас. ) используемых элементов. Нижние пределы содержании углерода (0,08), марганца (0,55), кремния (0,8) взяты для получения минимально необходимой прочности, а верхние пределы соответственно углерода (0,12), марганца (0,90), кремния (1,50) для предотвращения ухудшения штампуемости.

Нижний предел содержания меди (0,05) взят для обеспечения минимального необходимого уровня коррозионной стойкости, а верхний (0,50) для предотвращения ухудшения штампуемости.

Нижний предел содержания кальция (0,0005) взят для эффективного связывания примесей и предотвращения выделений на границах зерен и достижения необходимого повышения коррозионной стойкости. Верхний предел содержания кальция (0,0015) взят для предотвращения снижения коррозионной стойкости от загрязнения стали включениями окислов кальция.

Нижний предел соотношения концентраций 0,1 кремния и углерода (1,0) взят для получения равномерной структуры и достижения необходимого повышения коррозионной стойкости, а верхний (1,25) для предотвращения снижения коррозионной стойкости от усиления концентрационно-структурной неоднородности и возникновения перлитной полосчатости после прокатки.

Пример конкретного выполнения.

Сталь заявленного состава использовали в Институте черной металлургии АН Украины. Сталь выплавляли в индукционной печи емкостью 100 кг, разливали на слитки массой 20 кг, прокатывали на заготовки и на полосу толщиной 5 мм при температуре конца прокатки 900±10^oС, охлаждали со скоростью 15-18^oС/сек. Изготовлено 8 плавок, из них 5 плавок заявленной стали (3 плавки предложенного состава и 2 запредельного состава) и 3 плавки известной стали прототипа. Химический состав сталей приведен в таблице 1.

Механические свойства определяли при испытании на растяжение по ГОСТ 11701-84. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Для оценки коррозионной стойкости производили ускоренные испытания по ГОСТ 9905-82 на плоских образцах в коррозионной среде I нормального водного раствора серной кислоты. Полученные результаты приведены в таблице 3.

Из данных таблиц 2 и 3 видно, что использование стали заявляемого состава позволяет повысить ее коррозионную стойкость при сохранении штампуемости, следовательно, решать поставленную задачу снизить чувствительность к воздействию кислорода на сталь. ТТТ1

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, медь и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,08 0,12
Кремний 0,80 1,50
Марганец 0,55 0,90
Медь 0,05 0,50
Кальций 0,0005 0,0015
Железо Остальное
при этом отношение кремния и углерода составляет 1,0 1,25.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3