Полосовая углеродистая сталь

 

Изобретение относится к металлургии стали, в частности к производству полосовой углеродистой стали для профилирования. Техническим результатом изобретения является снижение расхода металла и повышение выхода годного за счет уменьшения трещинообразования при профилировании. Предлагаемая полосовая углеродистая сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,14-0,18; марганец 0,80-0,95; кремний - до 0,15; фосфор - до 0,028; сера - до 0,04; хром, никель, медь - до 0,3 (каждый); мышьяк - до 0,08; железо - остальное; при этом величины механических характеристик равны: σ_в= 420. . . 500 МПа, σ_т=280...350 МПа, δ₅ - не менее 24%, а величина отношения σ_т/σ_в=0,67...0,70.

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве полосовой заготовки для сортовых гнутых профилей проката.

Такие профили часто изготавливаются из углеродистых сталей (например, Ст3кп, пс, сп) толщиной до 8 мм с повышенным содержанием некоторых компонентов (например, марганца), что повышает прочностные свойства гнутых профилей.

Важным показателем свойств полосовой заготовки для профилирования является ее пластичность и, в частности, способность к формообразованию требуемого сечения без появления трещин в местах изгиба металла. Склонность стали к трещинообразованию вынуждает увеличивать радиусы ее изгиба при профилировании (что снижает жесткость гнутых профилей) и дробность деформации (что увеличивает количество формующих клетей, повышая тем самым расход валков и трудозатраты).

Свойства, которыми должна обладать сталь, используемая в качестве заготовки для профилирования, описаны, например, в книге В.И.Анисимова и др. "Расширение сортамента металлопроката - резерв экономии", Челябинск, Ю. - Урал. кн. изд., 1990, гл.III. Пластические свойства заготовки для сортовых гнутых профилей, определяющие способность к деформации без трещинообразования, можно, например, характеризовать величиной отношения предела текучести стали σ_т к временному сопротивлению разрыву σ_в. Известна сталь с повышенной пластичностью и ударной вязкостью, содержащая 7...9 мас.% Мn и 12...15 мас.% Сr (см. а.с. СССР 969778, кл. С 22 С), которая неприемлема для производства сортовых гнутых профилей, в особенности повышенной (более 6 мм) толщины. Известна также углеродистая полосовая сталь с определенным соотношением компонентов, дополнительно содержащая мышьяк и никель при суммарном содержании Мn, Р и S в заданных пределах (см. патент РФ 2114208, кл. С 22 С), недостатком которой является неопределенность соотношения σ_т/σ_в, что может приводить в отдельных случаях к трещинообразованию при профилировании.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является Ст3Гпс, описанная в ГОСТ 380 "Сталь углеродистая обыкновенного качества".

Эта сталь на основе железа содержит заданное количество углерода, кремния, марганца и др. элементов при заданных величинах σ_т,σ_в и δ₅ и характеризуется повышенным (по сравнению со сталями марок ст.1, 2, 3 и 4) содержанием марганца, что повышает ее прочностные свойства. Недостатком этой стали является повышенный верхний предел содержания углерода, марганца и фосфора, а также неопределенность величины соотношения σ_т/σ_в, пониженный нижний предел σ_т и σ_в и завышенная норма δ₅. Формовка такой полосовой заготовки вызовет повышенное трещинообразование с ранее описанными отрицательными последствиями.

Технической задачей изобретения является снижение расхода металла и повышение выхода годного за счет уменьшения трещинообразования при профилировании сортового холодногнутого проката.

Для решения этой задачи полосовая углеродистая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, хром, никель, медь, мышьяк и железо, при заданных величинах механических характеристик: временного сопротивления σ_в, предела текучести σ_т и относительного удлинения δ₅, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод - 0,14-0,16 Кремний - До 0,15 Марганец - 0,80-0,95 Фосфор - До 0,028 Сера - До 0,04 Хром - До 0,3 Никель - До 0,3 Медь - До 0,3
Мышьяк - До 0,08
Железо - Остальное
при этом величины механических характеристик равны: σ_в=420...500 МПа, σ_т=280...350 МПа, δ₅ - не менее 24%, а величина отношения σ_т/σ_в=0,67...0,70.

Все вышеуказанные пределы содержания компонентов в предлагаемой полосовой стали, а также величины σ_т,σ_т,δ₅ и отношения σ_т/σ_в получены в результате обработки опытных данных.

Сущность найденного технического решения заключается в оптимизации содержания в углеродистой стали отдельных ее компонентов, ограничении величин механических характеристик и нижнего предела относительного удлинения (допустимые величины σ_т,σ_т и δ₅ всегда оговариваются стандартами и техническими условиями и вместе с химсоставом указываются в сертификате поставщика полосовой стали), что обеспечивает такие пластические свойства полосой заготовки, которые гарантируют отсутствие трещинообразования при ее профилировании.

Эта заготовка получается путем выплавки стали (предпочтительнее - конверторным способом), последующей ее разливки в слябы (например, непрерывнолитые) и горячей прокатки на непрерывном широкополосном стане до конечных толщин 2...8 мм. Химсостав и механические свойства стальной заготовки контролируются в процессе ее изготовления и обязательно указываются в сопроводительной документации (сертификате). К профилированию допускается полосовая сталь только с вышеуказанными параметрами. Сталь марки Ст3 (в том числе Ст3Гпс) является одной из распространенных для производства сортовых гнутых профилей, а также листового проката. Если в Ст3Гпс, выплавленной в сталеплавильном цехе, будет другое содержание компонентов или же после горячей прокатки на широкополосном стане - иные мехсвойства, чем заявляемые, то эту полосовую сталь можно отправить, например, на холодную прокатку и отгрузить полученный холоднокатаный металл тем потребителям, которым эта сталь приемлема.

Опытную проверку заявляемого технического решения производили при изготовлении сортовых гнутых профилей на профилегибочных агрегатах 1÷4х50÷300 и 2÷8х100÷600 ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат".

Наилучшие результаты (трещинообразование наблюдалось только в единичных случаях) получены при использовании полосовой заготовки из предлагаемой углеродистой стали. При профилировании же полос, химсостав которых имел хотя бы один компонент с отличной (от заявляемой) величиной или другие механические характеристики, отсортировка профилей по трещинам составляла не менее 0,3%; причем в отдельных случаях, когда свойства полосовой стали отличались от предлагаемых по многим параметрам, величина отсортировки достигала 2... 3%.

Кроме того, наблюдались искажения геометрии концевых участков гнутых профилей вследствие их повышенной жесткости, что объясняется повышенной (9÷10 баллы) мелкозернистостью структуры стали. Контрольное профилирование заготовки из полосовой Ст3Гпс, химсостав и мехсвойства которой соответствовали ГОСТ 380, привело к отсортировке 0,6...1,5% проката по вышеуказанным дефектам.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость заявляемого технического решения для выполнения поставленной задачи и его преимущества перед известным объектом.

По данным Центральной лаборатории контроля ММК реализация предлагаемого изобретения при производстве сортовых гнутых профилей позволит повысить выход годного (за счет сокращения отходов металла) в среднем на 1,2% с соответствующим повышением прибыли от реализации проката.

Пример конкретного выполнения
Полосовая углеродистая сталь толщиной 5 мм содержит (мас.%):
С= 0,16; Si=0,12; Mn=0,87; Р=0,025; S=0,03; Cr=0,2; Ni=0,3; Cu=0,2; As= 0,06, остальное - железо.

Механические свойства полосовой стали: σ_в=460 МПа, σ_т=315 МПа, δ₅=26% и σ_т/σ_в=315:460=0,685.

Трещинообразование при профилировании такой стали не наблюдается.

Формула изобретения

Полосовая углеродистая сталь, преимущественно для профилирования, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, хром, никель, медь, мышьяк и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %:
Углерод - 0,14-0,16
Кремний - До 0,15
Марганец - 0,80-0,95
Фосфор - До 0,028
Сера - До 0,04
Хром - До 0,3
Никель - До 0,3
Медь - До 0,3
Мышьяк - До 0,08
Железо - Остальное
при этом величины механических характеристик равны: σ_в= 420-500 МПа, σ_т= 280-350 МПа, δ₅ - не менее 24%, а величина отношения σ_т/σ_в = 0,67-0,70.