Способ производства стальной высокопрочной арматуры
Владельцы патента RU 2764045:
Открытое акционерное общество "Магнитогорский метизно-калибровочный завод "ММК-МЕТИЗ" (RU)
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стальной высокопрочной арматуры периодического профиля для армирования, в частности, железнодорожных железобетонных шпал нового поколения для высоконагруженных и скоростных путей сообщения. Способ производства стальной высокопрочной арматуры включает выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки путем нагрева в печи до температуры 900-940°С с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 с в расплаве свинца при температуре 530-560°С и окончательным охлаждением водой, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину. Выплавляют сталь химического состава, мас. %: углерод 0,78-0,82, марганец 0,70-0,80, кремний не более 0,25, сера не более 0,010, фосфор не более 0,010, хром 0,15-0,20, никель не более 0,10, медь не более 0,10, алюминий не более 0,005, бор 0,001-0,0025, ванадий 0,040-0,060, азот не более 0,008, железо – остальное. Соотношение бора к азоту B/N ≤ 0,4, соотношение алюминия к ванадию Al/V ≤ 0,125. Холодное волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 60-80%, после нанесения периодического профиля на заготовке проводят термомеханическую обработку путем среднетемпературного отпуска при температуре 340-400°С во время пластической деформации со степенью 1,0-1,4% с получением стальной холоднодеформированной высокопрочной арматуры, обладающей прочностью не менее 1700 Н/мм2, условным пределом текучести не менее 1600 Н/мм2, относительным удлинением при разрыве не менее 8,0% и обрывностью арматурных стержней при эксплуатации <0,2%. Получают высокопрочную холодно-деформированную арматуру с прочностью не менее 1700 Н/мм2, условным пределом текучести не менее 1600 Н/мм2, относительным удлинением при разрыве не менее 8,0%. Обрывность арматурных стержней при эксплуатации составляет <0,2%.
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стальной высокопрочной арматуры, производимой методом холодного волочения и 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 на мерную длину.
Для реализации способа выплавляется сталь следующего химического состава, мас. %:
| углерод | 0,77-0,85 |
| марганец | 0,50-0,80 |
| кремний | 0,20-0,37 |
| сера | 0,016-0,020 |
| фосфор | 0,016-0,025 |
| хром | не более 0,10 |
| никель | не более 0,10 |
| медь | не более 0,10 |
| алюминий | 0,01-0,03 |
| бор | 0,001-0,003 |
| железо | остальное |
соотношение Cr+Ni+Cu<0,14, а соотношение Аl/В в пределах 10-20.
Термическую обработку катанки осуществляют путем нагрева в печи до температуры 900-940°С с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 с в расплаве свинца при температуре 530-560°С и окончательным охлаждением водой, 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 при соотношении Cr+Ni+Cu<0,14%) при введении алюминия и бора в сталь (при соотношении Аl/В в пределах 10-20) позволяют измельчить микроструктуру стали при ее термообработке. Данный химический состав стали обеспечивает получение в конечном продукте - холоднодеформированной высокопрочной стальной арматуре прочность - не менее 1570 Н/мм2, условный предел текучести - не менее 1400 Н/мм2 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). Недостатком способа являются характеристики прочности и пластичности высокопрочной стальной арматуры при существующей современной тенденции наращивания этих свойств с целью повышения срока эксплуатации изделий, где эта арматура используется.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому, является способ производства 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 соотношении Cr+Ni+Cu+Mn ≤1,4%, соотношении Al/V<0,09, прокатку в катанку, термическую обработку катанки путем нагрева в печи до температуры 900-940°С с последующей изотермической закалкой в течении 85-110 с 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.
Использование стали такого химического состава позволяет получить холоднодеформированную высокопрочную арматуру с прочностью не менее 1700 Н/мм2, условным пределом текучести не менее 1550 Н/мм2 и относительным удлинением при разрыве не менее 7,5% (Патент на изобретение РФ №2695719, кл.: C21D 8/08, С22С 38/54, В21В 1/16, В21С 1/00 опубликовано 25.07.2019).
Несмотря на достижение указанных прочностных характеристик в этом способе производства стальной холоднодеформированной арматуры, связанных с микролегированием стали Сr и V (хром в указанных концентрациях в стали упрочняет ее по твердорастворному механизму, а ванадий является сильным нитридообразующим элементом - VN, обеспечивающим измельчение структуры и упрочнение металла по механизму дисперсионного твердения или зернограничному механизму с сохранением высоких пластических свойств), основным недостатком такой катанки является ее микроструктура: наличие центрального мартенсита, который значительно охрупчивает структуру стали и приводит к высокой обрывности при ее использовании в производстве. Эти структурные дефекты обусловлены микрофизической - дендритной ликвацией, в основном, Mn, V и Сr. Центральный мартенсит микроликвационного происхождения образует V-образные надрывы в арматуре. Мартенситные участки обогащены Cr, V, Мn и Si (Сычков А.Б., Жигарев М.А., Нестеренко A.M. и др. "Высокоуглеродистая катанка для изготовления высокопрочных арматурных канатов" Бендеры, Полиграфист, 2010, с. 184). Наиболее значительная ликвационная неоднородность наблюдается по V (до 5,3 раз превышает его содержание в основном металле) и по Сr (до 3,4 раза). Кроме того, хром, марганец и кремний являются сильными закаливающими элементами. Недостатком этого способа является значительная обрывность при изготовлении и эксплуатации полученных арматурных стержней - 0,2-0,3%.
Для устранения негативных факторов, возникающих при совместном микролегировании Сr и V, необходимо снизить содержание этих сильно ликвирующих химических элементов в стали, но для сохранения необходимых высоких прочностных показателей произвести добавку бора. В стали, содержащей ванадий и бор, нитриды бора не успевают образоваться из-за преимущественного термодинамически обоснованного образования нитридов ванадия, при этом бор увеличивает пластичность катанки за счет модифицирования макростроения слитка и перераспределения примесей по границам зерен, а также деазотирующего эффекта. Кроме того, пластифицирующий эффект от микролегирования бором усиливается за счет подавления склонности к статическому деформационному старению стали.
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в получении высокопрочной холодно-деформированной арматуры с прочностью не менее 1700 Н/мм2, условным пределом текучести не менее 1600 Н/мм2, относительным удлинением не менее 8,0%, при этом обрывность арматурных стержней при эксплуатации должна составлять <0,2%.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления стальной высокопрочной арматуры, включающем выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки путем нагрева в печи до температуры 900-940°С с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 с в расплаве свинца при температуре 530-560°С и окончательным охлаждением водой, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину, выплавляют сталь следующего химического состава, мас. %:
| углерод | 0,78-0,82 |
| марганец | 0,70-0,80 |
| кремний | не более 0,25 |
| сера | не более 0,010 |
| фосфор | не более 0,010 |
| хром | 0,15-0,20 |
| никель | не более 0,10 |
| медь | не более 0,10 |
| алюминий | не более 0,005 |
| бор | 0,001-0,0025 |
| ванадий | 0,040-0,060 |
| азот | не более 0,008 |
| железо | остальное |
при соотношении бора к азоту B/N≤ 0,4, соотношении алюминия к ванадию Al/V ≤0,125, холодное волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 60-80%, после нанесения периодического профиля на заготовке проводят термомеханическую обработку путем среднетемпературного отпуска при температуре 340-400°С во время пластической деформации со степенью 1,0-1,4% с получением стальной холоднодеформированной высокопрочной арматуры, обладающей прочностью не менее 1700 Н/мм2, условным пределом текучести не менее 1600 Н/мм2, относительным удлинением при разрыве не менее 8,0% и обрывностью арматурных стержней при эксплуатации <0,2%.
Пример осуществления способа производства стальной высокопрочной арматуры.
По предложенному химическому составу была выплавлена сталь в условиях ПАО «ММК» в печи, проведена доводка стали на агрегате «печь-ковш», разлита на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в заготовку и прокатана в катанку круглого сечения диаметром 14,0 мм на сортовом стане «170». Фактический химический состав выплавленной стали составил, мас. %:
| углерод | 0,81 |
| марганец | 0,74 |
| кремний | 0,24 |
| сера | 0,004 |
| фосфор | 0,007 |
| хром | 0,19 |
| никель | 0,08 |
| медь | 0,05 |
| алюминий | 0,002 |
| бор | 0,002 |
| ванадий | 0,060 |
| азот | 0,008 |
| железо | остальное |
Соотношение B/N составило 0,25 (≤0,4), соотношение Al/V 0,03 (≤0,125).
Термическая обработка катанки осуществлялась путем нагрева в проходной печи до температуры 900-940°С с последующей изотермической закалкой в течение 90 с в расплаве свинца при температуре 540°С и окончательным охлаждением водой. После травления полученной катанки производилось волочение катанки до диаметра 7,6 мм с суммарной степенью обжатия 71%. Проволочная заготовка была подвергнута термомеханической обработке (среднетемпературному отпуску при температуре 350°С во время пластической деформации со степенью 1,1%) с нанесением периодического профиля. После порезки на мерную длину, в конечном результате, была получена стальная холоднодеформированная высокопрочная арматура в прутках диаметром 7,5 мм с прочностью 1740 Н/мм2, условным пределом текучести 1630 Н/мм2, относительным удлинением 8,0%, при этом обрывность арматурных стержней при использовании у потребителя составила 0,1%, что свидетельствует о высоких качественных технологических показателях полученной высокопрочной арматуры.
Способ производства стальной высокопрочной арматуры, включающий выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки путем нагрева в печи до температуры 900-940°С с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 с в расплаве свинца при температуре 530-560°С и окончательным охлаждением водой, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину, отличающийся тем, что выплавляют сталь химического состава, мас. %:
| углерод | 0,78-0,82 |
| марганец | 0,70-0,80 |
| кремний | не более 0,25 |
| сера | не более 0,010 |
| фосфор | не более 0,010 |
| хром | 0,15-0,20 |
| никель | не более 0,10 |
| медь | не более 0,10 |
| алюминий | не более 0,005 |
| бор | 0,001-0,0025 |
| ванадий | 0,040-0,060 |
| азот | не более 0,008 |
| железо | остальное |
при соотношении бора к азоту B/N ≤ 0,4, соотношении алюминия к ванадию Al/V ≤ 0,125 холодное волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 60-80%, после нанесения периодического профиля на заготовке проводят термомеханическую обработку путем среднетемпературного отпуска при температуре 340-400°С во время пластической деформации со степенью 1,0-1,4% с получением стальной холоднодеформированной высокопрочной арматуры, обладающей прочностью не менее 1700 Н/мм2, условным пределом текучести не менее 1600 Н/мм2, относительным удлинением при разрыве не менее 8,0% и обрывностью арматурных стержней при эксплуатации <0,2%.
