Патент на изобретение №2175359
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) АРМАТУРНАЯ ГОРЯЧЕКАТАНАЯ СТАЛЬ И СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ ДЛЯ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
(57) Реферат: Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении свариваемой горячекатаной стержневой арматуры класса А500С для железобетонных конструкций. Предложена арматурная горячекатаная сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,16-0,24, марганец 0,60-0,95, кремний 0,50-0,90, ванадий 0,12-0,20, хром не более 0,20, никель не более 0,15, медь не более 0,10, железо остальное. Отношение временного сопротивления к пределу текучести стали составляет 1,25-1,40. Способ ее получения включает получение полупродукта из природно-легированного ванадиевого чугуна, выплавку стали в сталеплавильном агрегате, слив расплава стали в ковш, раскисление и легирование его ферросплавами. При этом плавку стали производят из твердого стального лома и жидкого полупродукта, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 3,2-3,7, марганец 0,03-0,1, кремний 0,03-0,1, ванадий 0,03-0,1, хром 0,03-0,1, фосфор не более 0,05, сера не более 0,05, железо остальное, обеспечивающего 14-58 мас.% ванадия в стали, а остальное количество ванадия вводят в виде силикованадия в ковш. Процесс раскисления и легирования стали в ковше проводят при одновременной продувке азотом. Техническим результатом изобретения является получение хорошо свариваемой горячекатаной стали с пределом текучести не менее 500 Н/мм2, временным сопротивлением не менее 600 Н/мм2, относительным удлинением  5 не менее 14% при снижении ее себестоимости за счет уменьшения количества марганца и упрощения технологии производства. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии производства и составу стали, предназначенной преимущественно для изготовления свариваемой арматуры железобетонных конструкций, и может быть использовано при производстве горячекатаной стержневой арматуры класса А500С. Известна свариваемая горячекатаная арматурная сталь 18Г2С [1] следующего химического состава, мас.%: Углерод – 14-0,23 Марганец – 1,20-1,60 Кремний – 0,60-0,90 Хром – Не более 0,3 Железо – Остальное Данная сталь имеет углеродный эквивалент в пределах 0,34 – 0,51%, что обеспечивает ее свариваемость, но относительно низкую прочность (  т  300 Н/мм2, в 500 Н/мм2) и соответствует классу А300С. К тому же в этой стали высокое содержание марганца, что делает дорогим ее массовое применение.
Известна термомеханически упрочненная сталь марки СтЗсп [2] класса А500С следующего химического состава, мас.%:Углерод – 0,14-0,22 Марганец – 0,40-0,65 Кремний – 0,15-0,30 Железо – Остальное Данная сталь является свариваемой всеми видами сварки за исключением ванной сварки. Однако она имеет низкое значение отношения временного сопротивления к пределу текучести (1,05 – 1,25), что делает опасным ее применение в малоармированных железобетонных элементах из-за возможного развития значительных прогибов и большой величины раскрытия трещин в результате развития арматурой значительных пластических деформаций. В горячекатаном же состоянии эта сталь имеет низкую прочность ( т 235-245 Н/мм2, в 370-490 Н/мм2).
Наиболее близкой к предлагаемой является горячекатаная сталь [3] следующего химического состава, мас.%:Углерод – 0,17-0,25 Марганец – 1,0-1,5 Кремний – 2,0-2,5 Ванадии – 0,06-0,12 Хром – До 0,03 Никель – До 0,03 Медь – До 0,03 Железо – Остальное соответствующая классу А500С. Эта сталь после термообработки обладает высокой коррозионной стойкостью, вследствие высокого содержания кремния. В горячекатаном состоянии применение данной стали в качестве арматуры невозможно из-за того, что при верхнем содержании углерода (0,25%) и марганца (1,5%) возможно образование закалочных структур и, как следствие, снижение пластичности, а в сочетании с высоким содержанием кремния – ухудшение свариваемости. Кроме того, высокое содержание марганца и кремния приводит к удорожанию арматуры и повышению стоимости железобетонных конструкций. Известен способ производства стали [5], согласно которому в сталеплавильном агрегате выплавляют полупродукт, предварительно раскисляют его марганецсодержащими сплавами, затем науглероживают и микролегируют ванадием жидкого природно-легированного ванадиевого чугуна, в который предварительно вводят добавку в виде алюминия и окончательно раскисляют в разливочном ковше. В природно-легированный ванадиевый чугун предварительно вводят дополнительную добавку в виде ванадиевого шлака, присаживаемого в процессе слива чугуна в емкость, предназначенную для доставки чугуна к сталеразливочному агрегату в количестве 1,0-13,3% от массы природно-легированного ванадиевого чугуна. Данный способ производства предполагает получение углеродистой стали с содержанием углерода около 0,8%. Такая сталь не может использоваться в качестве свариваемой арматуры железобетонных конструкций. К недостаткам известного способа выплавки стали относятся трудности по дозировке и заливке ванадиевого чугуна в ковш и по введению ванадиевого шлака в ванадиевый чугун, а также то, что при большом количестве доливаемого чугуна трудно попасть в требуемый химический состав стали. К тому же для легирования используется ванадиевый шлак, из которого может быть получен ценный феррованадий. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения стали [4], согласно которому в сталеплавильном агрегате выплавляют полупродукт, раскисляют его марганецсодержащими сплавами, затем науглероживают и микролегируют ванадием жидкого природно-легированного ванадиевого чугуна. Природно-легированный ванадиевый чугун заливают в сталеплавильный агрегат в количестве, обеспечивающем в полупродукте 40 – 60% требуемого содержания ванадия в стали, а остальное количество ванадия вводят с ванадиевым шлаком, присаживаемым в процессе слива расплава в ковш. Этот способ имеет существенные недостатки: трудности по дозировке и заливке ванадиевого чугуна в ковш; использование для легирования стали ванадиевого шлака, который является сырьем для получения ценного феррованадия; половина содержащегося в стали ванадия (40 – 60%) вводится с природно-легированным ванадиевым чугуном, который используется для получения ванадиевого шлака, а затем феррованадия. Техническая задача заключается в получении хорошо свариваемой горячекатаной стали с пределом текучести не менее 500 Н/мм2, временным сопротивлением не менее 600 Н/мм2, относительным удлинением 5 не менее 14%, снижение ее себестоимости за счет уменьшения количества марганца и упрощения технологии производства.
Техническая задача решается таким образом, что арматурная горячекатаная сталь содержит углерод, марганец, кремний, ванадий, хром, никель, медь и железо, согласно изобретению она содержит компоненты в следующем соотношении в мас.%:Углерод – 0,16 – 0,24 Марганец – 0,60 – 0,95 Кремний – 0,50 – 0,90 Ванадий – 0,12 – 0,20 Хром – Не более 0,20 Никель – Не более 0,15 Медь – Не более 0,10 Железо – Остальное при этом отношение временного сопротивления к пределу текучести составляет 1,25 – 1,40. В способе выплавки стали для получения арматурной горячекатаной стали, включающем получение полупродукта из природнолегированного ванадиевого чугуна, выплавку стали в сталеплавильном агрегате, слив расплава стали в ковш, раскисление и легирование его ферросплавами, согласно изобретению плавку стали производят из твердого стального лома и жидкого полупродукта, содержащего компоненты в следующем соотношении в мас.%: Углерод – 3,2 – 3,7 Марганец – 0,03 – 0,1 Кремний – 0,03 – 0,1 Ванадий – 0,03 – 0,1 Хром – 0,03 – 0,1 Фосфор – Не более 0,05 Сера – Не более 0,05 Железо – Остальное обеспечивающим 14-58 мас.% ванадия в стали, а остальное количество ванадия вводят в виде силикованадия в ковш, при этом процесс раскисления и легирования стали в ковше проводят при одновременной продувке азотом. При этом согласно изобретению в сталь вводят силикованадий, являющийся сопутствующим продуктом производства феррованадия. Отношение временного сопротивления к пределу текучести 1,25-1,40 обеспечивает повышение надежности малоармированных железобетонных элементов за счет снижения вероятности развития значительных прогибов и большой величины раскрытия трещин в результате развития арматурой значительных пластических деформаций. Основными требованиями к свариваемой арматурной стали является высокая прочность, пластичность и свариваемость, которая обеспечивается невысоким значением углеродного эквивалента Cэкв < 0,52%. Углеродный эквивалент вычисляется по формуле:  Элементы, входящие в состав предлагаемой стали, формируют ее структуру и, находясь в сложной взаимосвязи, обеспечивают ее требуемые свойства. При содержании углерода менее 0,16% значительно снижаются предел текучести и временное сопротивление стали. При содержании углерода более 0,24% снижается пластичность и ухудшается свариваемость стали. При содержании марганца менее 0,60% снижаются предел текучести и временное сопротивление за счет снижения легирования стали. При содержании марганца более 0,95% происходит снижение пластичности без заметного повышения прочности стали. При содержании кремния менее 0,50% снижаются предел текучести и временное сопротивление. При содержании кремния более 0,90% снижается пластичность и ухудшается свариваемость стали. Введение ванадия придает стали мелкодисперсную структуру, так как образует стойкие карбиды, имеющие высокую температуру растворения в аустените, поэтому они способствуют измельчению зерна. Минимальное содержание ванадия 0,12% принято для образования в стали карбидов ванадия и обеспечения требуемого предела текучести, а максимальное – 0,20% определяется сохранением высокой пластичности и свариваемости. Содержание хрома до 0,20% обеспечивает высокую пластичность и свариваемость. Содержание никеля более 0,15% приводит к увеличению стоимости стали без заметного увеличения ее механических свойств. Содержание меди более 0,10% способствует старению стали. По предлагаемому способу в сталеплавильном агрегате выплавляется сталь из ванадийсодержащего полупродукта (после деванадизации ванадиевого чугуна), что позволяет упростить технологию, исключив трудности по дозировке и заливке ванадиевого чугуна в ковш. Легирование стали ванадием в ковше осуществляется силикованадием, являющимся сопутствующим продуктом производства феррованадия, что позволяет снизить себестоимость стали. При этом большая часть содержания ванадия в стали вводится именно с силикованадием. Способ осуществляется следующим образом. Сталь выплавляется в основных мартеновских печах емкостью 260 т при шихтовке плавки, состоящей из 30% стального лома и 70% жидкого полупродукта, получаемого при продувке жидкого ванадиевого чугуна в 22-тонных конвертерах и содержащего в мас.%: 3,2-3,7 углерода, 0,03-0,1 марганца, 0,03-0,1 кремния, 0,03-0,1 ванадия, 0,03-0,1 хрома, не более 0,05 фосфора, не более 0,05 серы. Раскисление и легирование стали производится в ковшах путем подачи через специальные бункера строго дозированных порций ферросплавов, обеспечивающих заданный химический состав стали. На один ковш стали (130 т) расход ферросплавов составляет; Силикомарганец – 1500 кг Ферросилиций – 1150 кг Силикованадий – 1000 кг Для удаления неметаллических включений и усреднения стали по химическому составу и температуре сталь в ковшах продувается азотом при давлении 2-6 атм и общем расходе не более 26 м3 на ковш. При этом не происходит повышения содержания азота в готовой стали. Химический состав и механические свойства стали приведены в таблицах 1, 2. Результаты испытаний сварных соединений в таблице 3. При испытании соединений, выполненных контактной точечной сваркой, контактной стыковой сваркой, ручной дуговой сваркой протяженными швами с накладками, ванной сваркой и ручной дуговой сваркой крестообразных соединений прихватками, разупрочнения практически не было. Источники информации 1. ГОСТ 5781-82. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 1994. 2. ГОСТ 380-88. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки. – М.: Изд-во стандартов, 1988. 3. Авторское свидетельство СССР N 336369, кл. C 22 C 38/12, БИ N 14, 1972 (прототип). 4. Патент РФ N 2055094, кл. C 21 C 5/04, 7/06, БИ N 6, 1996 (прототип). 5. Патент РФ N 2044060, кл. C 21 C 5/04, 7/06, БИ N 26, 1995. Формула изобретения
Углерод – 0,16-0,24 Марганец – 0,60-0,95 Кремний – 0,50-0,90 Ванадий – 0,12-0,20 Хром – Не более 0,20 Никель – Не более 0,15 Медь – Не более 0,10 Железо – Остальное при этом отношение временного сопротивления к пределу текучести составляет 1,25-1,40. 2. Способ выплавки стали для получения арматурной горячекатаной стали, включающий получение полупродукта из природно-легированного ванадиевого чугуна, выплавку стали в сталеплавильном агрегате, слив расплава стали в ковш, раскисление и легирование его ферросплавами, отличающийся тем, что плавку стали производят из твердого стального лома и жидкого полупродукта, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод – 3,2-3,7 Марганец – 0,03-0,1 Кремний – 0,03-0,1 Ванадий – 0,03-0,1 Хром – 0,03-0,1 Фосфор – Не более 0,05 Сера – Не более 0,05 Железо – Остальное обеспечивающего 14-58 мас.% ванадия в стали, а остальное количество ванадия вводят в виде силикованадия в ковш, при этом процесс раскисления и легирования стали в ковше проводят при одновременной продувке азотом. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в сталь вводят силикованадий, являющийся сопутствующим продуктом производства феррованадия. РИСУНКИ
Изменения:
Номер и год публикации бюллетеня: 30-2001
Извещение опубликовано: 27.04.2010 БИ: 12/2010
|
||||||||||||||||||||||||||
