RU2038408C1

RU2038408C1 - Steel

Info

Publication number: RU2038408C1
Authority: RU
Inventors: Рафик Сабирович Айзатулов; Сергей Иванович Морозов; Анатолий Иванович Погорелов; Валерий Васильевич Соколов; Алексей Аврамович Маслаков; Владимир Афанасьевич Буймов; Евгений Михайлович Демченко; Александр Григорьевич Клепиков; Александр Анатольевич Бабушкин; Владимир Федорович Мальцев; Борис Михайлович Чегодаев; Николай Григорьевич Дехтеренко; Виктор Федорович Шевченко; Олег Григорьевич Сидоренко; Ирина Петровна Федорова; Сергей Ашотович Мадатян; Борис Николаевич Фридлянов
Original assignee: Акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат"
Priority date: 1992-05-13
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: steel is designed for manufacture of reinforcement products of At-1YC, At-Y and At-YI classes. Steel containing carbon, silicon, manganese, calcium, titanium and iron has additionally arsenic and, at least, one element of group including nickel and vanadium with the following amount of components, mas. carbon 0.20-0.30; silicon 8-18; manganese 0.5-1.0; calcium 0.005-0.02; arsenic 0.005-0.03; nickel 0.01-0.1; titanium 0.005-0.03; vanadium 0.005-0.06, the balance, iron. Content of carbon, silicon and manganese corresponds to relation:carbon 820 +(silicon+ manganese) 140+370 ≥ 800. Total content of calcium, arsenic, titanium and vanadium is 0.02-0.08 mas. Application of thermochemically treated reinforcement from this steel precludes disintegration of rods caused by tempering hydrogen embrittlement. EFFECT: higher efficiency. 2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сталеплавильному производству, и может быть использовано для производства высокопрочной стержневой арматуры периодического профиля, термомеханически упрочняемой в потоке мелкосортных станов. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to steel production, and can be used for the production of high-strength rod reinforcement of a periodic profile, thermomechanically hardened in a stream of small sections.

Известна сталь, содержащая, мас. углерод 0,17-0,23; кремний 1,6-2,4; марганец 1,0-1,5; железо остальное [1]
Недостатками известной стали являются низкая стойкость к отпускному водородному охрупчиванию и повышенный расход легирующих при выплавке.Known steel containing, by weight. carbon 0.17-0.23; silicon 1.6-2.4; manganese 1.0-1.5; iron rest [1]
The disadvantages of the known steel are low resistance to tempering hydrogen embrittlement and increased consumption of alloying during smelting.

Наиболее близкой к предлагаемой является сталь, содержащая, мас. углерод 0,17-0,28; марганец 0,60-1,30; кальций 0,004-0,01; кремний 0,80-1,40; титан 0,01-1,0; азот 0,004-0,02; барий 0,003-0,008; железо остальное. Closest to the proposed is a steel containing, by weight. carbon 0.17-0.28; Manganese 0.60-1.30; calcium 0.004-0.01; silicon 0.80-1.40; titanium 0.01-1.0; nitrogen 0.004-0.02; barium 0.003-0.008; iron the rest.

К недостаткам известной стали относятся низкая свариваемость и повышенная склонность термомеханически упрочненной арматуры к отпускной хрупкости в процессе электронагрева при изготовлении предварительно напряженных железобетонных изделий и при сварке, что способствует разрушению стержней. The disadvantages of the known steel include low weldability and increased tendency of thermomechanically hardened reinforcement to temper brittleness during electric heating during the manufacture of prestressed concrete products and during welding, which contributes to the destruction of the rods.

Заявляемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, кальций, титан и железо, дополнительно содержит мышьяк и по меньшей мере один элемент из группы никель и ванадий при следующем соотношении компонентов, мас. The inventive steel containing carbon, silicon, manganese, calcium, titanium and iron, additionally contains arsenic and at least one element from the group of nickel and vanadium in the following ratio, wt.

Углерод 0,20-0,30
Кремний 0,8-1,8
Марганец 0,5-1,0
Кальций 0,005-0,02
Мышьяк 0,005-0,03
Никель 0,01-1,0
Титан 0,005-0,03
Ванадий 0,005-0,06
Железо Остальное при это содержание углерода, кремния и марганца соответствует соотношению:
С˙820 + (%Si +Mn) ˙140 + 370≥800, а суммарное содержание кальция, мышьяка, титана и ванадия находится в пределах 0,02 0,08.Carbon 0.20-0.30
Silicon 0.8-1.8
Manganese 0.5-1.0
Calcium 0.005-0.02
Arsenic 0.005-0.03
Nickel 0.01-1.0
Titanium 0.005-0.03
Vanadium 0.005-0.06
Iron The rest with this content of carbon, silicon and manganese corresponds to the ratio:
С˙820 + (% Si + Mn) ˙140 + 370≥800, and the total content of calcium, arsenic, titanium, and vanadium is in the range of 0.02 0.08.

Известно введение в сталь кальция, мышьяка, ванадия и никеля для ее рафинирования, модифицирования и повышения прочностных характеристик. Однако только при совместном содержании кальция, мышьяка и по меньшей мере одного элемента из группы никель, титан и ванадий так, чтобы содержание кальция, мышьяка, титана и ванадия составляло в сумме 0,02-0,08 и при определенном соотношении углерода, кремния и марганца, а именно
С˙820 + (%Si +Mn) ˙140 + 370≥800, достигается новый технический результат: обеспечивается свариваемость и надежность стали в термомеханически упрочненном состоянии за счет предупреждения отпускной хрупкости.It is known the introduction of calcium, arsenic, vanadium and nickel into steel for its refinement, modification and increase of strength characteristics. However, only with the combined content of calcium, arsenic and at least one element from the group nickel, titanium and vanadium so that the content of calcium, arsenic, titanium and vanadium is in the amount of 0.02-0.08 and with a certain ratio of carbon, silicon and manganese, namely
С˙820 + (% Si + Mn) ˙140 + 370≥800, a new technical result is achieved: the weldability and reliability of steel in a thermomechanically hardened state is ensured by preventing temper brittleness.

Изобретение основано на выборе комплекса микролегирующих элементов, взаимно усиливающих положительное влияние и устраняющих негативное воздействие на снижение склонности термомеханически упрочненной стали к отпускной водородной хрупкости при фиксированном соотношении трех основных элементов углерода, кремния и марганца. The invention is based on the choice of a complex of microalloying elements, mutually reinforcing the positive effect and eliminating the negative effect on reducing the tendency of thermomechanically hardened steel to temper hydrogen brittleness with a fixed ratio of the three main elements of carbon, silicon and manganese.

Одновременное введение в сталь никеля в пределах 0,01-0,1 мас. а также кальция, мышьяка, титана и ванадия с суммарным содержанием последних в пределах 0,02-0,08 мас. повышает равномерность распада пересыщенного твердого раствора углерода в α -железе (в отпущенном мартенсите) и затрудняет выделение избыточных фаз по границам зерна, что снижает возможность накопления металлургического водорода в стационарных коллекторах и повышает стойкость стали к отпускному охрупчиванию при электронагреве термомеханически упрочненной арматуры, при изготовлении предварительно напряженных железобетонных изделий или при электросварке. The simultaneous introduction of Nickel into steel in the range of 0.01-0.1 wt. as well as calcium, arsenic, titanium and vanadium with a total content of the latter in the range of 0.02-0.08 wt. increases the uniformity of decomposition of a supersaturated carbon solid solution in α-iron (in tempered martensite) and makes it difficult to isolate excess phases along grain boundaries, which reduces the possibility of metallurgical hydrogen accumulation in stationary collectors and increases the resistance of steel to temper embrittlement when electrically heated by thermomechanically hardened reinforcement in the manufacture of preliminarily stressed reinforced concrete products or during electric welding.

Содержание в стали кальция, мышьяка, титана и ванадия в количестве ниже 0,020 мас. а также никеля ниже 0,01 мас. не устраняет отпускную хрупкость, что связано с отсутствием воздействия на указанные процессы. Содержание в стали кальция, мышьяка, титана и ванадия в суммарном количестве выше 0,08 мас. и никеля выше 0,1 мас. нецелесообразно, так как это при повышении содержания марганца до 1,0 способствует росту устойчивости аустенита и сохранению его в виде остаточного в составе мартенсита, в результате чего возрастает вероятность накопления металлургического водорода в γ -твердом растворе и понижения стойкости к отпускной хрупкости. The steel content of calcium, arsenic, titanium and vanadium in an amount below 0.020 wt. and nickel below 0.01 wt. does not eliminate the temper brittleness, which is associated with the lack of impact on these processes. The steel content of calcium, arsenic, titanium and vanadium in the total amount above 0.08 wt. and nickel above 0.1 wt. impractical, since this, when the manganese content is increased to 1.0, contributes to an increase in the stability of austenite and its preservation in the form of residual martensite, which increases the likelihood of metallurgical hydrogen accumulating in the γ-solid solution and lowering the resistance to temper brittleness.

Обеспечение повышенной стойкости к отпускному водородному охрупчиванию, достигаемое за счет микролегирования, позволяет понизить в стали содержание марганца до 0,5 мас. и кремния до 0,8 мас. что при производстве арматуры классов Ат-У и Ат-VI позволяет на 40-50% понизить расход легирующих при выплавке. Однако при этом при понижении содержания углерода до 0,2 мас. может быть не обеспечена на требуемом уровне стойкость термомеханически упрочненной арматуры к разупрочнению при электросварке. Поэтому для подержания свариваемости заявляемой стали на уровне не ниже класса Ат-IVС по ГОСТ 10884-81 соотношение содержаний углерода, кремния и марганца в заявляемой стали должно соответствовать формуле: С˙820 + (%SI +Mn) ˙140 + 370≥800
При содержании кремния и марганца выше, чем 1,8 и 1,0 мас. возрастает склонность к отпускному охрупчиванию и повышается себестоимость продукции. Повышение содержания углерода выше 0,3 мас. приводит к повышению чувствительности стали к химической неоднородности, в результате чего увеличивается разброс свойств термомеханически упрочненной арматуры в пределах плавки и слитка.Providing increased resistance to tempering hydrogen embrittlement, achieved through microalloying, allows to lower the manganese content in steel to 0.5 wt. and silicon up to 0.8 wt. that in the production of reinforcing bars of the At-U and At-VI classes allows to reduce the alloying consumption by smelting by 40-50%. However, while reducing the carbon content to 0.2 wt. the resistance of thermomechanically hardened reinforcement to softening during electric welding may not be provided at the required level. Therefore, to maintain the weldability of the inventive steel at a level not lower than the class At-IVC according to GOST 10884-81, the ratio of the contents of carbon, silicon and manganese in the inventive steel should correspond to the formula: С˙820 + (% SI + Mn) ˙140 + 370≥800
When the content of silicon and manganese is higher than 1.8 and 1.0 wt. the tendency to holiday embrittlement increases and the cost of production increases. The increase in carbon content above 0.3 wt. leads to an increase in the sensitivity of steel to chemical heterogeneity, resulting in an increase in the dispersion of the properties of thermomechanically hardened reinforcement within the melting and ingot.

П р и м е р. Плавки NN 1-5 предлагаемого и известного составов сталей выполняли в конвертерах емкостью 360 т Западно-Сибирского металлургического комбината. Химический состав выплавленных сталей приведен в табл.1. Разливку проводили 11,5-тонные изложницы. Слитки с горячего всада прокатывали на блюминге 1300 и на непрерывно-заготовочном стане на передельную заготовку (квадрат 80 мм). Заготовку нагревали, прокатывали на непрерывном мелкосортном стане 250 на стержневую арматуру диаметром 14 мм и в потоке стана термомеханически упрочняли на класс прочности Ат-VI. PRI me R. Smelts NN 1-5 of the proposed and known steel compositions were carried out in converters with a capacity of 360 tons of the West Siberian Metallurgical Plant. The chemical composition of the smelted steels is given in table 1. The casting was carried out by 11.5-ton molds. Ingots from the hot head were rolled on 1300 blooming and on a continuous billet mill to a conversion billet (80 mm square). The billet was heated, rolled on a continuous small-grade mill 250 onto bar reinforcement with a diameter of 14 mm, and thermomechanically hardened to At-VI strength class in the mill stream.

Технологию выплавки опытных плавок стали предлагаемого состава не меняли по сравнению с используемой для низколегированных арматурных сталей, таких как 35ГС, 28С, 20ГС2 и др. The technology for smelting experimental steel melts of the proposed composition did not change compared to that used for low alloy reinforcing steels, such as 35GS, 28S, 20GS2, etc.

В табл. 2 приведены механические свойства упрочненной арматуры из стали предлагаемого состава и известного состава в состоянии поставки в зоне термического влияния контактной стыковой электросварки и состояние поверхности излома после испытания на растяжение образцов арматуры после низкотемпературного отпуска в течение 1 ч пр 130^оС. Такая обработка по появлению в изломе хрупкой составляющей позволяет определить предрасположенность термомеханически упрочненной арматурной стали к отпускному водородному охрупчиванию.In the table. 2 shows the mechanical properties of hardened steel reinforcement of the proposed composition and known composition in the state of delivery in the heat-affected zone of contact butt electric welding and the state of the fracture surface after tensile testing of reinforcement samples after low-temperature tempering for 1 hr, 130 ^° C. Such treatment fracture of a brittle component allows determining the predisposition of thermomechanically hardened reinforcing steel to tempering hydrogen embrittlement.

Данные испытаний, представленные в табл.2, свидетельствуют, что при содержании в арматурной стали химических элементов ниже заявляемых пределов (плавка N 5), а также в известной стали наблюдается пониженная стойкость к разупрочнению в зоне термического влияния тепла сварочного нагрева. Кроме того в этих сталях выявляется предрасположенность к отпускному водородному охрупчиванию. Предрасположенность к отпускному охрупчиванию также выявлена и в стали (плавка N 4) с содержаниями химических элементов, превышающими пределы, установленные для предлагаемой стали. The test data presented in Table 2 indicate that when the content of chemical elements in the reinforcing steel is lower than the declared limits (smelting No. 5), as well as in the known steel, there is a reduced resistance to softening in the heat affected zone of the welding heat. In addition, a predisposition to tempering hydrogen embrittlement is revealed in these steels. A predisposition to temper embrittlement was also revealed in steel (smelting No. 4) with chemical element contents exceeding the limits established for the proposed steel.

Данные, полученные при испытаниях стали плавок NN 1-3 с химическими составами, соответствующими предлагаемой стали, свидетельствуют, что термомеханически упрочненная арматура из нее в исходном состоянии имеет предел прочности не ниже 1200 Н/мм², что соответствует классу Ат-VI; после стыковой контактной электросварки имеет в зоне термического влияния предел прочности не ниже 800 Н/мм², т.е. соответствует классу Ат-IVC; после низкотемпературного отпуска в изломах образцов наблюдается лишь вязкая составляющая, что свидетельствует о том, что арматура не имеет предрасположенности к отпускной хрупкости.The data obtained during testing of casting steel NN 1-3 with chemical compositions corresponding to the proposed steel indicate that the thermomechanically hardened reinforcement from it in its initial state has a tensile strength of at least 1200 N / mm ² , which corresponds to class At-VI; after flash butt welding, in the heat affected zone, the tensile strength is not lower than 800 N / mm ² , i.e. corresponds to the class At-IVC; After low-temperature tempering, only a viscous component is observed in the fractures of the samples, which indicates that the reinforcement has no predisposition to temper brittleness.

Таким образом предлагаемая сталь для производства термомеханически упрочненной арматуры хорошо упрочняется до класса прочности Ат-VI, обладает свариваемостью не ниже класса Ат-IVC и стойкостью против отпускного водородного охрупчивания, что позволяет исключить случаи разрушения стержней при производстве предварительно напряженных железобетонных конструкций. Комплекс перечисленных свойств обеспечивает предлагаемой стали универсальность, она может быть применима для производства стержневой арматуры нескольких классов прочности: Ат-IVC, Ат-V и Ат-VI. Thus, the proposed steel for the production of thermomechanically hardened reinforcement is well hardened to the strength class At-VI, has a weldability not lower than class At-IVC and is resistant to tempering hydrogen embrittlement, which eliminates the cases of failure of the rods in the production of prestressed concrete structures. The complex of these properties provides the proposed steel with universality, it can be applicable for the production of bar reinforcement of several strength classes: At-IVC, At-V and At-VI.

Технология производства термомеханически упрочненной арматуры из предлагаемой стали не имеет отличий от технологии производства арматуры из сталей типа 25Г2С, 20ГС, 28С, 20ГС2 и др. The technology for the production of thermomechanically hardened reinforcement from the proposed steel does not differ from the technology for the production of reinforcement from steels of type 25G2S, 20GS, 28S, 20GS2, etc.

Claims

STEEL containing carbon, silicon, manganese, calcium, titanium and iron, characterized in that it additionally contains arsenic and at least one element from the group: nickel and vanadium in the following ratio of components, wt.

Carbon 0.2 0.3
Silicon 0.8 1.8
Manganese 0.5 1.0
Calcium 0.005 0.02
Arsenic 0.005 0.03
Nickel 0.01 0.1
Titanium 0.005 0.03
Vanadium 0.005 0.06
Iron Else
while the content of carbon, silicon and manganese corresponds to the ratio of carbon 820 + (silicon + manganese) 140 + 370 ≥ 800, and the total content of calcium, arsenic, titanium and vanadium 0.02 0.08 wt.