SU1719154A1 - Композитный материал - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано при производстве арматурной стали. Цель изобретени  - повышение ударной в зкости при температуре (-60)°С при сохранении уровн  механических свойств. Новый композитный материал, содержащий матрицу из чугуна состава, мас.%:СО,15-0.25; Si 0,12-0,32; Мп 0,30-0,60; Ст 0,25-0,40 и Fe - остальное, и армирующий слой, состо щий из чугуна состава , мас,%: С 0.50-0,60; S1 0,40-0,80; Мп 0,40-0,70; Сг 0,30-0,80 и Fe остальное при соотношении объемов металла матрицы и армирующего сло  1 : (2,5-5,67). Изменение в матрице содержаний углерода и в армирующем слое углерода, кремни  и хрома позвол ют повысить ударную в зкость композитного материала в 6-8,3 раза при сохранении уровн  механических свойств. 2 табл.

Description

fe

Изобретение относитс  к черной металлургии , в частности к производству высо- копрочной термически упрочненной арматурной стали различного сортамента.

Цель изобретени  - повышение ударной в зкости при низких температурах (-60)°С при сохранении уровн  механических свойств.

Композитный материал и арматурна  сталь периодического профил  диаметром 16 мм из него изготавливали на комбинате Криворожсталь по следующей технологии: отливка 8-тонного многослойного слитка , прокатка его на предельную заготовку 80x80 мм, производство готового проката и его термическое упрочнение в потоке стана 250-5.

Слитки отливали в изложницу, уширенную книзу. Сплав матрицы наливали до прибыли , засыпали экзотермической смесью, а

через 10-20 мин сверху в прибыль доливали сплав, содержащий, мае. %: углерод 1,0-1.5; марганец 0,6-0,9; кремний 0,7-1,1; хром 0,05-1,2; железо остальное.

Количество доливаемого в прибыль сплава определ ли исход  из химических составов жидкой фазы матрицы, доливаемого сплава, требуемого химсостава армирующего сло  и времени выдержки сплава матрицы дозаливки доливаемого сплава.

После перемешивани  жидких фаз сплавов получали требуемый состав армирующего сло  композиционного сплава.

После кристаллизации слитка прокатка его проводилась по прин тым технологическим процессам производства арматурной стали.

Интенсивное охлаждение проката проводили в блоке подохлаждени , расположенном за последней чистовой клетью

4 Ю

(Л

4Х

стана, и в более глубокого охлаждени , расположенном через 17,8 м от блока подох- лаждени  при посто нном давлении и расходе охлаждающей воды.

Дл  сравнени  в качестве базовой прин та арматурна  сталь марки 20ХГС2 класса Ат-УСК по ГОСТ 10884-81.

Химический состав композиционных сплавов и известной арматурной стали приведен в табл.1.

В табл.2 приведены механические свойства предлагаемого композиционного сплава различного химсостава при различном соотношении объемов металла матрицы и армирующего сло .

Подчеркнутые величины механических свойств меньше требуемых дл  арматурной стали класса Ат-УС по ГОСТ 10884-81, а дл  ударной в зкости - существенно меньше чем дл  предлагаемого композиционного сплава.

Комплекс механических свойств (табл.2) предлагаемого композиционного сплава (5,6,7) лучше, чем известной стали марки 20ХГС2 (20) класса Ат-УСК, в частности, по величине ударной в зкости. Это объ сн етс  высокой пластичностью и в зкостью матрицы и ее оптимальным объемом в составе композиционного сплава.

Увеличение объема матрицы в композиционном материале, как с верхним, так и с нижними пределами содержани  химических элементов при увеличении ударной в зкости ведет к снижению прочности сварного соединени , прежде всего из-за разупрочнени  низкопрочной матрицы при нагреве и малом объеме более прочного армирующего сло . Временное сопротивление разрыву на нижнем пределе содержани  химических элементов ниже требуемого значени  по ГОСТ 10884-81. Если объем армирующего сло  превышает предлагаемое значение, то малый объем матрицы не компенсирует ограниченной свариваемости армирующего сло  и ведет к снижению относительного удлинени  5s и существенному уменьшению ударной в зкости .

Уменьшение содержани  химических элементов в матрице ниже предлагаемых значений углерода, кремни , марганца, хрома при нижнем предложенном химсоставе армирующего сло  и граничных пределах соотношени  объемов 1:2,5; 1:5,67 матрицы и армирующего сло  ведет к снижению комплекса механических свойств, требуемых при изготовлении арматурной стали. ,

При уменьшении объема матрицы (при соотношении 1:5,67) вли ние кремни  и разупрочнение при сварке большего объема армирующего сло  снижают прочность сварных соединений до минимально допустимого предела.

Уменьшение содержани  в армирующем слое углерода, кремни , марганца, хрома при минимальном предложенном содержании элементов в матрице и граничных пределах соотношени  объемов 1:2,5;

1:5,67 матрицы и армирующего сло  снижает комплекс механических свойств компози-. ционных сплавов,

Уменьшение содержани  углерода, как и хрома, в армирующем слое оказывает качественно аналогичное вли ние на комплекс механических свойств композиционного сплава. При соотношении 1 : 2,5 объёмов металла матрицы и армирующего сло  уменьшаетс  временное сопротивление разрыву ниже требуемых дл  арматуры класса Ат-УС значений, но сохран етс  требуема  свариваемость. Уменьшение объема матрицы (соотношение 1:5,67), имеющей низкое временное сопротивление разрыву,

повышает прочность сгв композиционного сплава, но разупрочнение при сварке армирующего сло  не компенсируетс  малым объемом матрицы и поэтому прочность сварного соединени .композиционного

сплава ниже требуемых значений при изготовлении арматуры класса Ат-УС.

При уменьшении содержани  кремни  и марганца в армирующем слое ниже предлагаемых значений при гарничных пределах

соотношени  объемов металла матрицы и армирующего сло  временное сопротивление разрыву и прочность сварных соединений композиционных сплавов, не удовлетвор ет требовани м ГОСТ 1088481 , предъ вл емым к арматурным стал м класса Ат-УС

Увеличение содержани  углерода. кремни , марганца, хрома в матрице выше граничных значений предлагаемого композиционного сплава при различном граничном соотношении объемов 1:2,5; 1:5,67 металла матрицы и армирующего сло  не обеспечивает требуемый комплекс механических свойств при изготовлении арматурной стали.

Увеличение содержани  углерода в матрице при значительном его содержании и в армирующем сплаве не обеспечивает свариваемости композиционного сплава при

различном соотношении объемов матрицы и армирующего сло .

Повышение содержани  кремни  и марганца в матрице выше предлагаемых значений ведет к существенному снижению на

3.1-4 и 4г6,1 % соответственно относительного удлинени  композиционного сплава.

При повышении содержани  хрома в матрице выше предлагаемых значений существенно уменьшаетс  ударна  в зкость на 35-42 Дж/см2.

Увеличение содержани  углерода, кремни , марганца, хрома в. армирующем слое больше предлагаемых значений при соотношении объемов металла матрицы и армирующего сло  1 : 2,5 и 1 : 5,67 не обеспечивает требуемых значений отдельных механических свойств, повышени  комплекса свойств при изготовлении арматурных сталей.

Повышение содержани  углерода при различном соотношении объемов металла матрицы и армирующего сло  не обеспечивает свариваемости арматурных сталей класса Ат-УС в соответствии с требовани - ми ГОСТ 10884-81. Содержание кремни  в армирующем сплаве более 0,80% ведет к резкому снижению на 3,4-4,6 % относительного удлинени . С повышением содержани  марганца резко на 40-42 Дж/см2, снижаетс  ударна  в зкость.

При повышении содержани  хрома в армирующем слоем уменьшаетс  на 1,8-2,1 % относительное удлинение и существенно снижаетс  на 50-57 Дж/см2 ударна  в з.- кость.

Армирование малоуглеродистой стали сталью с повышенным содержанием углерода и легированную хромом позвол ет существенно улучшить качество арматурной стали или других видов изделий - повысить прочность, ударную в зкость, свариваемость при сохранении высокой пластичности стали, достичь которые только на одной

из этих сталей известными методами обработки не представл етс  возможным.

Как следует из данных табл. № 1 и 2, изменени  содержани  углерода в матрице и углерода, кремни  и хрома в армирующем слое позвол ют повысить ударную в зкость предлагаемого композитного материала в 6-8,3 раза при сохранении уровн  механических свойств.

Claims (1)

1. Формула из о б ре т е н и   Композитный материал, преимущественно дл  арматуры железобетонных конструкций , включающий армирующий слой, содержащий углерод, кремний, марганец, хром и железо, и матрицу, содержащую углерод , кремний, марганец, хром и железо, от л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  ударной в зкости при низких температурах (-60)°С при сохранении уровн  механических свойств, армирующий слой композиционного материала содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод0,50-0,60

   Кремний0,40-0,80

   Марганец0,40-0,70

   Хром0.30-0,80

   ЖелезоОстальное

   а матрица композиционного материала содержит компоненты в следующем соотношении , мас.%:

   Углерод0,15-0,25

   Кремний0,12-0,32

   Марганец0,30-0,60

   Хром0,25-0,40

   ЖелезоОстальное

   причем соотношение объемов металла матрицы и армирующего сло  составл ет 1 : (2,5-5,67).

   Пример

   Содержание химических элементов, нас.Л, л

   «ИТРИЦ

   углерод I кремний 1 марганец I хром I железо I углерод(кремний марганец I хром I железо

   Предлагаемый

   10,15

   2o.ie

   30,25 Известный

   I 0,61

   0,120,300,25Остальное0,500,1(00,400,30Остальное

   0,220,450,,420,430, ,320,600,,600,800,700,80. ,270,600,20Остальное0,150,300,500,15Остальное

   985

   865

   1070 980 980 1070 1010 1010 1100 950 850 860 950 870 890 990

   .

   15,0 14,2 15,0 13,0 13,0 14,0 12,5 11,2

   154 147 -150 142 138 135 130 120

   921

   917 915 909 %8 902 904 906

   Таблица I

   армирующем сплаве

   Т а 6 л и ц а 2

   1170

   995

   14,5

   20 1020