Сталь

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу стали, предназначенной в основном для термомеханически упрочненной арматуры. В широко используемой арматурной стали марки 35ГС [ГОСТ 5781-82. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций] повышением содержания кремния (более 0,6%) и углерода (более 0,3%) обеспечивают необходимый уровень прочностных свойств, но это приводит к ухудшению свариваемости металла, в связи с чем упомянутая сталь относится к ограниченно свариваемым электродуговой сваркой [Рекомендации по применению в железобетонных конструкциях эффективных видов стержневой арматуры. - М., 1987. - с. 23]. Кроме того при предусмотренных в стали 35ГС содержаниях кремния она по степени раскисленности является спокойной, что обуславливает необходимость удаления в головную обрезь 10-14% длины раската слитков для полного удаления усадочных дефектов. Известна арматурная сталь, содержащая бор, при следующем содержании компонентов, мас.%: Углерод 0,15-0,25 Кремний 1,0-1.6 Марганец 0,1-0,6 Бор 0,001-0,006 Железо Остальное [Aвт. св. СССР №981434, 1982]. Пониженное по сравнению со сталью 35ГС содержание углерода в этой стали несомненно улучшает ее свариваемость, а присутствие бора обеспечивает необходимый уровень прочностных свойств. Однако из-за высокого содержания кремния она, как и сталь 35ГС, по степени раскисленности относится к спокойным сталям, что приводит к необходимости упомянутого выше высокого уровни головной обрези при прокатке слитков. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту и заявляемой является арматурная сталь, содержащая, мас.%: Углерод 0,28-0,37 Марганец 1,3-1,75 Кремний не более 0,15 Хром не более 0,3 Бор 0,001-0,007 Алюминий 0,001-0,015 Никель 0,30 Сера 0,050 Фосфор 0,045 Медь 0,30 Железо Остальное [ГОСТ 5781, сталь 32F 2Рпс]. Наличие в этой стали бора позволяет повысить прочностные свойства металла в горячекатаном состоянии, а ограничение содержания кремния направлено на получение ее, по степени раскисленности, соответствующей полуспокойной стали, что способствует снижению головной обрези при прокатке слитков и повышению выхода годного проката. Однако при этом в горячекатаном прокате недостаточен уровень ударной вязкости. Кроме того, предусмотренные в прототипе содержания углерода ухудшают свариваемость металла, а повышенное содержание марганца может приводить, в полуспокойной стали, к ее перераскислению и, как следствие, дополнительной отбраковке проката по усадочным дефектам. Целью изобретения является улучшение свойств стали для термически упрочненной арматуры путем изменения количественного состава ее элементов, что позволит получить технический результат повышение ударной вязкости стали, свариваемости и выхода годного проката из слитка. Цель достигается тем, что в стали для термически упрочненной арматуры, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, бор, железо, компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%: Углерод 0,18-0,25 Марганец 0,50-0,90 Кремний не более 0,15 Хром 0,4-0,7 Бор 0,001-0,010 Железо Остальное при соблюдении равенства (0,7-1,2) х K х В = (3Сr - 1)-1, где В - содержание бора в стали, мас.%; Cr - содержание хрома в стали, мас.%; K - эмпирический коэффициент, равный 600. Предлагаемая сталь отличается от прототипа содержаниями углерода, марганца и хрома. Снижение содержания углерода способствует улучшению ее свариваемости. Предусмотренные содержания марганца и кремния позволяет получить полуспокойную сталь оптимальной степени раскисленности, что уменьшает по сравнению с прототипом вероятность дополнительной отбраковки проката по усадочным дефектам, обеспечит повышение выхода годного из слитка. Необходимый комплекс свойств металла достигается благодаря предлагаемым абсолютным значениям содержаний элементов и их соотношению. При этом увеличение содержания хрома в стали обеспечивает в термомеханически упрочненном состоянии как повышение прочностных свойств, так и (в сочетании с микролегированием бором) более высокий уровень ударной вязкости металлопроката [Журавлев В. Н., Николаева О. И. Машиностроительные стали. Машгиз. 1963, с. 107]. Изобретение обеспечивает при сохранении высоких прочностных характеристик арматуры из предложенной стали высокую ударную вязкость, хорошую свариваемость, возможность повышения выхода годного проката. Технические характеристики заявляемой стали обеспечивают повышенную надежность железобетонных конструкций с арматурой из нее. Снижение в стали углерода ниже 0,18% заметно разупрочняет ее, а увеличение сверх 0,25% способствует ухудшению свариваемости. При пониженном (менее 0,5%) содержании марганца снижаются прочностные характеристики металла, повышение марганца более 0,9% увеличивает вероятность перераскисления полуспокойной стали с дополнительной отбраковкой металлопроката по усадочным дефектам, а также приводит к увеличению расхода ферросплавов без заметного повышения уровня механических свойств металла. Повышение в стали содержания кремния более 0,15% приведет к ее полному успокоению, значительной (10-14%) головной обрези раскатов слитков и, как следствие, снижению выхода годного проката. При содержании в стали хрома менее 0,4% не проявляется его положительное влияние на прочностные свойства и ударную вязкость металлопроката, а повышение хрома выше 0,7% нецелесообразно с точки зрения экономного легирования металла. При содержании бора менее 0,001% снижается воздействие его на прокаливаемость стали и, следовательно; на однородность свойств по сечению металлопроката. Наличие бора в количестве не более 0,001% приводит к окрупчиванию металла за счет выделения по границам зерна нитридов бора. При регламентации содержаний в стали хрома и бора учитывалось, что в комплексе эти элементы воздействуют на структуру металла в направлении измельчения зерна и увеличения прокаливаемости. Причем влияние малых добавок бора на прокаливаемость гораздо существенней более значительных добавок хрома. Поэтому учитывая дефицитность хрома, рационально обеспечивать необходимый уровень свойств комплексным легированием. Экспериментальными исследованиями установлено, что наиболее эффективно положительное влияние совместного легирования стали хромом и бором на комплекс механических свойств металла и, в особенности, на ударную вязкость проявляется при приведенном выше их соотношении. Входящий в уравнение коэффициент "К" равный 600, получен при статистической обработке экспериментальных данных по химическому составу и физико-механическим свойствам металлопроката. При этом установлена возможность изменения "К" в довольно широких пределах (0,7-1,2)К при сохранении примерно одинакового уровня свойств, что связано с погрешностями при определении содержаний в стали хрома и бора. В промышленных условиях выплавлены опытные партии стали по прототипу и по заявке. Данные по химическому составу и свойствам приведены в табл. 1 и 2. Металл выплавляли в электросталеплавильной печи емкостью 5 т и прокатывали на арматуру Æ16 мм, подвергая после прокатки ускоренному охлаждению до температуры 450-500°С. Проведенные результаты показывают, что заявляемая сталь имеет более высокий уровень свойств. При этом в составах 1-3, которые по содержанию хрома и бора в металле соответствуют приведенному в описании соотношению, ударная вязкость заметно выше, чем в тех случаях, когда упомянутое соотношение не соблюдается.