сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций

Формула изобретения

Арматурная сталь термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций, содержащая углерод, кремний, марганец, медь, никель, хром, фосфор, серу и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, титан, азот, ванадий и ниобий при следующем отношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,08-0,32
Кремний	0,4-2,4
Марганец	0,5-2,3
Алюминий	0,02-0,07
Титан	0,01-0,1
Азот	0,006-0,03
Ванадий	0,01-0,12
Ниобий	0,005-0,02
Медь	Не более 0,3
Никель	Не более 0,3
Хром	Не более 0,30
Фосфор	Не более 0,03
Сера	Не более 0,03
Железо	Остальное,

при этом углеродный эквивалент стали, определенный по формуле

C_экв=C+Si/6+Mn/7+(Ti+V+Nb)/5+(Cu+Ni+Cr)/15

равен 0,35-0,56 для стали класса Ат400, Ат500, или 0,44-0,70 для класса стали Ат600, Ат800, или не менее 0,67 для класса стали Ат1000, Ат1200.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке арматурных термомеханически упрочненных сталей для железобетонных конструкций классов прочности от Ат400 до Ат1200.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является сталь по ГОСТ 10884-94 (сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций), содержащая, мас.%:

Углерод	0,08-0,32
Кремний	0,6-2,4
Марганец	0,5-2,3
Медь	не более 0,3
Никель	не более 0,3
Хром	не более 0,3
Фосфор	не более 0,03
Сера	не более 0,03
Железо	остальное

Эта сталь обладает сравнительно высокими механическими свойствами за счет рационального соотношения содержания входящих в нее элементов.

Однако возрастающие требования к свариваемости при повышении уровня механических свойств ограничивает ее применение.

Задача изобретения - разработка качественной арматурной стали. Техническим результатом является разработка стали для изготовления стержней термоупрочненной арматуры диаметром 12-32 мм с повышенной свариваемостью, повышенными механическими свойствами и стойкостью против коррозионного растрескивания без старения.

Технический результат достигается тем, что известная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, медь, никель, хром, фосфор, серу и железо, дополнительно содержит алюминий, титан, азот, ванадий, ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,08-0,32
Кремний	0,4-2,4
Марганец	0,5-2,3
Алюминий	0,02-0,07
Титан	0,01-0,1
Азот	0,006-0,03
Ванадий	0,01-0,12
Ниобий	0,005-0,02
Медь	не более 0,3
Никель	не более 0,3
Хром	не более 0,30
Фосфор	не более 0,03
Сера	не более 0,03
Железо	остальное

При этом углеродный эквивалент определен по формуле:

С_экв=C+Si/6+Mn/7+(Ti+V+Nb)/5+(Cu+Ni+Cr)/15

и равен для стали класса Ат400, Ат500 - 0,35-0,56; класса Ат600, Ат800 - 0,44-0,70, а для класса Ат1000, Ат1200 - не менее 0,67.

Содержание углерода, кремния, марганца, хрома, никеля и меди в предлагаемой стали совпадает с пределами содержания их в известной стали.

Дополнительный ввод в заявляемую сталь азота, ванадия, титана, ниобия и алюминия в предлагаемых пределах за счет образования нитридов и карбонитридов, формирующих стабильную мелкодисперсную структуру, независимо от технологии горячей механической обработки обеспечивает необходимую свариваемость и повышенные механические свойства металла без старения.

Предложенная формула расчета углеродного эквивалента и порядок его нормирования вынуждают изготовителя точно задавать химический состав стали по нижнему пределу углерода, а кремния по верхнему пределу, что позволяет более точно определить необходимый состав легирующих химических элементов в стали в зависимости от получаемого уровня механических свойств и обеспечения требований по свариваемости, стойкости против коррозионного растрескивания для данного класса прочности арматурной стали.

Содержание в стали азота наиболее эффективно в пределах 0,006-0,03 мас.%. Снижение содержания азота ниже 0,006 мас.% не обеспечивает необходимого уровня свойств. Повышение содержания азота выше 0,03 мас.% приводит к снижению пластичности в результате переупрочнения металла и увеличения склонности его к старению.

Оптимальное содержание ванадия в стали 0,01-0,12. Уменьшение его содержания ниже 0,01 мас.% не влияет на уровень механических свойств заявляемой стали. Содержание ванадия выше 0,12 мас.%, в данном случае, приводит к дальнейшему повышению механических свойств, но и существенно увеличивает себестоимость производства предлагаемой стали, что нецелесообразно.

Содержание титана в стали менее 0,01 мас.% не способствует заметному измельчению зерна и повышению механических свойств, а более 0,1 мас.% не уменьшает склонность к межкристаллитной коррозии.

Содержание ниобия менее 0,005 мас.% не приводит к существенному измельчению зерна, повышению прочности и твердости. А содержание более 0,05 мас.% не приводит к существенному повышению механических свойств заявляемой стали.

Содержание алюминия менее 0,02 мас.% ведет к неполному связыванию азота при кристаллизации, а выше 0,07 мас.% приводит к возможности образования строчечных неметаллических включений и повышению себестоимости предлагаемой стали.

Выплавку металла проводили в 250-тонной мартеновской печи. Заказ - арматурная сталь марки Ат800. Предварительное раскисление проводили в печи. Глубокое и экономически эффективное раскисление достигается за счет использования растворенного в металле углерода при одновременном вводе алюминия, находящегося в погружном контейнере, и расчетного количества кускового ферросиликомарганца. Выпуск металла производили спустя 6 мин после ввода погружного раскисляющего контейнера, не допуская повторного вскипания ванны. Корректировка состава стали по кремнию и марганцу, а также легирование азотом, ванадием, титаном и ниобием осуществлялась присадкой в ковш ферросиликомарганца, ферротитана, феррониобия и азотированного феррованадия с азотированным ферромарганцем, вводимых в последнюю очередь. Окончательное раскисление производилось присадкой в ковш чушкового алюминия.

Для попадания в заказ производили расчет углеродного эквивалента по предлагаемой формуле: С_экв=С+Si/6+Mn/7+(Ti+V+Nb)/5+(Cu+Ni+Cr)/15 с учетом полученного состава стали на выпуске, химического состава используемых ферросплавов, а их ввод в ковш осуществляли с расходом из расчета попадания С_экв в интервал, рекомендованный для стали Ат800.

В результате получили сталь следующего состава, мас.%: углерод - 0,2, кремний - 1,0, марганец - 1,4, алюминий - 0,03, титан - 0,06, азот - 0,006, ванадий - 0,03, ниобий - 0,005, медь - 0,25, никель - 0,25, хром - 0,20, фосфор - 0,027, сера - 0,023, железо - остальное.

Определяли по формуле С_экв готового металла. Получили C_экв=0,632, то есть С_экв находится в интервале, рекомендованном для стали Ат800.

После разливки металл прокатали на арматуру диаметром 25 мм с применением термомеханической обработки по следующим режимам: обжатие с прокатного нагрева с последующим электронагревом и охлаждением на воздухе.

Аналогичные стали выплавлены для всех указанных в формуле классов прочности арматурной стали от Ат400 до Ат1200.

Затем провели механические испытания, выполненные в соответствии с требованиями ГОСТа (результаты приведены в таблице 1), и сравнили с характеристиками известной стали.

Таблица 1. Характеристики выплавленной стали класса прочности Ат800
№ пп	Механические свойства	Сталь по прототипу	Предложенная сталь
1	Временное сопротивление разрыву, Н/мм2	1000	1160
2	Условный предел текучести, Н/мм2	800	890
3	Относительное удлинение, %	8	7,6
4	Испытание на изгиб в холодном состоянии Д опр.=5d=125 мм, угол загиба 45°, разгиба-20°	Трещины и разрывы визуально не наблюдались	Трещины и разрывы визуально не наблюдались

В таблице 2 приведены механические свойства выплавленных по предложению сталей с нормированным углеродным эквивалентом для различных классов прочности.

Таблица 2
Класс прочности арматурной стали	Углеродный эквивалент, %	Номинальный диаметр, мм	Механические свойства				Испытание на изгиб в холодном состоянии, градус
			Временное сопротивление разрыву, в, Н/мм2	Условный или физический предел текучести 0,2( т), Н/мм2	Относительное удлинение, %
					5	р
			не менее
Ат400	0,351	25	750	640	16	-	90
Ат500	0,560	25	800	750	14	-	90
Ат600	0,443	25	998	760	12	1,21	45
Ат800	0,632	25	1160	890	7,6	1,99	45
Ат1000	0,670	25	1310	1230	6	2,0	45
Ат1200	0,812	25	1560	1300	4,8	2,0	45

Из таблиц следует, что предлагаемая сталь в сравнении с известной обладает более высокими механическими свойствами при сохранении достаточно высокого уровня свариваемости для данной марки стали и позволяет использовать ее для производства арматурных стержней класса прочности от Ат400 до Ат1200.