RU2471004C1

RU2471004C1 - Manufacturing method of high-strength nanostructured steel reinforcement

Info

Publication number: RU2471004C1
Application number: RU2011151330/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Лебедев; Вадим Алексеевич Бакшинов; Борис Андреевич Коломиец; Михаил Витальевич Чукин; Алексей Георгиевич Корчунов; Александр Алексеевич Соколов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Магнитогорский метизно-калибровочный завод "ММК-МЕТИЗ"
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-12-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: manufacturing method of high-strength steel reinforcement involves melting of steel of the specified chemical composition, in which total content of Cr+Ni+Cu<0.14 is maintained, and ratio of aluminium to boron (Al/B) is within 10 - 20; heat treatment of hot-rolled rod is performed by heating in the furnace up to 900-940°C with further isothermal hardening during 85-110 seconds in molten lead at temperature of 530-560°C and final water cooling, and drawing of hot-rolled rod is performed with total shrinkage of 57-62%. Invention will allow obtaining metal nanostructure after heat treatment, which consists of ferrite-carbide mixture with interlamellar distance of 80-180 nm and small quantity of structurally free ferrite in the form of islands along grain boundaries. Strength of not less than 1570 N/mm², yield strength of not less than 1400 N/mm² and relative breaking elongation of not less than 6% is provided in cold deformed high-strength reinforcement.

EFFECT: improving strength.

1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стальной высокопрочной проволочной арматуры, производимой методом холодного волочения и термомеханической обработки.The invention relates to metallurgy, in particular to the production of high-strength steel wire reinforcement produced by cold drawing and thermomechanical processing.

Известен способ производства высокопрочной арматурной проволоки, включающий ускоренное охлаждение катанки после прокатки заготовки, выплавленной из высокоуглеродистой стали стандартных марок 70-85. В этом способе осуществляют ускоренное охлаждение катанки перед виткоукладчиком сортового стана горячей прокатки, укладку витков в закрытую камеру, охлаждение витков в этой камере до заданной температуры продувкой газом с заданной скоростью охлаждения и окончательное охлаждение на воздухе до цеховой температуры. При этом охлаждение продувкой газом ведут до температуры не выше 500°C. Данным способом достигается возможность исключения операции термообработки перед холодным волочением и термомеханической обработкой высокопрочной арматуры и при этом достигается прочность готовой арматуры до 1370 Н/мм² (патент на изобретение РФ №2044073, кл. C21D 9/52, 1995 г.).A known method for the production of high-strength reinforcing wire, including accelerated cooling of the wire rod after rolling a workpiece smelted from high-carbon steel standard grades 70-85. In this method, accelerated cooling of the wire rod in front of the coiler of the hot rolling mill, laying of coils in a closed chamber, cooling of coils in this chamber to a predetermined temperature by blowing gas at a predetermined cooling rate, and final cooling in air to the workshop temperature. In this case, cooling by gas purging is carried out to a temperature not exceeding 500 ° C. In this way, it is possible to exclude the heat treatment operation before cold drawing and thermomechanical processing of high-strength reinforcement, and at the same time, the strength of the finished reinforcement is up to 1370 N / mm ² (patent for the invention of the Russian Federation No. 2044073, class C21D 9/52, 1995).

Известен также способ производства стальной высокопрочной арматуры, включающий выплавку стали, ее разливку, горячую прокатку, термическую обработку (патентирование) горячекатаного круглого проката, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля и отпуск арматуры при температуре 225-450°C. При этом выплавляют сталь марок типа 70-85 следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:There is also known a method of manufacturing high-strength steel reinforcement, including steel smelting, casting, hot rolling, heat treatment (patenting) of hot-rolled round steel, pickling, cold drawing, applying a periodic profile and tempering of the reinforcement at a temperature of 225-450 ° C. In this case, steel of grades of type 70-85 of the following chemical composition is melted with the ratio of ingredients, wt.%:

Углерод 0,71-0,93Carbon 0.71-0.93

Марганец 0,3-1,0Manganese 0.3-1.0

Кремний 0,17-0,37Silicon 0.17-0.37

Сера не более 0,040Sulfur no more than 0,040

Фосфор не более 0,040Phosphorus no more than 0,040

Медь не более 0,20Copper no more than 0.20

Железо ОстальноеIron Else

(И.А.Юхвец. Производство высокопрочной проволочной арматуры. М., Металлургия, 1973 г.).(I.A. Yukhvets. Production of high-strength wire reinforcement. M., Metallurgy, 1973).

Основными недостатками всех известных способов производства является то, что готовая арматура имеет недостаточную прочность, низкий предел текучести и относительное удлинение.The main disadvantages of all known methods of production is that the finished reinforcement has insufficient strength, low yield strength and elongation.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в получении стальной высокопрочной арматуры для предварительно напряженных железобетонных конструкций с повышенными показателями прочности, текучести и относительного удлинения.The technical problem solved by the invention is to obtain high-strength steel reinforcement for prestressed reinforced concrete structures with increased strength, fluidity and elongation.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства стальной высокопрочной арматуры, включающем выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину, выплавляют сталь следующего химического состава, мас.%:The problem is achieved in that in a method for the production of high-strength steel reinforcing steel, including steelmaking, rolling into wire rod, heat treatment of wire rod, pickling, cold drawing, applying a periodic profile, thermomechanical processing and cutting the reinforcement to a measured length, steel of the following chemical composition is melted, wt .%:

Углерод 0,77-0,85Carbon 0.77-0.85

Марганец 0,50-0,80Manganese 0.50-0.80

Кремний 0,20-0,37Silicon 0.20-0.37

Сера 0,016-0,020Sulfur 0.016-0.020

Фосфор 0,016-0,025Phosphorus 0.016-0.025

Хром не более 0,10Chrome no more than 0.10

Никель не более 0,10Nickel no more than 0.10

Медь не более 0,10Copper no more than 0.10

Алюминий 0,01-0,03Aluminum 0.01-0.03

Бор 0,001-0,003Boron 0.001-0.003

Железо - остальное,Iron is the rest

в которой поддерживают суммарное содержание Cr+Ni+Cu<0,14, а соотношение алюминия к бору Al/B в пределах 10-20, термическую обработку катанки производят путем нагрева в печи до температуры 900-940°C с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 с в расплаве свинца при температуре 530-560°C и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 57-62%.in which the total content of Cr + Ni + Cu <0.14 is maintained, and the ratio of aluminum to boron Al / B is in the range of 10-20, heat treatment of wire rod is carried out by heating in a furnace to a temperature of 900-940 ° C, followed by isothermal quenching for 85-110 s in a lead melt at a temperature of 530-560 ° C and final cooling with water, and wire rod drawing is carried out with a total compression ratio of 57-62%.

Выбранные пределы содержания углерода (0,77-0,85%) в сочетании с марганцем (0,50-0,80%), хромом, никелем и медью (до 0,10 каждого, но при соотношении Cr+Ni+Cu<0,14) при введение алюминия и бора в сталь позволят измельчать микроструктуру стали при ее термообработке. Соотношение содержания алюминия к бору Al/B в пределах 10-20 обеспечит после термообработки горячекатаной катанки получение наноструктурированной микроструктуры металла, состоящей из феррито-карбидной смеси с межпластинчатым расстоянием 60-200 нм, что в итоге обеспечивает в конечном продукте - холоднодеформированной высокопрочной арматуре - прочность не менее 1570 Н/мм², условный предел текучести не менее 1400 Н/мм² и относительное удлинение при разрыве не менее 6%.The selected limits of carbon content (0.77-0.85%) in combination with manganese (0.50-0.80%), chromium, nickel and copper (up to 0.10 each, but with the ratio Cr + Ni + Cu < 0.14) with the introduction of aluminum and boron into steel, it will be possible to grind the microstructure of the steel during its heat treatment. The ratio of aluminum to boron Al / B in the range of 10-20 will provide after heat treatment of the hot rolled wire rod to obtain a nanostructured microstructure of the metal, consisting of a ferrite-carbide mixture with an interplate distance of 60-200 nm, which ultimately provides in the final product - cold-deformed high-strength reinforcement - strength not less than 1570 N / mm ² , conditional yield strength not less than 1400 N / mm ² and elongation at break of not less than 6%.

Пример осуществления способа производства стальной высокопрочной арматуры.An example of the method of production of high-strength steel reinforcement.

По заказу ОАО «ММК-МЕТИЗ» была выплавлена сталь в 180-тонной электропечи ОАО «ММК», обработана в агрегате «печь-ковш», разлита на МНЛЗ в заготовку сечением 150×150 мм и прокатана в катанку круглого сечения диаметром 15,5 мм на сортовом стане «170», имеющая следующий химический состав, мас.%:By order of OJSC MMK-METIZ, steel was smelted in a 180-ton electric furnace of OJSC MMK, processed in a ladle furnace, cast into a continuous casting machine into a billet with a section of 150 × 150 mm and rolled into a round wire rod with a diameter of 15.5 mm on the high-quality mill "170", having the following chemical composition, wt.%:

Углерод 0,79Carbon 0.79

Марганец 0,62Manganese 0.62

Кремний 0,29Silicon 0.29

Сера 0,017Sulfur 0.017

Фосфор 0,018Phosphorus 0.018

Хром 0,05Chrome 0.05

Никель 0,02Nickel 0.02

Медь 0,05Copper 0.05

Алюминий 0,02Aluminum 0.02

Бор 0,002Boron 0.002

Железо - остальноеIron - the rest

Соотношение Cr+Ni+Cu составило 0,12, а соотношение Al/B составило 10. После наноструктурирующей термообработки катанки в непрерывном агрегате, заключающейся в нагреве катанки до температуры 930°C, изотермической закалке в расплаве свинца при температуре 540°C с дальнейшим охлаждением водой, получили микроструктуру стали, состоящую из феррито-карбидной смеси с межпластинчатым расстоянием 80-180 нм и небольшого количества структурно свободного феррита в виде островков по границам зерен.The Cr + Ni + Cu ratio was 0.12, and the Al / B ratio was 10. After nanostructural heat treatment of the wire rod in a continuous unit consisting of heating the wire rod to a temperature of 930 ° C, isothermal quenching in a lead melt at a temperature of 540 ° C with further cooling water, we got a microstructure of steel, consisting of a ferrite-carbide mixture with an interplate distance of 80-180 nm and a small amount of structurally free ferrite in the form of islands along the grain boundaries.

На Фиг.1 (а, б) представлена макроструктура стали из феррито-карбидной смеси.Figure 1 (a, b) shows the macrostructure of steel from a ferrite-carbide mixture.

Термообработанную катанку проволочили в проволоку диаметром 10,0 мм, после чего нанесли на ее поверхность трехсторонний периодический профиль, уменьшив номинальный диаметр арматуры до 9,6 мм, подвергли отпуску под натяжением при температуре 400°C, охладили проточной водой и порезали на мерные длины. Механические испытания полученной стальной высокопрочной арматуры номинальным диаметром 9,6 мм показали следующие свойства:The heat-treated wire rod was drawn into a wire with a diameter of 10.0 mm, after which a trilateral periodic profile was applied to its surface, reducing the nominal diameter of the reinforcement to 9.6 mm, subjected to tempering under tension at a temperature of 400 ° C, cooled with running water and cut to lengths. The mechanical tests of the obtained high-strength steel reinforcement with a nominal diameter of 9.6 mm showed the following properties:

временное сопротивление разрыву 1590 Н/мм²;tensile strength 1590 N / mm ² ;

условный предел текучести 1410 Н/мм²;yield strength 1410 N / mm ² ;

относительное удлинение при разрыве 7%;elongation at break 7%;

твердость 41 HRC,hardness 41 HRC,

что полностью соответствует техническим требованиям к высокопрочной стержневой холоднодеформированной арматуре периодического профиля диаметром 9,6 мм для армирования железобетонных шпал.which fully meets the technical requirements for high-strength cold-rolled rod reinforcement of a periodic profile with a diameter of 9.6 mm for reinforcing reinforced concrete sleepers.

Claims

Способ производства высокопрочной стальной арматуры с получением наноструктуры, включающий выплавку стали, прокатку в катанку, термическую обработку катанки, травление, холодное волочение, нанесение периодического профиля, термомеханическую обработку и порезку арматуры на мерную длину, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего химического состава, мас.%:
углерод 0,77-0,85 марганец 0,50-0,80 кремний 0,20-0,37 сера 0,016-0,020 фосфор 0,016-0,025 хром не более 0,10 никель не более 0,10 медь не более 0,10 алюминий 0,01-0,03 бор 0,001-0,003 железо остальное,

при суммарном содержании Cr+Ni+Cu<0,14 и соотношении Al/B в пределах 10-20, термическую обработку катанки производят путем нагрева в печи до температуры 900-940°C с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 с в расплаве свинца при температуре 530-560°C и окончательным охлаждением водой, а волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 57-62%. A method of manufacturing high-strength steel reinforcement with obtaining a nanostructure, including steel smelting, rolling into wire rod, heat treatment of wire rod, etching, cold drawing, applying a periodic profile, thermomechanical processing and cutting the reinforcement to a measured length, characterized in that steel of the following chemical composition is melted, wt .%:
carbon 0.77-0.85 manganese 0.50-0.80 silicon 0.20-0.37 sulfur 0.016-0.020 phosphorus 0.016-0.025 chromium no more than 0.10 nickel no more than 0.10 copper no more than 0.10 aluminum 0.01-0.03 boron 0.001-0.003 iron rest,

with a total content of Cr + Ni + Cu <0.14 and an Al / B ratio of 10–20, heat treatment of wire rod is carried out by heating in a furnace to a temperature of 900–940 ° C, followed by isothermal quenching for 85–110 s in the melt lead at a temperature of 530-560 ° C and final cooling with water, and wire rod drawing is carried out with a total compression ratio of 57-62%.