СПОСОБ ПРОКАТКИ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B21B1/26 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при горячей прокатке заготовки для сварных труб с толщиной стенки 4 16 мм.

Заготовкой для производства труб большого диаметра служит горячекатаная полосовая рулонная сталь, обычно углеродистая и марганцовистая (типа 09Г2). Такая сталь может прокатываться из слябов (в т.ч. непрерывнолитых) на непрерывных широкополосных станах (таких, как станы 2000 и 2500 горячей прокатки АО "Магнитогорский металлургический комбинат"), и технология ее прокатки заключается в горячей деформации подката (нагретых слябов) с заданными обжатиями при заданных температурах и скоростях [1] Свойства трубной заготовки характеризуются прежде всего величинами ее предела прочности (σ_b) относительного удлинения δ и ударной вязкости (KCV) при определенной температуре.

Известен способ горячей прокатки полосовой стали с хорошей способностью к вытяжке, при котором слябы из углеродистой стали прокатывают с обжатием >80% при определенной температуре конца прокатки с охлаждением в два этапа с определенными скоростями [2]
Известен также способ производства полос из ст. 65Г, при котором обжатие в двух последних проходах делают не менее 20% при 700 850^oC с последующим охлаждением со скоростью 100^oC/с в течение 1 с [3]
Однако эти способы неприемлемы для получения горячекатаной высококачественной трубной заготовки из углеродистых сталей.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является технология горячей прокатки полос толщиной 10 мм из ст. 3сп и полос толщиной 10 мм из ст. 09Г2Д [4]
Эта технология заключается в горячей деформации подката (непрерывных слябов) с заданными обжатиями при заданных температурах и скоростях прокатки и характеризуется тем, что раскат из стали 3сп прокатывают при температурах после чистовой группы клетей t=1050 1120^oC с суммарным обжатием в чистовой группе клетей e 67% и со скоростью (на выходе из этой группы) v-10 м/с, а раскат из стали 09Г2 при 1050.1140^oC с e -67% и v≅4,5 м/с. Недостатком описанной технологии является получение при этом горячекатаных полос, используемых в качестве трубной заготовки, с относительно низким качеством (по показателям s_b, δ и KCV), что снижает эффективность реализации готового проката.

Технической задачей изобретения является повышение качества горячекатаной полосовой заготовки для сварных труб из углеродистой стали за счет улучшения ее основных механических характеристик (σ_b, δ и KCV).

Для решения этой задачи в способе, заключающемся в горячей деформации металла в черновых и чистовых клетях широкополосного стана с заданными обжатиями при заданных температурах и скоростях прокатки в диапазоне температур t₁-t₂, где t₁= 1017C0,025э

, ^oC и C_э стандартный углеродный эквивалент, а t₂= 0,909t₁, ^oC при t₁= 960 - 970^oC, t₂=0,928t₁, ^oC при t₁=975 985^oC и t₂= 0,947t₁, ^oC при t₁>1000^oC, суммарное относительное обжатие в чистовых клетях делают не менее ε₁8,4/C_э% а при температурах, меньших t₂, но выше 690^oC, суммарное обжатие в клетях чистовой группы делают не менее при C_э=0,15 0,28; при C_э=0,29 0,4; при C_э=0,41 0,46 и при C_э>0,46, где ε фактическое суммарное обжатие в диапазоне температур t₁ - t₂, при этом прокатка на входе в клети чистовой группы ведется со скоростью не менее v=0,57/C_э, м/с.

Все вышеприведенные зависимости получены при обработке опытных данных и являются эмпирическими. Величина углеродного эквивалента

где C, Mn и т.д. массовые доли соответствующих элементов в процентах (см. ГОСТ 19281-89).

Сущность найденного технического решения заключается в оптимизации режимов прокатки (суммарных обжатий и скоростей) в зависимости от величин C_э и температур прокатки в чистовой группе клетей широкополосного стана. В результате этого учитывается влияние пластической деформации на механизмы и кинетику распада аустенита, что позволяет получить высококачественную (по показателям σ_b, δ и KCV) заготовку для сварных труб, обеспечивающую улучшение эксплуатационных свойств этих изделий.

Предварительными экспериментами, проведенными в центральной лаборатории АО "ММК", были установлены функциональные зависимости ε₁f₁(C_э), ε₂= f₂(C_э,ε) и t₁=f₃(C_э), t₂=f₄(C_э), которые затем корректировались при опытной прокатке полос толщиной 4 16 мм на широкополосных станах 2000 и 2500 горячей прокатки.

В лабораторных опытах использовались стали с C_э=0,15 -0,48, которые подвергались фиксированным обжатиям при определенных температурах нагрева. Охлажденные образцы исследовались на микроструктуру, а затем определялись их мехсвойства величины σ_b, δ и KCV.

При опытной прокатке на станах 2000 и 2500 АО "ММК" варьировались величины температур t₁ и t₂, а также суммарных обжатий ε₁ и ε₂ для сталей с различной величиной C_э, прокатываемых с различной скоростью в чистовой группе клетей стана. После прокатки и охлаждения от опытных рулонных полос отбирались образцы, которые испытывались для определения величин σ_b, δ и KCV. Величины температур t₁ и t₂ варьировались через 5^oC, а величины суммарных обжатий ε₁ и ε₂ определялись с точностью до 1% Была также проведена контрольная прокатка (для каждого типоразмера и марки стали) по принятой на станах технологии с испытаниями мехсвойств готового проката.

Некоторые величины ε₁f₁(C_э), ε₂= f₂(C_э,ε) t₁=f₃(C_э) и t₂=f₄(C_э), полученные при анализе результатов опытной прокатки, представлены в табл. 1 и 2.

Отклонение экспериментальных величин от вычисленных не превышало 10% Опытная прокатка подтвердила, что вышеприведенные зависимости приемлемы для практического использования при горячей прокатке заготовки для сварных труб.

Механические испытания полос, прокатанных с рекомендуемыми параметрами, показали, что их предел прочности увеличился на 7-12% относительное удлинение при этом практически не возросло (обычно для одной и той же марки стали с ростом σ_b уменьшается δ и соответственно ухудшается пластичность), а ударная вязкость (при нормальной температуре и при -20^oC и -40^oC) увеличилась на 8-15% по сравнению с теми же показателями для полос, прокатанных по известной технологии, взятой в качестве ближайшего аналога.

Таким образом опыты подтвердили приемлемость предлагаемого способа для решения поставленной задачи и его преимущества перед известной технологией.

При реализации предлагаемого способа для конкретной марки стали определяется ее углеродный эквивалент по ГОСТ 19281-89. Затем определяется минимально-допустимая скорость прокатки в чистовой группе стана и необходимые температуры прокатки в чистовой группе клетей t₁ и t₂. При известных t₁ и t₂ по вышеприведенным эмпирическим зависимостям вычисляются требуемые оптимальные величины суммарных обжатий e₁ и ε₂ которые обеспечивают получение трубной заготовки с высокими механическими показателями, продляющими срок эксплуатации сварных труб.

Пример 1. Трубная заготовка из ст. 20 толщиной 10 мм с содержанием элементов, C 0,1; Mn 0,50; Si 0,25; Cr 0,10; Ni 0,20; Cu 0,15; P 0,03.

Величина C_э=0,1+0,5/6+0,25/24+0,1/5+0,2/40+0,15/13+0+0,03/2=0,25. Основные параметры прокатки v= 0,57/C_э= 0,57/0,25= 2,3 м/с, t₁= 1017C0,025э

1017•0.25^0.025= 980^oC; t₂= 0,998t₁ (т. к. t₁ в диапазоне 975-995^oC), т.е. 0,998•980=910^oC.

Величина ε₁ ≥8,4/C_э= 8,4/0,25= 33,6% Фактическая величина при прокатке была ε35% При данной величине C_э

Пример 2. Трубная заготовка из ст. 09Г2 толщиной 16 мм с содержанием элементов, C 0,12; Mn 1,6; Si 0,32; Cr 0,25; Ni 0,25; Cu 0,2; P 0,02.

Величина С_э= 0,12+1,6/6+0,32/24+0,25/5+0,25/40+0,2/13+0+0,02/2= 0,48. Параметры прокатки v ≥0,57/C_э=1,19 м/с принимаем v=1,2 м/с, t₁= 1017C0,025э

1017•0.48^0.025=1000^oC; t₂=0,947t₁(т.к. t₁≥1000^oC), т.е. t₂=0.947•1000=947^oC. Величина ε₁ ≥8,4/C_э= 8,4/0,48=17,5% Фактическая величина при прокатке ε20% При данной величине C_э 0
)

Использование: основная задача, решаемая изобретением - повышение качеств горячекатаной полосовой заготовки толщиной 4 - 16 мм из углеродистой стали для сварных труб за счет улучшения ее основных механических характеристик ( σ_b, δ и KCV). Сущность: предлагаемый способ заключается в горячей деформации металла в черновых и чистовых клетях широкополосного стана с заданными обжатиями при заданных температурах и скоростях прокатки в диапазоне температур t₁ - t₂, где t₁= 1017C0,025э

,^oC и C_э - стандартный углеродный эквивалент, а t₂= 0,909 t₁, ^oC при t₁=960 -970^oC, t₂=928 t₁, ^oC при t₁=975 - 985^oC и t₂=0,947 t₁, ^oC при t₁>1000^oC, суммарное относительное обжатие в чистовых клетях делают не менее ε₁ =8,4/C_э%, а при температурах, меньших t₂, но выше 690^oC, суммарное обжатие в клетях чистовой группы делают не менее при C_э= 0,15 - 0,28; при C_э=0,29 - 0,4; при C_э=0,41 - 0,46 и при C_э>0,46, где ε - фактическое суммарное обжатие в диапазоне температур t₁ -t₂, при этом прокатка на входе в клетки чистовой группы ведется со скоростью не менее V=0,57/C_э, м/с. 2 табл.

Способ прокатки трубной заготовки из углеродистых сталей, включающий горячую деформацию металла в черновых и чистовых клетях широкополосного стана с заданными обжатиями при заданных температурах и скоростях прокатки, отличающийся тем, что в диапазоне температур t₁ t₂, где t₁= 1017C0,025э

,^oC и С_э стандартный углеродный эквивалент, а t₂ 0,909 t₁, ^oС, при t₁ 960 970^oС, t₂ 0,928 t₁, ^oС, при t₁ 975 985^oС и t₂ 0,947 t₁, ^oС, при t₁ > 1000^oС, суммарное относительное обжатие в чистовых клетях составляет не менее а при температурах меньше t₂, но выше 690^oС суммарное обжатие в клетях чистовой группы составляет не менее при C_э 0,15 0,28, при С_э 0,29 0,4, при C_э 0,41 0,46 и при С_э > 0,46, где ε - фактическое суммарное обжатие в диапазоне температур t₁ t₂, при этом прокатка на входе в клети чистовой группы ведется со скоростью не менее v 0,57/С_э, м/с.