СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРОКАТА ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ Российский патент 2000 года по МПК C21D9/46 C21D9/08 

Описание патента на изобретение RU2148660C1

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве (термической обработке) толстого листа, в том числе заготовки (штрипса) для электросварных нефтегазопроводных труб большого диаметра, а также труб из низколегированной стали, к свойствам которых предъявляются повышенные требования прочности, пластичности, хладостойкости, стойкости против коррозионного растрескивания в наводороживающих средах.

В современном металлургическом производстве при изготовлении из низколегированной конструкционной стали листового проката, в частности, штрипса для электросварных труб повышенной прочности (предел текучести более 450 H/мм2) используются способы термомеханической обработки (контролируемая прокатка), а также термическое улучшение (закалка и высокий отпуск) [1].

Одним из основных преимуществ данных способов обработки является существенное измельчение действительного зерна, за счет чего достигается комплекс повышенных для данного класса сталей свойств, особенно хладостойкости. Измельчению грубой микроструктуры проката из низколегированных сталей способствует "нормализационная прокатка" [2] или нормализация с прокатного нагрева, связанная с пониженной, регламентированной температурой конца прокатки в нижней части аустенитной области при температурах около 880oC.

Однако осуществление способа контролируемой прокатки листа требует специального прокатного оборудования повышенной мощности, а в структуре имеет место слоистость (текстура) и внутренняя напряженность (высокая плотность дислокаций 109 - 1010 см-2), снижающие ее надежность при работе в условиях объемного нагружения и коррозионных наводороживающих сред.

Недостатком способа термического улучшения является трудная разупрочняемость при отпуске закаленной на бейнитно-мартенситную структуру низколегированной стали, содержащей добавки карбонитридообразующих элементов (ванадий, ниобий и др.), за счет чего понижаются свойства хладостойкости и стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением [3].

Известен способ термической обработки листовой низколегированной стали для электросварных труб, включающий первую нормализацию при нагреве в аустенитную область (выше критической точки Ac3) и повторную нормализацию при нагреве в 2-фазную ферритно-аустенитную межкритическую область температур (Ac1 - Ac3) [4].

Однако при такой обработке не отмечено измельчение действительного зерна, наблюдается только равномерность распределения (без полосчатости) структурных составляющих. За счет этого сталь имеет недостаточный уровень прочности и хладостойкости.

Известен способ термообработки проката, преимущественно листового, из низколегированных малоуглеродистных сталей, включающий (1) закалку с температурой выше Ac3, (2) нагрев в интервале Ac1 - Ac3 с последующим охлаждением на воздухе и (3) высокий отпуск. При этом операции (2) и (3) производятся без выдержки на заданной температуре [5].

Недостатком этого способа являются малые выдержки при нагреве под нормализацию в межкритическую область температур, за счет чего количество образующегося аустенита и измельчение структуры недостаточно, а при отпуске мартенситно-бейнитные структуры мало разупрочняются и не обеспечивают повышенный уровень пластичности и хладостойкости.

Наиболее близким по технической сущности и полученному результату к предлагаемому (прототипом) является способ термической обработки проката (труб нефтяного сортамента) и мало- и среднеуглеродистых низколегированных сталей, включающий нормализацию с прокатного нагрева первый нагрев в аустенитную область температур выше Ac3 до Ac3 - (Ac3 + 50)oC, охлаждение в воде; второй нагрев в межкритический интервал температур (Ac1 - Ac3), охлаждение в воде и высокий отпуск в интервале температур (550 - Ac1)oC [6].

Этот недостаток несколько повышает вязкие свойства стали, сохраняет достаточный уровень пластичности, но не обеспечивает требуемую хладостойкость.

Таким образом, существующие способы термической обработки проката из низколегированных сталей не позволяют получить требуемый, в частности к штрипсу для электросварных труб большого диаметра категории прочности К60 (Х70 по стандарту API, США), уровень прочностных свойств, а также хладостойкости и стойкости против коррозионного растрескивания в наводороживающих средах.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение, в процессе термической обработки, проката из низколегированной стали с особомелкозернистой структурой и низкой плотностью дислокации для обеспечения комплекса повышенных свойств прочности, пластичности, ударной вязкости и доли вязкой составляющей в изломе образцов DWTT при отрицательных температурах, а также стойкости к коррозионному растрескиванию в наводороживающих средах.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ термообработки проката из низколегированной стали включает в себя:
- нормализацию с прокатного нагрева при регламентированной температуре конца прокатки (Ar3 + 100) - (Ar3 + 150)oC;
- закалку (1) при нагреве в аустенитную область температур выше Ac3 с выдержкой и последующим охлаждением водой;
- повторную закалку (2) при нагреве в ферритно-аустенитную межкритическую область температур в интервале (Ac1 + 80) - (Ac3 + 30)oC с выдержкой и последующим охлаждением водой;
- высокий отпуск при температуре (500 - Ac1)oC с выдержкой и последующим охлаждением на воздухе.

Отличие предлагаемого способа термической обработки проката от способа-прототипа состоит в том, что перед закалкой (1) с нагревом выше критической температуры Ac3 проводят нормализацию с прокатного нагрева при температуре конца прокатки (Ar3 + 100) - (Ar3 + 150)oC, а повторную закалку (2) ведут от температуры нагрева в узком интервале межкритической области температур (Ac1 + 80) - (Ac3 - 30)oC с получением 60-90% аустенита.

Входящие в предлагаемый способ операции термообработки взаимно дополняют друг друга в достижении технического результата. Нормализация с прокатного нагрева при температуре конца прокатки (Ar3 + 100) - (Ar3 + 150)oC позволяет частично пройти процессам рекристаллизации и получить однородное несколько измельченное зерно; при температуре конца прокатки Tкп > (Ar3 + 150)oC наблюдается увеличение размера аустенитного зерна и соответствующее снижение % вязкой составляющей в изломе образцов DWTT; понижение температуры конца прокатки Tкп < (Ar3 + 100)oC не дает эффекта повышения свойств пластичности и хладостойкости при больших энергетических затратах. Закалка (1) из аустенитной области температур нагрева выше Ac3 дает полную перекристаллизацию и дополнительное измельчение зерна стали. Закалка (2) из узкого интервала температур (Ac1 + 80) - (Ac3 - 30)oC межкритической области создает многокомпонентную (феррит, верхний бейнит, мартенсит "старый", образовавшийся после закалки (1), и "новый" мартенсит), особомелкозернистью структуру стали, которая после высокого отпуска имеет относительно низкую плотность дислокаций. Закалка (2) от температуры нагрева ниже (Ac1 + 80)oC приводит к снижению прочностных свойств стали ниже требуемого уровня за счет получения малого количества упрочняющей фазы ("новый" мартенсит"); при температуре закалки (2) выше (Ac3 - 30)oC количество упрочняющей фазы возрастает и, соответственно, пластичность и % вязкой составляющей в изломе образцов DWTT, снижаются ниже требуемого уровня.

Предлагаемый способ термообработки проката был осуществлен в промышленных условиях ОАО "Северсталь" применительно к штрипсу толщиной 15,7 мм из низколегированной стали марки 10Г2ФБ (ТУ 14-1-4034-96 и др.) для электросварных труб большого диаметра категории прочности K60.

Химический состав опытной стали 10Г2ФБ - 0,10%C; 1,63% Mn; 0,39% Si; 0,014 P; 0,005% S; 0,013% Ti; 0,04% Al; 0,042% Nb; 0,11% V; 0,010% N. Критические точки для этой стали: Ac1 = 730oC; Ac3 = 880oC; Ar3 = 780oC.

Основные элементы технологии производства стали: выплавка в электродуговых печах, внепечная обработки, непрерывная разливка в сляб, прокатка листа на стане "2800" с регламентированной температурой конца прокатки Tкп (нормализация с прокатного нагрева). Последующие операции закалки (1) и (2), а также высокого отпуска осуществлялись при нагреве в проходных газовых печах с временем выдержки 2 - 5 мин/мм; закалочное охлаждение водой со скоростью 30 - 60 град/с.

На металле штрипса и исследовалась микроструктура, в т.ч. тонкая на фольгах под электронным микроскопом с оценкой плотности дислокаций; определялись прочностные, пластические свойства и ударная вязкость, а также оценивалась хладостойкость и стойкость против сероводородного растрескивания.

Стандартные механические свойства (σB, σ0,2, δ5) определяли на пятикратных образцах диаметром 6 мм на разрывной машине ИМ-4P.

Ударную вязкость определяли на поперечных образцах размером 10х10х55 мм с радиусом надреза 1 мм (тип I) и 0,25 мм (тип IV) согласно ГОСТ 9454 на маятниковом копре МК-30 при температурах -60 и -20oC, соответственно.

Хладостойкость определяли методом (РМИ 246-28-96) испытания на ударный изгиб при -20oC полноразмерных (δ • 75 • 305 мм) образцов DWTT, с оценкой доли (%) вязкой составляющей в изломе.

Оценка стойкости металла против сероводородного растрескивания проводилась по методике ТМ 01-77-90 (NACE) при постоянной нагрузке (σ = 0,8σ0,2) образцов диаметром 6 мм на машине длительной прочности типа АИМА-5-1 в водном растворе 5% NaCl, подкисленным уксусной кислотой (0,5%) до pH 3,5 - 3,8, с оценкой времени до разрушения или порогового напряжения на базе 720 ч.

Опробованные режимы и полученные данные приведены в таблице. Видно, что предлагаемый по изобретению режим N 2 и 3 термической обработки листа, включающий в себя отличительные операции: нормализацию с прокатного нагрева от регламентируемой температуры конца прокатки в отличие от нерегламентируемой - по режиму прототипу N 6; повторную закалку (2) из ферритно-аустенитной межкритической области температур (Ac1 + 80) - (Ac3 - 30)oC с обеспечением образования от 60 до 90% аустенита (против 50% по режиму прототипу N 6) позволяет существенно в 3,5 раза измельчить зерно и за счет этого повысить % вязкой составляющей в изломе образцов DWTT-20 до 100% против 65%, а также повысить более чем на 80% стойкость против сероводородного растрескивания. Сталь при этом имеет сравнительно низкую плотность дислокаций ρ = 108 см-2.

Повышение (до 860oC, режим N 4) или понижение (до 800oC, режим N 1) температуры нагрева под закалку (2) с образованием 98 и 40% аустенита, соответственно, выходящие за рамки предлагаемого температурного режима (Ac1 + 80) - (Ac3 - 30)oC с образованием 60 - 90% аустенита, приводят к снижению хладостойкости - % вязкой составляющей в изломе образцов DWTT-20 только 38 и 75%, соответственно (требуется 85%); одновременно снижается ниже требуемого уровень пластичности (режим N 4), также уменьшается стойкость против сероводородного растрескивания.

Металл штрипса, обработанный по предлагаемым режимам, по уровню прочностных, пластических свойств и ударной вязкости не уступает металлу штрипса после термоулучшения (режим N 5), однако по хладостойкости (% В.С. DWTT-20) существенно (на 69%) превосходит.

Итак, использование предлагаемого по изобретению способа термической обработки проката из низколегированной стали обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:
1. Получение особомелкозернистой многокомпонентной структуры с относительно низкой плотностью дислокаций.

2. Повышение хладостойкости одновременно с высоким уровнем прочности и пластичности.

3. Повышение стойкости к коррозионному растрескиванию в наводороживающих средах.

4. Возможность использования имеющихся на металлургических и трубных заводах проходных закалочных и отпускных печей без реконструкции прокатного оборудования.

Источники информации
1. Основы процессов контролируемой прокатки. Ниобий информация 7/94.

2. Нормализованные высокопрочные низколегированные стали. Ниобий информация 9/95.

3. МиТОМ, 1984, N 2, с. 8 - 10.

4. Сталь, 1978, N 5, с. 457 - 460.

5. Авторское свидетельство СССР N 954446, кл. C 21 D 9/46, C 21 D 1/78.

6. Патент РФ N 2096495, кл. C 21 D 9/08.

Похожие патенты RU2148660C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ ТРУБ 2011
  • Белов Евгений Викторович
  • Ефимов Иван Васильевич
  • Пейганович Надежда Валерьевна
  • Силин Денис Анатольевич
RU2484149C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШТРИПСОВ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2012
  • Казаков Игорь Владимирович
  • Молостов Михаил Александрович
  • Денисов Сергей Владимирович
  • Васильев Иван Сергеевич
  • Настич Сергей Юрьевич
  • Морозов Юрий Дмитриевич
  • Зинько Бронислав Филиппович
RU2519720C2
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НИЗКОЛЕГИРОВАННОГО ХЛАДОСТОЙКОГО СВАРИВАЕМОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ПОВЫШЕННОЙ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ 2014
  • Попова Анна Александровна
  • Шеремет Наталия Павловна
  • Сафронова Наталья Николаевна
  • Новоселов Сергей Иванович
RU2569619C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОЛСТОЛИСТОВОГО НИЗКОЛЕГИРОВАННОГО ПРОКАТА 2011
  • Салганик Виктор Матвеевич
  • Денисов Сергей Владимирович
  • Набатчиков Дмитрий Геннадьевич
  • Чикишев Денис Николаевич
  • Стеканов Павел Александрович
  • Артамонова Марина Олеговна
RU2477323C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ 2001
  • Кузнецов В.Ю.
  • Фролочкин В.В.
  • Лубе И.И.
  • Супонин А.Г.
  • Печерица А.А.
  • Кузнецова Е.Я.
  • Неклюдов И.В.
  • Анищенко В.В.
RU2210604C2
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОРРОЗИОННОСТОЙКОГО ПРОКАТА ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2018
  • Филатов Николай Владимирович
  • Огольцов Алексей Андреевич
  • Новоселов Сергей Иванович
RU2681074C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБЫ С НИЗКИМ ОТНОШЕНИЕМ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ К ПРЕДЕЛУ ПРОЧНОСТИ 2018
  • Ткачук Максим Александрович
  • Кудашов Дмитрий Викторович
  • Пейганович Иван Викторович
  • Сорокин Александр Евгеньевич
  • Мунтин Александр Вадимович
  • Солдатов Евгений Александрович
  • Сомов Сергей Александрович
  • Ермаков Дмитрий Иванович
RU2682984C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШТРИПСОВ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2003
  • Кувшинников О.А.
  • Ламухин А.М.
  • Попова Т.Н.
  • Ильинский В.И.
  • Кузнецов А.А.
  • Голованов А.В.
  • Рослякова Н.Е.
  • Хорева А.А.
  • Краев А.Д.
  • Трайно А.И.
RU2255123C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШТРИПСОВ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2003
  • Степанов А.А.
  • Ламухин А.М.
  • Кувшинников О.А.
  • Краев А.Д.
  • Голованов А.В.
  • Ильинский В.И.
  • Рослякова Н.Е.
  • Титов В.А.
  • Трайно А.И.
RU2241769C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШТРИПСОВ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2008
  • Голованов Александр Васильевич
  • Филатов Николай Владимирович
  • Торопов Сергей Сергеевич
  • Попов Евгений Сергеевич
  • Немтинов Александр Анатольевич
  • Мальцев Андрей Борисович
  • Трайно Александр Иванович
  • Зикеев Владимир Николаевич
RU2375469C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 148 660 C1

Реферат патента 2000 года СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРОКАТА ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве (термической обработке) толстого листа, в том числе заготовки (штрипса) для электросварных нефтегазопроводных труб большого диаметра, а также труб из низколегированной стали, к свойствам которых предъявляются повышенные требования прочности, пластичности, хладостойкости, стойкости против коррозионного растрескивания в наводороживающих средах. Техническим результатом изобретения является получение в процессе термической обработки проката из низколегированной стали с особомелкозернистой структурой и низкой плотностью дислокаций для обеспечения комплекса повышенных свойств прочности, пластичности, ударной вязкости и % вязкой составляющей в изломе образцов DWTTT при отрицательных температурах, а также стойкости к коррозионному растрескиванию в наводороживающих средах. Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ термообработки проката из низколегированной стали включает в себя: нормализацию с прокатного нагрева при регламентированной температуре конца прокатки (Аr3+100)-(Аr3+150)°С; закалку (1) при нагреве в аустенитную область температур выше Ас3 с выдержкой и последующим охлаждением водой; закалку (2) при нагреве в ферритно-аустенитную область температур в интервале (Ас1+80)-(Ас3-30)°С с выдержкой и последующим охлаждением водой; высокий отпуск при температуре (500-Ас1)°С с выдержкой и последующим охлаждением на воздухе. 2 с.п.ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 148 660 C1

1. Способ термической обработки проката из малоуглеродистой низколегированной стали в виде листа или трубы, включающий нормализацию с прокатного нагрева, закалку с нагревом выше критической температуры A3 и охлаждением водой, повторную закалку с нагревом в межкритическую область температур и охлаждением водой, высокий отпуск с нагревом до температуры (500 - Ac1)oC и охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что нормализацию осуществляют с температуры конца прокатки, находящейся в интервале (Ar3+100) - (Ar3+150)oC, а нагрев под повторную закалку ведут в интервале (Ac1+80) - (Ac3-30)oC. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев под повторную закалку из межкритической области температур ведут до получения 60-90% аустенита.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2148660C1

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТРУБ 1996
  • Прохоров Н.Н.
  • Галиченко Е.Н.
  • Медведев А.П.
  • Тетюева Т.В.
  • Лаптев В.А.
  • Дегай А.С.
  • Григорьев А.Г.
  • Давыдов В.Я.
  • Меньшикова Р.Н.
  • Меньшикова Р.Н.
  • Губин Ю.Г.
  • Катюшкин В.Г.
RU2096495C1
Способ термической обработки изделий из малоуглеродистой низколегированной стали 1976
  • Поздняков Лев Григорьевич
  • Стародубов Кирилл Федорович
  • Пичурин Игорь Ильич
  • Тарасов Владимир Витальевич
  • Кириченко Валентин Васильевич
  • Ганзуля Александр Петрович
  • Атаманенко Владимир Александрович
  • Бурняшев Иван Иванович
  • Тетерин Герман Александрович
SU605846A1
Способ термической обработки толстолистового проката 1988
  • Харчевников Валерий Павлович
  • Носоченко Олег Васильевич
  • Емельянов Владимир Владимирович
  • Битков Владимир Николаевич
  • Литвиненко Денис Ануфриевич
  • Никольская Любовь Ивановна
  • Шемякин Александр Васильевич
SU1549999A1
Способ термомеханической обработки толстолистовой стали 1987
  • Эфрон Леонид Иосифович
  • Литвиненко Денис Ануфриевич
  • Морозов Юрий Дмитриевич
  • Лунев Юрий Юрьевич
  • Руднев Анатолий Ефимович
  • Щербак Владимир Михайлович
  • Заря Александр Васильевич
SU1447889A1
Способ термической обработки толстых листов из малоуглеродистых низколегированных сталей 1989
  • Атаманенко Владимир Александрович
  • Спиваков Валерий Иванович
  • Бабицкий Марк Самойлович
  • Савенков Владимир Яковлевич
  • Орлов Эдуард Алексеевич
  • Сагиров Иван Васильевич
  • Заннес Александр Николаевич
  • Побегайло Валентина Петровна
  • Кукуш Сергей Федорович
  • Богомолова Людмила Васильевна
  • Маслюк Виктор Николаевич
SU1666553A1
Способ термической обработки толстого листа 1990
  • Атаманенко Владимир Александрович
  • Спиваков Валерий Иванович
  • Бабицкий Марк Самойлович
  • Тихонюк Леонид Сергеевич
  • Савенков Владимир Яковлевич
  • Орлов Эдуард Алексеевич
  • Сагиров Иван Васильевич
  • Побегайло Валентина Петровна
  • Кукуш Сергей Федорович
  • Горбатов Виктор Иванович
  • Маслюк Виктор Николаевич
  • Богомолова Людмила Васильевна
  • Шекула Григорий Викторович
SU1766979A1

RU 2 148 660 C1

Авторы

Тишков В.Я.

Чурюлин В.А.

Дьяконова В.С.

Демидова А.А.

Попова Т.Н.

Квасникова О.О.

Рослякова Н.Е.

Зикеев В.Н.

Клыпин Б.А.

Корнющенкова Ю.В.

Даты

2000-05-10Публикация

1999-04-19Подача