ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ Российский патент 2008 года по МПК C21D8/10 C22C38/60 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм из низкоуглеродистой, низколегированной стали.

Известна труба из низколегированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, молибден, ванадий, хром, алюминий, азот, серу, фосфор, цинк, свинец, олово, висмут, сурьму (SU 1754790A1, С22С 38/60, 15.08.1992).

Наиболее близким аналогом является трубная заготовка из низколегированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, никель, ванадий, ниобий, титан, алюминий, кальций, серу, фосфор, азот, медь, сурьму, олово, мышьяк, молибден, железо остальное, горячекатаная, с заданными параметрами металлургического качества, структуры, механических свойств, прокаливаемости (RU 2252972 C1, C21D 9/08, 27.05.2005).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовке из легированной стали, является, с одной стороны, обеспечение однородности микро- и макроструктуры, низкого содержания неметаллических включений, с другой стороны, - обеспечение повышенного комплекса потребительских свойств.

Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, которой достигался бы сходный эффект - повышение уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, при минимальном уровне анизотропии механических свойств, пониженной склонности к обратимой отпускной хрупкости, удовлетворительной свариваемости, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Задачей изобретения является обеспечение повышенного уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимального уровня анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката, а также повышенных характеристиках свариваемости и пониженной склонности к обратимой отпускной хрупкости.

Поставленная задача решена тем, что трубная заготовка из низкоуглеродистой, низколегированной стали, непрерывнолитая, горячекатаная, имеющая заданные параметры металлургического качества, структуры, механических свойств, изготовлена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов в мас.%:

углерод0,19-0,24марганец1,30-1,45кремний0,35-0,55алюминий0,02-0,06хром0,005-0,30азот0,005-0,015мышьяк0,0001-0,03олово0,0001-0,02свинец0,0001-0,01цинк0,0001-0,005железо и неизбежные примесиостальное,

при выполнении следующих соотношений:

сумма (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07;

сумма (С+Mn/6)≤0,48.

Трубная заготовка имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 баллов, по макроструктуре: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 3 баллов по каждому виду, ликвационные полоски не более 2 баллов, по неметаллическим включениям: сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные не более 4,0 баллов по каждому виду включений, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 490-640 Н/мм², предел текучести не менее 345 Н/мм², относительное удлинение не менее 21%.

В качестве неизбежных примесей сталь дополнительно содержит в мас.%: ниобий не более 0,02, фосфор не более 0,030, серу не более 0,030, медь не более 0,30, никель - не более 0,30.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии феррито-перлитную мелкодисперсную структуру с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности, свариваемости и пониженной склонностью к обратимой отпускной хрупкости.

Углерод вводят в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,24%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,19% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец и хром используют, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 1,45% и хрома - 0,30% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - марганца - 1,30% и хрома - 0,005% соответственно - необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.

Алюминий сильный карбонитридообразователь и раскислитель стали. Верхний предел его содержания (0,06%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0,02%) предел - вопросами технологичности производства.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0,015% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,005% - вопросами технологичности производства.

Мышьяк, олово, свинец и цинк - цветные примеси, определяющие общий уровень пластичности стали и ее склонность к проявлению обратимой отпускной хрупкости при последующей термической обработке готовых изделий из рассматриваемой трубной заготовки. Нижний предел по мышьяку, олову, свинцу и цинку (0,0001% по каждому элементу соответственно) обусловлен технологией производства стали, а верхний (0,03%, 0,02%, 0,01% и 0,005% соответственно) определяет повышенную склонность стали к обратимой отпускной хрупкости,

Соотношение С+Mn/6+Cr/5≤0,50 определяет характеристики свариваемости исследуемой стали, а соотношение As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости.

Пример осуществления изобретения

Выплавку исследуемой стали (химический состав в масс.%: углерод - 0,21%, марганец - 1,39%, кремний - 0,45%, хром - 0,17%, алюминий - 0,03%, мышьяк - 0,009%, олово - 0,005%, свинец - 0,003%, цинк - 0,001%, азот - 0,010%) производят в 150-ти тонных дуговых сталеплавильных печах с использованием в шихте 100% металлизованных окатышей, что обеспечивает получение массовой доли азота перед выпуском из ДСП не более 0,003%, а также низкое содержание цветных примесей. Предварительное легирование металла по марганцу и кремнию производят в ковше при выпуске из ДСП. После выпуска производят продувку металла аргоном через донный продувочный блок, во время которой сталь раскисляют алюминием. После этого металл поступает на агрегат комплексной обработки стали (АКОС), на котором имеется возможность нагрева металла до необходимой температуры, продувки его аргоном через донный продувочный блок, дозированной присадки необходимых ферросплавов и обработки стали порошковой проволокой с различными наполнителями. На АКОСе производят наведение рафинировочного шлака присадкой извести и плавикового шпата, раскисление шлака гранулированным алюминием, легирование металла алюминием до содержания 0,050%, доводку металла по содержанию марганца, нагрев до температуры, обеспечивающей дальнейшую обработку. После обработки на АКОС металл подвергают вакуумной обработке на порционном вакууматоре. Во время вакуумирования производят окончательную корректировку по химическому составу. После вакуумирования металл обрабатывают силикокальцием и передают на разливку. Разливку проводят на четырехручьевых УНРС радиального типа в слиток размерами 300×360 мм со скоростью вытягивания 0,6÷0,7 м/мин с защитой металла от окисления путем использования покровных шлаковых смесей в промежуточном ковше и кристаллизаторе, защитных труб, погружных стаканов с подачей аргона. Это также обеспечивает получение низкого содержания азота и кислорода и чистоту металла по неметаллическим включениям. После разливки и пореза на мерную длину полученные непрерывнолитые заготовки охлаждают в печах контролируемого охлаждения. Горячую прокатку сортового проката начинают при температуре 1180-1150°С и заканчивают при температуре 840-950°С.

Механические характеристики при комнатной температуре определяют на образцах типа I, ГОСТ 1497-84, на испытательной машине "INSTRON-1185" с тензометрической регистрацией деформации. Скорость нагружения образца - 5 мм/мин. Определяют характеристики прочности σ_b и σ_0.2 и пластичности - δ и ϕ.

Средние значения характеристик подсчитывают по результатам испытаний не менее трех образцов на точку. Значимость различий средних значений анализируемых величин оценивают с использованием критерия Стьюдента, вычисляемого следующим образом:

где M₁ и М₂ - средние значения сравниваемых величин; S₁ ² и S₂ ² - дисперсии среднего; t_kr ^0.05(α) - критическое значение критерия Стьюдента при уровне значимости 0.95 и числе степеней свободы - α.

Макроструктуру контролируют в соответствии с ТУ 14-1-5212-93 и ГОСТ 10243-75.

В результате горячей прокатки получают трубную заготовку ⊘120 мм, длиной - 11800 мм. Структура феррито-перлитная, балл действительного зерна - 9. Макроструктура: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 1 балл, ликвационный квадрат - 0,5 балла, подусадочная ликвация - 0,5 балла, ликвационные полоски - 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды - 1 балл, оксиды точечные - 0 балл, оксиды строчечные - 1 балл, силикаты хрупкие - 1 балл, силикаты пластичные - 1 балл, силикаты недеформирующие - 1 балл. Механические свойства после нормализации при 900°С, 1 час, воздух: временное сопротивление разрыву 535 Н/мм², предел текучести 395 Н/мм², относительное удлинение - 21%. As+Sn+Pb+5×Zn=0,22C+Mn/6+Cr/5≤0,476.

Внедрение трубной заготовки обеспечивает повышение уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, пониженной склонности к обратимой отпускной хрупкости, удовлетворительной свариваемости, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм. Для повышенного уровня потребительских свойств при благоприятном соотношении прочности, пластичности и вязкости заготовка выполнена из стали, содержащей в мас.%: углерод 0,19-0,24, марганец 1,30-1,45, кремний 0,35-0,55, алюминий 0,020-0,060, хром 0,005-0,30, азот 0,005-0,015, мышьяк 0,0001-0,03, олово 0,0001-0,02, свинец 0,0001-0,01, цинк 0,0001-0,005, железо и неизбежные примеси остальное, при соблюдении соотношений: As+Sn+Pb+5xZn≤0,07; С+Mn/6+Cr/5≤0,48, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 3 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 2 баллов, неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным не более 4,0 баллов по каждому виду, временное сопротивление разрыву 490-640 Н/мм², предел текучести не менее 345 Н/мм², относительное удлинение - не менее 21%. В качестве неизбежных примесей - сталь в мас.%: ниобий не более 0,02, фосфор не более 0,030, сера не более 0,030, медь не более 0,30, никель не более 0,30. Трубная заготовка обладает благоприятным соотношением прочности, пластичности и вязкости. 1 з.п. ф-лы.

1. Трубная непрерывнолитая заготовка из низкоуглеродистой низколегированной стали, горячекатаная с заданными параметрами неметаллических включений, структуры, механических свойств, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод0,19-0,24марганец1,30-1,45кремний0,35-0,55алюминий0,02-0,06хром0,005-0,30азот0,005-0,015мышьяк0,0001-0,03олово0,0001-0,02свинец0,0001-0,01цинк0,0001-0,005железо и неизбежные примеси остальное;

при соблюдении следующих соотношений:

As+Sn+Pb+5xZn≤0,07;

(C+Mn/6+Cr/5)≤0,48,

при этом имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 3 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 2 баллов, неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным не более 4,0 баллов по каждому виду, временное сопротивление разрыву 490-640 Н/мм², предел текучести не менее 345 Н/мм², относительное удлинение не менее 21%.