ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ 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.

Известна сталь для изготовления трубной заготовки, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, алюминий, фосфор, титан, церий, сурьму, железо остальное (SU 899705, С22С 38/60, 23.01.1982).

Известна сталь для изготовления трубной заготовки, содержащая углерод, марганец, кремний, молибден, ванадий, хром, алюминий, азот, серу, фосфор, цинк, свинец, олово, висмут, сурьму, железо остальное (SU 1754790 А1, С22С 38/60, 15.08.1992).

Известна трубная заготовка из микролегированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, никель, ванадий, ниобий, титан, алюминий, кальций, серу, фосфор, азот, медь, сурьму, олово, мышьяк, молибден, железо остальное, горячекатаная (RU 2252972 C1, C21D 9/08, 27.05.2005).

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

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

Поставленная задача решена тем, что трубная заготовка из микролегированной стали, горячекатаная, выполнена из непрерывнолитой стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод0,14-0,20марганец1,00-1,40кремний0,03-0,10титан0,002-0,03алюминий0,02-0,05ванадий0,002-0,02сера0,005-0,012фосфор0,005-0,013азот0,005-0,015мышьяк0,0001-0,03олово0,0001-0,02свинец0,0001-0,01цинк0,0001-0,005железо и неизбежные примеси остальное,

при выполнении следующих соотношений:

сумма (мышьяк + олово + свинец + 5×цинк) ≤ 0,07;

сумма: [углерод + (марганец/6) +(ванадий/5)] ≤ 0,40,

имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 баллов, макроструктуру: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 3 балла по каждому виду, ликвационные полоски не более 1 балла, неметаллические включения: сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные не более 5 баллов по каждому виду включений, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву не менее 480 Н/мм², предел текучести не менее 335 Н/мм², относительное удлинение не менее 23%, ударная вязкость KCU+20°C не менее 49 Дж/мм².

В качестве примесей сталь дополнительно содержит ниобий, никель, хром, медь в следующих соотношениях, мас.%:

ниобий - не более 0,02

никель - не более 0,30

хром - не более 0,30

медь - не более 0,30.

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

Углерод вводят в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,20%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,14% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Ванадий вводят в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной, однородной зерненной структуры. При этом он управляет процессами в нижней части аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер γ-α-превращения). Верхняя граница содержания ванадия - 0,02%, обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,002% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец используется, с одной стороны, как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны, как элемент, повышающий устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 1,40% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний, марганца - 1,0% соответственно необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0,03% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,10% неблагоприятно сказывается на пластичности стали.

Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел (0,012%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0,005%) - вопросами технологичности производства.

Фосфор определяет уровень пластичности стали и ее склонность к обратимой отпускной хрупкости. Верхний предел (0,013%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0,005%) - вопросами технологичности производства.

Титан и алюминий - сильные карбонитридообразователи и раскислители стали. Верхний предел содержания титана - 0,03% и алюминия - 0,05% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0,002% и 0,02% соответственно) - 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 C+Mn/6+V/5≤0,40 определяет характеристики свариваемости исследуемой стали, в то время как соотношение As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости.

Пример осуществления изобретения.

Выплавку стали (химический состав, мас.%: углерод - 0,16%, марганец - 1,23%, кремний - 0,09%, ванадий - 0,01%, титан - 0,012%, %, алюминий - 0,04%, сера - 0,010%, фосфор - 0,009%, мышьяк - 0,009%, олово - 0,005%,. свинец - 0,003%, цинк - 0,001%, азот - 0,010%) производят в 150-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 раскисляется 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 производят 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 и 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 1050-1100°С и заканчивают при температуре 840-950°С.

Механические характеристики при комнатной температуре определяют на образцах тип I, ГОСТ 1497-84. на испытательной машине "INSTRON-1185" с тензометрической регистрацией деформации. Скорость нагружения образца - 5 мм/мин. Определяют характеристики прочностить и σ_b и σ_0.2 пластичности - δ. Характеристики ударной вязкости при комнатной температуре определяют на образцах тип I, ГОСТ 9454-78 на механическом копре МК-30. Величину вязкой составляющей в изломах ударных образцов определяют визуально.

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 недеформированные - 1 балл. Механические свойства после нормализации при 900°С, 1 час, воздух: временное сопротивление разрыву 510 Н/мм², предел текучести - 367 Н/мм², относительное удлинение - 25%, ударная вязкость KCU+20°C - 59 Дж/мм².

As+Sn+Pb+5×Zn=0,022; C+Mn/6+V/5=0,367.

Внедрение производства трубной заготовки из легированной стали 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 обеспечения повышенного уровня потребительских свойств при минимальном уровне анизотропии механических свойств заготовка выполнена непрерывнолитой, горячекатаной из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,14-0,20, марганец 1,00-1,40, кремний 0,03-0,10, титан 0,002-0,03, алюминий 0,02-0,05, ванадий 0,002-0,02, сера 0,005-0,012, фосфор 0,005-0,013, 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 соотношениях: As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07, C+Mn/6+V/5≤0,40. В качестве примесей сталь содержит, мас.%: ниобий не более 0,02, хром не более 0,30, никель не более 0,30, медь не более 0,30. Заготовка 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 1 балла. Неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным не более 5,0 баллов по каждому виду. Временное сопротивление разрыву не менее 480 Н/мм, предел текучести не менее 335 Н/мм², относительное удлинение - не менее 23%, ударная вязкость KCU+20°C не менее 49 Дж/мм². 1 з.п. ф-лы.

1. Трубная непрерывнолитая заготовка из микролегированной стали, горячекатаная, имеющая неметаллические включения, заданные значения макроструктуры и механических свойств, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод0,14-0,20марганец1,00-1,40кремний0,03-0,10титан0,002-0,03алюминий0,02-0,05ванадий0,002-0,02сера0,005-0,012фосфор0,005-0,013азот0,005-0,015мышьяк0,0001-0,03олово0,0001-0,02свинец0,0001-0,01цинк0,0001-0,005железо и неизбежные примеси остальное,

при соблюдении соотношений:

(As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07;

(C+Mn/6+V/5)≤0,40,

при этом она 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 1 балла, неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным не более 5 баллов по каждому виду включений, временное сопротивление разрыву не менее 480 Н/мм², предел текучести не менее 335 Н/мм², относительное удлинение не менее 23%, ударную вязкость KCU+20°C не менее 49 Дж/мм².