ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ МАРГАНЕЦСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ Российский патент 2008 года по МПК C21D8/10 C22C38/60 C22C38/48 

Описание патента на изобретение RU2336329C1

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 75 до 180 мм.

Известна сталь для изготовления трубной заготовки, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, алюминий, фосфор, титан, церий, сурьму, железо (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 (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, горячекатаная (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.

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, повышенных характеристик свариваемости. Поставленная задача решена тем, что в трубной заготовке из низкоуглеродистой марганецсодержащей стали, горячекатаной, сталь содержит следующие соотношения компонентов, мас.%:

углерод0,06-0,12марганец1,30-1,70кремний0,50-0,80хром0,005-0,30никель0,005-0,30медь0,005-0,30сера0,005-0,040фосфор0,005-0,040кальций0.001-0.010азот0,005-0,015мышьяк0,0001-0,01олово0,0001-0,02свинец0,0001-0,01цинк0,0001-0,005железо и неизбежные примесиостальное,

при выполнении следующих соотношений:

сумма (мышьяк + олово + свинец + 5 × цинк)≤0,055;

(кальций/сера)≥0,055;

сумма: [углерод + (марганец/6) + (хром/5) + (никель + медь)/15]≤0,45.

Непрерывнолитая горячекатаная трубная заготовка имеет пластинчатую феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 балл, макроструктуру: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 3 балла по каждому виду, ликвационные полоски не более 2 балла, неметаллические включения: сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные не более 4,0 балл по каждому виду включений, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву не менее 315 Н/мм2, предел текучести не менее 260 Н/мм2, относительное удлинение не менее 25%, ударная вязкость KCU+20°C не менее 49 Дж/мм2.

В качестве примесей сталь дополнительно содержит ниобий и ванадий в следующих соотношениях, мас.%: ниобий не более 0,02, ванадий не более 0,02.

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

Углерод вводят в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,12%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,06% - обеспечением требуемого уровня прочности 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 (1,70%) и хрома (0,30%) определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - марганца (1,30%) и хрома (0,005%) - необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию (0,50%) обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,80% неблагоприятно скажется на пластичности стали.

Никель в заданных пределах влияет на характеристики прокаливаемости и вязкости стали. При этом нижний уровень содержания никеля (0,005%) обусловлен необходимостью обеспечения заданного уровня вязкости стали, а верхний (0,30%)- необходимостью получения мартенситной структуры при закалке стали (так как никель является аустенитизатором).

Медь определяет характеристики горячей пластичности стали. При этом нижний уровень ее содержания - 0.005% определяется требованиями обеспечения заданного уровня пластичности стали. Верхний уровень (0.30%) обусловлен необходимостью обеспечить заданный уровень вязкости и прочности стали.

Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел (0.040%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0.005%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением заданного уровня обрабатываемости резанием данной стали.

Фосфор определяет уровень пластичности стали и ее склонность к обратимой отпускной хрупкости. Верхний предел (0.040%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0.005%) - вопросами технологичности производства.

Кальций - элемент, модифицирующий неметаллические включения. Верхний предел (0.010%), как и в случае серы, обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0.001%) - 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 - (0,01%, 0,02%, 0,01% и 0,005% соответственно) определяет повышенную склонность стали к обратимой отпускной хрупкости.

Соотношение C+Mn/6+Cr/5+(Ni+Cu)/15≤0,45 определяет характеристики свариваемости исследуемой стали, в то время как соотношение As+Sn+Pb+5×Zn≤0,055 определяет характеристики вязкости стали.

Соотношение кальций/сера ≥0,055 определяет параметры обрабатываемости стали резанием.

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, минимальном уровне анизотропии механических свойств, пониженной склонности к обратимой отпускной хрупкости, удовлетворительной свариваемости и повышенной обрабатываемости резанием, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро и микроструктуры проката.

Пример осуществления изобретения. Выплавку исследуемой стали (химический состав, мас.%: углерод 0,10%, марганец 1,47%, кремний 0,69%, хром 0,12%, никель 0,07%, медь 0,09%, фосфор 0,009%, сера 0,022%, кальций 0,006%, 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 производится окончательная корректировка 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 1180-1150°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 прочности σb и σ0.2 и 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; S12 и S22 - дисперсии среднего; tKR0.05(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 диаметром 100 мм, длиной 1180 мм. Структура феррито-перлитная, балл действительного зерна - 9. Макроструктура: центральная пористость -1 балл, точечная неоднородность - 1 балл, ликвационный квадрат - 0,5 балл, подусадочная ликвация - 0,5 балл, 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 920°С, 1 час, воздух: временное сопротивление разрыву 350 Н/мм2, предел текучести 280 Н/мм2, относительное удлинение 28%, ударная вязкость KCU+20°C 62 Дж/мм2.

As+Sn+Pb+5×Zn=0,022

кальций/сера=0,27

C+Mn/6+Cr/5+(Ni+Cu)/15=0,38

Внедрение производства 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 и повышенной обрабатываемости резанием, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро и микроструктуры проката.

Похожие патенты RU2336329C1

название год авторы номер документа
ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2006
  • Бобылев Михаил Викторович
  • Гонтарук Евгений Иванович
  • Лехтман Анатолий Адольфович
  • Угаров Андрей Алексеевич
  • Фомин Вячеслав Иванович
  • Шляхов Николай Александрович
RU2336328C1
ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2006
  • Бобылев Михаил Викторович
  • Гонтарук Евгений Иванович
  • Лехтман Анатолий Адольфович
  • Угаров Андрей Алексеевич
  • Фомин Вячеслав Иванович
  • Шляхов Николай Александрович
RU2337152C1
ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ, БОРСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ 2006
  • Бобылев Михаил Викторович
  • Гонтарук Евгений Иванович
  • Лехтман Анатолий Адольфович
  • Угаров Андрей Алексеевич
  • Фомин Вячеслав Иванович
  • Шляхов Николай Александрович
RU2336324C1
ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2006
  • Шляхов Николай Александрович
  • Гонтарук Евгений Иванович
  • Лехтман Анатолий Адольфович
  • Фомин Вячеслав Иванович
  • Бобылев Михаил Викторович
RU2336334C2
ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2006
  • Бобылев Михаил Викторович
  • Гонтарук Евгений Иванович
  • Лехтман Анатолий Адольфович
  • Угаров Андрей Алексеевич
  • Фомин Вячеслав Иванович
  • Шляхов Николай Александрович
RU2336325C1
ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2006
  • Бобылев Михаил Викторович
  • Гонтарук Евгений Иванович
  • Лехтман Анатолий Адольфович
  • Угаров Андрей Алексеевич
  • Фомин Вячеслав Иванович
  • Шляхов Николай Александрович
RU2351662C2
ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ ТЕПЛОСТОЙКОЙ СТАЛИ 2006
  • Бобылев Михаил Викторович
  • Гонтарук Евгений Иванович
  • Лехтман Анатолий Адольфович
  • Угаров Андрей Алексеевич
  • Фомин Вячеслав Иванович
  • Шляхов Николай Александрович
RU2338796C2
ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2006
  • Бобылев Михаил Викторович
  • Гонтарук Евгений Иванович
  • Лехтман Анатолий Адольфович
  • Угаров Андрей Алексеевич
  • Фомин Вячеслав Иванович
  • Шляхов Николай Александрович
RU2336322C1
ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ ЛЕГИРОВАННОЙ МОЛИБДЕНСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ 2006
  • Бобылев Михаил Викторович
  • Гонтарук Евгений Иванович
  • Лехтман Анатолий Адольфович
  • Угаров Андрей Алексеевич
  • Фомин Вячеслав Иванович
  • Шляхов Николай Александрович
RU2338795C2
ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ ШАРИКОПОДШИПНИКОВОЙ СТАЛИ 2006
  • Угаров Андрей Алексеевич
  • Гонтарук Евгений Иванович
  • Лехтман Анатолий Адольфович
  • Фомин Вячеслав Иванович
  • Бобылев Михаил Викторович
RU2338797C2

Реферат патента 2008 года ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ МАРГАНЕЦСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 75 до 180 мм. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, заготовка выполнена из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,06-0,12, марганец 1,30-1,70, кремний 0,50-0,80, хром 0,005-0,30, никель 0,005-0,30, медь 0,005-0,30, сера 0,005-0,040, фосфор 0,005-0,040, кальций 0,001-0,010, азот 0,005-0,015, мышьяк 0,0001-0,01, олово 0,0001-0,02 свинец 0,0001-0,01, цинк 0,0001-0,005, железо и неизбежные примеси - остальное, при выполнении соотношений: As+Sn+Pb+5×Zn≤0,055, кальций/сера ≥0,055, C+Mn/6+Cr/5+(Ni+Cu)/15≤0,45, непрерывнолитой и горячекатаной. В качестве примесей сталь содержит, мас.%: ниобий не более 0,02, ванадий не более 0,02. Заготовка имеет пластинчатую 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 не менее 315 Н/мм2, предел текучести не менее 260 Н/мм2, относительное удлинение не менее 25%, ударная вязкость KCU+20°C не менее 49 Дж/мм2. 1 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 336 329 C1

1. Трубная непрерывнолитая заготовка из низкоуглеродистой марганецсодержащей стали, горячекатаная, отличающаяся тем, что заготовка выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод0,06-0,12марганец1,30-1,70кремний0,50-0,80хром0,005-0,30никель0,005-0,30медь0,005-0,30сера0,005-0,040фосфор0,005-0,040кальций0,001-0,010азот0,005-0,015мышьяк0,0001-0,01олово0,0001-0,02свинец0,0001-0,01цинк0,0001-0,005железо и неизбежные примеси остальное,

при выполнении следующих соотношений:

(As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,055;

Ca/S≥0,055;

C+Mn/6+Cr/5+(Ni+Cu)/15≤0,45,

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 2 баллов, неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным не более 4,0 баллов по каждому виду, механические свойства после нормализации - временное сопротивление разрыву не менее 315 Н/мм2, предел текучести не менее 260 Н/мм2, относительное удлинение не менее 25%, ударная вязкость KCU+20°C не менее 49 Дж/мм2.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: ниобий не более 0,02, ванадий не более 0,02.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2336329C1

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
СТАЛЬ ПОВЫШЕННОЙ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ И БЕСШОВНЫЕ ТРУБЫ, ВЫПОЛНЕННЫЕ ИЗ НЕЕ 2002
  • Кузнецов В.Ю.
  • Печерица А.А.
  • Кузнецова Е.Я.
  • Лубе И.И.
  • Фролочкин В.В.
  • Лашкуль Н.Н.
  • Уткин Ю.Н.
  • Родионова И.Г.
  • Бакланова О.Н.
  • Быков А.А.
  • Столяров В.И.
  • Реформатская И.И.
  • Порецкий С.В.
  • Рыбкин А.Н.
RU2243284C2
Сталь 1986
  • Бабаскин Юрий Захарович
  • Кутищев Сергей Митрофанович
  • Кирчу Иван Федорович
  • Дубенко Лариса Владимировна
  • Мустафаев Рустам Бабаевич
  • Алиев Идрис Пашаевич
  • Поджарский Бенцион Иосифович
  • Исаев Юрий Гасанович
  • Лаптев Василий Константинович
  • Кузнецов Вячеслав Федорович
  • Пчелкин Виктор Николаевич
  • Олейников Валерий Алексеевич
  • Акчурин Юрий Александрович
  • Пикинер Юрий Спиридонович
  • Сторчевой Валерий Васильевич
SU1397538A1
ТРУБА ДЛЯ НЕФТЕГАЗОПРОДУКТОПРОВОДОВ И СПОСОБ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА 2000
  • Дуб В.С.
  • Лобода А.С.
  • Головин С.В.
  • Болотов А.С.
  • Тарлинский В.Д.
  • Дуб А.В.
  • Комаров А.И.
  • Чикалов С.Г.
  • Романцов И.А.
  • Роньжин А.И.
  • Ламухин А.М.
  • Марков С.И.
  • Дементьев А.В.
  • Тахаутдинов Р.С.
RU2180691C1
СТАЛЬ 2002
  • Наконечный Анатолий Яковлевич
  • Хабибулин Д.М.
  • Платов С.И.
RU2223342C1

RU 2 336 329 C1

Авторы

Бобылев Михаил Викторович

Гонтарук Евгений Иванович

Лехтман Анатолий Адольфович

Угаров Андрей Алексеевич

Фомин Вячеслав Иванович

Шляхов Николай Александрович

Даты

2008-10-20Публикация

2006-12-25Подача