СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХЛАДОСТОЙКОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК C21D8/02 C22C38/12 C21D9/46 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству толстолистового проката улучшенной свариваемости с гарантированной сопротивляемостью слоистым разрушениям, применяемого для топливно-энергетического комплекса, в судостроении, тяжелом машиностроении, мостостроении.

Известен способ производства листового проката с использованием нормализации, термомеханической обработки, закалки с отпуском из низколегированной стали повышенной прочности марки PC E36 по ГОСТ 5521 - (аналог), отвечающей правилам Российского Морского Регистра Судоходства в толщинах до 25-30 мм при температуре испытания на ударный изгиб -40°С, содержащей, мас. %: углерода - не более 0,18, марганец - 0,7-1,4, кремний - 0,15-0,35, хром - не более 0,3, никель - 0,2-0,8, медь - не более 0,35, алюминий - 0,015-0,06, фосфор - не более 0,35, сера - не более 0,35, железо - остальное.

Основным недостатком аналога является низкая хладостойкость листового проката при -40°С (нормируемой значение работы удара при температуре -40°С KV^-40≥27 Дж).

Наиболее близким по технологии изготовления является способ производства листового проката из стали следующего химического состава (мас.%), патент №2265067:

Углерод0,04-0,10Марганец0,60-0,90Кремний0,15-0,35Никель0,10-0,40Алюминий0,02-0,06Ниобий0,02-0,06Ванадий0,03-0,05Железоостальное

при этом проводят аустенитизацию при температуре 1100-1150°С, предварительную деформацию с суммарной степенью обжатий 35-60% проводят при температуре 900-800°С, затем осуществляют охлаждение полученной заготовки на 50-70°, окончательную деформацию с суммарной степенью обжатий 65-75% проводят при температуре 830-750°С, ускоренное охлаждение листового проката проводят в установке контролируемого охлаждения до температур 500-260°С, далее замедленно охлаждают в кессоне до температуры не выше 150°С.

Недостатками прототипа являются низкая хладостойкость при температурах до -60°С для листов толщиной более 50 мм.

Техническим результатом изобретения является способ производства хладостойкого толстолистового проката повышенной прочности с гарантированной сопротивляемостью слоистым разрушениям в толщинах до 70 мм и шириной до 4500 мм, улучшенной свариваемости.

Технический результат достигается тем, что заготовки из стали следующего состава, мас.%: углерод - 0,04-0,09, марганец - 1,00-1,60, кремний - 0,15-0,30, никель - 0,10-0,80, алюминий - 0,02-0,06, молибден - 0,01-0,08, ниобий - 0,02-0,08, ванадий - 0,02-0,08, сера - 0,001-0,008, фосфор - 0,003-0,012, железо - остальное, с ограниченной величиной углеродного эквивалента (С_экв≤0,38%) и коэффициента трещиностойкости (P_cm≤0,22), при этом проводят аустенитизацию при температуре 1140-1170°С, предварительную деформацию при температуре 940-990°С с суммарной степенью обжатий 58-65% с регламентированными обжатиями при первых четырех проходах в пределах 12-30%: (12-15%)-(13-17%)-(14-18%)-(14-20%), далее осуществляют охлаждение полученной заготовки на 70-100°), окончательную деформацию проводят при температуре 830-750°С с суммарной степенью обжатий 35-42%, ускоренное охлаждение до температур 550-400°С, далее замедленно охлаждают в кессоне до температуры не выше 150°С.

Основными факторами упрочнения (повышения предела текучести) являются твердорастворное, дислокационное, субструктурное и дисперсионное упрочнение.

Повышение предела текучести стали обычно приводит к увеличению склонности к хрупким разрушениям. Единственным механизмом, который одновременно с приростом предела текучести вызывает повышение хладостойкости, является измельчение действительного зерна. Измельчение структуры достигается применением легирования ванадием и ниобием, которые, образуя мелкодисперсные карбиды, препятствуют росту зерна аустенита при нагреве и оказывают тормозящее действие на собирательную рекристаллизацию при высокотемпературной стадии прокатки. Легирование молибденом применяется для снижения температуры γ→α-превращения и дополнительного измельчения зерна феррита за счет образования дисперсной α-фазы при прохождении превращения в неравновесных условиях. Кроме обеспечения мелкозернистой структуры это вносит дополнительный вклад в реализацию зернограничного упрочнения.

Ограничение величины углеродного эквивалента и коэффициента трещиностойкости гарантирует высокую технологичность сварки при низких температурах окружающей среды без предварительного подогрева. Требования по максимальным значениям углеродного эквивалента и коэффициента трещиностойкости обеспечиваются при варьировании содержания химических элементов (табл.1).

Главной отличительной особенностью технологии является регламентирование первой стадии прокатки как по величине каждого из первых четырех обжатий, так и по температуре. Обжатия с деформацией не менее 12% при первом проходе и не менее 14% при 3-5 проходе позволяют в процессе динамической рекристаллизации сформировать мелкодисперсную карбидную фазу, предотвращающую прохождение собирательной рекристаллизации, и обеспечить измельчение структуры по всей толщине.

Применение термомеханической обработки с окончанием прокатки при температурах 830-750°С обеспечивает формирование мелкозернистой структуры с развитой субструктурой и равномерно распределенной мелкодисперсной карбидной фазой.

Ускоренное охлаждение проката в интервале температур от 830-750 до 550-400°С способствует образованию мелкозернистой структуры, состоящей из полигонального и фрагментированного феррита и бейнита. Последующее замедленное охлаждение обуславливает снятие термических напряжений.

Возможно использование второго способа производства хладостойкого проката, включающего получение заготовки из стали, при этом проводят аустенитизацию при температуре 1250-1270°С, дробную деформацию проводят при температуре 850-970°С, после чего прокат охлаждают со скоростью не более 0,5-1,0°/сек до температуры 800-650°С, дальнейшее охлаждение ведут со скоростью не более 0,1°/сек до температуры не выше 200°С и затем на воздухе, далее осуществляется нагрев до 940-960°С с выдержкой 1,5-2,0 мин/мм и последующим охлаждением со скоростью 7-40°/сек до температуры не выше 100°С и повторный нагрев до 650-680°С с выдержкой 2,0-3,0 мин/мм и охлаждением на воздухе.

Использование микролегирования обеспечивает формирование мелкозернистой структуры по всей толщине проката. Содержание никеля не более 0,8 мас.% и марганца не более 1,60 мас.% определяет широкий интервал скоростей охлаждения для получения заданной феррито-бейнитной структуры по всей толщине проката.

Регламентирование содержания примесных элементов, особенно серы, обеспечивает высокую сопротивляемость стали слоистым разрушениям в направлении толщины проката в составе сварных соединений.

Испытания листового проката, изготовленного по указанной технологии, показали, что предлагаемые режимы для заданного химического состава обеспечивают наряду с требуемой прочностью высокую работу удара при -60°С, улучшенную свариваемость и гарантированную сопротивляемость слоистым разрушениям в толщинах до 70 мм включительно.

Пример 1

Сталь была выплавлена в кислородном конверторе и после внепечного рафинирования разлита в непрерывнолитые слябы сечением 250×1600 мм.

Химический состав стали был следующим (состав 5, табл.1), мас.%: углерод 0,06, кремний 0,21, марганец 1,17, никель 0,67, алюминий 0,05, молибден 0,041, сера 0,003, фосфор 0,008, ниобий 0,038, ванадий 0,024, Сэкв=0,32.

Согласно указанному способу заготовки подвергали аустенитизации при температуре 1160°С в течении 12 часов.

Прокатку на листы толщиной 40, 50, 60 и 70 мм производили на одноклетьевом стане в реверсивном режиме. Предварительную деформацию проводили в диапазоне температур 990-960°С с суммарной степенью обжатия 58-65% со строго регламентированными обжатиями на первых четырех проходах в пределах 12-30%: 12, 14, 16, 20% соответственно. Подкат подстуживали до температуры 890-860°С. Окончательную деформацию производили при температуре 810-760°С с суммарными обжатиями 35-42%. После окончания деформации листы охлаждали в установке контролируемого охлаждения до температуры 470-510°С за один проход. Замедленное охлаждение проводили в кессоне до температуры 150°С, окончательное охлаждение - на воздухе до температуры окружающей среды.

Пример 2

По второму способу сталь подвергали аустенитизации при температуре 1250°С, деформацию проводили при температуре 950-970°С, после чего прокат охлаждали со скоростью не более 0,5-1,0°/сек до температуры 690°С и далее со скоростью 0,08°/сек до температуры не более 200°С с дальнейшим охлаждением на воздухе. Затем нагревали до 950°С с выдержкой 2,3 мин/мм и далее охлаждали со скоростью 13-17°/сек до температуры не выше 100°С и повторно нагревали до 660°С с выдержкой 1,7 мин/мм и охлаждали на воздухе

Механические свойства определяли на продольных и поперечных образцах. Испытания на статическое растяжение проводили на образцах тип III №4 ГОСТ 1497, а на ударный изгиб на образцах с V-образным надрезом (тип 11, ГОСТ 9454) при температуре -60°С. Образцы вырезали как из 1/4, так и из 1/2 по толщине. Z-свойства определяли при растяжении образцов, вырезанных в направлении толщины листа, причем определялось только относительное сужение.

Механические свойства листов приведены в таблице 1.

Определена температура нулевой пластичности NDT в соответствии с ASTM А208, составившая -65÷-75°С при норме не выше -50°С.

Оценку свариваемости выполняли на сварных соединениях с К-образной разделкой, сваренных автоматической сваркой под флюсом с погонной энергией 3,5 кДж/мм без послесварочного отпуска.

Были испытаны на растяжение плоские образцы с расчетной длиной , вырезанные из сварных соединений, на ударный изгиб - образцы с V-образным надрезом, выполненным перпендикулярно поверхности проката по линии сплавления, и на расстоянии 2, 5, 20 мм от линии сплавления сварного соединения. Определена твердость по Виккерсу в зоне термического влияния и в основном металле, результаты приведены в таблицах 2, 3.

Таблица 1СоставСSiMnPSNiAlMoNbVFeСэкв, %Pcm, %Заявляемая I вариант0,100,151,000,030,0010,100,020,010,020,02остальное0,280,150,060,211,170,0050,0030,670,050,0410,0380,0240,310,130,040,351,400,0120,0080,800,060,080,060,100,360,14Заявляемая II вариант0,090,151,60,0030,0010,100,020,010,020,020,370,170,060,251,30,0070,0040,500,040,040,050,050,330,140,040,301,000,0120,0080,800,060,080,080,080,290,12Прототип0,040,230,90,0070,0040,40,040,080,060,050,2490,11

Таблица 2арка сталиТемпература проведения первой стадии, °СДеформация на первой стадии, %Температура конца охлаждения, °СПредел текучести, МПаВременное сопротивление, МПаОтносительное удлинение, %Относительное сужение, %Работа удара, KV⁶⁰, Дж, среднее из трех значений1/4 толщины1/2 толщиныЗаявляемая (способ 1) δ=70 мм990-97015-16-17-204704405343076224205970-9404754805542568331239980-9504554775562665269248(способ 2) δ=70 мм950-970-Закалка и отпуск4755272673243180Прототип δ=60 мм890-8607-8-11-12-7-83702843902862238170

Таблица 3Марка сталиВременное сопротивление, МПаРабота удара KV^-60, Дж, на расстоянии от ЛС, ммТвердость HV₅Изгиб на 120°0 (факультативно)2520ЗТВОсновной металлВдольПоперекЗаявляемая (способ 1) δ=70 мм551143225272224210195Трещин нетТрещин нет(способ 2) δ=70 мм52395178210154197186Трещин нетТрещин нетПрототип δ=40 мм370158180215195180175Трещин нетТрещин нет

Изобретение относится к области металлургии. Для получения хладостойкого до -60°С листового проката толщиной до 70 мм, улучшения свариваемости листа и повышения прочности, заготовку получают из стали, содержащей, мас.%: С (0,04-0,10), Mn (1,00-1,40), Si (0,15-0,35), Ni (0,10-0,80), Al (0,02-0,06), Mo (0,01-0,08), Nb (0,02-0,06), V (0,02-0,10), S (0,001-0,008), P (0,003-0,012), железо - остальное, нагревают до 1140-1170°С, предварительно деформируют с суммарной степенью обжатий 58-65% с регламентированными минимальными обжатиями при первых четырех проходах: (12-15%)-(13-17%)-(14-18%)-(14-20%) - при температуре 940-990°С, охлаждают на 70-100°С, окончательно деформируют при 830-750°С с суммарной степенью обжатия 35-42%, ускоренно охлаждают до 550-400°С, затем замедленно охлаждают в кессоне до температуры не выше 150°С. По второму варианту изобретения заготовку получают из стали, содержащей, мас.%: С (0,04-0,09), Mn (1,00-1,60), Si (0,15-0,30), Ni (0,10-0,80), Al (0,02-0,06), Mo (0,01-0,08), Nb (0,02-0,08), V (0,02-0,08), S (0,001-0,008), P (0,003-0,012), железо - остальное, нагревают до 1250-1270°С, проводят дробную деформацию при 850-970°С, после чего прокат охлаждают со скоростью не более 0,5-1,0°С/с до 800-650°С, затем со скоростью не более 0,1°С/с до температуры не выше 200°С и затем на воздухе, далее нагревают до 940-960°С, выдерживают 1,5-2,0 мин/мм, охлаждают со скоростью 7-40°С/с до температуры не выше 100°С и повторно нагревают до 650-680°С, выдерживают 2,0-3,0 мин/мм и охлаждают на воздухе. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ производства хладостойкого проката, включающий получение заготовки из стали, аустенитизацию заготовки, дробную деформацию и ступенчатое охлаждение до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что заготовку получают из стали, содержащей, мас.%:

углерод0,04-0,10марганец1,00-1,40кремний0,15-0,35никель0,10-0,80алюминий0,02-0,06молибден0,01-0,08ниобий0,02-0,06ванадий0,02-0,10сера0,001-0,008фосфор0,003-0,012железоостальное

при этом углеродный эквивалент (Сэкв) составляет не более 0,38, а коэффициент трещиностойкости (Pcm) - не более 0,22, аустенитизацию заготовки осуществляют при 1140-1170°С, проводят предварительную деформацию при 940-990°С с суммарной степенью обжатий 58-65% и с регламентированными степенями обжатия на первых четырех проходах в пределах 12-30%, соответственно 12-15%, 13-17%, 14-18%, 14-20%, затем охлаждают полученную заготовку на 70-100°С, проводят окончательную деформацию при 830-750°С с суммарной степенью обжатий 35-42% и охлаждают сначала ускоренно до 550-400°С, а затем замедленно в кессоне до температуры не выше 150°С.

углерод0,04-0,09марганец1,00-1,60кремний0,15-0,30никель0,10-0,80алюминий0,02-0,06молибден0,01-0,08ниобий0,02-0,08ванадий0,02-0,08сера0,001-0,008фосфор0,003-0,012железоостальное

при этом углеродный эквивалент (Сэкв) составляет не более 0,38, а коэффициент трещиностойкости (Pcm) - не более 0,22, аустенитизацию осуществляют при 1250-1270°С, проводят дробную деформацию при 850-970°С и охлаждают сначала со скоростью не более 0,5-1,0°С/с до температуры 800-650°С, затем со скоростью не более 0,1°С/с до температуры не выше 200°С и затем на воздухе, далее осуществляют нагрев до 940-960°С с выдержкой 1,5-2,0 мин/мм с последующим охлаждением со скоростью 7-40°С/с до температуры не выше 100°С и повторный нагрев до 650-680°С с выдержкой 2,0-3,0 мин/мм и охлаждением на воздухе.