СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА Российский патент 2011 года по МПК C21D9/46 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству термически обработанного листового проката ответственного назначения, используемого, в частности, для изготовления электросварных нефтегазопроводных труб.

Известен способ производства листового проката по патенту РФ №2156310, МПК C21D 9/46, включающий выплавку стали определенного химического состава, внепечную обработку металла, разливку металла в изложницы, аустенизацию слитков, их прокатку на слябы, нагрев заготовок, предварительную деформацию при 980-1060°C, окончательную деформацию при 750-850°C и окончательное охлаждение листового проката до температуры окружающей среды. Изготовленный по данному способу прокат обладает достаточными прочностными характеристиками и хладостойкостью, но не обладает стойкостью к водородному растрескиванию и сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ производства листового проката по патенту РФ №2062795, МПК C21D 9/46, включающий получение заготовок из стали определенного химического состава, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации, охлаждение проката при температуре 760-900°C со скоростью 10-60 град/с до температуры 300-20°C, повторный нагрев до температуры 590-740°C с выдержкой 0,2-3,0 мин/мм и окончательное охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды. Изготовленный в соответствии с данным способом прокат имеет достаточные прочностные характеристики, но не обладает необходимой коррозионной стойкостью, что препятствует его использованию для изготовления труб, предназначенных для транспортировки таких агрессивных жидкостей, как нефть и нефтепродукты.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является производство листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей для изготовления электросварных нефтегазопроводных труб.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении показателей коррозионной стойкости, ударной вязкости и хладостойкости листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе производства листового проката, включающем выплавку низкоуглеродистой низколегированной стали, получение заготовки, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме, контролируемое охлаждение проката, отпуск и окончательное охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды, согласно предлагаемому техническому решению контролируемое охлаждение проката осуществляют с температуры конца деформации, находящейся в интервале (Ас₃+20)-(Ас₃+40)°C, до температуры 530-570°C со скоростью 30-40 град/с, а отпуск проводят при температуре 665-695°C с выдержкой 0,2-4,0 мин/мм. Кроме того, для производства предложенного проката может быть использована сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод 0,07-0,15 Кремний 0,50-0,70 Марганец 0,50-0,70 Ванадий 0,04-0,12 Хром не более 0,70 Молибден не более 0,25 Ниобий не более 0,08 Никель не более 0,30 Титан не более 0,03 Алюминий 0,02-0,05 Сера не более 0,005 Фосфор не более 0,015 Железо и неизбежные примеси остальное.

Возможность получения указанного технического результата при осуществлении предлагаемого способа подтверждается следующим. Как показали проведенные исследования, температурный интервал окончания деформации от 760°C до 900°C, в известном способе по патенту №2062795, охватывает области как выше, так и ниже критической точки Ас₃, что не обеспечивает получение стабильных характеристик листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей, поскольку в интервале температур 760-820°C(Ас₁-Ас₃) сталь имеет разнозеренную двухфазную аустенитно-ферритную структуру, при этом ферритные зерна имеют преимущественно вытянутую форму с развитой полигональной структурой, а на границах зерен аустенита и феррита образуются существенные напряжения. Все эти факторы существенно снижают пластичность и коррозионную стойкость проката. Предлагаемая температура окончания процесса деформации на 20-40°C выше Ас₃ позволяет обеспечить вследствие динамической рекристаллизации образование мелкозеренной однородной аустенитной структуры. Ускоренное охлаждение проката после завершения процесса деформации до указанных в известном способе температур 300-20°C приводит к мартенситному превращению, а в области осевой ликвации, обогащенной легирующими элементами, и к образованию остаточного аустенита. При этом в структуре металла формируются существенные остаточные напряжения, приводящие к образованию микротрещин на границе раздела структурных составляющих и, как следствие, к снижению коррозионной стойкости и ударной вязкости. В заявляемом способе температура проката после ускоренного контролируемого охлаждения должна быть в пределах 530-570°C, что обеспечивает протекание промежуточного превращения и приводит к снижению остаточных напряжений. При этом существенное влияние на конечную структуру и свойства стали оказывает также скорость охлаждения после завершения деформации. Широкий интервал скоростей охлаждения (10-60 град/с), используемый в способе-прототипе, не может обеспечить однородность свойств проката. При низких скоростях охлаждения (до 30 град/с) происходит рост зерна и выделение цементита по границам зерен, что обуславливает снижение ударной вязкости. При высоких скоростях охлаждения (выше 40 град/с) происходит мартенситное превращение, приводящее к образованию структур мартенсита, а также остаточного аустенита, особенно в области осевой ликвации, снижающих ударную вязкость и коррозионную стойкость. Предлагаемая скорость охлаждения 30-40 град/с, как подтвердили проведенные исследования, обеспечивает измельчение структуры, протекание бейнитного превращения, исключение образования мартенсита и остаточного аустенита, что способствует повышению прочности и ударной вязкости. Последующее проведение отпуска при температуре 665-695°C приводит к выравниванию микроструктуры по толщине листа, удалению бейнитных структур в области осевой ликвации, в результате чего значительно повышаются стойкость металла к водородному растрескиванию, СКРН, значительно увеличивается ударная вязкость при отрицательных температурах. В то же время отпуск при температуре 590-650°C с охлаждением на воздухе до температуры окружающей среды приводит лишь к снятию остаточных напряжений, но не улучшает структуру металла. При указанных в способе по патенту №2062795 высоких температурах отпуска (до 720-740°C) происходит сфероидизация карбидов - образование округлых мелкодисперсных частиц цементита и выделение цементита по границам зерен. Сталь с подобной структурой не обладает требуемыми для нефтегазопроводных труб прочностными характеристиками и хладостойкостью.

Сущность предложенного технического решения поясняется примером конкретного выполнения.

Была выплавлена сталь, содержащая 0,12% углерода, 0,58% кремния, 0,57% марганца, 0,06% ванадия, 0,04% хрома, 0,004% молибдена, 0,03% ниобия, 0,20% никеля, 0,004% титана, 0,028% алюминия, 0,002% серы, 0,010% фосфора. Выплавка осуществлялась в электропечи с последующей обработкой на установке печь-ковш. Разливка стали производилась на машине непрерывного литья заготовок с последующей противофлокеновой обработкой слябов в отапливаемых колодцах. Прокатку на лист толщиной 11 мм вели в реверсивном режиме. Температура окончания деформации составляла 850-870°C, температура после охлаждения со скоростью 35-40 град/с составляла 530-570°C. Дополнительный нагрев проводили в проходной роликовой печи с температурой 680°C с удельным временем нагрева 2 мин/мм.

Испытания механических свойств были проведены в соответствии с ГОСТ 1497-84, испытания на ударную вязкость - ГОСТ 9454-78, коррозионные испытания - со стандартами NACE TM0177 и NACE TM0182 в среде типа A по NACE TM0177.

В таблице 1 приведены режимы термообработки листового проката, в таблице 2 - результаты испытаний.

Таким образом, совокупность всех режимов заявляемого способа производства листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей обеспечивает такой комплекс механических характеристик, коррозионной стойкости, а также хладостойкости, которые позволяют использовать полученный прокат для изготовления коррозионно-стойких нефтегазопроводных труб.

Таблица 1 СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА № п/п Температура конца прокатки, °C Температура после ускор. охлаждения, °C Скорость охлаждения, град/с Температура отпуска, °C 1 850 530 40 665 2 870 530 40 695 3 850 570 35 665 4 870 570 35 695 5 865 545 35 680 прототип 800 150 30 650

Таблица 2 № п,п Временное сопротивление разрыву σ_В, Н/мм^2, Предел текучести σ₀₂, Н/мм² Относительное удлинение δ, % Ударная вязкость KCV_-40, Дж/см² Стойкость к водородному растрескиванию Пороговое напряжение СКРН σ_th, % от σ₀₂ CLR, % CTR, % 1 571 477 25 167 3 1,5 70 2 513 423 32 263 2 1 70 3 568 469 26 182 3 1 70 4 510 410 31 216 2 0,5 70 5 543 447 29 320 1 0,2 75 прототип 596 455 33 78* 22 6 40 Примечание * - испытания проводились при температуре -20°C

Изобретение предназначено для повышения показателей коррозионной стойкости, ударной вязкости и хладостойкости листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей для обеспечения возможности изготовления из него электросварных нефтегазопроводных труб. Способ включает выплавку низкоуглеродистой низколегированной стали, получение заготовки, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме, контролируемое охлаждение проката, отпуск и окончательное охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды. Стабилизация характеристик получаемого проката обеспечивается за счет того, что контролируемое охлаждение проката осуществляют с температуры конца деформации, находящейся в интервале (Ас₃+20)-(Ас₃+40)°С, до температуры 530-570°С со скоростью 30-40 град/с, а отпуск проводят при температуре 665-695°С с выдержкой 0,2-4,0 мин/мм. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ производства листового проката, включающий выплавку низкоуглеродистой низколегированной стали, получение заготовки, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме, контролируемое охлаждение проката, отпуск и окончательное охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что контролируемое охлаждение проката осуществляют с температуры конца деформации, находящейся в интервале (Ас₃+20)-(Ас₃+40)°С, до температуры 530-570°С со скоростью 30-40°/с, а отпуск проводят при температуре 665-695°С с выдержкой 0,2-4,0 мин/мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:
Углерод 0,07-0,15 Кремний 0,50-0,70 Марганец 0,50-0,70 Ванадий 0,04-0,12 Хром не более 0,70 Молибден не более 0,25 Ниобий не более 0,08 Никель не более 0,30 Титан не более 0,03 Алюминий 0,02-0,05 Сера не более 0,005 Фосфор не более 0,015 Железо и неизбежные примеси Остальное