СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ Российский патент 2011 года по МПК C21D8/02 C22C38/26 

Описание патента на изобретение RU2433191C1

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционным свариваемым сталям, используемым при производстве сварных конструкций и платформ большегрузных автомобилей, для работы в условиях северных районов.

Для изготовления сварных конструкций и платформ большегрузных автомобилей БелАЗ, работающих при отрицательных температурах, используют термоулучшенный горячекатаный листовой прокат толщиной 10-40 мм из свариваемой хладостойкой низколегированной стали. Горячекатаные листы после термического улучшения должны сочетать высокую прочность и вязкость при отрицательных температурах. Требуемые механические свойства горячекатаных листов в состоянии поставки приведены в таблице 1.

Таблица 1. Механические свойства высокопрочной листовой стали σв σт δ5, KCU+20, KCU-40, KCV-40, Хол. загиб Н/мм2 Н/мм2 % Дж/см2 Дж/см2 Дж/см2 Ha 180° d=3a не менее 850-930 700-835 20 56 39 29 выдержив. Примечание: d - диаметр оправки; а - толщина листа

Известен способ производства листовой стали, включающий выплавку и непрерывную разливку в слябы низколегированной стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,04-0,10 Кремний 0,01-0,50 Марганец 0,4-1,5 Хром 0,05-1,0 Молибден 0,05-1,0 Ванадий 0,01-0,1 Бор 0,0005-0,005 Алюминий 0,001-0,1 Железо и примеси Остальное

Отлитые слябы нагревают до температуры 1250°С и прокатывают с суммарным обжатием не менее 75%. Прокатанные листы подвергают закалке из аустенитной области и высокотемпературному отпуску [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что толстолистовая сталь имеет низкие прочностные и вязкостные свойства при отрицательных температурах. Это делает невозможным ее применение для изготовления платформ большегрузных автомобилей.

Известен также способ производства высокопрочных листов из стали марки 17ГС следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,14-0,20 Марганец 1,0-1,4 Кремний 0,4-0,6 Хром не более 0,30 Никель не более 0,30 Медь не более 0,30 Фосфор не более 0,035 Сера не более 0,040 Мышьяк не более 0,08 Азот не более 0,008 Железо Остальное

Слябы нагревают в методической печи до температуры 1220-1280°С, подвергают черновой прокатке в температурном интервале 1050-1180°С до промежуточной толщины 30-40 мм и чистовой прокатке в регламентированном температурном интервале 900-1050°С. Для повышения механических свойств горячекатаные листы подвергают термическому улучшению (закалке и высокому отпуску) [2].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает получения высокой прочности при заданном комплексе остальных механических свойств листовой стали.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства высокопрочной листовой стали, включающий изготовление слябов из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,07-0,12 Марганец 1,4-1,7 Кремний 0,15-0,50 Ванадий 0,06-0,12 Ниобий 0,03-0,05 Титан 0,010-0,030 Алюминий 0,02-0,05 Хром не более 0,3 Никель не более 0,3 Медь не более 0,3 Сера не более 0,005 Фосфор не более 0,015 Азот не более 0,010 Железо Остальное

Слябы нагревают до температуры 1160-1190°С, подвергают черновой прокатке, чистовой прокатке с суммарным относительным обжатием не менее 70% и температурой конца прокатки не выше 820°С, после чего листы закаливают водой от температуры 900-950°С и подвергают высокотемпературному отпуску при 600-730°С [3].

Недостатки известного способа состоят в том, что листовая сталь после закалки и высокотемпературного отпуска имеет низкие прочностные свойства, что, в свою очередь, приводит к снижению выхода годного.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении прочностных свойств и выхода годного.

Для этого в известном способе производства высокопрочной листовой стали, включающем изготовление стальных слябов, их нагрев, горячую прокатку в листы и закалку листов с последующим высокотемпературным отпуском, согласно предложению, слябы изготавливают из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,13-0,19 Марганец 0,5-1,1 Кремний 0,3-0,7 Хром 1,1-1,7 Ниобий 0,03-0,08 Алюминий 0,02-0,06 Кальций 0,002-0,030 Азот 0,003-0,008 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,015 Железо Остальное

причем нагрев слябов ведут до температуры не ниже 1150°С, горячую прокатку листов ведут с суммарным относительным обжатием не менее 80% и завершают в температурном диапазоне 750-950°С, закалку листов осуществляют от температуры 890-930°С, а высокотемпературный отпуск ведут при температуре 600-680°С.

Сущность изобретения состоит в следующем. Нагрев слябов из низколегированной стали предложенного химического состава до температуры не ниже 1150°С обеспечивает ее аустенитизацию, полное растворение в аустенитной матрице сульфидов, фосфидов, нитридов, легирующих и примесных соединений, карбонитридных упрочняющих частиц. Благодаря этому повышается технологическая пластичность и деформируемость стали при прокатке. Кроме того, поскольку в процессе прокатки с суммарным относительным обжатием не менее 80% происходит непрерывное падение температуры металла, при указанной температуре нагрева к моменту окончания прокатки листов их температура снижается до заданного значения Ткп=750-950°С (температура конца прокатки), что способствует интенсификации выделения упрочняющих карбонитридных частиц и измельчению микроструктуры стали. После термического улучшения, одновременно с упрочнением, сталь приобретает ячеистую структуру, увеличивающую вязкость при отрицательных температурах.

Нагрев листов до температуры 890-930°С, закалка водой и отпуск при температуре 600-680°С обеспечивает повышение уровня и стабильности прочностных, вязкостных и пластических свойств горячекатаных листов. Благодаря термическому улучшению неизбежно существующие в практике промышленного производства колебания содержаний химических элементов в стали, а также температурная нестабильность процесса невелируются, что благоприятно сказывается на стабильности механических свойств листов и способствует увеличению выхода годного.

Экспериментально установлено, что снижение температуры нагрева слябов менее 1150°С приводит к неполному растворению в аустените карбонитридных упрочняющих частиц, снижению пластических и вязкостных свойств листов.

При суммарном относительном обжатии в процессе прокатки менее 80% или температуре конца прокатки выше 950°С не достигается необходимая степень диспергирования и деформационно-термического упрочнения листовой стали предложенного состава. В результате прочностные свойства листов после термического улучшения (закалки и высокотемпературного отпуска) ниже допустимых значений. Снижение температуры прокатки менее 750°С приводит к формированию продольной текстуры, что снижает показатели ударной вязкости термоулучшенных листов.

Углерод упрочняет сталь. При содержании углерода менее 0,13% не достигается требуемая прочность стали, а при его содержании более 0,19% ухудшается ударная вязкость и свариваемость стали.

Марганец раскисляет и упрочняет сталь, связывает серу. При содержании марганца менее 0,5% прочность стали недостаточна. Увеличение содержания марганца более 1,1% приводит к снижению вязкости при отрицательных температурах и ухудшению пластичности.

Кремний раскисляет сталь, повышает ее прочность. При концентрации кремния менее 0,30% прочность стали ниже допустимой, а при концентрации более 0,70% снижается пластичность, сталь не выдерживает испытания на холодный загиб.

Хром повышает прочность и вязкость стали. При его концентрации менее 1,10% прочность и вязкость ниже допустимых значений. Увеличение содержания хрома более 1,7% приводит к потере пластичности из-за роста карбидов, снижению выхода годного листового термоулучшенного проката.

Ниобий способствует измельчению микроструктуры низколегированной стали по толщине листа, повышению хладостойкости. Однако если содержание ниобия будет более 0,08%, произойдет ухудшение свариваемости стали, что недопустимо. При снижении содержания ниобия менее 0,03% не достигается высокая ударная вязкость при отрицательных температурах.

Алюминий раскисляет сталь и измельчает зерно. При содержании алюминия менее 0,02% его влияние мало, вязкостные свойства стали ухудшаются. Увеличением содержания этого элемента более 0,06% он связывает азот, что ведет к снижению прочностных характеристик.

Кальций является модифицирующим элементом. Кроме того, он связывает серу в глобулярные сульфиды, повышая вязкостные свойства стали. При концентрации кальция менее 0,002% его действие проявляется слабо. Увеличение концентрации кальция более 0,030% увеличивает количество и размеры неметаллических включений, ухудшается ударная вязкость при отрицательных температурах и выход годного листового проката.

Азот обеспечивает упрочнение стали за счет выделения из твердого раствора мелкодисперсных нитридных и карбонитридных частиц. При содержании азота менее 0,003% прочность толстолистовой стали недостаточна. Увеличение содержания азота более 0,008% ведет к снижению вязкостных свойств высокопрочной листовой стали при отрицательных температурах.

Сера и фосфор в данной стали являются вредными примесями, их концентрация должна быть как можно меньшей. Однако при концентрации серы не более 0,010% и фосфора не более 0,015% их отрицательное влияние на свойства стали незначительно. В то же время, более глубокая десульфурация и дефосфорация стали существенно удорожат ее производство, что нецелесообразно.

Нагрев горячекатаных листов под закалку до температуры выше 930°С приводит к снижению ударной вязкости листовой стали. Снижение этой температуры менее 890°С не обеспечивает стабильного получения заданных прочностных свойств, что снижает выход годного.

Отпуск закаленных листов при температуре выше 680°С снижает их прочностные свойства ниже допустимого уровня. Уменьшение температуры отпуска ниже 600°С приводит к потере пластических и вязкостных свойств высокопрочных листов, что уменьшает их выход годного.

Примеры реализации способа

Стали различного химического состава выплавляли в электродуговой печи. В ковше сталь раскисляли ферросилицием, ферромарганцем, легировали феррохромом, вводили металлический алюминий и ниобий. С помощью синтетических шлаков удаляли избыток серы и фосфора. Кальций вводили в расплав в виде силикокальция. Химический состав выплавляемых сталей приведен в таблице 2.

Таблица 2 Химический состав высокопрочных сталей Содержание химическиx элементов, мac. % состава С Mn Si Cr Nb Аl Са N S P Fe 1. 0,12 0,4 0,2 1,0 0,02 0,01 0,002 0,002 0,003 0,010 ост. 2. 0,13 0,5 0,3 1,1 0,03 0,02 0,003 0,003 0,004 0,012 -:- 3. 0,16 0,8 0,5 1,4 0,05 0,04 0,006 0,006 0,008 0,013 -:- 4. 0,19 1,1 0,7 1,7 0,08 0,06 0,008 0,008 0,010 0,015 -:- 5. 0,20 1,2 0,8 1,8 0,09 0,07 0,009 0,009 0,011 0,016 -:- 6. 0,10 1,5 0,4 0,2 0,04 0,04 - 0,007 0,004 0,014 -:- Примечание: сталь состава 6 дополнительно содержит 0,10% V и 0,02% Ti.

Сталь с составом №3 разливали в слябы толщиной Н=200мм. Затем слябы нагревали до температуры аустенитизации Та=1200°С и прокатывали на толстолистовом реверсивном стане 2800 в листы толщиной h=12 мм с суммарным относительным обжатием ε, равным:

.

Температура конца прокатки листов составляла: Ткп=800°С.

Горячекатаные листы закаливали в роликовой закалочной машине путем нагрева до температуры Тз=920°С и охлаждения водой. Закаленные листы подвергали высокому отпуску при температуре Тот=640°С.

После термического улучшения от листов отбирали пробы и производили испытания механических свойств.

Варианты реализации способа производства высокопрочной листовой стали и показатели их эффективности приведены в таблице 3.

Из таблиц 2 и 3 следует, что предложенные режимы производства высокопрочной листовой стали (варианты №2-4) обеспечивают повышение прочностных свойств и выхода годного. Готовые листы имеют наиболее высокие показатели прочности и ударной вязкости, выдерживают испытание на холодный загиб.

В случаях запредельных значений концентраций химических элементов в стали, режимов горячей прокатки, закалки и высокого отпуска (варианты №1 и №5), а также использований способа-прототипа (вариант №6) имеет место снижение прочностных свойств готовых листов и выхода годного. В этих случаях листовую сталь используют для менее ответственного назначения.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что одновременная оптимизация химического состава сталей, температурно-деформационных режимов горячей прокатки, а также последующего термического улучшения позволяет повысить прочностные свойства при обеспечении заданных и стабильных вязкостных и пластических свойств

Таблица 3 Режимы производства листовой стали и показатели ее качества № п/п № состава Та, °С ε, % Ткп, °С Тз, °С Тот, °С σв, Н/мм2 σт, Н/мм2 δ5, % KCU+20, Дж/см2 KCU-40, Дж/см2 KCV-40, Дж/мм2 Хол. загиб Выход годн. % 1. 1 1100 95 760 880 590 840 690 17 54 35 27 Не выдерж. 78,4 2. 4 1230 90 950 930 680 900 820 22 57 40 30 Выдерж. 99,7 3. 3 1200 94 800 920 640 930 835 24 58 42 32 Выдерж. 99,9 4. 2 1150 80 750 890 600 920 700 22 56 41 31 Выдерж. 99,8 5. 5 1140 75 960 880 590 850 690 16 52 37 26 Не выдерж. 79,5 6. 6 1170 72 810 910 650 640 530 30 54 38 28 Выдерж. 97,0

высокопрочной листовой стали для сварных конструкций и платформ большегрузных автомобилей. Это также способствует увеличению выхода годного.

В качестве базового объекта при определении технико-экономической эффективности использован способ-прототип. Применение предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства высокопрочной листовой стали на 12-15%.

Источники информации

1. Заявка Японии №61-163210, МПК C21D 8/00, 1986 г.;

2. Матросов Ю.И. и др. Сталь для магистральных газопроводов. М.: Металлургия, 1989 г., с.242-244, 268.

3. Патент Российской Федерации №2255123, МПК C21D 8/02, С22С 38/58, 2005 г. - прототип.

Похожие патенты RU2433191C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ 2010
  • Вольшонок Игорь Зиновьевич
  • Торшин Виктор Тимофеевич
  • Никитин Валентин Николаевич
  • Шлямнев Анатолий Петрович
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Никитин Михаил Валентинович
  • Маслюк Владимир Михайлович
  • Трайно Александр Иванович
  • Русаков Андрей Дмитриевич
RU2442831C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ 2015
  • Полецков Павел Петрович
  • Гущина Марина Сергеевна
  • Бережная Галина Андреевна
  • Алексеев Даниил Юрьевич
RU2599654C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОЛСТОЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ СВАРИВАЕМОЙ ХРОМОМАРГАНЦЕВОЙ СТАЛИ 2011
  • Никитин Валентин Николаевич
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Настич Сергей Юрьевич
  • Морозов Юрий Дмитриевич
  • Матросов Максим Юрьевич
  • Никитин Михаил Валентинович
  • Маслюк Владимир Михайлович
  • Трайно Александр Иванович
  • Зинько Бронислав Филиппович
  • Сарычев Борис Александрович
  • Денисов Сергей Владимирович
  • Николаев Олег Анатольевич
  • Кравченко Павел Анатольевич
  • Демидченко Юрий Павлович
RU2455105C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВ ИЗ КРИОГЕННОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ 2019
  • Полецков Павел Петрович
  • Гущина Марина Сергеевна
  • Алексеев Даниил Юрьевич
  • Никитенко Ольга Александровна
  • Денисов Сергей Владимирович
  • Брайчев Евгений Викторович
  • Стеканов Павел Александрович
RU2703008C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ ТОЛСТОЛИСТОВОЙ СТАЛИ 2013
  • Никитин Валентин Николаевич
  • Настич Сергей Юрьевич
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Морозов Юрий Дмитриевич
  • Маслюк Владимир Михайлович
  • Никитин Михаил Валентинович
  • Трайно Александр Иванович
RU2533244C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОЙ СТАЛИ С ВЫСОКОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ 2013
  • Никитин Валентин Николаевич
  • Настич Сергей Юрьевич
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Морозов Юрий Дмитриевич
  • Маслюк Владимир Михайлович
  • Никитин Михаил Валентинович
  • Трайно Александр Иванович
RU2533469C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОГО ПРОКАТА ПОВЫШЕННОЙ ХЛАДОСТОЙКОСТИ 2016
  • Михеева Ирина Алексеевна
  • Новоселов Сергей Иванович
  • Сафронова Наталья Николаевна
  • Пешеходов Владимир Александрович
RU2629420C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОТВЕРДОГО ИЗНОСОСТОЙКОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА 2015
  • Полецков Павел Петрович
  • Гущина Марина Сергеевна
  • Бережная Галина Андреевна
  • Алексеев Даниил Юрьевич
RU2603404C1
Способ производства хладостойкого листового проката с твердостью 450-570 HBW 2023
  • Полецков Павел Петрович
  • Кузнецова Алла Сергеевна
  • Алексеев Даниил Юрьевич
  • Емалеева Динара Гумаровна
  • Гулин Александр Евгеньевич
  • Картунов Андрей Дмитриевич
  • Денисов Сергей Владимирович
  • Казаков Александр Сергеевич
  • Брайчев Евгений Викторович
  • Стеканов Павел Александрович
RU2809017C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОГО ХЛАДОСТОЙКОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2018
  • Полецков Павел Петрович
  • Гущина Марина Сергеевна
  • Алексеев Даниил Юрьевич
  • Денисов Сергей Владимирович
  • Брайчев Евгений Викторович
  • Стеканов Павел Александрович
RU2674797C1

Реферат патента 2011 года СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству листов из конструкционных свариваемых сталей, используемых при производстве сварных конструкций и платформ большегрузных автомобилей, для работы в условиях северных районов. Для повышения прочностных свойств и выхода годного способ включает изготовление стальных слябов, их нагрев, горячую прокатку в листы, закалку листов с последующим высокотемпературным отпуском, при этом слябы изготавливают из стали следующего химического состава, мас.%: 0,13-0,19 С; 0,5-1,1 Mn; 0,3-0,7 Si; 1,1-1,7 Cr; 0,03-0,08 Nb; 0,02-0,06 Al; 0,002-0,030 Ca; 0,003-0,008 N; не более 0,010 S; не более 0,015 Р; остальное - железо. Нагрев слябов ведут до температуры не ниже 1150°С, горячую прокатку листов ведут с суммарным относительным обжатием не менее 80% и завершают в температурном диапазоне 750-950°, закалку листов осуществляют от температуры 890-930°С, а высокотемпературный отпуск ведут при температуре 600-680°С. 3 табл.

Формула изобретения RU 2 433 191 C1

Способ производства высокопрочной листовой стали, включающий изготовление стальных слябов, их нагрев, горячую прокатку в листы, закалку листов с последующим высокотемпературным отпуском, отличающийся тем, что слябы изготавливают из стали следующего химического состава, мас.%:
углерод 0,13-0,19 марганец 0,5-1,1 кремний 0,3-0,7 хром 1,1-1,7 ниобий 0,03-0,08 алюминий 0,02-0,06 кальций 0,002-0,030 азот 0,003-0,008 сера не более 0,010 фосфор не более 0,015 железо остальное,


причем нагрев слябов ведут до температуры не ниже 1150°С, горячую прокатку листов ведут с суммарным относительным обжатием не менее 80% и завершают в температурном диапазоне 750-950°С, закалку листов осуществляют от температуры 890-930°С, а высокотемпературный отпуск ведут при температуре 600-680°С.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2433191C1

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШТРИПСОВ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 2003
  • Кувшинников О.А.
  • Ламухин А.М.
  • Попова Т.Н.
  • Ильинский В.И.
  • Кузнецов А.А.
  • Голованов А.В.
  • Рослякова Н.Е.
  • Хорева А.А.
  • Краев А.Д.
  • Трайно А.И.
RU2255123C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОЛИСТОВОЙ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ СТАЛИ 1999
  • Карпов Е.В.
  • Корнилов В.Л.
  • Буданов А.П.
  • Немкина Э.Д.
  • Антипанов В.Г.
  • Карагодин Н.Н.
  • Злов В.Е.
RU2164248C2
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВ 2007
  • Никитин Валентин Николаевич
  • Попова Татьяна Николаевна
  • Немтинов Александр Анатольевич
  • Маслюк Владимир Михайлович
  • Никитин Михаил Валентинович
  • Голованов Александр Васильевич
  • Баранов Владимир Павлович
  • Скорохватов Николай Борисович
  • Томин Александр Александрович
  • Трайно Александр Иванович
  • Тарасов Павел Александрович
  • Рослякова Наталья Евгеньевна
  • Брылин Аркадий Михайлович
  • Пименова Татьяна Валериевна
RU2350662C1
СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТОЛСТОЛИСТОВОЙ СТАЛИ 2006
  • Драпеко Александр Дмитриевич
  • Галкин Максим Геннадьевич
  • Шилин Анатолий Иванович
  • Грачев Александр Юрьевич
  • Кривоносов Сергей Васильевич
RU2343017C2
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХЛАДОСТОЙКОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА (ВАРИАНТЫ) 2006
  • Горынин Игорь Васильевич
  • Малышевский Виктор Андреевич
  • Малахов Николай Викторович
  • Хлусова Елена Игоревна
  • Орлов Виктор Валерьевич
  • Суровова Людмила Тимофеевна
  • Ефимов Семен Викторович
  • Немтинов Александр Анатольевич
  • Мальцев Андрей Борисович
  • Голованов Александр Васильевич
  • Подтелков Владимир Владимирович
RU2345149C2
JP 61223125 A, 03.10.1986
US 2006201592 A1, 14.09.2006.

RU 2 433 191 C1

Авторы

Никитин Валентин Николаевич

Шахпазов Евгений Христофорович

Шлямнев Анатолий Петрович

Маслюк Владимир Михайлович

Трайно Александр Иванович

Баранов Владимир Павлович

Голованов Александр Васильевич

Попова Анна Александровна

Даты

2011-11-10Публикация

2010-10-25Подача