СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ТРУБНОЙ СТАЛИ КЛАССА ПРОЧНОСТИ Х70 Российский патент 2012 года по МПК B21B1/26 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных листов из марок стали трубного сортамента, в основном, класса прочности Х70.

Известны способы производства горячекатаных листов, включающие производство слябовой заготовки, ее нагрев до температуры выше Ас₃, горячую деформацию с регламентированными обжатиями, промежуточное подстуживание проката, чистовую прокатку с последующим охлаждением листа со скоростью не менее 30°C/мин до температуры 400°C и далее - на воздухе (Патенты РФ №2394108, №2397255).

Недостатками известных способов является значительная дифференциация свойств по сечению и длине листа при одновременно пониженном уровне механических свойствах (прочностных, пластических и вязких), не отвечающих в сталях трубного сортамента современным нормам для класса прочности Х70.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства листов из низколегированной стали, включающий нагрев слябовой заготовки до температуры выше Ac₃, черновую прокатку в раскат промежуточной толщины при температуре 950÷890°C, подстуживание до температуры 840±10°C, последующую чистовую прокатку до температуры 780±10°C. После чего производят ускоренное охлаждение поверхности листа со скоростью не менее 60°C/мин от температуры конца прокатки до температуры 300÷200°C с дальнейшим охлаждением листов на воздухе до температуры 100°C при однорядном их расположении на стеллаже (Патент РФ №2311465).

Недостатками известного способа являются сложность формирования в марках стали трубного сортамента требуемого высокого уровня механических свойств, соответствующих классу прочности Х70, равномерно распределенных по сечению листа толщиной более 21 мм, что не позволяет обеспечить успешную технологическую переработку горячекатаного штрипса в трубу, предназначенную для эксплуатации в магистральных газо- и нефтепроводах. Кроме того, повышается вероятность появления в готовой трубе в процессе ее эксплуатации многочисленных дефектов (трещин, разрывов), ввиду незначительных показателей вязкости, хладостойкости.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение в горячекатаном прокате из микролегированой стали трубного сортамента толщиной 24-27 мм одинаковых по сечению листа механических свойств, соответствующих классу прочности Х70.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства листов из низколегированной трубной стали класса прочности Х70 толщиной 24÷27 мм, включающем нагрев слябовой заготовки до температуры выше Ac₃, черновую прокатку в раскат промежуточной толщины, подстуживание, чистовую прокатку с регламентированными обжатиями и температурами конца прокатки, а также последующее ускоренное охлаждение листа, согласно изобретению в заготовке из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:

Углерод 0,08-0,11 Марганец 1,50-1,75 Кремний 0,15-0,30 Сера 0,002-0,003 Фосфор 0,002-0,013 Никель 0,20-0,30 Хром 0,08-0,10 Медь 0,08-0,10 Алюминий 0,025-0,045 Ниобий 0,03-0,08 Ванадий 0,02-0,06 Титан 0,015-0,025 Железо остальное,

температуру начала чистовой прокатки выбирают в диапазоне 790÷830°C, температуру конца прокатки принимают равной 790÷820°C, при этом температуру конца охлаждения листа принимают 540÷580°C.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Прокат из низколегированных марок стали трубного сортамента (класса прочности Х70) в соответствии с требованиями отечественных и зарубежных стандартов должен обеспечивать сочетание высоких прочностных и пластических свойств, а также повышенные вязкие характеристики (KCU, KCV, долю вязкой составляющей в изломе при ИПГ), обеспечивающие достаточную хладостойкость, хорошую свариваемость трубной заготовки, а также достаточно высокое сопротивление хрупкому разрушению при температурах монтажа труб и их эксплуатации.

Для обеспечения нормируемого комплекса свойств в процессе горячей прокатки в металле должна быть сформирована мелкозернистая ферритно-бейнитная микроструктура, равномерно распределенная по всему сечению листа. Поэтому технология изготовления горячекатаных листов из стали трубного сортамента класса прочности Х70 должна обеспечивать получение следующего уровня механических свойств: прочностных - σ_т~510-600 МПа, σ_в - не менее 610 МПа; пластических - δ₂ не менее 40% и вязких - KCV₀ - не менее 220 Дж/см², DWTT_-20 - не менее 70% (например, в соответствии с нормами международного стандарта API 5L).

В заявляемом химическом составе стали за, основу принято уменьшенное количество углерода (0,08÷0,11%). Для обеспечения в горячекатаном листе требуемого уровня прочностных свойств, соответствующих классу прочности Х70, вводится кремний в количестве 0,15÷0,30%, обеспечивающий рост прочности и вязкости при легировании, и марганец в количестве 1,50÷1,75%, принятый традиционно в качестве одного из основных легирующих компонентов в низколегированных сталях, включая и трубный марочный сортамент (см., например, Матросов Ю.И., Литвиненко Д.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных трубопроводов. М.: Металлургия, 1989. - 288 С.). Кроме того, для получения мелкозернистой микроструктуры за счет подавления роста зерен при рекристаллизации и после ее окончания традиционно применяется микролегирование карбонитридообразующимися элементами (Nb, Ti, V) в сотых долях процента. В заявляемом техническом решении в сталь вводятся 0,015÷0,025% титана, 0,03÷0,08% ниобия и 0,02÷0,06% ванадия, являющиеся упрочняющими микролегирующими элементами. Для усиления упрочняющего эффекта дополнительно вводится по 0,20÷0,30% хрома и 0,08÷0,10% никеля.

Одним из главных условий получения требуемой мелкозернистой структуры феррита является наличие мелкозернистой структуры аустенита, которая, в свою очередь, может быть получена при определенных степенях и скоростях деформаций и температурах прокатываемого металла, так как она зависит от скорости рекристаллизации при прокатке. При этом размер зерна в процессе рекристаллизации, а также после фазовых превращений в значительной степени будет определяться степенью измельчения зерен аустенита при черновой стадии контролируемой прокатки, уровня проработки микроструктуры аустенита в области отсутствия рекристаллизации при чистовой стадии прокатки, а также условий охлаждения листа после чистовой прокатки. Таким образом, определяющими параметрами горячей прокатки листов будут являться температуры черновой стадии прокатки и последующей чистовой прокатки. Кроме того, для подавления роста аустенита в процессе охлаждения существенную роль будут играть режимы охлаждения листа после окончания стадии горячей прокатки, включающие скорость охлаждения и температуру конца активной фазы охлаждения.

Температурные условия начала чистовой прокатки объясняются необходимостью проведения определенного подстуживания раската после черновой прокатки для стабилизации температуры по сечению и обеспечения оладьеобразной формы зерна, которая обеспечивает лучшую выкатываемость в процессе последующей деформационной обработки. При этом наиболее оптимальной температурой является температура начала горячей прокатки в диапазоне 790÷830°C.

Учитывая, что температурные условия конца прокатки необходимо принимать такими, чтобы обеспечить формирование микроструктуры в однофазной (аустенитной) области кристаллизации стали, то наиболее оптимальной для заявляемого химического состава стали для толщины проката с учетом его теплоемкости, будет температура конца чистовой прокатки, соответствующая диапазону 790÷820°C, так как при этом происходит значительное увеличение мест зарождения зерен феррита, сохраняющихся к моменту начала фазового превращения..

Температура охлаждения листа 540÷580°C связана необходимостью протекания бейнитного превращения. Отклонения в верхнюю сторону от выбранного диапазона приводят к росту балла зерна, соответственно снижая прочностные параметры проката. Снижение нижнего диапазона формируют повышенную разнобальность зерна (более 3-х смежных баллов), а также возрастает вероятность критичного искажения геометрической формы листа, связного в этом случае со значительным градиентом температуры по сечению достаточно толстого проката.

Пример осуществления способа.

Выплавили кислородно-конвертерным методом сталь заявленного химического состава (см. табл.1). После проведения внепечной обработки металла и введения требуемых добавок осуществляли непрерывную разливку стали с последующей ее кристаллизацией и порезкой на слябы.

Слябовую заготовку толщиной 250 мм из стали марки с соответствующим с химическим составом нагревают в методической печи до требуемой температуры. После этого на толстолистовом стане 5000 ОАО «ММК» при температурах (1030÷1050)±60°C производят черновую стадию прокатки в раскат промежуточной толщины. Далее осуществляют подстуживание раската на воздухе до соответствующей температуры, при которой начинают чистовую стадию горячей прокатки до конечной толщины 24÷27 мм. При этом температуру начала чистовой прокатки устанавливают равной 790÷830°C, а температуру конца прокатки (Ткп) поддерживают в диапазоне 790÷820°C. Далее горячекатаный лист, подвергается охлаждению водой в установке ускоренного охлаждения до температуры 540÷580°C. После окончания активной фазы охлаждения горячекатаный лист направляется на участок противофлокеновой обработки (ПФО), где укладывается в стеллажи и подвергается замедленному охлаждению до температуры менее 100°C. Далее охлажденный горячекатаный лист направляется на участок листоотделки.

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялось изготовление горячекатаных листов класса прочности Х70 трубного сортамента на стане 5000 ОАО «ММК», а также результаты исследований представлены в таблице 2.

Заявляемая технология производства металлопроката на примере изготовления горячекатаных листов класса прочности Х70 обеспечивает получение следующих механических свойств: временное сопротивление разрыву σ_в=580÷670 Н/мм², относительное удлинение δ₅ в пределах 40÷50%, ударная вязкость KCV₀=205÷380 Дж/см², доля вязкой составляющей в изломе при ИПГ>90%.

Выбранная совокупность признаков позволяет сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Заявляемый способ может найти широкое применение при производстве горячекатаных листов, используемых в качестве горячекатаной заготовки для производства труб, (в том числе, применяемых в магистральных газо-, нефтепроводах), обладающие повышенными прочностными, пластическими и вязкими свойствами, равномерно распределенными как по сечению, так и по длине листа.

Таблица 1 Химический состав стали классов прочности Х70 Номер плавки С Si Mn S P Cr Ni Си N2 А1 Nb V Ti 1 0.08 0.20 1.52 0.003 0.013 0.10 0.23 0.09 0.007 0.036 0.07 0.05 0.021 2 0.11 0.28 1.60 0.003 0.006 0.09 0.28 0.10 0.008 0.041 0.04 0.04 0.017 Граничные значения Не более или в диапазоне 0.08-0.11 0.15-0.30 1.50-1.75 0.002-0.003 0.002-0.013 0.08-0.10 0.20-0.30 0.08-0.10 0.008 0.025-0.045 0.03-0.08 0.02-0.06 0.015-0.025

Изобретение предназначено для улучшения механических характеристик широких горячекатаных листов из марок стали трубного сортамента, в основном, класса прочности Х70. Одинаковые по сечению листа механические свойства, соответствующие классу прочности Х70, обеспечиваются в горячекатаном прокате из микролегированой стали трубного сортамента толщиной 24-27 мм за счет регламентации температуры чистовой стадии прокатки. При этом температуру начала чистовой прокатки выбирают в диапазоне 790-830°C, а температуру конца прокатки принимают равной 790-820°C, кроме того, температуру конца охлаждения листа принимают 540-580°C. 2 табл. 1 пр.

Способ производства листов из низколегированной трубной стали класса прочности Х70 толщиной 24-27 мм, включающий нагрев до температуры выше Ac₃ слябовой заготовки из стали с соотношением элементов, мас.%:
Углерод 0,08-0,11 Марганец 1,50-1,75 Кремний 0,15-0,30 Сера 0,002-0,003 Фосфор 0,002-0,013 Никель 0,20-0,30 Хром 0,08-0,10 Медь 0,08-0,10 Алюминий 0,025-0,045 Ниобий 0,03-0,08 Ванадий 0,02-0,06 Титан 0,015-0,025 Железо остальное,

черновую прокатку в раскат промежуточной толщины, подстуживание, чистовую прокатку с регламентированными обжатиями и температурами конца прокатки и последующее ускоренное охлаждение листа, при этом температуру начала чистовой прокатки устанавливают в диапазоне 790-830°C, температуру конца прокатки принимают равной 790-820°C, а температуру конца ускоренного охлаждения листа - равной 540-580°C.