СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОГО РУЛОННОГО ПРОКАТА ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ Российский патент 2022 года по МПК C21D8/02 C22C38/50 

Изобретение относится к металлургии, а именно к прокатному производству, и может быть использовано для производства электросварных насосно-компрессорных труб повышенной группы прочности КС по ГОСТ Р31446-2017.

Известен способ производства рулонного проката для обсадных и насосно-компрессорных труб, содержащий в мас.%: C 0,27-0,40, Mn 1,0-1,5, Si 0,30-0,80, Al 0,02-0,06, Cr не более 0,08, Ni не более 0,08, Cu не более 0,08, V не более 0,01, Nb не более 0,01, Ti не более 0,01, Mo не более 0,01, Ca не более 0,005, N не более 0,008, S не более 0,005, P не более 0,012, остальное- железо и неизбежные примеси, включающий нагрев сляба до температур не менее 1200°C, термодеформационную прокатку с регламентированными значениями температуры конца прокатки, охлаждение до регламентированных значений температуры смотки и последующую смотку в рулон. Обеспечивается временное сопротивление не менее 665 МПа, предел текучести от 379 до 552 МПа, относительное удлинение не менее 19% [Патент RU № 2728981, МПК C22C 38/58, C22C 38/50, C22C 38/38, C22C 38/28, C22C 38/06, C21D 8/02, опубл. 03.08.2020].

Недостатком данного способа является то, что предложены достаточно широкие интервалы по содержанию химических элементов, например Si и C. Указанный способ может привести к получению предельных значений временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения, что в свою очередь может привести к превышению прочностных характеристик в готовой трубе.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, согласно которому выплавляют сталь, содержащую, мас.%: С 0,21-0,29, Si 0,30-0,80, Mn 1,0-1,60, S не более 0,005, P не более 0,015, Cr 0,10-0,40, Ni 0,10-0,40, Cu 0,10-0,40, Al 0,02-0,07, N не более 0,01, Nb не более 0,01, Ti не более 0,03, V не более 0,01, Mo не более 0,01, Ca не более 0,02, остальное – железо и неизбежные примеси, осуществляют непрерывную разливку в слябы, нагрев слябов, горячую прокатку, охлаждение на воздухе в течение первых 10-15 с и потом водой со скоростью охлаждения не более 9°C/с на первом участке и не более 5°C/с на втором, смотку полос в рулоны. Температура смотки поддерживается в диапазоне 580-640°C [Патент RU № 2689348, МПК C21D 8/02, C22C 38/20, опубл. 27.05.2019].

Недостатком данного способа является то, что при выплавке используются дорогостоящие химические элементы, такие как, Cr, Ni, Cu, что в свою очередь приводит к повышению затрат на легирование. Также в данном способе указаны достаточно широкие диапазоны параметров в части скорости охлаждения. Использование Cr, Ni, Cu, и высокого содержания марганца при высокой скорости охлаждения приведёт к превышению прочностных характеристики, как в рулоне, так и в готовом продукте – трубе.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении требуемого уровня механических свойств горячекатаного рулонного проката.

Технический результат достигается тем, что в способе производства горячекатаного рулонного проката из низколегированной стали, включающем аустенизацию непрерывнолитых заготовок, черновую и чистовую прокатку, охлаждение полос, смотку полос в рулоны, заготовки получают из стали, содержащей 0,28-0,32% C, 0,25-0,45% Si, 0,80-1,40 Mn, не более 0,007% S, не более 0,015% P, не более 0,20% Cr, не более 0,20% Ni, не более 0,20% Cu, 0,02-0,08% Al, не более 0,01% N, не более 0,01% Nb, не более 0,01% Ti, не более 0,01% V, 0,001-0,001 Mo, аустенизацию непрерывнолитых заготовок под прокатку производят при температуре 1185 – 1285 ^оС, температуру конца черновой прокатки поддерживают в диапазоне 1000-1180 ^оС, температуру конца чистовой прокатки поддерживают в диапазоне 800-880 °C, охлаждение осуществляют со скоростью 8-13 ºС/с, смотку полос осуществляют при температуре 550-650 ^оС.

Толщина подката перед чистовой группой клетей может находиться в диапазоне от 34 мм до 40 мм.

Охлаждение полос можно осуществлять на установке ламинарного охлаждения.

При изготовлении полос толщиной 4-8 мм смотку можно осуществлять при температуре 570-630 °C.

Сталь может иметь предел текучести от 370 до 500 МПа, предел прочности от 595 МПа, относительное удлинение не менее 20%.

Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем.

Использование углерода обусловлено обеспечением требуемой прочности стали. Упрочнение обеспечивается за счет формирования в структуре стали не менее 30% перлита. При содержании углерода в стали более 0,32% ухудшается свариваемость металлопроката.

Применение марганца обусловлено упрочнением твёрдого раствора, что приводит к получению необходимого уровня прочности стали. За счет достаточного содержания марганца происходит смещение г→а превращения в область более низких температур, что в свою очередь приводит к измельчению зерна, формированию феррита с повышенной плотностью дислокаций и повышению предела текучести стали. С целью обеспечения предела текучести, как в рулонном прокате, так и после трубного передела содержание марганца в стали ограничено 0,8 – 1,40%.

Кремний увеличивает прочность феррита не снижая его пластичности, кроме того кремний является одним из главных раскислителей. В соответствии с этим минимальное содержание кремния в стали должно быть не менее 0,25%. При высоком содержании кремния в углеродистых сталях происходит значительное снижение пластичности, таким образом, максимальное содержание кремний ограничено 0,45%.

Алюминий 0,02-0,08% введен в сталь для раскисления. При значениях менее 0,02% сталь будет нераскислена, при значениях более 0,08% - в стали будет высокое содержание неметаллических включений.

Сера и фосфор являются вредными примесями и их содержание ограничили значениями не более 0,007 и не более 0,015 соответственно для исключения образования горячих трещин и снижения уровня хрупкости металла при обычных и низких температурах.

Хром, никель, медь введены с целью увеличения прочности без снижения пластичности. Кроме того, данные элементы стабилизируют структуру при нагреве под прокатку и позволяют уменьшить размер зерна при черновой прокатке.

Титан вводится в сталь для связывания азота в нитриды TiN, которые сдерживают рост зерна при нагреве. Также титан вводится для раскисления стали.

Азот ограничивается 0,01%, т.к. содержание азота выше 0,01% оказывает негативное влияние на работу удара.

Молибден, ниобий, ванадий ограничены остаточными содержаниями 0,01 % для обеспечения достаточной свариваемости стали.

Снижение температуры конца чистовой прокатки ниже 800 ^оС и повышение температуры смотки выше 650 ^оС приведёт к значительному снижению скорости охлаждения и увеличению зерна феррита, что в свою очередь приведёт к снижению прочностных характеристик и неудовлетворительному качеству металлопроката. Повышение температуры конца чистовой прокатки выше 880 ^оС и снижение температуры смотки ниже 550 ^оС приведёт к увеличению скорости охлаждения полосы, что в свою очередь увеличивает риск получения структур закалочного типа. Также повышение температуры конца прокатки и снижение температуры смотки приводит к избыточному измельчению зерна и повышению прочностных характеристик проката, что приведёт к к усложнению формовки в готовый трубный прокат. Соблюдение данных параметров приводит к формированию равномерной структуры по всей толщине полосы, что положительно сказывается при формовке трубной продукции.

Пример осуществления способа

В кислородном конвертере проводили выплавку низколегированной марганцовистой стали, химический состав которой представлен в таблице 1.

Непрерывно литые слябы с химическим составом по таблице 1 загружают в методические печи. Слябы подвергают нагреву под прокатку до температуры аустенизации. После нагрева сляб подают к непрерывному широкополосному стану 2000, где происходит прокатка в черновой группе клетей с соблюдением температуры на выходе из черновой группы. После черновой группы клетей раскат подаётся в непрерывную чистовую группу клетей, где достигается конечный размер полосы.

После чистовой прокатки полоса охлаждается водой сначала на первом участке ламинарного охлаждения, а затем на втором участке ламинарного охлаждения.

В таблице 2 представлены контролируемые параметры, а в таблице 3 - механические свойства проката.

Исходя из данных, представленных в таблице 3, следует, что соблюдение при заявляемых параметров позволяет достичь требуемых показателей предела прочности, предела текучести и относительного удлинения.

Данная технология позволяет формировать феррито-перлитную структуру с содержанием феррита от 30%, в которой отсутствуют элементы структур закалочного типа, что в свою очередь гарантирует равномерное распределение свойств, как по площади проката, так и по его толщине.

В результате полученный металл полностью соответствует всем требованиям, предъявляемым к сталям, используемых для производства насосно-компрессорных труб класса прочности КС.

Таблица 1

Химический состав стали

Пример C Si Mn P S Cr Ni Cu Al N Mo V Nb Ti 1 0,29 0,36 1,04 0,01 0,002 0,04 0,02 0,05 0,034 0,006 0,002 0,004 0,002 0,009 2 0,28 0,25 1,4 0,0006 0,0013 0,1 0,1 0,15 0,02 0,004 0,001 0,002 0,001 0,002 3 0,32 0,45 0,8 0,015 0,007 0,2 0,2 0,2 0,08 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Таблица 2

Контролируемые параметры

Пример T нагрева, ^оС T черновой прокатки, ^оС T чистовой прокатки, ^оС T охлаждения, ^оС V охлаждения, ºС/с T смотки,
ºС/мин 1 1250 1150 850 600 10 570 2 1185 1000 800 560 8 550 3 1285 1180 880 625 13 650

Таблица 3

Свойства проката

Пример Временное сопротивление, Ϭ_в, МПа Предел текучести, Ϭ_т, МПа Относительное удлинение, δ, % Содержание феррита, % 1 640 500 24,5 30 2 638 439 20 33 3 595 370 26 31

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству горячекатаного рулонного проката из низколегированной стали для изготовления электросварных насосно-компрессорных труб. Получают непрерывнолитые заготовки из стали со следующим содержанием химических элементов, мас.%: углерод 0,28-0,32, кремний 0,25-0,45, марганец 0,8-1,4, сера не более 0,007, фосфор не более 0,015, хром не более 0,2, никель не более 0,2, медь не более 0,2, алюминий 0,02-0,08, азот не более 0,01, ниобий не более 0,01, титан не более 0,01, ванадий не более 0,01, молибден 0,001-0,01. Аустенизацию непрерывнолитых заготовок под прокатку производят при температуре 1185-1285 °С. Проводят черновую и чистовую горячие прокатки, при этом температуру конца черновой прокатки поддерживают в диапазоне 1000-1180 °С, а температуру конца чистовой прокатки поддерживают в диапазоне 800-880 °C. Охлаждают полосы со скоростью 8-13 °С/с и осуществляют смотку полос в рулоны при температуре 550-650 °С. Обеспечивается получение горячекатаного рулонного проката с требуемым уровнем механических свойств. 4 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Способ производства горячекатаного рулонного проката из низколегированной стали, включающий аустенизацию непрерывнолитых заготовок, черновую и чистовую прокатку, охлаждение полос, смотку полос в рулоны, отличающийся тем, что непрерывнолитые заготовки получают из стали со следующим содержанием химических элементов, мас.%:

Углерод 0,28-0,32 Кремний 0,25-0,45 Марганец 0,8-1,4 Сера не более 0,007 Фосфор не более 0,015 Хром не более 0,2 Никель не более 0,2 Медь не более 0,2 Алюминий 0,02-0,08 Азот не более 0,01 Ниобий не более 0,01 Титан не более 0,01 Ванадий не более 0,01 Молибден 0,001-0,01

аустенизацию непрерывнолитых заготовок под прокатку производят при температуре 1185 – 1285 °С, температуру конца черновой прокатки поддерживают в диапазоне 1000-1180 °С, температуру конца чистовой прокатки поддерживают в диапазоне 800-880 °C, охлаждение осуществляют со скоростью 8-13 °С/с, а смотку полос осуществляют при температуре 550-650 °С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина подката перед чистовой прокаткой находится в диапазоне от 34 мм до 40 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение полос осуществляют на установке ламинарного охлаждения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для полос толщиной 4-8 мм смотку осуществляют при температуре 570-630 °C.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь имеет предел текучести от 370 до 500 МПа, предел прочности от 595 МПа, относительное удлинение не менее 20%.