Способ производства толстолистового проката для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов (варианты) Российский патент 2023 года по МПК C21D8/02 C22C38/58 C22C38/54 C22C38/50 C22C38/48 C22C38/46 C22C38/44 C22C38/42 C22C38/40 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству на реверсивном толстолистовом стане листового проката для изготовления труб магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм.

Известен способ производства штрипсов класса прочности Х100 согласно которому после выплавки стали получают непрерывнолитые слябы, нагревают их до температуры аустенитизации, проводят многопроходную черновую и чистовую прокатку с регламентируемой температурой конца прокатки и охлаждение штрипсов водой, при этом после черновой прокатки раскаты охлаждают до температуры 720-800°C, чистовую прокатку ведут с относительными обжатиями за проход 8-25% и температурой конца прокатки, равной 740-790°C, после чего штрипсы охлаждают со скоростью не менее 17°C/с. Сталь выплавляют следующего химического состава, мас.%: 0,06-0,11 C, 0,02-0,04 Si, 1,45-1,95 Mn, 0,15-0,28 Mo, 0,01-0,06 Nb, 0,01-0,09 Ti, 0,15-0,35 Ni, 0,10-0,30 Cr, 0,002-0,009 N, не более 0,20 V, остальное Fe [Патент RU 2499843, МПК C21D8/02, C22C38/46, 2013].

Недостатком данного технического решения является то, что в ходе черновой прокатки не ведется контроль рекристаллизации аустенита, что может приводить к разнозернистости аустенита перед чистовой прокаткой за счет неполной рекристаллизации после каждого чернового прохода. Разнозернистость аустенита не будет исправлена в ходе чистовой прокатки, поскольку температурный диапазон чистовой прокатки, указанный в данном изобретении, лежит ниже температуры полной остановки рекристаллизации. Указанная разнозернистость в готовом изделии может приводить как к снижению ударной вязкости, так и к анизотропии свойств, что в свою очередь может периодически приводить к получению несоответствующей продукции и экономическим потерям предприятия.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ производства толстолистового проката классов прочности K80, X100, L690 для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов в котором получают сталь, содержащую, мас.%: С 0,03-0,08, Si 0,10-0,35, Mn 1,75-2,10, Cr 0,01-0,50, Ni 0,01-0,60, Cu 0,01-0,40, Мо 0,01-0,50, Al 0,02-0,05, Nb 0,03-0,09, V 0,001-0,10, Ti 0,010-0,035, S 0,0005-0,003, Р 0,002-0,015, N 0,001-0,008, железо и неизбежные примеси – остальное, при выполнении следующих соотношений: 0,15<(Mn+Cr+Cu)/20+Si/10+Ni/60+Mo/15+V/10<0,18 ; 2,8%<Mn+Cr+Ni+Cu+Mo+Si<3,5%. Непрерывнолитую заготовку подвергают аустенизации при температуре Тн+(10-50)°C исходя из соотношения Tн=lg([C]204⋅[Nb]232)+34[Si]-1,5[Mn]-2,7[Cr]+17|3,6-[Ti]/[N]|+1657 с выдержкой, время которой рассчитывают по уравнению t=(1205-Та)/0,53±40 мин, где t - время выдержки, Та - выбранная температура нагрева. Предварительную деформацию осуществляют так, что доля статической рекристаллизации за время паузы между проходами составляет не меньше 85%, а суммарная степень деформации составляет не менее 0,9. После этого подкат подстуживают до температуры начала чистовой прокатки, определяемой из уравнения Тнчистп=Ar3+2700/Н±40°C, где Н - конечная толщина листа, мм, и проводят чистовую прокатку до температуры Ar3+(0-15)°C. Ускоренное охлаждение проката осуществляют до температуры Bf-(20-120)°C, определяемой по формуле Bf=595-320[C]-15[Cr+Cu+Ni]-25[Mn]-2Vохл±50°C [Патент RU 2635122, МПК C21D8/02, B21B1/26, C22C38/54, 2017].

Недостатком данного технического решения является то, что указанный диапазон температур конца ускоренного охлаждения не позволяет получить необходимую долю реечного бейнитного феррита с мартенситом и участками мартенситно-аустенитной составляющей (МА-фаза), что негативно сказывается на прочностных свойствах. Также повышение температуры конца ускоренного охлаждения негативно влияет на ударную вязкость и долю вязкой составляющей (при испытании падающим грузом) в готовом изделии за счет увеличения доли МА-фазы. Все это приводит к получению несоответствующей продукции из-за снижения механических свойств стали и экономическим потерям предприятия.

Технический результат изобретения – разработка технологии производства штрипсового проката класса прочности К80 с гарантией CTOD -20 и температурой эксплуатации до - 60 ºС.

Технический результат достигается тем, что по первому варианту способа производства толстолистового проката для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов, включающему получение непрерывнолитой стальной заготовки, ее аустенитизацию, черновую и чистовую прокатку, ускоренное охлаждение готового проката с окончательным охлаждением на воздухе, согласно изобретению заготовку получают из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:

Углерод 0,03 – 0,07 Кремний 0,10 – 0,35 Марганец 1,70 – 2,10 Сера не более 0,004 Фосфор не более 0,015 Хром не более 0,30 Никель 0,40 – 1,00 Медь не более 0,50 Алюминий 0,02 – 0,08 Титан 0,001 – 0,03 Молибден 0,10 – 0,50 Ванадий не более 0,10 Ниобий 0,02 – 0,10 Азот не более 0,008 Бор 0,0003 – 0,001 Кальций 0,0005 – 0,006 При необходимости РЗМ не более 0,002 Железо и неизбежные примеси остальное

при этом аустенитизацию заготовки осуществляют до температуры 1150 – 1230 ºС, черновую стадию прокатки начинают при температуре не ниже 980 °С и осуществляют ее на толщину подката, составляющую не менее 4 толщин готового проката, чистовую стадию прокатки начинают при температуре 730 – 870 ºС, заканчивают при температуре 670 – 850 ºС, ускоренное охлаждение готового проката начинают при температуре 630 – 830 ºС и осуществляют со скоростями охлаждения 10-35 ºС/с до температуры 40 – 150 ºС.

Перед чистовой прокаткой разница размера исходного зерна аустенита в структуре раската не должна превышать 2 баллов.

Стадию чистовой прокатки ведут с относительными обжатиями за проход не менее 10 %, кроме двух последних проходов.

Готовый прокат характеризуется ударной вязкостью не менее 250 Дж/см² при -60 ºС.

Микроструктура готового проката состоит из бейнита в количестве не менее 95 % и мартенситно-аустенитной составляющей – остальное.

Излом образцов готового проката при испытании падающим грузом характеризуется долей вязкой составляющей не менее 85% при -20 ºС.

Раскрытие в вершине трещины (СТОD) образцов готового проката при температуре минус 20°С составляет не менее 0,2 мм.

Технический результат достигается также тем, что по второму варианту способа производства толстолистового проката для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов, включающему получение непрерывнолитой стальной заготовки, ее аустенитизацию, черновую прокатку, охлаждение подката до комнатной температуры, аустенитизацию подката, чистовую прокатку, ускоренное охлаждение готового проката с окончательным охлаждением на воздухе, согласно изобретению заготовку получают из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:

Углерод 0,03 – 0,07 Кремний 0,10 – 0,35 Марганец 1,70 – 2,10 Сера не более 0,004 Фосфор не более 0,015 Хром не более 0,30 Никель 0,40 – 1,00 Медь не более 0,50 Алюминий 0,02 – 0,08 Титан 0,001 – 0,03 Молибден 0,10 – 0,50 Ванадий не более 0,10 Ниобий 0,02 – 0,10 Азот не более 0,008 Бор 0,0003 – 0,001 Кальций 0,0005 – 0,006 При необходимости РЗМ не более 0,002 Железо и неизбежные примеси остальное

при этом аустенитизацию заготовки осуществляют до температуры 1150 – 1230 ºС, черновую стадию прокатки начинают при температуре не ниже 980 °С и осуществляют ее на толщину подката, составляющую не менее 4 толщин готового проката, после черновой прокатки производят охлаждение подката до температуры окружающей среды, после этого осуществляют его повторный нагрев до температуры не менее Ac3+20 ºС, чистовую стадию прокатки начинают при температуре 730 – 870 ºС, заканчивают при температуре 670 – 850 ºС, ускоренное охлаждение готового проката начинают при температуре 630 – 830 ºС и осуществляют со скоростями охлаждения 10-35 ºС/с до температуры 40 – 150 ºС.

Перед чистовой прокаткой разница размера исходного зерна аустенита в структуре раската не должна превышать 2 баллов.

Стадию чистовой прокатки ведут с относительными обжатиями за проход не менее 10 %, кроме двух последних проходов.

Готовый прокат характеризуется ударной вязкостью не менее 250 Дж/см² при -60 ºС.

Микроструктура готового проката состоит из бейнита в количестве не менее 95 % и мартенситно-аустенитной составляющей – остальное.

Излом образцов готового проката при испытании падающим грузом характеризуется долей вязкой составляющей не менее 90% при -40 ºС.

Раскрытие в вершине трещины (СТОD) образцов готового проката при температуре минус 20°С составляет не менее 0,2 мм.

Технический результат достигается также тем, что по третьему варианту способа производства толстолистового проката для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов, включающему получение непрерывнолитой стальной заготовки, ее аустенитизацию, черновую и чистовую прокатку, ускоренное охлаждение готового проката с окончательным охлаждением на воздухе, согласно изобретению заготовку получают из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:

Углерод 0,03 – 0,07 Кремний 0,10 – 0,35 Марганец 1,70 – 2,10 Сера не более 0,004 Фосфор не более 0,015 Хром не более 0,30 Никель 0,40 – 1,00 Медь не более 0,50 Алюминий 0,02 – 0,08 Титан 0,001 – 0,03 Молибден 0,10 – 0,50 Ванадий не более 0,10 Ниобий 0,02 – 0,10 Азот не более 0,008 Бор 0,0003 – 0,001 Кальций 0,0005 – 0,006 При необходимости РЗМ не более 0,002 Железо и неизбежные примеси остальное

при этом аустенитизацию заготовки осуществляют до температуры 1150 – 1230 ºС, черновую стадию прокатки начинают при температуре не ниже 980 °С и осуществляют ее на толщину подката (Н_подк), составляющую не менее 4 толщин готового проката, при этом в ходе черновой стадии прокатки на толщине не менее H_подк+30 мм осуществляют охлаждение подката на воздухе до температуры 850-950 ºС, затем заканчивают черновую стадии прокатки, а чистовую стадию прокатки начинают при температуре 730 – 870 ºС, заканчивают при температуре 670 – 850 ºС, ускоренное охлаждение готового проката начинают при температуре 630 – 830 ºС и осуществляют со скоростями охлаждения 10-35 ºС/с до температуры 40 – 150 ºС.

Перед чистовой прокаткой разница размера исходного зерна аустенита в структуре раската не должна превышать 2 баллов.

Стадию чистовой прокатки ведут с относительными обжатиями за проход не менее 10 %, кроме двух последних проходов.

Готовый прокат характеризуется ударной вязкостью не менее 250 Дж/см² при -60 ºС.

Микроструктура готового проката состоит из бейнита в количестве не менее 95 % и мартенситно-аустенитной составляющей – остальное.

Излом образцов готового проката при испытании падающим грузом характеризуется долей вязкой составляющей не менее 90% при -60 ºС.

Раскрытие в вершине трещины (СТОD) образцов готового проката при температуре минус 20°С составляет не менее 0,2 мм.

Технический результат достигается также тем, что по четвертому варианту способа производства толстолистового проката для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов, включающему получение непрерывнолитой стальной заготовки, ее аустенитизацию, черновую и чистовую прокатку, ускоренное охлаждение готового проката с окончательным охлаждением на воздухе, согласно изобретению заготовку получают из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:

Углерод 0,03 – 0,07 Кремний 0,10 – 0,35 Марганец 1,70 – 2,10 Сера не более 0,004 Фосфор не более 0,015 Хром не более 0,30 Никель 0,40 – 1,00 Медь не более 0,50 Алюминий 0,02 – 0,08 Титан 0,001 – 0,03 Молибден 0,10 – 0,50 Ванадий не более 0,10 Ниобий 0,02 – 0,10 Азот не более 0,008 Бор 0,0003 – 0,001 Кальций 0,0005 – 0,006 При необходимости РЗМ не более 0,002

Железо и неизбежные примеси остальное

при этом аустенитизацию заготовки осуществляют до температуры 1150 – 1230 ºС, черновую стадию прокатки начинают при температуре не ниже 980 °С и осуществляют ее на толщину подката (Н_подк), составляющую не менее 4 толщин готового проката, при этом в ходе черновой стадии прокатки на толщине не менее H_подк+30 мм осуществляют ускоренное охлаждение подката до температуры 650-780 ºС, затем заканчивают черновую стадии прокатки, а чистовую стадию прокатки начинают при температуре 730 – 870 ºС, заканчивают при температуре 670 – 850 ºС, ускоренное охлаждение готового проката начинают при температуре 630 – 830 ºС и осуществляют со скоростями охлаждения 10-35 ºС/с до температуры 40 – 150 ºС.

Перед чистовой прокаткой разница размера исходного зерна аустенита в структуре раската не должна превышать 2 баллов.

Стадию чистовой прокатки ведут с относительными обжатиями за проход не менее 10 %, кроме двух последних проходов.

Готовый прокат характеризуется ударной вязкостью не менее 250 Дж/см² при -60 ºС.

Микроструктура готового проката состоит из бейнита в количестве не менее 95 % и мартенситно-аустенитной составляющей – остальное.

Излом образцов готового проката при испытании падающим грузом характеризуется долей вязкой составляющей не менее 90% при -60 ºС.

Раскрытие в вершине трещины (СТОD) образцов готового проката при температуре минус 20°С составляет не менее 0,2 мм.

Сущность изобретения.

Согласно предложенному способу изготавливают непрерывнолитую заготовку из стали с заданным химическим составом. Содержание химических элементов в указанных соотношениях обеспечивает необходимые механические свойства листов при реализации предлагаемых технологических режимов.

Для получения требуемой прочности, содержание углерода должно быть не менее 0,03%, при этом его добавка в количестве более 0,07% приводит к ухудшению пластических свойств стали.

Добавка кремния необходима для раскисления стали при выплавке. Для обеспечения необходимого уровня раскисленности его содержание должно быть не менее 0,10%, но не более 0,35%, для ограничения количества силикатных включений, ухудшающих ударную вязкость и трещиностойкость.

Марганец повышает степень насыщения феррита растворенными элементами, участвующими в механизме дисперсионного твердения. Для обеспечения требуемых механических свойств стали (характеризующих штрипсовый прокат категории прочности К80) содержание марганца должно быть не менее 1,70%. Содержание марганца в количестве более 2,1 % экономически нецелесообразно.

Содержание хрома ограничивается концентрацией 0,3%. В заявляемом диапазоне хром повышает прокаливаемость стали. При содержании более 0,3% хром может приводить к образования хрупких структурных составляющих, снижающих способность стали сопротивляться развитию трещин.

Для повышения устойчивости аустенита в сталь добавляют никель и медь. Для получения необходимого эффекта содержание никеля не должно быть менее 0,40%. Содержание никеля в количестве более 1,0% экономически нецелесообразно.

Сталь содержит медь в количестве не более 0,50%. Наличие меди в стали повышает ее прочность, но, при этом, снижает пластичность и ударную вязкость, ослабляя межзеренные границы при медленном охлаждении обогащенной фазой.

Ванадий, ниобий и титан, являются сильными карбонитридообразующими элементами. При этом они способствуют получению ячеистой дислокационной микроструктуры стали, обеспечивающей сочетание высоких прочностных характеристик и высокой ударной вязкости. Микролегирование стали добавками титана в пределах 0,001-0,03%, ванадия – не более 0,1% и ниобия 0,02-0,1% необходимо для ограничения роста аустенитного зерна при нагреве слябов под прокатку, получении мелкозернистой структуры проката и повышения прочностных характеристик. Превышение верхних границ заявленных диапазонов приводит к наличию крупных карбонитридных включений в стали и снижению ее механических свойств. При содержании ниобия и титана менее заявленных значений не происходит требуемого упрочнения стали.

Добавки молибдена придают стали мелкозернистую структуру, повышают прочность при равных показателях пластичности. Молибден в количестве менее 0,10% не оказывает значительного влияния на свойства стали. Его содержание более 0,50% значительно повышает стоимость стали, что экономически нецелесообразно.

Азот необходим для выделения мелкодисперсных нитридов и для сдерживания роста аустенитных зерен. При содержании азота свыше 0,008% увеличивается его концентрация в твердом растворе, что ухудшает ударную вязкость и трещиностойкость стали при низких температурах.

Алюминий раскисляет и модифицирует сталь, связывает азот в нитриды. Для снижения содержания кислорода в расплавленной стали необходимо добавлять не менее 0,02% алюминия. При его содержании более 0,08% снижаются вязкопластические свойства стали.

Для улучшения низкотемпературной ударной вязкости в зоне термического влияния, а также повышения способности к прокаливаемости добавляют бор в количестве 0,0003-0,001%.

Сера и фосфор являются вредными примесями, поэтому обозначенные низкие значения содержания серы (не более 0,004%) и фосфора (не более 0,015%) необходимы для получения высоких значений ударной вязкости при низких температурах.

При содержании серы свыше 0,004% в стали образуются сульфидные включения, значительно снижающие ударную вязкость и трещиностойкость.

Фосфор относится к числу элементов, обладающих наибольшей склонностью к ликвации и образованию сегрегации по границам зерен, и, как следствие, отрицательно влияющих на ударную вязкость стали и трещиностойкость, поэтому верхний предел содержания фосфора устанавливают в количестве не более 0,015%.

Для повышения способности к прокаливаемости в сталь добавляют бор в количестве 0,0003 – 0,001%.

Кальций и редкоземельные металлы (РЗМ) являются элементами применяемыми для регулирования формы сульфидов. Они позволяют сдерживать формирование соединений MnS, вытянутых в направлении прокатки, и улучшают свойства стали в направлении толщины листа, в частности повышают сопротивление образованию продольных трещин. С другой стороны, для снижения количества оксидов, верхнюю границу содержания кальция и РЗМ устанавливают не более 0,006% и 0,002% соответственно.

Химические элементы в заявленных пределах также обеспечивают требуемые механические свойства сварного соединения и удовлетворительную свариваемость стали. При воздействии на сталь термического цикла сварки, они сдерживают рост аустенитного зерна и способствуют формированию мелкозернистой микроструктуры в зоне термического влияния, состоящей преимущественно из игольчатого и реечного бейнита.

Оптимальные технологические параметры различных вариантов способов производства были определены эмпирическим путем.

Для производства толстолистового проката слябы перед прокаткой нагревают до температуры 1150-1230 ^oC. Превышение верхней границы интервала стимулирует аномальный рост зерен аустенита, приводящий к снижению прочностных и вязкостных свойств. При недостижении нижней границы интервала температуры нагрева карбонитриды плохо растворяются в аустените, это оказывает негативное влияние на протекание процессов рекристаллизации, а также снижает прочностные и вязкие свойства.

Черновую стадию прокатки проводят выше температуры рекристаллизации аустенита, что обеспечивает активное измельчение зерна за счет его повторного роста. В заявляемом техническом решении, температура начала черновой стадии прокатки определена на уровне не менее 980 ºС.

Для обеспечения удовлетворительных результатов испытания падающим грузом, с учетом увеличенной толщины проката, необходимо обеспечить толщину подката (промежуточного подстуживания) не менее четырех толщин готового проката. Получение, например, трехкратного промежуточного подката по толщине снижает суммарную степень деформации на чистовой стадии прокатки, что в конечном итоге не позволит получить требуемую дисперсность конечной структуры проката.

Обеспечение разнозернистости исходного аустенитного зерна не более 2 баллов (перед чистовой прокаткой) необходимо для исключения анизотропии свойств, прежде всего ударной вязкости металла. Этого добиваются путем создания условий для прохождения полной рекристаллизации во время прокатки между проходами (обжатие более 10%, увеличенная пауза между проходами).

Температурный интервал начала (730 – 870 ^оС) и окончания (670 – 850 ^оС) деформации на чистовой стадии прокатки выбран исходя из температуры остановки рекристаллизации аустенита и необходимости подготовки аустенита к последующему превращению, путем создания деформированных зерен аустенита, содержащих полосы деформации и имеющих высокую плотность дислокаций.

Чистовую прокатку осуществляют с относительными обжатиями за проход не менее 10%, за исключением последних (двух) проходов. При меньшем значении степени деформации снижается эффективность проработки структуры.

Получение требуемых структурных составляющих - бейнита в количестве не менее 95 % и мартенситно-аустенитной составляющей – остальное, необходимо для получения требуемых заявляемых механических свойств проката. Это обеспечивается за счет химического состава стали, температуры начала и конца ускоренного охлаждения, а также скорости охлаждения. Выход за нижние границы температуры начала ускоренного охлаждения и скорости охлаждения и верхнюю границу температуры конца ускоренного охлаждения может привести к получению более мягкой структуры проката, что приведет к снижению его прочностных свойств. Выход за верхние границы температуры начала ускоренного охлаждения и скорости охлаждения и нижнюю границу температуры конца ускоренного охлаждения может привести к значительному увеличению прочности проката и как следствие, снижению его пластичности.

По второму варианту реализации способа, заготовку после черновой прокатки охлаждают до температуры окружающей среды, после этого осуществляют его повторный нагрев до температуры не менее Ac3+20 ºС, данный вариант способствует еще большему измельчению аустенитного зерна за счет перекристаллизации в ходе повторного нагрева.

Варианты с прекращением деформации на черновой стадии прокатки и охлаждением подката на воздухе до температуры 850-950 ºС (третий вариант реализации способа) или ускоренно до температуры 650-780 ºС и продолжением черновой прокатки (четвертый вариант реализации способа), также нацелены на измельчение зерна за счет более полного протекания статической рекристаллизации во время паузы. Выход за нижнюю границу указанных диапазонов снизит деформационную способность материала, что не позволит деформировать материал с требуемой степенью деформации. Выход за верхнюю границу указанных диапазонов не окажет желаемого эффекта на размер (измельчение) зерна.

Ускоренное охлаждение оказывает положительное влияние на прочностные и вязкопластические свойства готового проката за счет формирования благоприятной микроструктуры. Выбранные условия одностадийного ускоренного охлаждения (первый вариант реализации способа): температурный интервал начала охлаждения 630-830 °С, скорость охлаждения 10-35 ºС/с, температура конца охлаждения 40-150 ^oC обеспечивают получение целевой бейнитной структуры.

Выход за верхнюю границу начала ускоренного охлаждения не позволит получить требуемую скорость охлаждения по всей толщине проката. Начало ускоренного охлаждения при температуре ниже 630 ^oC приведет к необходимости увеличения паузы между концом прокатки и началом охлаждения, что может негативно сказаться на размере зерна. Выход за рамки указанного выше диапазона скоростей охлаждения, также как и диапазона температуры конца ускоренного охлаждения, не позволит получить требуемую дисперсность бейнитной структуры.

Листы, произведенные по заявляемым способам, имеют следующие характеристики в продольном направлении:

предел текучести при полной деформации 0,5% 630-840 МПа; временное сопротивление 730-940 МПа; отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,95; относительное удлинение не менее 14,0%; относительное равномерное удлинение не менее 6%; относительное сужение не менее 60%;

в поперечном направлении:

предел текучести при полной деформации 0,5% 670-840 МПа; временное сопротивление 790-940 МПа; отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,95; относительное удлинение не менее 14,0%; относительное равномерное удлинение не менее 6%; относительное сужение не менее 60%; ударная вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 20°C не ниже 320 Дж/см²; при температуре минус 40°C не ниже 250 Дж/см²; при температуре минус 60°C не ниже 250 Дж/см²; доля вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 20°C не менее 90%; критическое раскрытие в вершине трещины (CTOD) при температуре испытания минус 20°C не менее 0,20 мм.

Заявленная группа изобретений поясняется примерами их реализации в производстве ПАО «Северсталь».

В условиях конвертерного производства Череповецкого металлургического комбината ПАО «Северсталь» было выплавлено пять опытных плавок, три из которых имели соответствующий заявленному химический состав (№ 1, 2 и 3), две – нет (№ 4 и 5). Химический состав выплавленного металла приведен в таблице 1. Опытные плавки были разлиты на слябы толщиной 315 мм, которые прокатали на стане 5000 в листы толщиной 20 мм. Варианты реализации предложенного способа и результаты испытаний приведены в таблицах 2 и 3, 4 соответственно.

Из таблиц видно, что листы из стали с вариантом химического состава № 1-3 по предлагаемым способам № 1-4, обладают комплексом механических свойств, удовлетворяющих требованиям к конечному продукту.

Листы из стали с химическими составами № 4 и 5, не обладают требуемым комплексом механических свойств.

Таким образом, применение описанного способа производства проката, приведенного химического состава, обеспечивает достижение требуемого уровня качественных характеристик класса прочности К80:

- в продольном направлении: предел текучести при полной деформации 0,5% 630-840 МПа, временное сопротивление 730-940 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,95, относительное удлинение не менее 14,0%, относительное равномерное удлинение не менее 6%, относительное сужение не менее 60%;

- в поперечном направлении: предел текучести при полной деформации 0,5% 670-840 МПа, временное сопротивление 790-940 МПа, отношение предела текучести при полной деформации 0,5% к временному сопротивлению не более 0,95, относительное удлинение не менее 14,0%, относительное равномерное удлинение не менее 6%, относительное сужение не менее 60%, ударная вязкость на образцах с V-образным надрезом при температуре испытания минус 20°C не ниже 320 Дж/см², при температуре минус 40°C не ниже 250 Дж/см², при температуре минус 60°C не ниже 250 Дж/см², доля вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 20°C не менее 85%, критическое раскрытие в вершине трещины при температуре испытания минус 20°C не менее 0,20 мм.

Таблица 1

Массовая доля химических элементов, %

Хими-ческий
состав С Si Mn P S V+Nb+Ti Cr Ni Cu Mo B Al N Ca РЗМ 1 0,064 0,155 1,80 0,0054 0,0011 0,1 0,061 0,59 0,11 0,20 0,0004 0,039 0,0048 0,0016 - 2 0,061 0,258 1,92 0,010 0,0011 0,19 0,135 0,79 0,24 0,39 0,0009 0,041 0,0054 0,0016 0,001 3 0,050 0,158 1,93 0,006 0,003 0,107 0,24 0,71 0,38 0,30 0,0007 0,052 0,0059 0,0017 - 4 0,082 0,125 1,98 0,011 0,0014 0,33 0,297 0,34 0,25 0,25 0,0004 0,034 0,0047 0,0016 - 5 0,036 0,16 2,22 0,007 0,005 0,07 0,362 0,67 0,24 0,41 0,002 0,067 0,005 0,0017 -

Таблица 2

Технологические параметры производства листов

№ п/п Способ производ-ства Химический состав Температура аустениза-ции, °С Температура начала черновой прокатки, °С Кратность раската по толщине Частные относительные обжатия на черновой стадии, % Температура начала чистовой прокатки, °С Температура окончания чистовой прокатки, °С Температура начала ускоренного охлаждения, °С Скорость охлаждения, °С/с Температура окончания ускоренного охлаждения, °С 1 1 1 1200 1006 6 12 840 823 745 25,7 70 2 1 1 1205 996 6 12 824 806 704 25 81 3 1 2 1201 1002 6 11 833 816 737 26,5 77 4 1 2 1203 999 6 10 816 795 705 24,6 78 5 1 3 1200 1007 6 11 836 817 741 25,6 78 6 1 3 1210 992 6 10 819 789 711 25 89 7 1 4 1210 1007 6 11 794 779 787 24,7 119 8 1 4 1206 1005 6 12 794 779 789 26 127 9 1 5 1205 992 6 10 839 821 823 26,3 122 10 1 5 1203 991 6 11 837 814 817 26,3 116 11 2 1 1195 1009 6 12 848 817 754 26,7 64 12 2 1 1206 991 6 12 826 802 713 25,6 81 13 2 2 1193 1004 6 12 842 819 756 24,1 60 14 2 2 1210 992 6 12 818 793 709 25,2 88 15 2 3 1193 1008 6 12 840 817 750 24,8 71 16 2 3 1208 987 6 11 831 808 716 26,5 73 17 2 4 1210 1007 6 12 794 779 787 25,8 119 18 2 4 1214 1008 6 11 791 767 791 25,1 125 19 2 5 1205 992 6 10 839 820 805 24,1 122 20 2 5 1203 996 6 11 835 813 811 24,2 128 21 3 1 1191 989 6 10 844 828 737 25,3 59 22 3 1 1211 986 6 10 785 766 720 24,9 80 23 3 2 1188 994 6 12 841 815 736 25,5 52 24 3 2 1208 984 6 12 793 772 720 26,8 73 Продолжение Таблицы 2 25 3 3 1192 992 6 10 846 825 732 24,1 53 26 3 3 1209 987 6 11 793 764 723 24,1 82 27 3 4 1210 1007 6 11 794 772 787 24,7 119 28 3 4 1210 1010 6 11 799 777 780 24,1 125 29 3 5 1205 992 6 12 839 817 800 25,2 122 30 3 5 1204 997 6 12 844 824 803 26,5 122 31 4 1 1192 1019 6 10 844 836 746 24,4 67 32 4 1 1208 982 6 10 791 783 763 25,3 72 33 4 2 1189 1022 6 12 840 825 750 25,2 75 34 4 2 1212 985 6 10 783 769 791 23,8 66 35 4 3 1194 1017 6 11 849 843 772 26,5 71 36 4 3 1212 982 6 10 783 776 754 25,1 72 37 4 4 1210 1007 6 11 794 783 790 24,6 119 38 4 4 1211 1011 6 12 792 783 781 26,1 123 39 4 5 1205 992 6 12 839 826 771 25,5 122 40 4 5 1201 992 6 12 845 838 787 23,8 130

Таблица 3

Результаты испытаний образцов от листового проката на статическое растяжение

№ п/п Способ производства
  Химический состав
  σ_п0,5 , МПа σ_в , МПа δ₅ , % σ_п0,5 / σ_в Ψ, % вдоль поперек вдоль поперек вдоль поперек вдоль поперек вдоль поперек 1 1 1 745 755 815 845 18 18,5 0,91 0,89 77 78 2 1 1 765 760 820 870 16,5 16 0,93 0,87 76 77 3 1 2 765 742 804 828 18,8 17,9 0,95 0,9 73 83 4 1 2 752 766 806 853 15,8 15,6 0,93 0,9 71 71 5 1 3 766 733 824 837 18,9 18,2 0,93 0,88 74 88 6 1 3 738 755 795 869 16 15,1 0,93 0,87 77 76 7 1 4 800 820 930 843 13 12,5 0,86 0,97 63 63 8 1 4 795 831 913 847 12,8 12,7 0,87 0,98 61 70 9 1 5 610 630 740 750 18 17 0,82 0,84 80 82 10 1 5 624 618 727 747 18,8 17,8 0,86 0,83 82 75 11 2 1 690 700 798 819 17 16,1 0,86 0,85 78 80 12 2 1 685 690 785 815 17,5 16,4 0,87 0,85 80 80 13 2 2 698 712 808 803 16,9 15,9 0,86 0,89 71 78 14 2 2 686 681 798 820 17,5 16,7 0,86 0,83 84 73 15 2 3 710 732 806 800 16,6 16,6 0,88 0,92 63 84 16 2 3 692 700 805 830 17,6 16,4 0,86 0,84 79 71 17 2 4 800 820 930 950 13 12,5 0,86 0,86 63 63 18 2 4 804 814 934 950 13,8 11,9 0,86 0,86 60 59 19 2 5 610 630 740 750 18 17 0,82 0,84 80 82 20 2 5 630 632 726 743 17,5 16,6 0,87 0,85 83 83 21 3 1 692 697 787 805 17,8 16,8 0,88 0,87 85 81 22 3 1 690 697 788 816 17,8 16,8 0,88 0,85 83 81 Продолжение Таблицы 3 23 3 2 692 699 772 813 18,4 17,1 0,9 0,86 79 82 24 3 2 701 709 782 803 18,3 16,3 0,9 0,88 77 87 25 3 3 708 728 783 818 19,1 16,3 0,9 0,89 75 85 26 3 3 693 702 799 808 19,1 15,8 0,87 0,87 84 86 27 3 4 800 820 930 950 13 12,5 0,86 0,86 63 63 28 3 4 783 835 942 953 13,1 13 0,83 0,88 70 63 29 3 5 610 630 740 750 18 17 0,82 0,84 80 82 30 3 5 605 635 760 732 18,7 17,4 0,8 0,87 86 84 31 4 1 706 719 780 802 19,5 17,9 0,91 0,9 87 83 32 4 1 690 703 763 813 19,9 18,2 0,9 0,86 90 88 33 4 2 691 701 795 798 20,1 17,1 0,87 0,88 95 78 34 4 2 702 711 790 814 19,6 17,9 0,89 0,87 97 96 35 4 3 708 723 789 792 19,3 17,6 0,9 0,91 87 76 36 4 3 686 719 786 794 20,1 17,1 0,87 0,91 105 98 37 4 4 800 820 930 950 13 12,5 0,86 0,86 63 63 38 4 4 786 824 919 950 12,8 13 0,86 0,87 70 67 39 4 5 610 630 740 750 18 17 0,82 0,84 80 82 40 4 5 595 625 725 754 17,7 17,7 0,82 0,83 82 88

Таблица 4

Результаты динамических испытаний на изгиб и трещиностойкость CTOD

№ п/п Способ производства Химический состав KCV^-20 , Дж/см² KCV^-40 , Дж/см² KCV^-60 , Дж/см² ДВС при ИПГ^-20 , % ДВС при ИПГ^-40 , % ДВС при ИПГ^-60 , % CTOD ^-20 1 1 1 340 325 310 99 - - 0,35 2 1 1 367 352 328 98 - - 0,32 3 1 2 320 343 328 91 - - 0,43 4 1 2 352 334 308 90 - - 0,32 5 1 3 321 359 328 93 - - 0,39 6 1 3 364 346 325 91 - - 0,27 7 1 4 288 253 67 37 - - 0,09 8 1 4 293 261 47 47 - - 0,03 9 1 5 190 59 28 36 - - 0,11 10 1 5 188 40 28 44 - - 0,08 11 2 1 358 336 314 99 96 - 0,43 12 2 1 383 361 340 99 94 - 0,4 13 2 2 377 319 323 92 96 - 0,5 14 2 2 374 352 356 100 94 - 0,34 15 2 3 359 304 319 98 94 - 0,5 16 2 3 387 362 369 99 94 - 0,35 17 2 4 288 253 67 48 43 - 0,07 18 2 4 293 233 55 37 33 - 0,05 19 2 5 190 59 28 19 15 - 0,12 20 2 5 205 62 14 26 26 - 0,09 21 3 1 431 400 344 92 99 90 0,31 22 3 1 418 385 330 92 95 100 0,48 23 3 2 425 410 327 90 99 91 0,39 24 3 2 399 387 344 97 96 100 0,55 25 3 3 409 398 336 94 96 96 0,41 26 3 3 396 405 324 91 93 95 0,62 27 3 4 288 253 67 45 44 39 0,09 28 3 4 290 235 58 43 43 39 0,05 29 3 5 190 59 28 44 42 42 0,13 30 3 5 184 70 11 27 27 23 0,06 31 4 1 434 421 409 94 96 96 0,31 32 4 1 418 401 396 95 99 91 0,56 33 4 2 448 409 422 98 98 97 0,28 34 4 2 418 409 407 98 99 100 0,56 35 4 3 445 417 434 98 94 90 0,31 36 4 3 437 426 427 90 95 92 0,5 37 4 4 288 253 67 46 45 45 0,06 38 4 4 306 245 57 55 54 50 0,05 39 4 5 190 59 28 44 41 40 0,11 Продолжение Таблицы 4 40 4 5 189 60 33 38 35 31 0,06 Примечание:
KCV^-20 – ударная вязкость при температуре испытаний минус 20^oC;
KCV^-40 – ударная вязкость при температуре испытаний минус 40^oC;
KCV^-60 – ударная вязкость при температуре испытаний минус 60^oC;
ДВС при ИПГ^-20 – доля вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 20^oC;
ДВС при ИПГ^-40 – доля вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 40^oC;
ДВС при ИПГ^-60 – доля вязкой составляющей в изломе ИПГ при температуре испытаний минус 60^oC;
CTOD ^-20 – раскрытие вершины трещины при температуре испытаний минус 20^oC.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству на реверсивном толстолистовом стане листового проката для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм. Получают непрерывнолитую заготовку из стали со следующим соотношением элементов, мас.%: углерод 0,03–0,07, кремний 0,10–0,35, марганец 1,70–2,10, сера не более 0,004, фосфор не более 0,015, хром не более 0,30, никель 0,40–1,00, медь не более 0,50, алюминий 0,02–0,08, титан 0,001–0,03, молибден 0,10–0,50, ванадий не более 0,10, ниобий 0,02–0,10, азот не более 0,008, бор 0,0003–0,001, кальций 0,0005–0,006, при необходимости РЗМ не более 0,002, остальное - железо и неизбежные примеси. Проводят аустенитизацию заготовки при температуре 1150–1230°С с последующей прокаткой. Черновую прокатку начинают при температуре не ниже 980°С и осуществляют ее на толщину подката, составляющую не менее 4 толщин готового проката, а чистовую прокатку начинают при температуре 730–870°С и заканчивают при температуре 670–850°С. Осуществляют ускоренное охлаждение готового проката со скоростью охлаждения 10-35°С/с, начиная при температуре 630–830°С и заканчивая при температуре 40–150°С, и окончательное охлаждение на воздухе. Обеспечивается производство штрипсового проката класса прочности К80 с гарантией CTOD -20 и температурой эксплуатации до -60°С. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ производства толстолистового проката для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов, включающий получение непрерывнолитой стальной заготовки, ее аустенитизацию, черновую и чистовую прокатку, ускоренное охлаждение готового проката с окончательным охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что заготовку получают из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:

углерод 0,03–0,07 кремний 0,10–0,35 марганец 1,70–2,10 сера не более 0,004 фосфор не более 0,015 хром не более 0,30 никель 0,40–1,00 медь не более 0,50 алюминий 0,02–0,08 титан 0,001–0,03 молибден 0,10–0,50 ванадий не более 0,10 ниобий 0,02–0,10 азот не более 0,008 бор 0,0003–0,001 кальций 0,0005 – 0,006 при необходимости РЗМ не более 0,002 железо и неизбежные примеси остальное

при этом аустенитизацию заготовки осуществляют до температуры 1150-1230°С, черновую стадию прокатки начинают при температуре не ниже 980°С и осуществляют ее на толщину подката, составляющую не менее 4 толщин готового проката, чистовую стадию прокатки начинают при температуре 730-870°С, заканчивают при температуре 670-850°С, ускоренное охлаждение готового проката начинают при температуре 630-830°С и осуществляют со скоростями охлаждения 10-35°С/с до температуры 40-150°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед чистовой прокаткой разница размера исходного зерна аустенита в структуре раската не должна превышать 2 баллов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадию чистовой прокатки ведут с относительными обжатиями за проход не менее 10%, кроме двух последних проходов.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что готовый прокат характеризуется ударной вязкостью не менее 250 Дж/см² при -60°С.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что микроструктура готового проката состоит из бейнита в количестве не менее 95% и мартенситно-аустенитной составляющей - остальное.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раскрытие в вершине трещины (СТОD) образцов готового проката при температуре -20°С составляет не менее 0,2 мм.

7. Способ производства толстолистового проката для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов, включающий получение непрерывнолитой стальной заготовки, ее аустенитизацию, черновую и чистовую прокатку, ускоренное охлаждение готового проката с окончательным охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что заготовку получают из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:

углерод 0,03–0,07 кремний 0,10–0,35 марганец 1,70–2,10 сера не более 0,004 фосфор не более 0,015 хром не более 0,30 никель 0,40–1,00 медь не более 0,50 алюминий 0,02–0,08 титан 0,001–0,03 молибден 0,10–0,50 ванадий не более 0,10 ниобий 0,02–0,10 азот не более 0,008 бор 0,0003–0,001 кальций 0,0005–0,006 при необходимости РЗМ не более 0,002 железо и неизбежные примеси остальное

при этом аустенитизацию заготовки осуществляют до температуры 1150-1230°С, черновую стадию прокатки начинают при температуре не ниже 980°С и осуществляют ее на толщину подката, составляющую не менее 4 толщин готового проката, после черновой прокатки производят охлаждение подката до температуры окружающей среды, после этого осуществляют его повторный нагрев до температуры не менее Ac3+20°С, чистовую стадию прокатки начинают при температуре 730-870°С, заканчивают при температуре 670-850°С, ускоренное охлаждение готового проката начинают при температуре 630-830°С и осуществляют со скоростями охлаждения 10-35°С/с до температуры 40-150°С.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что перед чистовой прокаткой разница размера исходного зерна аустенита в структуре раската не должна превышать 2 баллов.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадию чистовой прокатки ведут с относительными обжатиями за проход не менее 10%, кроме двух последних проходов.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что готовый прокат характеризуется ударной вязкостью не менее 250 Дж/см² при -60°С.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что микроструктура готового проката состоит из бейнита в количестве не менее 95% и мартенситно-аустенитной составляющей - остальное.

12. Способ по п. 7, отличающийся тем, что излом образцов готового проката при испытании падающим грузом характеризуется долей вязкой составляющей не менее 90% при -40°С.

13. Способ по п. 7, отличающийся тем, что раскрытие в вершине трещины (СТОD) образцов готового проката при температуре минус 20°С составляет не менее 0,2 мм.

14. Способ производства толстолистового проката для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов, включающий получение непрерывнолитой стальной заготовки, ее аустенитизацию, черновую и чистовую прокатку, ускоренное охлаждение готового проката с окончательным охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что заготовку получают из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:

углерод 0,03–0,07 кремний 0,10–0,35 марганец 1,70–2,10 сера не более 0,004 фосфор не более 0,015 хром не более 0,30 никель 0,40–1,00 медь не более 0,50 алюминий 0,02–0,08 титан 0,001–0,03 молибден 0,10–0,50 ванадий не более 0,10 ниобий 0,02–0,10 азот не более 0,008 бор 0,0003–0,001 кальций 0,0005–0,006 при необходимости РЗМ не более 0,002 железо и неизбежные примеси остальное

при этом аустенитизацию заготовки осуществляют до температуры 1150-1230°С, черновую стадию прокатки начинают при температуре не ниже 980°С и осуществляют ее на толщину подката (Н_подк), составляющую не менее 4 толщин готового проката, при этом в ходе черновой стадии прокатки на толщине не менее H_подк+30 мм осуществляют охлаждение подката на воздухе до температуры 850-950°С, затем заканчивают черновую стадию прокатки, а чистовую стадию прокатки начинают при температуре 730-870°С, заканчивают при температуре 670-850°С, ускоренное охлаждение готового проката начинают при температуре 630-830°С и осуществляют со скоростями охлаждения 10-35°С/с до температуры 40-150°С.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что перед чистовой прокаткой разница размера исходного зерна аустенита в структуре раската не должна превышать 2 баллов.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадию чистовой прокатки ведут с относительными обжатиями за проход не менее 10%, кроме двух последних проходов.

17. Способ по п. 14, отличающийся тем, что готовый прокат характеризуется ударной вязкостью не менее 250 Дж/см² при -60°С.

18. Способ по п. 14, отличающийся тем, что микроструктура готового проката состоит из бейнита в количестве не менее 95% и мартенситно-аустенитной составляющей - остальное.

19. Способ по п. 14, отличающийся тем, что излом образцов готового проката при испытании падающим грузом характеризуется долей вязкой составляющей не менее 90% при -60°С.

20. Способ по п. 14, отличающийся тем, что раскрытие в вершине трещины (СТОD) образцов готового проката при температуре минус 20°С составляет не менее 0,2 мм.

21. Способ производства толстолистового проката для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов, включающий получение непрерывнолитой стальной заготовки, ее аустенитизацию, черновую и чистовую прокатку, ускоренное охлаждение готового проката с окончательным охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что заготовку получают из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:

углерод 0,03–0,07 кремний 0,10–0,35 марганец 1,70–2,10 сера не более 0,004 фосфор не более 0,015 хром не более 0,30 никель 0,40–1,00 медь не более 0,50 алюминий 0,02–0,08 титан 0,001–0,03 молибден 0,10–0,50 ванадий не более 0,10 ниобий 0,02–0,10 азот не более 0,008 бор 0,0003–0,001 кальций 0,0005–0,006 при необходимости РЗМ не более 0,002 железо и неизбежные примеси остальное

при этом аустенитизацию заготовки осуществляют до температуры 1150-1230°С, черновую стадию прокатки начинают при температуре не ниже 980°С и осуществляют ее на толщину подката (Н_подк), составляющую не менее 4 толщин готового проката, при этом в ходе черновой стадии прокатки на толщине не менее H_подк+30 мм осуществляют ускоренное охлаждение подката до температуры 650-780°С, затем заканчивают черновую стадию прокатки, а чистовую стадию прокатки начинают при температуре 730-870°С, заканчивают при температуре 670-850°С, ускоренное охлаждение готового проката начинают при температуре 630-830°С и осуществляют со скоростями охлаждения 10-35°С/с до температуры 40-150°С.

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что перед чистовой прокаткой разница размера исходного зерна аустенита в структуре раската не должна превышать 2 баллов.

23. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадию чистовой прокатки ведут с относительными обжатиями за проход не менее 10%, кроме двух последних проходов.

24. Способ по п. 21, отличающийся тем, что готовый прокат характеризуется ударной вязкостью не менее 250 Дж/см² при -60°С.

25. Способ по п. 21, отличающийся тем, что микроструктура готового проката состоит из бейнита в количестве не менее 95% и мартенситно-аустенитной составляющей - остальное.

26. Способ по п. 21, отличающийся тем, что излом образцов готового проката при испытании падающим грузом характеризуется долей вязкой составляющей не менее 90% при -60°С.

27. Способ по п. 21, отличающийся тем, что раскрытие в вершине трещины (СТОD) образцов готового проката при температуре минус 20°С составляет не менее 0,2 мм.