Способ производства горячекатаного проката Российский патент 2025 года по МПК B21B1/38 C22C38/44 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении котлов и сосудов, работающих под давлением.

Известна разновидность огнестойкой арматуры и технология ее производства. Способ производства огнеупорной арматуры включает выплавку стали, содержащей, мас.%: 0,20-0,25 С, 0,30-0,55 Si, 1,25-1,50 Mn, 0,008-0,025 P, 0,005-0,015 S, 0,01-0,2 V, 0,15-0,30 Cr, 0,04-0,25 Ni, 0,009-0,015 Nb, 0,005-0,007 Ti, 0,008-0,011 Mo, 0,0008-0,001 B, Fe и неизбежные примеси - остальное, при этом в процессе выплавки стали на последней стадии производства стали добавляют FeMo в количестве 0,1-0,15 кг/т стали [Патент CN 104032234 B, C22C38/54, 2016].

Недостатком данного способа является невозможность получить необходимые свойства при испытании ударной вязкости при отрицательных температурах.

Известна высокоударная сталь для газовых баллонов и способ ее выплавки, включающий выплавку стали в электропечи с предварительным раскислением и легированием во время выпуска стали, внепечную обработку стали и получение стали, содержащей, мас. %: 0,26-0,34 С, 0,17-0,37 Si, 0,4-0,7 Mn, 0,012-0,020 P, 0,012-0,020 S, P+S≤0,030, 0,8-1,1 Cr, 0,15-0,25 Mo, 0,02-0,045 Al, не более 0,030 As, не более 0,010 Sn, Fe и неизбежные примеси - остальное. При этом во время выпуска стали добавляют сплавы FeMn, FeCr, FeSi, FeMo [Патент CN 103031492 B, C22C 38/22, C22C 33/04, 2015].

Недостатком данного способа являются получение больших карбонитридов, которые в конечном счете могут оказывать влияние на качество готового металла.

Задача изобретения - получение горячекатаных листов с гарантированными механическими свойствами, в частности, предел текучести 320-520 МПа.

Технический результат достигается тем, что в способе производства металлопроката, включающем выплавку стали, ее разливку в слябы, нагрев слябов, горячую прокатку и термообработку, при этом при выплавке стали во время выпуска металла присаживают первую порцию молибденсодержащего ферросплава в количестве 2,8-6,5 кг/т стали, затем во время внепечной обработки стали присаживают вторую порцию молибденсодержащего ферросплава в количестве 0,1-1,5 кг/т стали, а разливку стали в слябы осуществляют после внепечной обработки, при этом выплавляют сталь, содержащую, мас.%:

C 0,10-0,20 Si 0,15-0,40 Mn 0,80-1,20 S Не более 0,01 P Не более 0,02 Cr Не более 0,2 Ni 0,90-1,2 Cu Не более 0,3 Al 0,01-0,07 V 0,01-0,05 Mo 0,35-0,50 N Не более 0,01 As Не более 0,1 Железо и неизбежные примеси Остальное

Нагрев слябов осуществляют при температуре 1190-1240°С, чистовую прокатку начинают при температуре 805-860°С и заканчивают при температуре 780-860°С, выполняют отпуск при температуре 630-700°С в течение не менее 100 часов.

Полученный прокат имеет предел текучести 320-520 МПа, относительное удлинение не менее 20%.

Сущность изобретения

Содержание углерода в пределах 0,10-0,20% в сочетании с целевой микроструктурой проката обеспечивает необходимый уровень прочностных свойств при высоких температурах, с одновременным обеспечением высокой вязкости и хладостойкости до минус 40°C. Содержание углерода менее 0,10% не позволяет достичь требуемого уровня прочности, а при содержании более 0,20% ухудшает пластические и вязкостные характеристики стали.

Содержание кремния в пределах 0,15-0,40% положительно влияет на процесс раскисления стали и способствует повышению прочностных характеристик проката. Содержание кремния более 0,40% сопровождается возрастанием количества силикатных включений, снижающих удлинение, ударную вязкость и коррозионную стойкость металла. Это также приводит к ухудшению свариваемости проката и к появлению трещин при изготовлении труб. Снижение содержания кремния менее 0,15% существенно усложняет сталеплавильный процесс за счет снижения жидкотекучести стали и приводит к неоправданному повышению себестоимости металлопроката.

Легирование стали марганцем в диапазоне 0,80-1,20% позволяет обеспечить оптимальную микроструктуру и требуемый уровень механических характеристик стали. При содержании марганца менее 0,80% снижается прочность и вязкость стали при отрицательных температурах. Содержание марганца более 1,20% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.

Содержание алюминия в заявленном диапазоне необходимо для минимизации риска образования большого числа алюминатных включений. Алюминий раскисляет сталь и измельчает зерно. При содержании алюминия менее 0,01% его влияние мало, вязкостные свойства стали ухудшаются. Увеличение содержания алюминия более 0,07% приводит к увеличению количества неметаллических включений в стали и снижению прочностных характеристик. При этом снижается ударная вязкость стали за счет дополнительного выделения на границе зерен нитридов алюминия.

Микролегирование ванадием сдерживает рост зерна аустенита во время нагрева и прокатки, а также упрочняет сталь за счет образования карбидных и карбонитридных включений. Ограничение верхней границы содержания ванадия 0,05% способствует получению развитой мелкодисперсной микроструктуры в стали и обеспечивает сочетание высоких прочностных и пластических свойств готового арматурного профиля. При содержании ванадия менее 0,01 не достигается требуемый эффект упрочнения.

Молибден в количестве 0,35-0,50% является эффективным для увеличения упрочняемости и стабилизирования остаточного аустенита вследствие замедления данным элементом распада аустенита. Содержание молибдена более 0,50% является экономически нецелесообразным. При содержании молибдена менее 0,35% не обеспечивается прочность стали.

В предлагаемом способе содержание хрома ограничивается остаточной концентрацией 0,2%. При содержании хрома более 0,2% уменьшается пластичность и вязкость стали.

Никель придает стали хорошую закаливаемость и ударную вязкость. Содержание никеля более 1,2% является экономически нецелесообразным. При содержании никеля менее 0,9% не достигается требуемая ударная вязкость стали.

При увеличении содержания меди более 0,30% повышается вероятность образования «холодных» трещин, что ухудшает качество поверхности металлопроката и отрицательно влияет на свариваемость.

Для повышения чистоты стали по вредным примесям содержание серы, фосфора и азота также строго регламентировано. Сталь предложенного состава содержит в виде примесей не более 0,010% серы и азота, не более 0,020% фосфора. При заявленных предельных концентрациях эти элементы не оказывают заметного негативного воздействия на механические свойства горячекатаных листов, тогда как их удаление из расплава существенно повышает затраты на производство и усложняет технологический процесс.

При повышении содержания мышьяка более 0,1% происходит снижение вязко-пластических характеристик проката.

Во время выпуска металла присаживают первую порцию молибденсодержащего ферросплава в количестве 2,8-6,5 кг/т стали. Данный диапазон подобран из целесообразности попадания Мо в минимальные пределы по химии.

Во время внепечной обработки стали осуществляют присадку второй порции молибденсодержащего ферросплава в количестве 0,1-1,5 кг/т стали. Данные требования необходимы для минимизации большого объема нерастворимого Мо при внепечной обработке стали, который негативно влияет при дальнейших механических свойств.

Нагрев слябов перед прокаткой в диапазоне температур 1190-1240°C позволяет получить гомогенизированную аустенитную структуру исходной заготовки, повысить пластичность и деформируемость стали.

В ходе чистовой прокатки с началом в диапазоне температур 805-860°С достигается измельчение зерна, в том числе за счет торможения рекристаллизации. Начало чистовой прокатки при температуре ниже 850°С приводит к образованию большого количества феррита в структуре, что приводит к снижению прочности, а начало чистовой прокатки при температурах выше 805°С приводит к укрупнению зерна, что отрицательно сказывается на ударной вязкости проката.

Температура конца чистовой прокатки ниже 780°С приводит к увеличению доли деформированного феррита и, как следствие, к снижению пластичности металлопроката. При температуре завершения чистовой прокатки выше 860°С, происходит увеличение зерна феррита, что снижает предел текучести стали.

Отпуск осуществляют при температуре 630-700°С в течение не менее 100 часов для получения благоприятной мелкозернистой структуры, снятия внутренних напряжений, и получения заданных свойств.

При соблюдении всех параметров производства, полученный металлопрокат характеризуется пределом текучести 320-520 МПа, относительным удлинением не менее 20%.

Пример

Осуществляли выплавку стали, при этом на выпуске осуществляли присадку первой порции молибденсодержащего ферросплава в количестве 2,8-6,5 кг/т стали, на внепечной обработке присаживали вторую порцию молибденсодержащего ферросплава в количестве 0,1-1,5 кг/т стали. После внепечной обработки производили непрерывную разливку в слябы сечением 315×2000 мм. Далее осуществляли нагрев слябов при температуре 1190-1240 °С. Чистовую прокатку начинали при температуре 805-860°С, а заканчивали при температуре 780-860°С. После прокатки осуществляли отпуск при температуре 630-700°С в течение не менее 100 часов.

Согласно заявленному способу было проведено 5 экспериментов. Химический состав приведен в таблице 1, технологические параметры и полученные механические свойства приведены в таблице 2.

Как видно из результатов экспериментов, прокат произведенный по предложенной технологии обладает требуемыми механическими свойствами: прочностными характеристиками, ударной вязкостью.

Таблица 1

Химический состав проката, мас.%^*

№ эксперимента C Si Mn P S Cr Ni Cu Al N Mo V As Fe и неизбежные примеси 1 0,13 0,39 1,20 0,018 0,003 0,18 0,9 0,10 0,04 0,005 0,35 0,012 0,08 остальное 2 0,16 0,20 0,85 0,014 0,003 0,10 1,05 0,20 0,04 0,006 0,40 0,034 0,09 остальное 3 0,11 0,37 1,10 0,010 0,008 0,08 1,15 0,13 0,04 0,006 0,47 0,049 0,07 остальное 4 0,19 0,25 1,00 0,014 0,001 0,12 0,95 0,14 0,04 0,006 0,41 0,020 0,09 остальное 5 0,15 0,17 1,15 0,012 0,002 0,09 1,20 0,29 0,04 0,006 0,45 0,030 0,07 остальное

Таблица 2

№ эксперимента Контролируемые технологические параметры Механические свойства проката FeMo на выпуске, кг/т стали FeMo на внепечной обработке, кг/т стали Т нагрева, °С Т начала чистовой прокатки, °С Т конца чистовой прокатки, °С Т отпуска, °С Время отпуска, час Предел текучести, σт, Н/мм² Относительное удлинение, δ5, % 1 2,8 0,2 1200 810 782 640 102 323 28 2 5,7 0,8 1220 825 840 664 130 415 27 3 3,4 1,4 1236 848 800 698 115 510 29 4 4,0 1,0 1195 830 853 657 106 385 22 5 5,1 0,6 1210 854 824 681 112 460 21

Изобретение относится к cпособу получения высокопрочного проката. Осуществляют выплавку стали, содержащей, мас.%: 0,10-0,20 C, 0,15-0,40 Si, 0,8-1,2 Mn, не более 0,01 S, не более 0,02 P, не более 0,2 Cr, 0,9-1,2 Ni, не более 0,3 Cu, 0,01-0,07 Al, 0,35-0,50 Mo, 0,01-0,05 V, не более 0,01 N, не более 0,1 As, железо и неизбежные примеси - остальное, ее разливку в слябы, нагрев слябов, горячую прокатку и термообработку. Во время выпуска металла присаживают первую порцию молибденсодержащего ферросплава в количестве 2,8-6,5 кг/т стали, затем во время внепечной обработки стали присаживают вторую порцию молибденсодержащего ферросплава в количестве 0,1-1,5 кг/т стали. В результате получают горячекатаные листы с пределом текучести 320-520 МПа. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

1. Способ производства горячекатаного проката, включающий выплавку стали, ее разливку в слябы, нагрев слябов, горячую прокатку и термообработку, отличающийся тем, что при выплавке стали во время выпуска металла присаживают первую порцию молибденсодержащего ферросплава в количестве 2,8-6,5 кг/т стали, затем во время внепечной обработки стали присаживают вторую порцию молибденсодержащего ферросплава в количестве 0,1-1,5 кг/т стали, а разливку стали в слябы осуществляют после внепечной обработки, при этом выплавляют сталь, содержащую, мас.%:

C 0,10-0,20 Si 0,15-0,40 Mn 0,80-1,20 S Не более 0,01 P Не более 0,02 Cr Не более 0,2 Ni 0,90-1,2 Cu Не более 0,3 Al 0,01-0,07 V 0,01-0,05 Mo 0,35-0,50 N Не более 0,01 As Не более 0,1 Железо и неизбежные примеси Остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев слябов осуществляется при температуре 1190-1240°С, чистовую прокатку начинают при температуре 805-860°С и заканчивают при температуре 780-860°С, выполняют отпуск при температуре 630-700°С в течение не менее 100 часов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный прокат имеет предел текучести 320-520 МПа, относительное удлинение не менее 20%.