Способ обработки труб из низкоуглеродистой стали

 

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТРУБ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ, включающий предварительную тep шчecкyю обработку, многократную холодную деформацию с промежуточной термической обработкой, высокий отпуск после деформации на конечньй размер, отличающийс я тем, что, с целью повышения прочности и вязкости при сохранении пластичности , a также сокращения длительности обработки труб, предварительную и промежуточную термическую обработку осуществляют путем аустенизации, выдержки в течение 3-15 мин и охлаждении со скоростью ЗО-ЮО с. , (Л

йа OD

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

034 Л

РЕСОУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

F10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСЙОИЮ СВИДЙТВЙЬСТВМ (21) 3573980/22-02 (22) 05 ° 04 ° 83 (46) 07.01.85. Бюл.. У 1 (72) 10.П. Гуль, И.З. }Иукис, В.Н. Данченко, Ф.К. Клименко, Л.С. Ляховецкнй, Г.И. Хаустов, И.10. Коробочкин, О.С. Вильямс и И.Г. Каплун (71) Днепропетровский ордена Трудово». го.Красного Знамени металлургический институт им. Л.И. Брежнева (53) 621.785.79(088.8) (56) 1. Осада Я.Е. и др. Современные трубные цехи. М., "Иеталлургия", 1977, с. 95-119.

2. Авторское свидетельство СССР

В 404869, кл. С 21 D 1/78, 1971.

4 g С 21 D 9/08 С 21 D 1/78 (54)(57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТРУБ ИЗ

НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ, включающий предварительную термическую обработку, многократную холодную деформацию с промежуточной термической обработкой, высокий отпуск после деформации на конечный размер, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения прочности и вязкости при сохранении пластичности, а также сокращения длительности обработки труб, предварительную и промежуточную термическую обработку осуществляют путем аустенизации, вы; держки в течение 3-15 мин и охлаждео нии со скоростью 30-100 С.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам обработки труб, и может быть использовано при производстве труб методами холодной деформации. 5

Известен способ обработки холоднодеформированных труб, включающий многократную холодную деформацию, промежуточную термическую обработку перед каждым этапом холодной деформации в виде отжига или высокого отпуска при

750-800 С в течение 1-1,5 ч, химичес0 кую обработку (травление, смазку) перед деформацией и высокий отпуск после деформации на конечный размер Я. 15

Недостатками этого способа являются сравнительно низкий уровень механических свойств на,конечном размере, который, в основном, находится на уровне механических свойств исход- 20 ной заготовки, проведение дополнительной термической обработки в виде нормализации и закалки с последующим отпуском для повышения прочности труб ответственного назначения и большая 25 продолжительность технологического цикла изготовления труб, обусловленная длительностью промежуточной термической обработки, после которой трубы охлаждаются на воздухе до цехо-30 вой температуры.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемо»: му результату является способ обработки труб из низкоуглеродистой низколегированной стали, включающий много кратную холодную деформацию, промежуточную термическую обработку и высокий отпуск после деформации на конечный размер, в котором перед деформа- 40 цией на конечный размер трубы лодвергают нормализации. Повышение прочности низколегированной низкоуглеродистой стали обеспечивается за счет перераспределения карбидной фазы в результате нормализации труб перед деформацией на конечный размер и по-. следующего отпуска (2) . (Однако известный способ эффективен только для обработки труб из ниэ-50 коуглеродистой низколегированной стали, поскольку в этом случае реализуется механизм карбидного упрочнения.

Для нелегированной же низкоуглеродистой стали скорости охлаждения при 55 нормализации оказываются недостоточными для осуществления структурных превращений, обеспечивающих повышение прочности. В результате обработки получают весьма низкие значения ударной вязкости при отрицательных температурах, что приводит к снижению хладостойкости и надежности металла, особенно при использовании его в районах с пониженными среднегодовыми температурами. Кроме того, в известном способе нормализация осуществляется только перед деформацией труб на конечный размер, термическая же обработка в промежуточных циклах формоизменения проводится в виде высокотемпературного отпуска. Поэтому в случае применения нормализации перед деформацией на конечный размер по сравнению с обычной технологией обработки, длительность технологического цикла изготовления труб практически не изменяется.

Цель изобретения — повышение прочности и вязкости при сохранении пластичности, а также сокращение длительности технологического процесса обработки труб.

Поставленная цель достигается.тем, что согласно способу обработки труб из низкоуглеродистой стали, включаю-. щему предварительную термическую обработку, многократную, холодную деформацию с промежуточной термической обработкой, высокий отпуск после деформации на конечный размер, предварительную и промежуточную термическую обработку осуществляют путем аустенизации, выдержки в течение 3-15 мин и охлаждения со скоростью 30- 100"С/с.

Такие режимы термообработки приводят к существенным изменениям микро- и субструктуры, которые в сочетании с изменениями на последующих стадиях обработки (многократного чередования циклон термического упрочнения и холодной деформации и стабилизирующего отпуска) приводят к весьма существенному изменению механических свойств. Причем эффект, получаемый от предлагаемых режимов предварительной и промежуточной термической обработки, не снимается последующей деформацией, а вызывает именно в сочетании с последующей деформацией такие структурные изменения, которые обеспечивают на готовом размере качественно новый комплекс механических свойств. Поскольку промежуточные обработки включают нагрев с фазовой перекристаллизацией, то, исходя из

1133305

10 общей закономерности фазовых превращений в стали, следовало бы ожидать отсутствия влияния многократного повторения циклов термическое упрочнение — деформация на конечный комплекс свойств. Однако установлено, что повторение циклов по указанным режимам термической обработки и деформации дает новые ранее неизвестные эффекты дополнительного повышения прочности и вязкости от цикла к циклу при сохранении пластичности на достаточно высоком уровне и стабилизации свойств.

Использование предлагаемого режи- 15 ма ускоренного охлаждения не ухудшает технологичность процесса по усилиям деформации и пластичности о сравнению с обычно применяемым отжигом или нормализацией. 20

Для достижения положительного эффекта в предлагаемом способе в условиях многократного повторения циклов термического упрочнения и деформации существенным элементом является ре- 2 жим аустенизации, а именно, длительность аустениэации не должна быть выше определенной, поскольку при более продолжительной аустенизацни снимается эффект наследования упроч- M нения, полученного от предыдущих циклов. При повторении цикла термическое упрочнение - деформация в процес, :се нагрева до аустенитного состояния

, с кратковременной аустенизацией об35 разующийся аустенит наследует иовы шенную плотность дефектов строения, полученную в результате предыдущего цикла термическое упрочнение — деформация, и более однородное нх рас.- 1 пределение. При ограничении времени аустенизации указанный эффект наслеования не успевает сниматься протекающими диффузионными процессами, и, аеииобразом подвергающийся последу 45 ющим циклам термического упрочнения . и деформации аустенит передает свое . строение продуктам распада. Кроме, того, в процессе повторных нагревов с кратковременной аустенизацией в результате описанных структурных изменений образуется аустенит с более однородным распределением углерода, чем после отжига или нормализации, а при последующем регламентированном.5 охлаждении полученное однородное состояние фиксируется при комнатной температуре с одновременным, как указано, наследованием полученных в предыдущем цикле термического упрочне" ния и деформации структурных изменений. Последующая деформация еще более измельчает структуру и способствует интенсификации взаимодействия дислокаций вокруг уже образовашихся карбидных частиц, что обусловливает накопление эффекта упрочнения при многократном повторении циклов.

Выдержка в течение 3 мин — минимальная выдержка при аустенизацни, которая обеспечивает однородную аустенитную структуру, что необходимо для обеспечения стабильности предлагаемого технологического процесса, то есть воспроизводимости получаемого комплекса свойств.

Иаксимально возможная вьдержка прн аустенизации (15 мин) определяется принципиальной возможностью достижения нового положительного эффекта в предлагаемом способе. Выдержка более 15 мин снимает эффект наследования за счет протекания. диффузионных процессов.

Охлаждение со скоростью 30-100 C/ñ

9 обеспечивает распад аустенита с образованием дисперсной феррито-карбидной смеси с ..элементами верхнего бейнита.

При этом верхняя граница укаэанного интервала скоростей охлаждения соответствует стали типа 08 кп или стали

10, а нижняя граница — стали 35.

Скорости охлаждения ниже оптимальной снижают прочность и вязкость, термическую стабильность получаемых свойств. Скорости охлаждения выше оптимальной нонижают пластичность и вязкость, существенно затрудняют последующую холодную деформацию.

Пример. Проводят обработку труб из стали 20 по предлагаемому и по известному способам.

Предварительную и промежуточную термическую обработку проводят по схеме: нагрев до аустенитного состояния в секционной печи, выдержка при температуре аустенизации (920 С) в истечение 1, 10 и 20 мин. Контроль тем пературы нагрева и выдержки осуществляют с помощью вмонтированных термопар. Регламентированное охлаждение проводят с помощью спрейерного устрой. ства со.скоростью охлаждения 10 70

У и 150 С./с. Химическая обработка включает обычные операции подготовки труб к к холодной деформации:

1133305 травление окалины в растворе серной кислоты, промывку и фосфатирование.

Холодную деформацию осуществляют на волочильном стане с обжатием 20 ..

Заключительный отпуск проводят при 5

600 С в-течение 40 мин.

Для сравнения проводят обработку по известному способу с использованием нормализации перед деформацией на конечный размер. Контроль свойств осуществляют путем испытания стандартных образцов на ститическое растяжение и динамический изгиб при комнатной. температуре и при температуре

-60 С. Для сравнения технологичности о обработок в процессе деформации записывают усилия при деформации труб (полное давление металла на валки).

Результаты обработки труб по пред. лагаемому и известному способам приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1 обработка по предлагаемому способу приводит к повышению предела прочности на 37-60 по сравнению с обработкой, по известному способу, а предела текучести — в 2 раза. При этом одновременно повышается ударная вязкость, в том числе и при низких температурах, а пластичность. остается на достаточ- 30 но высоком уровне.

В табл. 2 приведены результаты сравнения известного и предлагаемого способов обработки труб по влиянию на усилия при деформации труб из ста-З5 ли 20.

Из табл. 2 видно, что .увеличение скорости охлаждения в 100 раз по сравнению с нормализацией существенно не повышает .усилие деформации. В то же время превышение оптимального интервала,.скоростей охлаждения при, водит к резкому росту усилий деформации.

В процессе отпуска при. 500-600 С, 4 о проводимого после многократного повто рения циклов термическое упрочнение - деформация, происходит не только снятие остаточных напряжений, но и форми рование оптимального типа субструкту- о ры полигонального типа. В конечном итоге многократное.,повторение циклов по предлагаемым режимам с заключитель. ным отпуском при температурах 500о

600 С обеспечивает повышение прочности в 1,5-2,5 раза по сравнению с из. вестным при одновременном повышении вязкости и сохранении запаса пластичности. Такое существенное повышение комплекса свойств обусловлено формированием развитой фрагментированной субструктуры со значительной разориентировкой фрагментов и блокированием субграниц дисперсными частицами карбидов. Благодаря этому такая граница становится устойчивой, а фрагменты вследствие значительной разориентации выступают как самостоятельные зерна.

Такая структура обеспечивает также высокую термическую стабильность получаемого комплекса свойств.

Предлагаемый способ позволяет заметно сократить длительность технологического процесса обработки труб.

Ориентировочно оценить степень такого сокращения можно, сравнивая скорости охлаждения в известном способе и в предлагаемом. Скорости охлаждения определяют экспериментально путем записи и расшифровки кривьх ох-, лажцения. При нормализации труб с ве" сьма малой толщиной стенки скорость охлаждения составляет 3 С/с, при ускоренном охлаждении по предлагаемому способу 30-100 С/с, т.е. в 10-30 раз выше, чем при нормализации. Следовательно, длительность охлаждения в предлагаемом способе также в 1030.раз меньше, чем в известном. При увеличении толщины стенки труб до

i2 мм скорость охлаждения при нормализации снижается до 1 С/с, и разо ница в длительности охлаждения — в

30-100 раз, что особенно важно нри реализации способа в поточных линиях.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого способа являются возможность замены труб из легированных сталей на углеродистые н снижение расхода металла за счет уменьшения толщины стенки упрочненных труб.

Ожидаемый экономический эффект составит 90 руб. на тонну труб. со сч

1

1 л а

Ф

Ф! х!52в:5

Вв I V в е !е о o,î с6 34

1ВРК

I ав в!! в 11.

1 -1

Ц Ф

I Js с!

1

I щ! (Я в й

Г в.

Ю е о

Ф ч», в

1

I сСВ I

ВсВ 1 ! 1

v l

ОВ е

Ф 1

V I

Ф I и I

Ы I

V I и I в4

Е I O

o, (ю

О а, А ,сВ I

О. 4 е g

I u a !

I ! а v

3 1

ы с.в ео ! с5 с) 1

ga

g В m V ! l . Р о. ü ь е сч е3mg

O I- X q

ll33305 сО РЪ

° Ь л а0 л а о л сч

О л сч о О ч»

СO о о о о о о О О о о л о о сч сч

Оъ О

3 О Нсч в жо

М О сЕ

I а о, I ü Ъ

ZI.V йв а5 ао О а о л л Ю A о о\, о сч л ° 1 Ю сч cv о сч о л Ю л

Ф 00 О а О О и. сЛ л ° \ о в сч ч» а о л

Ф 00 О О О о л о с 1 л Ф л л о о о в о о.о о о о О ИО О о о о л t л о а о о о сч сч cv

Ch Оi Ch сч сч сч

10 и л к о

1/

С Ъ л о g

1 и 04

;з

О

Эа

1.1

I a л л о

СЧ

OD л о

1

t !

В2 !

1 к ю

I у> М

1

1

I сб

1 -Ц о о

Ю л Ю

- в с о л а

C) t\ б и о а о сЧ

1О с ) л о оо л а о

5А с6

& И

О !

Я ! ж

l gv) 1

I ! о о

1 о

I м !ь д о (U tt}

И C И о о со ь ь 40

"о о

Ю о л о

Ф о

СЧ

Е о

I 1=! о

I !

О

С4 о

11

"а, К! эБ<цо ьaÐца;

",4 Q Я М О

1 1!! и ЬЖ о1-ооээц

v ц !! Ц

1 фvo

3 Ф оож

t.

Ol I

CO ОЪ

cd о, I

1

4, 1 и о

1 о!. Ь

QI

1 1

1 1

1 И о

5 ! 1

6!11

v t

oXev

Р 53 м 1 юо" иоц!

А фФЖ

g ° Я фл fv е

goP) 1 I

Щ ь 63 сьев è

g go сч

1

I

I

I

)!33 65

3.(ФГ о

Ю л о о

СО

° \

° - (1 р

Ж v а ь- о ! ьосч

Ф 3 6) о! Х<

ttl Я ж ж

СО л о

1133305 ч!

)

)a

1

1 1

1 1

1 I

1 I

Г !

С ) л

С»Ъ

CO 00 л л а с)

СЧ CV ф I !

)! !

» 3 с>

Ф 1 о

Ф 1

V I

I а 14 и о

ill о о

I

1 I I о .& Р) Ф 3

5 В.t

Х 4 5 о л

3Г

1 O

М о л

Ф

3» Х

U и о е

D о

Р 1

Ю

И

D с4 О

lO

3 и

Е 1

Е ф и ф

1

I

1 а а

1 ж

Ц

I ф

3ч

I

3

1

1

I

1

t

1, I

М I

Х 1

U 3

Ф 1

Р 3

Х 1 (LI

X I

)эв ф IO и о

3» О о о

1О 3 ф Q

Р о о о м

I ,I

I

1

1

I

I

I

I

1

1.

1

).

I

I

I

t

1

cd