Способ изготовления стальных листов из низколегированных и углеродистых марок стали, предназначенных для производства сосудов

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству толстого листа из низколегированной стали, и может быть использовано для изготовления сосудов-цистерн, работающих под давлением и используемых при транспортировке газосмазочных материалов (ГСМ). Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение уровня ударной вязкости при температуре -60°С и равномерное распределение свойств по площади проката, определяемое соотношением σ_0.2/σ_В≥0,80, при сохранении прочностных и пластических характеристик. Технический результат достигается тем, что слябы перед прокаткой нагревают до температуры выше А_с3, проводят черновую прокатку при 950-890°С с суммарным обжатием не менее 60% с частными обжатиями за проход не менее 20% за проход, затем ведут подстуживание до температуры 840±10°С, последующую чистовую прокатку осуществляют до температуры 780±10°С с суммарным обжатием не менее 50% и частными обжатиями за проход не менее 7%, после этого проводят ускоренное охлаждение со скоростью не менее 60°С/мин от температуры конца прокатки до температуры 300-200°С с дальнейшим охлаждением листов на воздухе до температуры 100°С при однорядном расположении их на стеллаже. 2 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству металлопроката из низколегированной стали горячей прокаткой, и может быть использовано при производстве толстых листов и штрипсов методом контролируемой прокатки для изготовления сосудов-цистерн, работающих под давлением и используемых при транспортировке газо-смазочных материалов (ГСМ).

Известны «Контролируемая прокатка непрерывно-литого металла» Погоржельский В.И., Москва, «Металлургия», 1986 г., патенты РФ №№ 2062795, 2201972, 2242524, 2242525, патенты США и Японии №№ 4662950 и 59-61504 соответственно, а также широко применяемая для изготовления труб и близкая по технологии изготовления штрипсовая сталь марки 16Г2САФ по ТУ 14-11950-89, включающая контролируемую прокатку, нормализацию и отпуск либо закалку и отпуск.

Технология производства этой стали обеспечивает следующие механические свойства: временное сопротивление ≥590 МПа, предел текучести ≥410 МПа, относительное удлинение ≥22%, KCU при -40°С составляет 59 Дж/см².

Однако в известном способе высокие прочностные характеристики достигаются за счёт снижения пластических характеристик и уровня ударной вязкости при отрицательных температурах.

Наиболее близким по технологии изготовления является «Способ производства толстолистовой низколегированной стали» путем использования метода термомеханической обработки с регламентированной температурой конца прокатки (патент 2225887, Мкл. C21D 8/02, публ. 20.03.2004 г. - прототип), включающий нагрев сляба до температуры аустенизации, черновая прокатка в раскат промежуточной толщины, подстуживание раската до температуры ниже Ar₃ (740-760°С), чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки не выше 740°С с суммарным обжатием не менее 30%; возможны варианты способа, когда при суммарном обжатии не более 55% при чистовой прокатке температуру конца прокатки поддерживают равной 700-730°С, а при суммарном обжатии более 55% при чистовой прокатке температуру конца прокатки поддерживают равной 710-740°С, последующее охлаждение листа во всех трех вариантах осуществляют до температуры 100°С со средней скоростью не более 35°С/ч.

Листы, полученные известным способом, обладают высокими прочностными и пластическими свойствами.

Недостатком известного способа является недостаточно высокий уровень ударной вязкости при отрицательных температурах -60°С, а также неравномерное распределение прочностных свойств по площади листа, определяемое соотношением σ_0.2/σ_в≤0,80.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение уровня ударной вязкости при температуре -60°С и равномерное распределение прочностных свойств по площади проката, определяемое соотношением σ_0.2/σ_в≥0,80, при сохранении прочностных и пластических характеристик.

Технический результат достигается за счет того, что в способе производства толстолистовой низколегированной стали для изготовления сосудов, включающем нагрев заготовки до температуры выше Ас₃, черновую прокатку в раскат промежуточной толщины, подстуживание, чистовую прокатку с регламентированными температурой конца прокатки и обжатием, а также охлаждение листа, согласно изобретению, черновую прокатку ведут при температуре 950-890°С с суммарным обжатием не менее 60% и частными обжатиями за проход не менее 20%, затем ведут подстуживание до температуры 840±10°С, последующую чистовую прокатку осуществляют до температуры 780±10°С с суммарным обжатием не менее 50% и частными обжатиями за проход не менее 7%, после этого проводят ускоренное охлаждение со скоростью не менее 60°С/мин от температуры конца прокатки до температуры 300-200°С с дальнейшим охлаждением листов на воздухе до температуры 100°С при однорядном их расположении на стеллаже.

Для полного использования ресурса свойств, заложенных в низколегированной стали, применен режим термомеханической обработки с контролируемой температурой конца прокатки, который должен обеспечивать оптимальный фазовый состав, измельчение зерен, формирование развитой субструктуры, а при проведении деформации в области температур, близких к точке Ar₃, способствовать равномерному выделению мелкодисперсной карбидной фазы по всей площади ферритных зерен, что приводит к упрочнению твердого раствора.

Деформация выше Ас₃ при температуре 950-890°С с суммарным обжатием не менее 60% и частными обжатиями за проход не менее 20% необходима для проработки крупнокристаллической структуры сляба и формирования предварительной структуры металла.

Подстуживание до температуры 840±10°С проводят с целью образования твердого поверхностного слоя, позволяющего получать при дальнейшей чистовой прокатке мелкозернистую структуру по всему сечению проката.

Чистовая прокатка с регламентированной температурой конца прокатки вблизи точки Ar₃, а именно, при 780±10°С, с суммарным обжатием не менее 50% и частными обжатиями за проход не менее 7% приводит к росту количества зародышей феррита и равномерному выделению мелкодисперсной карбидной фазы и не вызывает рост зерна, так как деформация происходит выше критической степени обжатия.

Ускоренное охлаждение проката в интервале температур от 770-790°С до 300-200°С ведет к повышению дисперсности структурных составляющих.

Температурный интервал деформирования металла обеспечивали за счет варьирования степенью обжатия при прокатке листа на проходах.

Пример конкретного выполнения: сталь выплавляли в конверторе с внепечной обработкой, включающей вакуумирование и рафинирование с разливкой в непрерывно-литые заготовки-слябы.

Химический состав выплавленной стали соответствовал марке 09Г2СА ГОСТ 5520-79, улучшенной по содержанию серы и фосфора, и содержал мас.%: С - 0,10; Si - 0,63; Mn - 1,53; S - 0,008; Р - 0,010; Cr - 0,25; Ni - 0,27; Cu - 0,27; Al - 0,032; Ti - 0,021; N - 0,0057 и железо - остальное.

Температура критических точек для стали марки 09Г2СА составляла Ас₃=860°С, Ar₃=780°С, Ar₁=625°C.

Слябы перед прокаткой нагревали выше температуры Ас₃+(90-70)°С, что соответствовало 950 и 930°С, и далее подвергали черновой прокатке до промежуточной толщины с суммарным обжатием 80% и частными 20% и 25% за проход и заканчивали при температуре 890°С, затем осуществляли подстуживание раската до температуры 830°С и 850°С, с которой осуществляли чистовую прокатку с суммарными обжатиями 78% и частными обжатиями от 7% до 24% до температуры 770°С и 790°С, после этого листы подвергали ускоренному охлаждению со скоростью 60°С/мин до температуры 300°С и 200°С с последующим охлаждением на воздухе до температуры 100°С при однорядном их расположении на стеллаже.

Маршрут прокатки листов представлен в таблице 1.

Механические свойства листов определяли на поперечных образцах: разрывных тип 111 № 4 по ГОСТ 1497-84, ударных - тип 11 по ГОСТ 9454-78. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Снижение содержания серы до 0,008% и фосфора до 0,010% в стали 09Г2СА наряду с термомеханической обработкой и регламентированной температурой прокатки способствовали повышению ударной вязкости при отрицательной температуре -60°С.

Техническая эффективность предлагаемого изобретения выразится в увеличении надежности и долговечности изделий, изготовленных из листовой стали, прокатанной по предлагаемому способу за счет повышения ударной вязкости при отрицательных температурах и более равномерного распределения прочностных свойств по площади листа при сохранении прочностных и пластических свойств.

Маршрут прокатки листа из стали марки 09Г2СА размером 10×3190×10280 мм

Таблица
Размеры листа, мм (марка стали 09Г2СА)	№ прохода	Высота Н, до прохода	Обжатие h, мм	Высота H, после прохода	Относительная деформация, %	Температура прокатки, °С	Температура по проходам
10×3190×10280	1	250	50	200	20	Черновая прокатка (начало Ас3+90°С)	950
	2	200	40	160	20
	3	160	35	125	21.8		930
	4	125	25	100	20
	5	100	20	80	20		910
	6	80	20	60	25	950-890
	7	60	15	45	25		890
	подстуживание
	8	45	11	34	24	Чистовая прокатка 840-780	840
	9	34	8	26	24
	10	26	6	20	23	820
	11	20	4	16	20
	12	16	3	13	19		800
	13	13	2,2	10,8	17		790
14	10,8	0,8	10	7		770

Способ производства толстых листов из низколегированной стали для изготовления сосудов, включающий нагрев заготовки до температуры выше Ac₃, черновую прокатку в раскат промежуточной толщины, подстуживание, чистовую прокатку с регламентированными температурой конца прокатки и обжатием, а также охлаждение листа, отличающийся тем, что черновую прокатку ведут при температуре 950-890°С с суммарным обжатием не менее 60% и частными обжатиями за проход не менее 20%, затем осуществляют подстуживание до температуры 840±10°С, последующую чистовую прокатку ведут до температуры 780±10°С с суммарным обжатием не менее 50% и частными обжатиями за проход не менее 7%, после этого проводят ускоренное охлаждение со скоростью не менее 60°С/мин от температуры конца прокатки до температуры 300-200°С с дальнейшим охлаждением листов на воздухе до температуры 100°С при однорядном их расположении на стеллаже.