Трубная заготовка из низколегированной стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств трубная заготовка выполнена из стали, содержащей, мас.%: С - (0,1-0,20), Mn - (1,0-1,35), Si - (0,15-0,40), V - (0,025-0,080), N - 0,005-0,009, As - (0,0001-0,03), Sn - (0,0001-0,02), Pb - (0,0001-0,01), Zn - (0,0001-0,005), железо и примеси, при выполнении соотношений: As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07; [C+(Mn/6+V/5)]≤0,42. Заготовка выполнена горячекатаной, нормализованной, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру: центральную пористость, точечную неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочную ликвацию не более 2,0 баллов, ликвационные полоски не более 1 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные - не более 3,0 баллов по каждому виду. Примеси: Р не более 0,025%; S не более 0,010%; Cr не более 0,20%, Cu не более 0,15%; Мо не более 0,07%, временное сопротивление разрыву 400-585 Н/мм², предел текучести не менее 220 Н/мм², относительное удлинение не менее 30%, ударная вязкость KCV (+20°С) не менее 39,2 Дж/см². Трубная заготовка обладает благоприятным соотношением прочности, пластичности и вязкости, минимальным уровнем анизотропии механических свойств, низким содержанием неметаллических включений, однородной макро- и микроструктурой проката, повышенной характеристикой прокаливаемости. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству обточенной трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм из среднеуглеродистой среднелегированной стали, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения.

Известна трубная заготовка из легированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, азот, алюминий, серу, фосфор, цинк, свинец, олово, висмут, сурьму, имеющая заданные параметры механических свойств и заданную структуру (SU 1754790 A1, С22С 38/60, 15.08.1992).

Известна трубная заготовка из легированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, серу, фосфор, медь, никель, алюминий, сурьму, олово, мышьяк и железо остальное, имеющая заданные параметры механических свойств и заданную структуру. (RU 2252972 C1, C21D 9/08, 27.05.2005).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовке из среднеуглеродистой среднелегированной стали, является, с одной стороны, обеспечение однородности микро и макроструктуры, низкого содержания неметаллических включений, с другой стороны - обеспечение повышенного комплекса потребительских свойств и заданной морфологии неметаллических включений.

Задачей изобретения является обеспечение повышенного уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката, повышенных характеристик прокаливаемости. Поставленная задача решена тем, что трубная заготовка из низколегированной стали, имеющая заданные параметры, структуры, механических свойств, прокаливаемости, выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод [С]	0,10-0,20
марганец [Mn]	1,0-1,35
кремний [Si]	0,15-0,40
ванадий [V]	0,025-0,080
азот [N]	0,005-0,009
мышьяк [As]	0,0001-0,03
олово [Sn]	0,0001-0,02
свинец [Pb]	0,0001-0,01
цинк [Zn]	0,0001-0,005
железо и
неизбежные примеси	остальное,

при выполнении соотношений: (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07; [C+(Mn/6)+(V/5)]≤0,42, горячекатаной, нормализованной, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна - 5-10 баллов, макроструктуру - центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация - не более 2,0 балла, ликвационные полоски - не более 1 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные - не более 3,0 баллов, средний по каждому виду включений, механические свойства в нормализованном состоянии: временное сопротивление разрыву 400-585 Н/мм², предел текучести - не менее 220 Н/мм², относительное относительное удлинение- не менее 30%, ударная вязкость KCV (+20°С) не менее 39,2 Дж/см².

В качестве примесей сталь дополнительно содержит, мас.%: фосфор не более 0,025, сера не более 0,010, хром не более 0,20, медь не более 0,15, молибден не более 0,07.

При содержании в стали С - (0,10-0,15)% заготовка имеет механические свойства в нормализованном состоянии: временное сопротивление разрыву 400-560 Н/мм², предел текучести не менее 220 Н/мм², относительное удлинение не менее 32%, ударная вязкость KCV (+20°С) не менее 44,2 Дж/см²

При содержании С - (0,15-0,20)% заготовка имеет механические свойства в нормализованном состоянии: временное сопротивление разрыву 415-585 Н/мм², предел текучести - не менее 241 Н/мм², относительное удлинение - не менее 30%, ударная вязкость KCV (+20°С) не менее 39,2 Дж/см².

Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в готовом изделии мелкодисперсную феррито-перлитную структуру, оптимальные содержание и морфологию неметаллических включений, однородную макроструктуру и благоприятное сочетание характеристик прочности и пластичности.

Углерод вводится в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,20%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,10% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец используется, с одной стороны, как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны, как элемент повышающий устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца 1,35% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний 1,0% соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию 0,15% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,40% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота 0,009% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел 0.005% - вопросами технологичности производства.

Ванадий вводится в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной, однородной зеренной структуры. При этом он управляет процессами в нижней части аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер γ-α-превращения. Верхняя граница содержания ванадия 0,080%, обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,025% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Мышьяк, олово, свинец и цинк - цветные примеси, определяющие общий уровень пластичности стали и ее склонность к проявлению обратимой отпускной хрупкости при последующей термической обработке готовых изделий из рассматриваемой трубной заготовки. Нижний предел по мышьяку, олову, свинцу и цинку (0,0001% по каждому элементу соответственно) обусловлен технологией производства стали, а верхний (0,03%, 0,02%, 0,01% и 0,005% соответственно) определяет повышенную склонность стали к обратимой отпускной хрупкости.

Соотношение (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости. Соотношение [C+(Mn/6)+(V/5)]≤0,42 определяет параметры вязкости и прокаливаемости стали.

Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, которой достигался бы сходный эффект - обеспечение повышенного уровня потребительских свойств, при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката. Следовательно, заявляемая совокупность признаков соответствует новизне и изобретательскому уровню.

Примеры осуществления изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения. Выплавка исследуемой стали; химический состав, мас.%:

пример 1: углерод - 0,12%, марганец - 1,19%, кремний - 0.29%, ванадий - 0,044%, азот - 0.007%, мышьяк - 0,011, олово - 0,011, свинец - 0,009, цинк - 0,002%;

пример 2: углерод - 0,18 марганец - 1,22%, кремний - 0,27%, ванадий - 0,034%, азот - 0.007%, мышьяк - 0,010, олово - 0,011, свинец - 0,010, цинк - 0,002%) производится в 150-тонных дуговых сталеплавильных печах (ДСП) с использованием в шихте 100% металлизованных окатышей, что обеспечивает получение массовой доли азота перед выпуском из ДСП не более 0,003%, а также низкое содержание цветных примесей. Предварительное легирование металла по марганцу и кремнию производится в ковше при выпуске из ДСП. После выпуска производилась продувка металла аргоном через донный продувочный блок, во время которой сталь раскисляется алюминием. После этого металл поступает на агрегат комплексной обработки стали (АКОС), на котором имеется возможность нагрева металла до необходимой температуры, продувки его аргоном через донный продувочный блок, дозированной присадки необходимых ферросплавов и обработки стали порошковой проволокой с различными наполнителями. На АКОСе производится наведение рафинировочного шлака присадкой извести и плавикового шпата, раскисление шлака гранулированным алюминием, легирование металла алюминием до содержания 0,050%, доводка металла по содержанию марганца, нагрев до температуры, обеспечивающей дальнейшую обработку. После обработки на АКОС металл подвергается вакуумной обработке на порционном вакууматоре. Во время вакуумирования производится окончательная корректировка по химическому составу. После вакуумирования металл обрабатывается силикокальцием и передается на разливку. Разливка производится на четырехручьевых УНРС радиального типа в слиток размерами 300×360 мм со скоростью вытягивания 0,6÷0,7 м/мин, с защитой металла от окисления путем использования покровных шлаковых смесей в промежуточном ковше и кристаллизаторе, защитных труб, погружных стаканов и подачей аргона. Это также обеспечивает получение низкого содержания азота и кислорода и чистоту металла по неметаллическим включениям. После разливки и пореза на мерную длину полученные непрерывнолитые заготовки охлаждались в печах контролируемого охлаждения. Горячую прокатку сортового проката начинают при температуре 900-950°С, и заканчивают при температуре 740-850°С, при деформации в последних проходах не менее 20%. Термическая обработка проката включала нормализацию от 910-930°С.

В результате горячей прокатки получаем трубную заготовку диаметром 110 мм, длиной - 4800 мм.

Из стали по примеру 1: пластинчатая феррито-перлитная структура, балл действительного зерна - 9. Макроструктура: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 1 балл, ликвационный квадрат - 1 балл, подусадочная ликвация - 1 балл, ликвационные полоски - 1 балл. Неметаллические включения: сульфиды точечные - 2 балла, оксиды точечные - 2 балла, оксиды строчечные - 2 балла, силикаты хрупкие - 2 балла, силикаты пластичные - 0,5 балла, силикаты недеформированные - 1,5 балла. Механические свойства в нормализованном состоянии: временное сопротивление разрыву 487 Н/мм², предел текучести 291 Н/мм², относительное удлинение 33%, Ударная вязкость KCV (+20оС) 51,5 Дж/см²

(As+Sn+Pb+5×Zn)=0,041; [C+(Mn/6)+(V/5)]=0,327

Из стали по примеру 2: пластинчатая феррито-перлитная структура, балл действительного зерна - 8. Макроструктура: центральная пористость - 2 балла, точечная неоднородность - 2 балла, ликвационный квадрат - 1 балл, подусадочная ликвация - 1 балл, ликвационные полоски - 1 балл. Неметаллические включения: сульфиды точечные - 2,0 балла, оксиды точечные - 1,0 балл, оксиды строчечные - 0,5 балла, силикаты хрупкие - 1,0 балл, силикаты пластичные - 1,0 балл, силикаты недеформированные - 1,0 балл. Механические свойства в нормализованном состоянии: временное сопротивление разрыву 521 Н/мм², предел текучести 324 Н/мм², относительное удлинение 30%, Ударная вязкость KCV (+20°С) 41,4 Дж/см²

(As+Sn+Pb+5×Zn)=0,041; [C+(Mn/6)+(V/5)]=0,417

Трубная заготовка из низколегированной стали обеспечивает повышенный уровень потребительских свойств проката, благоприятное соотношение прочности, пластичности и вязкости, минимальный уровень анизотропии механических свойств, низкое содержание неметаллических включений, однородную макро- и микроструктуру.

1. Трубная заготовка из низколегированной стали, имеющая заданные параметры структуры, механических свойств, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод [С]	0,10-0,20
марганец [Mn]	1,0-1,35
кремний [Si]	0,15-0,40
ванадий [V]	0,025-0,080
азот [N]	0,005-0,009
мышьяк [As]	0,0001-0,03
олово [Sn]	0,0001-0,02
свинец [Pb]	0,0001-0,01
цинк [Zn]	0,0001-0,005
железо и
неизбежные примеси	остальное,

при выполнении соотношений:

(As+Sn+Pb+5·Zn)≤0,07;

[C+(Mn/6)+(V/5)]≤0,42,

горячекатаной, нормализованной, при этом она имеет ферритоперлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру: центральную пористость, точечную неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочную ликвацию не более 2,0 баллов, ликвационные полоски не более 1 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные со средним баллом не более 3,0 по каждому виду, временное сопротивление разрыву 400-585 Н/мм², предел текучести не менее 220 Н/мм², относительное удлинение не менее 30%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 39,2 Дж/см².

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: фосфор не более 0,025, сера не более 0,010, хром не более 0,20, медь не более 0,15, молибден не более 0,07.

3. Трубная заготовка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что при содержании в стали углерода (0,10-0,15) мас.% заготовка имеет временное сопротивление разрыву 400-560 Н/мм², предел текучести не менее 220 Н/мм², относительное удлинение не менее 32%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 44,2 Дж/см².

4. Трубная заготовка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что при содержании углерода (0,15-0,20) мас.% заготовка имеет временное сопротивление разрыву 415-585 Н/мм², предел текучести не менее 241 Н/мм², относительное удлинение не менее 30%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 44,2 Дж/см².