Трубная заготовка из хромомолибденсодержащей стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 100 до 180 мм, предназначенной для производства бесшовных труб для теплоэнергетики. Техническим результатом изобретения является обеспечение благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости при минимальном уровне анизотропии механических свойств. Для реализации технического результата заготовка выполнена из стали, содержащей следующее соотношения компонентов, мас.%: углерод 0,07-0,15, марганец 0,40-0,70, кремний 0,17-0,37, хром 0,80-1,10, молибден 0,40-0,55, медь 0,005-0,25, никель 0,005-0,30, азот 0,005-0,015, железо и неизбежные примеси - остальное, в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: ниобий не более 0,02, ванадий не более 0,02, сера не более 0,025, фосфор не более 0,035. Заготовка выполнена непрерывнолитой, горячекатаной, при этом заготовка имеет ферритоперлитную структуру, размер действительного зерна 5-8 баллов, по макроструктуре центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация - не более 2 баллов по каждому виду, ликвационные полоски - не более 1 балла, по неметаллическим включениям - сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные - не более 4,0 баллов по каждому виду включений. Механические свойства заготовки после нормализации - временное сопротивление разрыву 400-600 Н/мм², предел текучести не менее 290 Н/мм², относительное удлинение не менее 22%, относительное сужение не менее 45%. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 100 до 180 мм из хромомолибденсодержащей стали, предназначенной для производства бесшовных труб для теплоэнергетики.

Наиболее близким аналогом к изобретению является известная трубная заготовка из хромомолибденсодержащей стали, горячекатаная, имеющая заданные параметры по неметаллическим включениям, структуре, механическим свойствам (JP 2-25969 A, C21D 8/10, 06.06.1990).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовки из хромомолибденсодержащей стали, является, с одной стороны, обеспечение определенной структуры, улучшение параметров металлургического качества: однородности микро- и макроструктуры при низком содержании неметаллических включений, с другой стороны - обеспечение повышенного комплекса потребительских свойств.

Техническим результатом 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.

Технический результат достигается тем, что в трубной заготовке из хромомолибденсодержащей стали, непрерывнолитой, горячекатаной, имеющей заданные параметры металлургического качества, структуры, механических свойств, сталь содержит следующие соотношения компонентов, мас.%:

углерод	0,07-0,15
марганец	0,40-0,70
кремний	0,17-0,37
хром	0,80-1,10
молибден	0,40-0,55
медь	0,005-0,25
никель	0,005-0,30
азот	0,005-0,015
железо и неизбежные примеси	остальное

трубная заготовка имеет ферритоперлитную структуру, размер действительного зерна - 5-8 баллов, по макроструктуре: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 2 баллов по каждому виду, ликвационные полоски не более 1 балла, по неметаллическим включениям: сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформирующие не более 4,0 баллов по каждому виду включений. В качестве неизбежных примесей сталь дополнительно содержит компоненты, мас.%: ниобий не более 0,02, ванадий не более 0,02, сера не более 0,025, фосфор не более 0,035. Механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 400-600 Н/мм², предел текучести не менее 290 Н/мм², относительное удлинение не менее 22%, относительное сужение не менее 45%.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии ферритоперлитную мелкодисперсную структуру, низкое содержание неметаллических включений, однородную макроструктуру и благоприятное сочетание характеристик прочности и пластичности.

Углерод вводят в состав стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода 0,15% обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,07% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец, хром и молибден используют, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания, мас.%: марганца - 0,70, хрома - 1,10 и молибдена - 0,55 определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,40, 0,80 и 0,40 соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности, и прокаливаемости, и теплостойкости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0,17% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,37% неблагоприятно сказывается на пластичности стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0,015% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,005% вопросами технологичности производства.

Никель в заданных пределах влияет на характеристики прокаливаемости и вязкости стали. При этом нижний уровень содержания никеля - 0,005% обусловлен необходимостью обеспечения заданного уровня вязкости стали, а верхний - 0,30 необходимостью получения мартенситной структуры при закалке стали (так как никель является аустенитизатором).

Медь определяет характеристики горячей пластичности стали. При этом нижний уровень ее содержания - 0,005% определяется требованиями обеспечения заданного уровня пластичности стали. Верхний уровень - 0,25% обусловлен необходимостью обеспечить заданный уровень прокаливаемости стали.

Пример изготовления трубной заготовки.

Выплавку исследуемой стали с химическим составом, мас.%: углерод - 0,12, марганец - 0,55, кремний - 0,22, хром - 0,99, молибден - 0,31, медь - 0,09, никель - 0,15, азот - 0,007 производят в 150-тонных дуговых сталеплавильных печах 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 производят в ковше при выпуске из ДСП. После выпуска производят 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 производят наведение рафинировочного шлака присадкой извести и плавикового шпата, раскисление шлака гранулированным алюминием, легирование металла алюминием до содержания 0,050%, доводку металла по содержанию марганца, нагрев до температуры, обеспечивающей дальнейшую обработку. После обработки на АКОС металл подвергают вакуумной обработке на порционном вакууматоре. Во время вакуумирования производят окончательную корректировку по химическому составу. После вакуумирования металл обрабатывают силикокальцием и передают на разливку. Разливку производят 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 охлаждают в печах контролируемого охлаждения. Горячую прокатку сортового проката начинают при температуре 1080-1100°С и заканчивают при температуре 840-950°С. Для определения механических свойств заготовки ее подвергают нормализации.

Механические характеристики при комнатной температуре определяют на образцах тип I, ГОСТ 1497-84 на испытательной машине "INSTRON-1185" с тензометрической регистрацией деформации. Скорость нагружения образца - 5 мм/мин. Определяют характеристики прочности σ_b и σ_0.2 и пластичности - δ и ϕ.

Средние значения характеристик подсчитывают по результатам испытаний не менее трех образцов на точку. Значимость различий средних значений анализируемых величин оценивают с использованием критерия Стьюдента, вычисляемого следующим образом:

где M₁ и M₂ - средние значения сравниваемых величин; S₁ ² и S₂ ² - дисперсии среднего; t_KR ^0.05(α) - критическое значение критерия Стьюдента при уровне значимости 0.95 и числе степеней свободы - α.

Макроструктуру контролируют в соответствии с ТУ 14-1-5212-93 и ГОСТ 10243-75.

В результате горячей прокатки получают трубную заготовку ⊘110 мм, длиной - 11800 мм, структура ферритоперлитная, балл действительного зерна - 7. Макроструктура: центральная пористость - 2 балла, точечная неоднородность - 0,5 балла, ликвационный квадрат - 1 балл, подусадочная ликвация - 1 балл, ликвационные полоски - 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды - 1,5 балла, оксиды точечные - 0,5 балла, оксиды строчечные - 1 балл, силикаты хрупкие - 0,5 балла, силикаты пластичные - 0,5 балла, силикаты недеформирующие - 1,5 балла. Механические свойства после нормализации 920°С, 1 час: временное сопротивление разрыву - 495 Н/мм², предел текучести - 330 Н/мм, относительное удлинение - 26%, относительное сужение - 55%.

Внедрение производства трубной заготовки из хромомолибденсодержащей стали обеспечивает повышенный уровень потребительских свойств проката при благоприятном соотношении прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низком содержании неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

1. Трубная непрерывнолитая заготовка из хромомолибденсодержащей стали, горячекатаная с заданными параметрами неметаллических включений, механических свойств, макроструктуры и размеров действительного зерна, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%:

углерод	0,07-0,15
марганец	0,40-0,70
кремний	0,17-0,37
хром	0,80-1,10
молибден	0,40-0,55
медь	0,005-0,25
никель	0,005-0,30
азот	0,005-0,015
железо и
неизбежные примеси	остальное,

при этом заготовка имеет ферритоперлитную структуру, размер действительного зерна 5-8 баллов, макроструктуру вида: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 2 баллов по каждому виду ликвационные полоски не более 1 балла, неметаллические включения вида: сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные не более 4,0 баллов по каждому виду включений и механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 400-600 Н/мм², предел текучести не менее 290 Н/мм², относительное удлинение не менее 22%, относительное сужение не менее 45%.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит следующие компоненты, мас.%: ниобий не более 0,02, ванадий не более 0,02, сера не более 0,025, фосфор не более 0,035.