Трубная заготовка из низколегированной стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств, благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, пониженной склонности к отпускной хрупкости заготовка выполнена из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,34-0,40, марганец 1,40-1,65, кремний 0,17-0,37, ванадий 0,06-0,12, хром 0,005-0,30, азот 0,005-0,015, мышьяк 0,0001-0,03, олово 0,0001-0,02, свинец 0,0001-0,01, цинк 0,0001-0,005, железо и неизбежные примеси - остальное, при выполнении соотношений: (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07, [C+Mn/6+(Cr+V)/5]≤0,72. В качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: ниобий не более 0,02, фосфор не более 0,030, сера не более 0,030, никель не более 0,30, медь не более 0,30, молибден не более 0,10. Горячекатаная трубная заготовка имеет пластинчатую ферритоперлитную структуру. Размер действительного зерна 6-9 баллов, по макроструктуре: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 3 баллов по каждому виду, ликвационные полоски не более 2 баллов, по неметаллическим включениям: сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные не более 4,5 баллов по каждому виду включений, временное сопротивление разрыву не менее 689 Н/мм², предел текучести не менее 552 Н/мм², относительное удлинение не менее 13%, относительное сужение не менее 48%, ударная вязкость KCU+20°C не менее 60 Дж/мм². 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм из низколегированной стали.

Известна трубная заготовка из низколегированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, ниобий, молибден, серу, фосфор, хром, медь, никель, алюминий, титан и железо - остальное, подвергнутая горячей прокатке (RU 2252972 C1, C21D 9/08, 27.05.2005).

Известна трубная заготовка из низколегированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, никель, ванадий, ниобий, титан, алюминий, кальций, серу, фосфор, азот, медь, сурьму, олово, мышьяк, железо - остальное, изготовленная из горячекатаного листа (RU 2180691 C1, C21D 9/08, 20.03.2002).

Задачей изобретения является обеспечение повышенного уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимального уровня анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката, а также пониженной склонностью к отпускной хрупкости.

Поставленная задача решена тем, что трубная заготовка из низколегированной стали выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод	0,34-0,40
марганец	1,40-1,65
кремний	0,17-0,37
ванадий	0,06-0,12
хром	0,005-0,30
азот	0,005-0,015
мышьяк	0,0001-0,03
олово	0,0001-0,02
свинец	0,0001-0,01
цинк	0,0001-0,005
железо и
неизбежные примеси	остальное,

при выполнении следующих соотношений:

сумма (мышьяк + олово + свинец + 5×цинк)≤0,07;

сумма: [углерод + марганец/6+(хром + ванадий)/5]≤0,72,

непрерывнолитой, горячекатаной, имеет пластинчатую ферритоперлитную структуру, размер действительного зерна - 6-9 баллов, макроструктуру - центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 3 баллов по каждому виду, ликвационные полоски - не более 2 баллов, неметаллические включения: сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные - не более 4,5 балла по каждому виду включений, механические свойства после нормализации - временное сопротивление разрыву не менее 689 Н/мм², предел текучести не менее 552 Н/мм², относительное удлинение не менее 13%, относительное сужение - не менее 48%, ударная вязкость KCU+20°C не менее 60 Дж/мм².

В качестве примесей сталь дополнительно содержит ниобий, фосфор, серу, никель, медь и молибден в следующих соотношениях, мас.%:

ниобий - не более 0,02

фосфор - не более 0,030

сера - не более 0,030

никель - не более 0,30

медь - не более 0,30

молибден - не более 0,10

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии ферритоперлитную мелкодисперсную структуру с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности, свариваемости и пониженную склонность к обратимой отпускной хрупкости.

Углерод вводят в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,40%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,34% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Ванадий вводят 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 - 0,12% обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,06% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец и хром используют, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 1,65% и хрома - 0,30% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний, марганца - 1,40% и хрома - 0,005% соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости 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 характеристиках 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.

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 [C+Mn/6+(Cr+V)/5]≤0,72 определяет характеристики прочности и вязкости исследуемой стали, в то время как соотношение (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости.

Пример осуществления изобретения

Выплавку исследуемой стали (химический состав, мас.%: углерод - 0,36, марганец - 1,54, кремний - 0,25, хром - 0,18, ванадий - 0,10, мышьяк - 0,009, олово - 0,004, свинец - 0,002, цинк - 0,001, азот - 0,009) 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 продувку 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 1180-1150°С и заканчивают при температуре 840-950°С.

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. Характеристики ударной вязкости при комнатной температуре определяют на образцах тип I, ГОСТ 9454-78 на механическом копре МК-30. Величину вязкой составляющей в изломах ударных образцов определяют визуально.

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 М₂ - 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 ⊘100 мм, длиной - 11800 мм. Структура ферритоперлитная, балл действительного зерна - 9. Макроструктура: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 2 балла, ликвационный квадрат - 0,5 балла, подусадочная ликвация - 1 балл, ликвационные полоски - 1 балл. Неметаллические включения: сульфиды - 1 балл, оксиды точечные - 1 балл, оксиды строчечные - 1 балл, силикаты хрупкие - 0,5 балла, силикаты пластичные - 0,5 балла, силикаты недеформирующие - 1 балл. Механические свойства после нормализации при 870°С, 1 час, воздух: временное сопротивление разрыву 710 Н/мм², предел текучести 565 Н/мм², относительное удлинение - 15%, относительное сужение - 51%, ударная вязкость KCU+20°C - 75 Дж/мм²; (As+Sn+Pb+5×Zn)=0,020, [C+Mn/6+(Cr+V)/5]=0,67.

Внедрение предложенного способа производства трубной заготовки из легированной стали обеспечивает повышение уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, пониженной склонности к обратимой отпускной хрупкости, удовлетворительной свариваемости, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

1. Трубная заготовка из низколегированной стали, отличающаяся тем, что она получена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов в мас.%:

углерод	0,34-0,40
марганец	1,40-1,65
кремний	0,17-0,37
ванадий	0,06-0,12
хром	0,005-0,30
азот	0,005-0,015
мышьяк	0,0001-0,03
олово	0,0001-0,02
свинец	0,0001-0,01
цинк	0,0001-0,005
железо и
неизбежные примеси	остальное,

при следующих соотношениях компонентов:

(As+Sn+Pb+5·Zn)≤0,07; [C+Mn/6+(Cr+V)/5]≤0,72,

при этом она выполнена непрерывнолитой, горячекатаной и имеет пластинчатую ферритоперлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 баллов, макроструктуру вида: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 3 баллов по каждому виду, ликвационные полоски не более 2 баллов, неметаллические включения вида: сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные не более 4,5 баллов по каждому виду включений, механические свойства после нормализации - временное сопротивление разрыву не менее 689 Н/мм², предел текучести не менее 552 Н/мм², относительное удлинение не менее 13%, относительное сужение не менее 48%, ударная вязкость KCU+20°C не менее 60 Дж/мм².

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит ниобий, фосфор, серу, никель, медь и молибден в следующих соотношениях, мас.%: ниобий не более 0,02, фосфор не более 0,030, сера не более 0,030, никель не более 0,30, медь не более 0,30, молибден не более 0,10.