Трубная заготовка из хромистой стали повышенной обрабатываемости резанием

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству обточенной термообработанной трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств трубной заготовки она выполнена из стали, содержащей в мас.%: углерод 0,12-0,17, марганец 0,30-0,60, кремний 0,17-0,37, хром 0,30-0,60, сера 0,025-0,035, азот 0,005-0,010, кальций 0,001-0,006, 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, Ca/S≥0,055. В качестве примесей сталь содержит в мас.%: фосфор не более 0,035, никель не более 0,25, медь не более 0,30. Заготовка имеет ферритно-перлитную структуру, размер действительного зерна - 5-10 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату не более 3 баллов по каждому виду, подусадочной ликвации - не более 3 баллов, ликвационным полоскам - не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформирующимся, сульфидам и оксисульфидам глобулярной формы - не более 4,5 баллов по каждому виду. Заготовка имеет временное сопротивление разрыву не менее 687 Н/мм², предел текучести - не менее 491 Н/мм², относительное удлинение - не менее 12%, ударная вязкость при комнатной температуре - не менее 78,4 Дж/см². 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм, 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, C 22 C 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, C 21 D 9/08, 27.05.2005).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовке из хромистой стали, является, с одной стороны, обеспечение однородности микро- и макроструктуры, низкого содержания неметаллических включений, повышенной обрабатываемости резанием, 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, улучшенных характеристик обрабатываемости резанием.

Поставленная задача решена тем, что трубная заготовка из хромистой стали, имеющая заданные параметры структуры, механических свойств, выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов в мас.%:

углерод [С]	0,12-0,17
марганец [Mn]	0,30-0,60
кремний [Si]	0,17-0,37
хром [Cr]	0,30-0,60
сера [S]	025-0,035
азот [N]	0,005-0,010
кальций [Са]	0,001-0,006
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: сумма (мышьяк+олово+свинец+5×цинк)≤0,07; (кальций/сера)≥0,055, горячекатаной, закаленной с низким отпуском и обточенной, заготовка имеет ферритно-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 балл, макроструктуру - центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 3 балла по каждому виду, ликвационные полоски не более 1 балла. Неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформирущиеся, в том числе сульфиды и оксисульфиды глобулерной формы не более 4,5 балла по каждому виду включений. Механические свойства после закалки и низкого отпуска: временное сопротивление разрыву не менее 687 Н/мм², предел текучести не менее 491 Н/мм², относительное удлинение не менее 12%, относительное сужение не менее 45%, ударную вязкость не менее 78,4 Дж/мм² и повышенную обрабатываемость резанием.

В качестве примесей сталь дополнительно содержит в мас.%: фосфор не более 0,035, никель не более 0,25, медь не более 0,30.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии мелкодисперсную ферритно-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 (0,17%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,12% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец и хром используются с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 0,60%, хрома - 0,60% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,30% и 0,30% 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 скажется 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.

Сера определяет уровень пластичности и обрабатываемости резанием стали. Верхний предел (0.035%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0.025%) - вопросами технологичности производства и обрабатываемости резанием.

Кальций - элемент, модифицирующий неметаллические включения. Верхний предел (0,006%), как и в случае серы, обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0,001%) предел - 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 (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости. Соотношение (кальций/сера)≥0,055 определяет параметры вязкости и анизотропии 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, улучшенных характеристик обрабатываемости резанием.

Пример осуществления изобретения.

Выплавку исследуемой стали (химический состав в мас.%: углерод 0,15, марганец 0,55, кремний 0,26, хром 0,42, сера 0,032, азот 0.007, кальций 0,006, мышьяк 0,009, олово 0,005, свинец 0,003, цинк 0,001, азот 0,010 (мышьяк+олово+свинец+5×цинк)=0,022:(кальций/сера)=0,18) 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 закалку от 900-920°С, масло (температура масла 50-60°С), отпуск 150-180°С, воздух. Обточку производят путем фрезерования со снятием слоя толщиной не менее 1 мм на сторону на установке фирмы "Шумак".

В результате горячей прокатки получаем трубную заготовку ⊘110 мм, длиной 4800 мм. Структура пластинчатого перлита, 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 точечные - 1,5 балла, оксиды точечные - 0,5 балла, оксиды строчечные - 1 балл, силикаты хрупкие - 0,5 балла, силикаты пластичные - 0,5 балла, силикаты недеформированные - 1,5 балла.

Механические свойства после закалки и низкого отпуска: временное сопротивление разрыву 710 Н/мм², предел текучести - 505 Н/мм², относительное удлинение - 14%, ударная вязкость при комнатной температуре - 84,6 Дж/см²

Производство трубной заготовки из хромистой стали обеспечивает повышенный уровень потребительских свойств проката при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры, повышенных характеристик обрабатываемости резанием.

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

углерод [С]	0,12-0,17
марганец [Mg]	0,30-0,60
кремний [Si]	0,17-0,37
хром [Cr]	0,30-0,60
сера [S]	0,025-0,035
азот [N]	0,005-0,010
кальций [Са]	0,001-0,006
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; (Ca/S)≥0,055, при этом она подвергнута закалке с высоким отпуском и обточке, имеет ферритоперлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 3 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформирующимся, сульфидам и оксисульфидам глобулярной формы не более 4,5 баллов по каждому виду, временное сопротивление разрыву не менее 687 Н/мм², предел текучести не менее 491 Н/мм², относительное удлинение не менее 12%, относительное сужение не менее 45%, ударную вязкость не менее 78,4 Дж/см² и повышенную обрабатываемость резанием.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве примесей сталь дополнительно содержит, мас.%: фосфор не более 0,0350, никель не более 0,25, медь не более 0,30.