Трубная заготовка из низколегированной стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 160 мм. Для повышения уровня потребительских свойств и обеспечения благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости горячекатаная трубная заготовка изготовлена из низколегированной стали, содержащей компоненты, мас.%: углерод 0,17-0,20, марганец 1,30-1,55, кремний 0,35-0,50, хром 0,005-0,30, алюминий 0,02-0,06, медь 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 элементов As+Sn+Pb+5xZn≤0,07, C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/22+N/60≤0,29, а в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: никель не более 0,03; ниобий не более 0,020; титан не более 0,030; молибден не более 0,10; сера не более 0,015; фосфор не более 0,015. Заготовка имеет пластинчатую феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 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 5,0 баллов по каждому виду включений, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву не менее 455 Н/мм², предел текучести не менее 295 Н/мм², относительное удлинение - не менее 20%. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 160 мм из низколегированной стали.

Известна трубная заготовка из низколегированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, молибден, ванадий, хром, алюминий, азот, серу, фосфор, цинк, свинец, олово, висмут, сурьму (SU 1754790 A1, C22C 38/60, 15.08.1992).

Наиболее близким аналогом к изобретению является трубная заготовка из низколегированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, никель, ванадий, ниобий, титан, алюминий, кальций, серу, фосфор, азот, медь, сурьму, олово, мышьяк, молибден, железо остальное, горячекатаная, с заданными параметрами металлургического качества, структуры, механических свойств, прокаливаемости (RU 2252972 C1, C21D 9/08, 27.05.2005).

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

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.

Для достижения поставленной задачи трубная заготовка из низколегированной стали, горячекатаная, с заданными параметрами неметаллических включений, структуры, механических свойств, выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод	0,17-0,20
марганец	1,30-1,55
кремний	0,35-0,50
хром	0,005-0,30
алюминий	0,02-0,06
медь	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-,005
железо и неизбежные примеси	остальное,

при выполнении соотношений элементов:

As+Sn+Pb+5xZn≤0,07; C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/22+N/60≤0,29,

имеет пластинчатую феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна - 6-9 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 5,0 баллов по каждому виду включений, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву не менее 455 Н/мм², предел текучести не менее 295 Н/мм², относительное удлинение не менее 20%.

В качестве неизбежных примесей сталь содержит следующие компоненты, мас.%: никель не более 0,03; ниобий не более 0,020; титан не более 0,030; молибден не более 0,10; сера не более 0,015; фосфор не более 0,015.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии феррито-перлитную мелкодисперсную структуру с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности.

Углерод вводят 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 0,17% - 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 - 1,55% и хрома - 0,30% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - марганца 1,30% и 0,005% хрома соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию 0,35% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,50% неблагоприятно сказывается на пластичности стали.

Алюминий используют в качестве раскислителя стали и элемента, обеспечивающего формирование мелкодисперсной, зеренной структуры. Верхний предел (0,060%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0,020%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением однородной зеренной структуры 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.

Медь определяет характеристики горячей пластичности стали. При этом нижний уровень ее содержания - 0,005% определяется требованиями обеспечения заданного уровня пластичности стали. Верхний уровень - 0,30% обусловлен необходимостью обеспечить заданный уровень прокаливаемости 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 C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/22+N/60≤0,29 определяет характеристики свариваемости исследуемой стали, в то время как соотношение As+Sn+Pb+5xZn≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости.

Пример осуществления способа

Выплавку исследуемой стали (химический состав, мас.%: углерод - 0,18%, марганец - 1,38%, кремний - 0,45%, хром - 0,10%, медь - 0,12%, алюминий - 0,037%, мышьяк - 0,009%, олово - 0,005%, свинец - 0,003%, цинк - 0,001%, азот - 0,010%) производят в 150-ти 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 раскисляют 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 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 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 ⊘120 мм, длиной - 11800 мм. Структура феррито-перлитная, балл действительного зерна - 8. Макроструктура: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 0,5 балла, ликвационный квадрат - 0,5 балла, подусадочная ликвация - 1 балл, ликвационные полоски - 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды - 1 балл, оксиды точечные - 1 балл, оксиды строчечные - 1 балл, силикаты хрупкие - 1 балл, силикаты пластичные - 1 балл, силикаты недеформирующие - 1 балл. Механические свойства после нормализации при 900°С, 1 час, воздух: временное сопротивление разрыву 485 Н/мм², предел текучести 310 Н/мм², относительное удлинение - 21%. Соотношения: C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/22+N/60=0,28; As+Sn+Pb+5xZn=0,022.

Внедрение производства трубной заготовки из низколегированной стали обеспечит повышенный уровень потребительских свойств проката при благоприятном соотношении прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

1. Трубная непрерывнолитая заготовка из низколегированной стали, горячекатаная с заданными параметрами неметаллических включений, структуры, механических свойств, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%:

углерод	0,17-0,20
марганец	1,30-1,55
кремний	0,35-0,50
хром	0,005-0,30
алюминий	0,02-0,06
медь	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+5xZn≤0,07; C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/22+N/60≤0,29,

при этом заготовка имеет пластинчатую феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 баллов, макроструктуру вида: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация размером 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 5,0 баллов по каждому виду включений, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву не менее 455 Н/мм², предел текучести не менее 295 Н/мм², относительное удлинение не менее 20%.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит следующие компоненты, мас.%: никель не более 0,03; ниобий не более 0,020; титан не более 0,030; молибден не более 0,10; сера не более 0,015; фосфор не более 0,015.