Трубная заготовка из низкоуглеродистой стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 100 до 180 мм. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств при минимальном уровне анизотропии механических свойств, трубную заготовку получают из содержащей, мас.%: углерод 0,06-0,14, марганец 0,35-0,65, кремний 0,17-0,37, титан 0,01-0,03, алюминий 0,020-0,060, ванадий 0,005-0,02, молибден 0,005-0,15, ниобий 0,005-0,02, азот 0,005-0,005, железо и неизбежные примеси - остальное, в качестве которых сталь содержит, мас.%: хром не более 0,25, никель не более 0,30, медь не более 0,25, сера не более 0,013, фосфор не более 0,018, при этом она имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-8 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 2 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным не более 4,5 балла по каждому виду, временное сопротивление разрыву 350-480 Н/мм², предел текучести не менее 235 Н/мм², относительное удлинение не менее 28%, относительное сужение не менее 55%. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 100 до 180 мм из низкоуглеродистой стали.

Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является известная трубная заготовка из низкоуглеродистой стали, содержащей (мас.%): углерод 0,05-0,30, марганец 0,35-1,50, кремний 0,15-1,0, хром 0,005-0,5, никель 0,005-0,50, медь 0,005-0,50, сера не более 0,015, фосфор не более 0,020, алюминий 0,01-0,05, ниобий 0,01-0,06, железо и неизбежные примеси - остальное, трубная заготовка имеет заданные параметры по неметаллическим включениям, механическим свойствам и определенную микроструктуру (RU 2221875 C2, С21С 5/52, 20.01.2004).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовке из низкоуглеродистой стали, является, с одной стороны, обеспечение структуры стали, 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, низком содержании неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Для достижения технического результата в трубной заготовке из низкоуглеродистой стали, непрерывнолитой, горячекатаной, имеющей заданные параметры неметаллических включений, структуры и механических свойств, сталь содержит следующие соотношения компонентов, мас.%:

углерод	0,06-0,14
марганец	0,35-0,65
кремний	0,17-0,37
титан	0,01-0,03
алюминий	0,020-0,060
ванадий	0,005-0,02
молибден	0,005-0,15
ниобий	0,005-0,020
азот	0,005-0,008
железо и неизбежные примеси	остальное

Трубная заготовка имеет феррито-перлитную 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 4,5 балла по каждому виду включений.

В качестве неизбежных примесей сталь дополнительно содержит следующие компоненты, мас.%: хром не более 0,25, никель не более 0,30, медь не более 0,25, сера не более 0,013, фосфор не более 0,018. Механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 350-480 Н/мм², предел текучести не менее 235 Н/мм², относительное удлинение не менее 28%, относительное сужение не менее 55%.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии феррито-перлитную 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 0,14 обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,06 - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Ванадий и ниобий вводят в состав данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной, однородной зерненой структуры. При этом они управляют процессами в нижней части аустенитной области (определяют склонность к росту зерна аустенита, стабилизируют структуру при термомеханической обработке, повышают температуру рекристаллизации и, как следствие, влияют на характер γ-α-превращения). Верхняя граница содержания ванадия и ниобия 0,02% обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,005% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец 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 марганца 0,65% и молибдена 0,15% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний 0,35% и 0,005% соответственно - необходимостью требуемого уровня 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.

Алюминий и титан используют в качестве раскислителей и нитридообразователей. Так, нижний уровень содержания данных элементов (0,02 и 0,01 соответственно) определяется требованием обеспечения заданного уровня однородности и дисперсности структуры стали, а верхний уровень (0,06 и 0,03) - требованием обеспечения заданного уровня пластичности стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота 0,008% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел 0,005% - вопросами технологичности производства.

Пример изготовления трубной заготовки.

Выплавку исследуемой стали, химический состав, мас.%: углерод 0,11, марганец 0,5, кремний 0,22, титан 0,024, алюминий 0,033, ванадий 0,015, молибден 0,03, ниобий 0,01, 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 примесей, мас.%: хром 0,11, никель 0,08, медь 0,06, сера 0,009, фосфор 0,012.

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 АКОСе 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 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. Для определения механических свойств трубную заготовку подвергают нормализации при 920°С с выдержкой 1 час.

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

Средние значения характеристик подсчитывали по результатам испытаний не менее трех образцов на точку. Значимость различий средних значений анализируемых величин оценивали 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 контролировали в соответствии с ТУ 14-1-5212-93 и ГОСТ 10243-75.

В результате горячей прокатки получают трубную заготовку диаметром 122 мм, длиной 11800 мм. Структура феррито-перлитная, балл действительного зерна - 7. Макроструктура: центральная пористость 1 балл, точечная неоднородность 0,5 балла, ликвационный квадрат 1 балл, подусадочная ликвация 1 балл, ликвационные полоски 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды - 1 балл, оксиды точечные 0,5 балла, оксиды строчечные 1 балл, силикаты хрупкие 1 балл, силикаты пластичные 1 балл, силикаты недеформирующие 1.5 балла. Механические свойства после нормализации 920°С, 1 час: временное сопротивление разрыву 390 Н/мм², предел текучести 245 Н/мм², относительное удлинение 32%, относительное сужение 65%.

Внедрение производства трубной заготовки из низколегированной стали обеспечивает повышенный уровень потребительских свойств проката при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низком содержании неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуре проката.

1. Трубная непрерывнолитая заготовка из низкоуглеродистой стали, горячекатаная с заданными параметрами по металлическим включениям, механическим свойствам и макроструктуре, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей следующее соотношенее компонентов, мас.%:

углерод	0,06-0,14
марганец	0,35-0,65
кремний	0,17-0,37
титан	0,01-0,03
алюминий	0,020-0,060
ванадий	0,005-0,02
молибден	0,005-0,15
ниобий	0,005-0,02
азот	0,005-0,008
железо и неизбежные примеси	остальное,

при этом имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна - 5-8 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 2 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным не более 4,5 баллов по каждому виду, временное сопротивление разрыву 350-480 Н/мм², предел текучести не менее 235 Н/мм², относительное удлинение не менее 28%, относительное сужение не менее 55%.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит следующие компоненты, мас.%: хром не более 0,25, никель не более 0,30, медь не более 0,25, сера не более 0,013, фосфор не более 0,018.