Трубная заготовка из среднеуглеродистой микролегированной стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм. Для обеспечения благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости заготовка выполнена из стали, содержащей, в мас.%: углерод 0,40-0,50, марганец 0,80-1,40, кремний 0,17-0,37, хром 0,005-0,25, ниобий 0,040-0,11, молибден 0,001-0,12, железо и неизбежные примеси - остальное, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-8 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, подусадочной ликвации, ликвационному квадрату 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 4,0 баллов по каждому виду, временное сопротивление разрыву не менее 500 Н/мм², предел текучести не менее 390 Н/мм², относительное удлинение не менее 20%. В качестве неизбежных примесей сталь содержит, в мас.%: ниобий не более 0,02, мышьяк не более 0,03, олово не более 0,02, свинец не более 0,01, цинк не более 0,005, азот не более 0,010, медь не более 0,25, никель не более 0,25, сера не более 0,045, фосфор не более 0,045. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм из среднеуглеродистой микролегированной стали, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения.

Известна трубная заготовка из низколегированной стали, горячекатаная, имеющая высокий уровень чистоты стали по неметаллическим включениям и определенную микроструктуру (RU 2221875 C2, 20.01.2004, С21С 5/52).

Наиболее близким аналогом к изобретению является известная трубная заготовка из среднеуглеродистой микролегированной стали, горячекатаная, имеющая заданные параметры неметаллических включений, структуры, механических свойств, размера действительного зерна (SU 2070585 C1, C21D 9/14, 20.12.1996).

Требованием, предъявляемым к трубной заготовке из среднеуглеродистой микролегированной стали, является, с одной стороны, обеспечение заданных параметров металлургического качества: однородности микро- и макроструктуры, низкого содержания 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.

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

углерод	0,40-0,50
марганец	0,80-1,40
кремний	0,17-0,37
хром	0,005-0,25
ниобий	0,040-0,11
молибден	0,001-0,12
железо и неизбежные примеси	остальное.

Трубная заготовка имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-8 балл, по макроструктуре: центральная пористость, точечная неоднородность, подусадочная ликвация, ликвационный квадрат не более 2 балла 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 балл по каждому виду включений, механические свойства после нормализации - временное сопротивление разрыву не менее 500 Н/мм², предел текучести не менее 390 Н/мм², относительное удлинение - не менее 20%. В качестве неизбежных примесей сталь дополнительно содержит ниобий не более 0,02%, мышьяк не более 0,03%, олово не более 0,02%, свинец не более 0,01%, цинк не более 0,005%, азот не более 0,010%, медь не более 0,25%, никель не более 0,25%, серу не более 0,045%, фосфор не более 0,045%.

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 композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,50%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,40% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец, хром и молибден используются, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 1,40%, хрома - 0,25% и молибдена - 0,12% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,80%, 0,005% и 0,001% 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 характеристиках пластичности стали.

Ниобий 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 ниобия - 0,11% обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,04% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Пример получения трубной заготовки, имеющей химический состав, мас.%: углерод 0,45, марганец 0,95, кремний 0,29, хром - 0,16, ниобий 0,069, молибден 0,08. Выплавку производят 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 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. Для определения механических свойств трубную заготовку 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.

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

В результате горячей прокатки получают трубную заготовку ⊘110 мм, длиной 9000 мм, структура феррито-перлитная, балл действительного зерна - 7. Макроструктура: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 1 балл, светлый контур -1 балл, подусадочная ликвация 1 балл, ликвационные полоски - 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды - 1,0 балл, 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 - временное сопротивление разрыву 540 Н/мм², предел текучести 425 Н/мм², относительное удлинение 20%.

Внедрение трубной заготовки из среднеуглеродистой микролегированной стали позволило обеспечить 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 проката.

1. Трубная непрерывнолитая заготовка из среднеуглеродистой микролегированной стали, горячекатаная с заданными параметрами неметаллических включений, структуры, размера действительного зерна и механических свойств, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод	0,40-0,50
марганец	0,80-1,40
кремний	0,17-0,37
хром	0,005-0,25
ниобий	0,040-0,11
молибден	0,001-0,12
железо и неизбежные примеси	остальное,

при этом имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-8 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, подусадочной ликвации, ликвационному квадрату 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 4,0 баллов по каждому виду, временное сопротивление разрыву не менее 500 Н/мм², предел текучести не менее 390 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.%: ниобий не более 0,02, мышьяк не более 0,03, олово не более 0,02, свинец не более 0,01, цинк не более 0,005, азот не более 0,010, медь не более 0,25, никель не более 0,25, сера не более 0,045, фосфор не более 0,045.