Трубная заготовка из низкоуглеродистой молибденсодержащей стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству обточенной нормализованной трубной заготовки диаметром от 100 до 180 мм, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств, минимального уровня анизотропии механических свойств заготовка получена из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,12-0,20, марганец 0,40-0,80, кремний 0,10-0,35, молибден 0,25-0,35, азот 0,005-0,010, 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, 0,45≤(С+Mn/6+Мо)≤0,67, в качестве примесей сталь содержит, мас.%: фосфор не более 0,025, сера не более 0,030, хром не более 0,30, никель не более 0,30, медь не более 0,30%. Заготовка выполнена горячекатаной, подвергнута нормализации, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату со средним баллом по каждому виду не более 2, подусадочной ликвации и ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным со средним баллом по каждому виду не более 2,5, временное сопротивление разрыву 450-600 Н/мм², предел текучести не менее 285 H/мм², относительное удлинение не менее 22%. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству обточенной нормализованной трубной заготовки диаметром от 100 до 180 мм, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения.

Известна трубная заготовка из низкоуглеродистой стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, молибден, ванадий, азот, серу, фосфор, цинк, свинец, олово, висмут, сурьму, имеющая заданные параметры механических свойств и заданную структуру (SU 1754790 A1, C22C 38/60, 15.08.1992).

Известна трубная заготовка из легированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, молибден, серу, фосфор, хром, медь, никель, алюминий, сурьму, олово, мышьяк и железо, изготовленная термообработанной, имеющая заданные параметры механических свойств и заданную структуру (RU 2252972 C1, C21D 9/08, 27.05.2005).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовки из низкоуглеродистой молибденсодержащей стали, является, с одной стороны, обеспечение однородности микро- и макроструктуры, низкого содержания неметаллических включений, 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.

Поставленная задача решена тем, что трубная заготовка из низкоуглеродистой молибденсодержащей стали изготовлена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод [С]	0,12-0,20
марганец [Mn]	0,40-0,80
кремний [Si]	0,10-0,35
молибден [Мо]	0,25-0,35
азот [N]	0,005-0,010
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; 0,45≤(C+Mn/6+Mo)≤0,67,

горячекатаной, обточенной и нормализованной, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна - 5-10 балл, макроструктуру - центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат - не более 2,0 балла, средний по каждому виду, подусадочная ликвация и ликвационные полоски не более 1 балла, неметаллические включения - сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные - не более 2,5 балл, средний по каждому виду включений, механические свойства в нормализованном состоянии - временное сопротивление разрыву 450-600 Н/мм², предел текучести не менее 285 Н/мм², относительное удлинение - не менее 22%.

В качестве примесей сталь дополнительно содержит в мас.%: фосфор не более 0,025, сера не более 0,030, хром не более 0,30, никель не более 0,30, медь не более 0,30.

Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в готовом изделии мелкодисперсную феррито-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 (0,20%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,12% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец 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 - 0,80%, молибдена - 0,35% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,40% и 0,25% соответственно - необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности, прокаливаемости и теплостойкости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0,10% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,35% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0,010% 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 (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости. Соотношение 0,45≤(C+Mn/6+Mo)≤0,67 определяет параметры вязкости и прокаливаемости 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, низком содержании неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Пример осуществления изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения. Выплавка стали с химическим составом в мас.%: углерод 0,15, марганец 0,53, кремний 0,26, молибден 0,32, азот 0,009, мышьяк 0,010, олово 0,007, свинец 0,004, цинк 0,001, 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%, затем проводят обточку заготовки и подвергают термической обработке - нормализации от 910-930°С.

В результате горячей прокатки получаем трубную заготовку 0110 мм, длиной - 4800 мм. Структура пластинчатого перлита, балл действительного зерна - 8. Макроструктура: центральная пористость - 2 балл, точечная неоднородность - 2 балл, ликвационный квадрат - 1 балл, подусадочная ликвация - 1 балл, ликвационные полоски - 1 балл. Неметаллические включения: сульфиды точечные - 1 балл, оксиды точечные - 0,5 балл, оксиды строчечные - 1 балл, силикаты хрупкие - 0,5 балл, силикаты пластичные - 0,5 балл, силикаты недеформированные - 1,5 балл.

Механические свойства после нормализации - временное сопротивление разрыву 520 Н/мм², предел текучести - 310 Н/мм², относительное удлинение - 24%.

(As+Sn+Pb+5Zn)=0,026; (C+Mn/6+Mo)=0,576

Внедрение трубной заготовки из низкоуглеродистой молибденсодержащей стали обеспечивает повышенный уровень потребительских свойств проката при благоприятном соотношениях прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низком содержании неметаллических включений, однородных макро- и микроструктурах проката.

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

углерод	0,12-0,20
марганец	0,40-0,80
кремний	0,10-0,35
молибден	0,25-0,35
азот	0,005-0,010
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 соблюдении соотношений:

(As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07; 0,45≤(C+Mn/6+Mo)≤0,67,

при этом она выполнена обточенной и нормализованной, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату со средним баллом по каждому виду не более 2,0, подусадочной ликвации и ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным со средним баллом по каждому виду не более 2,5, временное сопротивление разрыву 450-600 Н/мм², предел текучести не менее 285 Н/мм², относительное удлинение не менее 22%.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: фосфор не более 0,025, серу не более 0,030, хром не более 0,30, никель не более 0,30, медь не более 0,30.