Трубная заготовка из среднеуглеродистой среднелегированной стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм для производства бесшовных труб различного назначения. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств она выполнена из стали, содержащей, мас.%: С - (0,37-0,44), Mn - (0,80-1,10), Si - (0,20-0,35), Cr - (0,90-1,20), Mo - (0,15-0,25), Ni - (0,01-0,40), N - (0,005-0,010), As - (0,0001-0,03), Sn - (0,0001-0,02), Pb - (0,0001-0,01), Zn - (0,0001-0,005), железо и неизбежные примеси - остальное, при соотношениях: (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07; 0,85≤(C+Mn/6+Cr/5+Mo)≤1,05, непрерывнолитой, горячекатаной и нормализованной. В качестве примесей сталь содержит, мас.%: фосфор не более 0,020, серу не более 0,012, медь не более 0,20. Заготовка имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 2,0 баллов, ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформирующимся не более 3,0 баллов по каждому виду, временное сопротивление разрыву не менее 686 Н/мм², предел текучести не менее 441 Н/мм², относительное удлинение не менее 12%, ударная вязкость KCV (+20°С) не менее 39,2 Дж/см², твердость НВ 217-255. 1 з.п. ф-лы.

 

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

Известна трубная заготовка из легированной молибденсодержащей стали, включающей углерод, кремний, марганец, ниобий, молибден, серу, фосфор, хром, медь, никель, алюминий, титан, сурьму, олово, мышьяк и железо остальное, изготовленная из горячекатаного листа, имеющая заданные механические свойства, структуру (RU 2252972 C1, C21D 9/08, 27.05.2005).

Известна трубная заготовка из легированной молибденсодержащей стали, включающей углерод, кремний, марганец, ниобий, молибден, серу, фосфор, хром, медь, никель, алюминий, титан, железо и неизбежные примеси, горячекатаная, имеющая заданные механические свойства, структуру (RU 2251587 С2, 10.05.2005).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовки из среднеуглеродистой среднелегированной стали, 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, повышенных характеристик прокаливаемости.

Поставленная задача решена тем, что трубная заготовка из среднеуглеродистой среднелегированной стали, имеющая заданные параметры структуры и механических свойств выполнена из стали, содержащей следующие соотношения компонентов, мас.%:

углерод [С]	0,37-0,44
марганец [Mn]	0,80-1,10
кремний [Si]	0,20-0,35
хром [Cr]	0,90-1,20
молибден [Мо]	0,15-0,25
никель [Ni]	0,01-0,40
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; 0,85≤(С+Mn/6+Cr/5+Мо)≤1,05, горячекатаная, нормализованная, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна - 5-10 баллов, макроструктуру: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация - не более 2,0 баллов; ликвационные полоски - не более 1 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные - не более 3,0 баллов, средний по каждому виду включений, механические свойства в нормализованном состоянии - временное сопротивление разрыву не менее 686 Н/мм², предел текучести не менее 441 Н/мм², относительное удлинение не менее 12%, Ударная вязкость KCV (+20°С) не менее 39,2 Дж/см², твердость НВ 217-255.

В качестве примесей сталь дополнительно содержит в мас.%: фосфор не более 0,020, сера не более 0,012, медь не более 0,20.

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 (0,44%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,37% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец, молибден 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 - 1,10%, молибдена - 0,25% и хрома - 1,20% определяются необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,80%, 0,15% и 1,20% соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0,20% 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.

Никель в заданных пределах влияет на характеристики прокаливаемости и вязкости стали. При этом нижний уровень содержания никеля - 0,01%, обуславливается необходимостью обеспечения заданного уровня вязкости стали, а верхний - 0,40% необходимостью получения требуемого уровня 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 (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости. Соотношение 0,85≤(С+Mn/6+Cr/5+Мо)≤1,05 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, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Пример осуществления изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения. Выплавку исследуемой стали с химическим составом в мас.%: углерод - 0,39, марганец - 1,03, кремний - 0,26, хром - 1,13, молибден - 0,21, никель - 0,35, азот - 0,009, мышьяк - 0,013, олово - 0,012, свинец - 0,004, цинк - 0,002 производится в 150-ти 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 нормализацию от 910-930°С.

В результате горячей прокатки получаем трубную заготовку ⊘110 мм, длиной - 4800 мм со структурой пластинчатого феррита-перлита, балл действительного зерна - 9, макроструктура: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 1 балл, ликвационный квадрат - 1 балл, подусадочная ликвация - 1 балл, ликвационные полоски - 1 балл, неметаллические включения: сульфиды точечные - 2 балла, оксиды точечные - 2 балла, оксиды строчечные - 2 балла, силикаты хрупкие - 2 балла, силикаты пластичные - 0,5 балла, силикаты недеформированные - 1,5 балла, механические свойства в нормализованном состоянии - временное сопротивление разрыву 712 Н/мм², предел текучести 494 Н/мм², относительное удлинение 14%, ударная вязкость KCV (+20°С) 43,5 Дж/см², твердость НВ-229-241.

(As+Sn+Pb+5×Zn)=0,039; (С+Mn/6+Cr/5+Мо)=0,998.

Трубная заготовка из среднеуглеродистой среднелегированной стали обеспечивает повышенный уровень потребительских свойств проката, при благоприятном соотношении прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низком содержании неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

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

углерод	0,37-0,44
марганец	0,80-1,10
кремний	0,20-0,35
хром	0,90-1,20
молибден	0,15-0,25
никель	0,01-0,40
азот	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;

0,85≤(С+Mn/6+Cr/5+Мо)≤1,05,

при этом она имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 2,0 баллов, ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным со средним баллом не более 3,0 по каждому виду включений, временное сопротивление разрыву не менее 686 Н/мм², предел текучести не менее 441 Н/мм², относительное удлинение не менее 12%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 39,2 Дж/см², твердость HB 217-255.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: фосфор не более 0,020, серу не более 0,012, медь не более 0,20.