Трубная заготовка из среднеуглеродистой низколегированной стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств заготовка выполнена из среднеуглеродистой низколегированной стали, содержащей, мас.%: углерод 0,43-0,52; марганец 0,90-1,20; кремний 0,17-0,37; хром 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 соотношений: As+Sn+Pb+5Zn≤0,07; С+Mn/6+Cr/5≤0,72, при этом она имеет пластинчатую феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 3 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 2 баллов, 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 655 Н/мм², предел текучести 379-552 Н/мм², относительное удлинение не менее 15%. Изготовление трубной заготовки согласно изобретению обеспечивает благоприятное соотношение прочности, пластичности и вязкости, минимальный уровень анизотропии механических свойств. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм из среднеуглеродистой, 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, С22С 38/60, 15.08.1992).

Известна 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).

Наиболее близким аналогом к изобретению является известная трубная заготовка из среднеуглеродистой, низколегированной стали, содержащей углерод и легирующие элементы, горячекатаная с заданными параметрами металлургического качества, структуры, механических свойств, прокаливаемости. (RU 2251587 С2, С22С 38/60, 10.05.2005).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовке из легированной 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, минимальном уровне анизотропии механических свойств, пониженной склонности к обратимой отпускной хрупкости, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро и микроструктуры проката.

Поставленная задача решена тем, что трубная заготовка из среднеуглеродистой низколегированной стали, непрерывнолитая, горячекатаная, имеющая заданные параметры неметаллических включений, структуры, механических свойств, выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод	0,43-0,52
марганец	0,90-1,20
кремний	0,17-0,37
хром	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:

сумма (мышьяк + олово + свинец + 5хцинк)≤0,07;

сумма (углерод + марганец/6 + хром/5≤0,72.

Заготовка имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 балл, по макроструктуре: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 3 балла по каждому виду, ликвационные полоски не более 2 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 655 Н/мм², предел текучести не менее 379-552 Н/мм², относительное удлинение не менее 15%. В качестве примесей сталь дополнительно содержит следующие компоненты, мас.%: ниобий не более 0,02; фосфор не более 0,030; сера не более 0,030; медь не более 0,30; никель не более 0,30.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии феррито-перлитную мелкодисперсную структуру с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности, пониженной склонностью к отпускной хрупкости.

Углерод вводят в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,52%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,43% - 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 - 1,20% и хрома - 0,30% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний, марганца - 0,90% и хрома - 0,005% соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной 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.

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 С+Mn/6+Cr/5≤0,72 определяет характеристики прочности и прокаливаемости исследуемой стали, в то время как соотношение As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости.

Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, которой достигался бы сходный эффект - повышение уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, пониженной склонности к обратимой отпускной хрупкости, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро и микроструктуры проката.

Ниже даны примеры осуществления предлагаемого изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения. Выплавку исследуемой стали (химический состав, мас.%: углерод - 0,48%, марганец - 1,07%, кремний - 0,25%, хром - 0,19%, мышьяк -0,007%, олово - 0,003%, свинец - 0,002%, цинк - 0,002%, азот - 0,010%) производят 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 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 охлаждались 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 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 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 0120 мм, длиной - 11800 мм. Структура феррито-перлитная, балл действительного зерна - 9. Макроструктура: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 1 балл, ликвационный квадрат - 0,5 балл, подусадочная ликвация - 0,5 балл, ликвационные полоски - 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды - 1 балл, оксиды точечные - 0 балл, оксиды строчечные - 1 балл, силикаты хрупкие - 1 балл, силикаты пластичные - 1 балл, силикаты недеформированные - 1 балл. Механические свойства после нормализации при 870°С, 1 час, воздух: временное сопротивление разрыву 680 Н/мм², предел текучести, 450 Н/мм², относительное удлинение - 17%. Соотношения: As+Sn+Pb+5×Zn=0,014; С+Mn/6+Cr/5≤0,69.

Внедрение трубной заготовки обеспечит повышение уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальной анизотропии механических свойств, пониженной склонности к обратимой отпускной хрупкости, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро и микроструктуры.

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

углерод	0,43-0,52
марганец	0,90-1,20
кремний	0,17-0,37
хром	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:

(мышьяк + олово + свинец + 5 · цинк)≤0,07;

(углерод + марганец/6 + хром/5)≤0,72,

при этом имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 6-9 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 3 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 2 баллов, 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 655 Н/мм², предел текучести не менее 379-552 Н/мм², относительное удлинение не менее 15%.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит компоненты, мас.%: ниобий не более 0,02, фосфор не более 0,030, сера не более 0,030, медь не более 0,30, никель не более 0,30.