Способ производства проката
Владельцы патента RU 2355783:
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина" (RU)
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения методом термомеханической обработки. Для повышения прочности, текучести, относительного удлинения, ударной вязкости, хладостойкости проката осуществляют выплавку стали, содержащей, мас.%: С-(0,03-0,20), Mn-(0,50-2,20), Si-(0,25-0,60), Nb-(0,01-0,15), Al-(0,01-0,10), Ti-(0,005-0,05), N-(0,002-0,012), S-(0,0005-0,010), P-(0,003-0,030), Fe - остальное и дополнительно - V-(0,01-0,15), Mo-(0,05-0,20), Ni-(0,01-0,80), Cr-(0,01-0,80), Cu-(0,01-0,80), непрерывную разливку на слябы, аустенизацию, предварительную деформацию в области температур рекристаллизации аустенита с общей степенью деформации 50-80% и с частной деформацией 12-20% за проход в направлении поперек оси сляба, окончательную деформацию при температурах ниже температуры рекристаллизации аустенита с общей степенью деформации 60-80% вдоль оси сляба и ускоренное охлаждение, при этом охлаждение между предварительной и окончательной деформацией осуществляется ускоренно со скоростью 5-15 град/с, охлаждение в области температур 850-450°С осуществляется со скоростью 5-30 град/с, а в области температур 450-100°С со скоростью 0,1-0,01 град/с. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения методом термомеханической обработки.
Известен способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформацию в реверсивном режиме при температуре ниже температуры рекристаллизации аустенита с подстуживанием в процессе прокатки со скоростью 3-15°С, последующее охлаждение листа на воздухе до температуры не ниже Аr1 +50°С и далее со скоростью 6-30°С/с до температуры (Аr1 -30°С)…500°С, а затем на спокойном воздухе до температуры окружающей среды (авт. свид. СССР №1447889, кл. C21D 8/00, 1987 г.).
Известен также способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме и охлаждение проката; при этом выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:
Углерод 0,05-0,15
Марганец 1,0-1,7
Кремний 0,15-0,4
Ниобий 0,01-0,04
Ванадий 0,03-0,07
Титан 0,01-0,04
Кальций 0,001-0,01
Азот 0,003-0,01
Медь 0,02-0,03
Никель 0,01-0,3
Алюминий 0,02-0,06
Сера 0,001-0,008
Железо остальное
при соотношении Ca/S=0,05-2,0 и Ni+Ti+V≤0,1-0,12 аустенизацию осуществляют при температуре на 60-100°С ниже температуры растворимости нитридов титана, предварительную деформацию заканчивают при температуре Аr3+(120-180°С), подстуживают со скоростью 0,5-4,0°С/с до температуры Аr3+40-Аr3-10°С, деформируют при этой температуре и заканчивают при температуре Аr3-(20-100°С), а охлаждают со скоростью 1-4°С/с до температуры Аr3-(150-250°С) (RU №2000338, кл. C21D 1/02, 1993 г.).
Основными недостатками известного способа производства проката являются: недостаточная прочность, ударная вязкость, хладостойкость получаемого проката, а также недостаточная ударная вязкость материала околошовной зоны при сварке.
Техническим результатом данного изобретения является получение проката ответственного назначения с повышенными показателями прочности, текучести, относительного удлинения, ударной вязкости, хладостойкости и свариваемости.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства проката, включающем выплавку стали, непрерывную разливку на слябы, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации по продольно-поперечной схеме и охлаждение готового проката, выплавляют сталь следующего состава, мас.%:,
С - 0,03-0,20;
Mn - 0,50-2,20;
Si - 0,25-0,60;
Nb - 0,01-0,15;
Al - 0,01-0,10;
Ti - 0,005-0,05;
N - 0,002-0,012;
S - 0,0005-0,010;
P - 0,003-0,030;
Fe - остальное,
предварительную деформацию осуществляют в области температур рекристаллизации аустенита с общей степенью деформации 50-80%, с частной деформацией 12-20% за проход в направлении поперек оси сляба, а окончательную деформацию осуществляют в области ниже температуры рекристаллизации с общей степенью деформации 60-80% вдоль оси сляба.
При этом на стадии предварительной деформации вдоль оси сляба выполняются 1-4 прохода.
В состав стали может входить один или несколько элементов из ряда, мас.%:
V - 0,01-0,15;
Мо - 0,05-0,20;
Ni - 0,01-0,80;
Cr - 0,01-0,80;
Cu - 0,01-0,80.
Кроме того, охлаждение между предварительной и окончательной деформацией осуществляется ускоренно со скоростью 5-15 град/с.
Охлаждение в области температур 850-450°С осуществляется со скоростью 5-30 град/с, а в области температур 450-100°С со скоростью 0,1-0,01 град/с.
Выбранные пределы содержания углерода (0,03-0,20%) в сочетании с марганцем (0,5-2,2%), хромом, никелем и медью (по 0,01-0,8% каждого), молибденом (0,05-0,20%) должны обеспечить получение феррито-бейнитной структуры и достижение высоких значений временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения и свариваемости. Заявленные содержания кремния (0,25-0,60%) и алюминия (0,01-0,1%) должны обеспечить необходимую чистоту стали по неметаллическим включениям. Содержание титана в заявленных пределах (0,005-0,05%) обеспечивает связывание азота в стойкие нитриды, а выбранные пределы содержаний серы (0,0005-0,010%), фосфора (0,003-0,030%) - получение высоких значений ударной вязкости при отрицательных температурах. Ниобий в заявленных пределах содержания сдерживает рост зерна аустенита при нагреве, тормозит рекристаллизацию в области температур, соответствующей временной паузе между черновой и чистовой деформацией, что способствует созданию дополнительных центров образования новой фазы (феррита) при превращении и, следовательно, измельчению зерна феррита. Кроме того, ниобий, образуя карбонитриды, способствует повышению прочностных характеристик стали благодаря дисперсионному твердению. Заявленные режимы предварительной окончательной деформациии способствуют формированию феррито-бейнитной структуры и на их основе - повышению показателей прочности, текучести, хладостойкости и свариваемости.
Ускоренное охлаждение проката между предварительной и окончательной деформацией препятствует росту зерна аустенита, способствует измельчению конечной структуры и приводит к повышению показателей ударной вязкости и хладостойкости проката.
Ускоренное охлаждение проката после завершения окончательной деформации в интервале температур 850-450°С со скоростью 5-30°С/с с последующим охлаждением в интервале температуры 450-100°С со скоростью 0,1-0,01°С/с способствует формированию мелкозернистой структуры и на его основе обеспечивает более высокие значения показателей прочности, текучести и ударной вязкости.
Охлаждение проката после ускоренного охлаждения с указанной скоростью до температуры 100°С позволяет оптимизировать размеры упрочняющей карбонитридной фазы и на его основе достижение высоких значений показателей прочности, текучести, ударной вязкости и хладостойкости.
Пример осуществления способа.
Сталь выплавляли в электропечи. После выпуска металла из печи производили его обработку в ковше и разливали на МНЛЗ. При внепечной обработке металла в ковше проводили окончательное раскисление, рафинирование, гомогенизирующую продувку нейтральным газом и модифицирующую обработку кальцием или его сплавами. В результате выплавки и внепечной обработки получили сталь следующего химического состава (мас.%): С - 0,05; Mn - 1,8; Si - 0,45; Nb - 0,05; V - 0,08; Ti - 0,015; Mo - 0,20; Cu - 0,25; Cr - 0,1; Ni - 0,2; Al - 0,02; N - 0,007; S - 0,004; P - 0,015; Fe - остальное.
После разливки стали на заготовки осуществляли охлаждение слябов при температуре 950°С со скоростью 10 град/час до температуры 100°С и подавали на прокатку. Прокатку на лист производили на двухклетьевом реверсивном стане "2800". Предварительную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 1000°С при толщине подката, превышающей толщину прокатываемого листа в 3 раза. Охлаждение подката между деформациями проводили со скоростью 6 град/с. Окончательную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход 15% при температуре 820°С, с общей степенью деформации 72%.
После завершения окончательной деформации при температуре 790°С производили ускоренное охлаждение проката со скоростью 15,0 град/с до температуры 480°С. Затем осуществляли окончательное замедленное охлаждение проката до температуры 100°С со скоростью 0,05 град/с.
Состав стали и комплекс полученных свойств указаны в таблицах 1 и 2.
| Таблица 1 | ||||||||||||||
| Химический состав экспериментальных плавок | ||||||||||||||
| Вариант плавки | Содержание химических элементов, % | |||||||||||||
| С | Mn | Si | Nb | Al | Ti | N | S | P | V | Mo | Ni | Cr | Cu | |
| 1 | 0,05 | 1,8 | 0,45 | 0,05 | 0,02 | 0,015 | 0,007 | 0,004 | 0,015 | 0,08 | 0,20 | 0,2 | 0,1 | 0,25 |
| 2 | 0,12 | 1,65 | 0,25 | 0,035 | 0,025 | 0,02 | 0,008 | 0,003 | 0,010 | 0,09 | 0,05 | 0,18 | 0,05 | 0,15 |
| 3 | 0,102 | 1,62 | 0,27 | 0,05 | 0,033 | 0,022 | 0,003 | 0,001 | 0,001 | 0,01 | 0,10 | 0,05 | 0,03 | 0,03 |
| 4* | 0,15 | 1,7 | 0,1 | 0,03 | 0,06 | 0,03 | 0,01 | 0,008 | 0,020 | 0,06 | - | - | - | 0,3 |
| * - сравнительный вариант | ||||||||||||||
| Таблица 2 | ||||||||||||||
| Механические свойства экспериментальных сталей | ||||||||||||||
| Вариант плавки | σт, Н/мм2 | σв, Н/мм2 | δ5, % | Ударная вязкость KCV, Дж/см2, при - 30°С | Хладостойкость Т80, °С | Низкотемпературная вязкость ОШЗ, Дж/см2 | ||||||||
| 1 | 557 | 653 | 27 | 280 | -60 | При -30°С 95 | ||||||||
| 2 | 590 | 670 | 25 | 250 | -70 | При -30°С 80 | ||||||||
| 3 | 558 | 665 | 24 | 278 | -75 | При -30°С 70 | ||||||||
| 4* | - | 630 | 22 | - | -35 | При 0°С 75 |
1. Способ производства проката, включающий выплавку стали, непрерывную разливку на слябы, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации по продольно-поперечной схеме и охлаждение готового проката, отличающийся тем, что выплавляют сталь содержащую, мас.%:
| С | 0,03-0,20 |
| Mn | 0,50-2,20 |
| Si | 0,25-0,60 |
| Nb | 0,01-0,15 |
| Al | 0,01-0,10 |
| Ti | 0,005-0,05 |
| N | 0,002-0,012 |
| S | 0,0005-0,010 |
| P | 0,003-0,030 |
| Fe | остальное, |
причем предварительную прокатку в области температур рекристаллизации аустенита осуществляют с общей степенью деформации 50-80% и с частной деформацией 12-20% за проход в направлении поперек оси сляба, а окончательную деформацию осуществляют при температурах ниже температуры рекристаллизации аустенита с общей степенью деформации 60-80% вдоль оси сляба.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит один или несколько элементов из ряда, мас.%:
| V | 0,01-0,15 |
| Мо | 0,05-0,20 |
| Ni | 0,01-0,80 |
| Cr | 0,01-0,80 |
| Cu | 0,01-0,80 |
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии предварительной деформации вдоль оси сляба выполняются 1-4 прохода.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение между предварительной и окончательной деформацией осуществляется ускоренно со скоростью 5-15 град/с, охлаждение в области температур 850-450°С осуществляется со скоростью 5-30 град/с, а в области температур 450-100°С со скоростью 0,1-0,01 град/с.
