Способ производства толстолистового проката

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения. Для получения проката ответственного назначения с повышенными показателями прочности, при одновременном повышении хладостойкости и низкотемпературной вязкости в зоне термического влияния при сварке проката в способе производства толстолистового проката, включающем выплавку стали, разливку, нагрев и термодеформационную прокатку заготовки и ускоренное охлаждение готового проката, выплавляют сталь следующего химического состава, мас.%: углерод 0,03-0,20, марганец 0,50-2,10, кремний 0,10-0,50, ниобий 0,01-0,15, алюминий 0,01-0,10, титан 0,005-0,05, азот 0,002-0,012, сера 0,0005-0,010, фосфор 0,003-0,050, железо - остальное. Термодеформационную прокатку заканчивают в интервале температур от (Аr_з+30°С) до (Аr_з-30°С), последующее ускоренное охлаждение осуществляют в два этапа: на первом этапе со скоростью 10-30 град/с до температуры 650-550°С, затем после паузы 3-10 с на втором этапе со скоростью 5-20 град/с до температуры 550-450°С. Последующее охлаждение на воздухе до 100°С осуществляют замедленно со скоростью 0,1-0,01 град/с. Сталь дополнительно содержит один или несколько элементов из ряда, мас.%: V 0,01-0,15, Mo 0,05-0,50, Ni 0,01-0,80, Cr 0,01-0,80, Cu = 0,01-0,80, при углеродном эквиваленте, С_экв = 0,32-0,46, рассчитанном по формуле: С_Э=C+Mn/6+(Cr+Mo+Nb+V+Ti)/5+(Ni+Cu)/15. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения методом термомеханической обработки.

Известен способ производства листового проката из низколегированной стали, включающей нагрев выше Ar₃ прокатку, подстуживание, прокатку в интервале Ar₃-Ar₁ с частными обжатиями 14-30% за проход и суммарной степенью деформации 59-83% и последующее охлаждение на воздухе (авторское свидетельство СССР № 1611952, кл. C21D 8/00, 1980). Недостатком известного способа является низкая хладостойкость металла после обработки.

Известен способ производства листового проката из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,05-0,15
Марганец	1,2-2,0
Кремний	0,2-0,6
Ниобий	0,01-0,10
Титан	0,005-0,03
Алюминий	0,01-0,10
Хром	0,03-0,50
Никель	0,03-0,50
Медь	0,03-0,50
Азот	0,005-0,020,
Железо	остальное

с использованием метода термомеханической обработки (патент РФ 2062795, кл. C21D 9/46, 8/02, 1995 - прототип), заключающийся в получении заготовки, ее аустенитизации, деформации с суммарной степенью обжатий 50-80% до толщины 14 мм, охлаждении от температуры конца деформации 760-900°С со скоростью 10-60 град/с до температуры 300-20°С, в повторном нагреве до температуры 590-740°С с выдержкой 0,2-3,0 мин/мм и окончательным охлаждением на воздухе (RU 2201972, C21D 8/02, опубл. 10.04.2003).

Недостатками способа являются низкая хладостойкость при температурах до -60°С и недостаточная свариваемость, обеспечение свойств в толщинах только до 14 мм.

Наиболее близким по технологии изготовления является способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации, охлаждение проката, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод	0,02-0,10
Марганец	0,6-1,6
Кремний	0,1-0,4
Ниобий	0,02-0,12
Хром	0,1-0,3
Никель	0,1-0,3
Медь	0,1-0,3
Алюминий	0,01-0,1
Титан	0,005-0,05
Кальций	0,0001-0,01
Сера	0,0005-0,006
Фосфор	0,002-0,025
Железо	остальное

при соотношении Cr+Ni+Cu≤0,6. Окончательную деформацию осуществляют в непрерывном режиме в интервале температур 980-730°С с суммарной степенью обжатия 65-80%, частными обжатиями 10-12% и скоростью деформации 10^-2-10^-1, а охлаждение подката в паузах между частными обжатиями производят со скоростью 5-30 град /с. Кроме того, после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение проката со скоростью 5-30 град/с до температуры 650-500°С и далее охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды, а после охлаждения проката до температуры 650-500°С производят его охлаждение со скоростью 5-10 град/ч до температуры окружающей среды (RU 2255987, опубл. 2004.07.19, C21D 8/02, C21D 1/02).

Основными недостатками известных способов производства являются недостаточная прочность, неудовлетворительные показатели текучести, ударной вязкости, хладостойкости получаемого проката, а также свариваемости.

Техническим результатом данного изобретения является получение проката ответственного назначения с повышенными показателями прочности, при одновременном повышении хладостойкости и низкотемпературной вязкости в зоне термического влияния при сварке проката.

Указанный технический результат достигается тем, что для производства толстолистового проката, включающего выплавку стали, разливку, нагрев и термомеханическую прокатку заготовки и ускоренное охлаждение готового проката, выплавляют сталь следующего состава, мас.%:

Углерод	0,03-0,20
Марганец	0,50-2,10
кремний	0,10-0,50
ниобий	0,01-0,15
алюминий	0,01-0,10
титан	0,005-0,05
азот	0,002-0,012
сера	0,0005-0,010
фосфор	0,003-0,050
железо	- остальное

Термодеформационную прокатку заканчивают в интервале температур от (Ar_з + 30°С) до (Ar_з - 30°С), последующее ускоренное охлаждение осуществляют в два этапа: на первом этапе со скоростью 10-30 град /_с до температуры 650-550°С, затем после паузы 3-10 с на втором этапе со скоростью 5-20°С до температуры 550-450 град/_с . Последующее охлаждение до 100°С осуществляется замедленно со скоростью 0,1-0,01 град /_с. При этом допускается введение хотя бы одного или нескольких элементов из ряда следующих ингредиентов (%): V = 0,01-0,15; Mo = 0,05-0,50; Ni = 0,01-0,80; Cr = 0,01-0,80; Cu = 0,01-0,80 при углеродном эквиваленте 0,32-0,46, определяемом по формуле:

С_Э=C+Mn/6+(Cr+Mo+Nb+V+Ti)/5+(Ni+Cu)/15.

Выбранные пределы содержания углерода (0,03-0,20)%, марганца (0,50-2,10)%, кремния (0,10-0,50)%, ниобия (0,01-0,15)%, алюминия (0,01-0,10)%, титана (0,005-0,05)%, азота, серы и фосфора должны в сочетании с режимами термомеханической обработки обеспечить достижение высоких значений временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения при хорошей свариваемости. Заявленные содержания кремния и алюминия должны обеспечить необходимую чистоту стали по кислороду и неметаллическим включениям. Содержание титана в заявленных пределах обеспечивает связывание азота в стойкие нитриды, а выбранные пределы содержаний серы и фосфора - получение высоких значений ударной вязкости при отрицательных температурах. Кроме того, ниобий, образуя карбонитриды, способствует повышению прочностных характеристик и хладостойкости стали, благодаря дисперсионному упрочнению и измельчению зерна. Заявленные режимы предварительной и окончательной прокатки способствуют формированию феррито-бейнитной структуры и на их основе - повышенных показателей прочности, текучести, хладостойкости и свариваемости.

Температурные режимы окончания термодеформационной прокатки в интервале от (Ar_з+30°С) до (Ar_з-30°С) и скоростные режимы ускоренного последеформационного охлаждения в области температур перлитного и бейнитного превращений обусловлены задачей получения в прокате однородной мелкозернистой феррито-бейнитной структуры, что позволяет одновременно повысить прочность, ударную вязкость и хладостойкость проката.

Пример осуществления способа.

Сталь выплавляли в кислородном конвертере. После выпуска металла производили его обработку в ковше и разливали на МНЛЗ. При внепечной обработке металла в ковше проводили окончательное раскисление, рафинирование, продувку нейтральным газом и модифицирующую обработку кальцием. В результате выплавки и внепечной обработки получили сталь следующего химического состава, мас.%: С = 0,06; Mn = 1,80; Si = 0,25; Nb = 0,06; V = 0,06; Ti = 0,022; Mo = 0,15; Cu = 0,20; Cr = 0,1; Ni = 0,3; Al = 0,05; N = 0,010; S = 0,003; P = 0,011; Fe - остальное.

Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане “5000”. Термодеформационную прокатку заканчивали при температуре 770°С, затем заготовку ускоренно охлаждали со скоростью 25 град /с до температуры 600°С, делали паузу 7 с, затем ускоренно охлаждали со скоростью 18 град /с до температуры 480°С и охлаждали на воздухе до температуры 100°С со скоростью 0,1 град /с.

Состав стали, технологические режимы прокатки и комплекс полученных свойств указаны в таблицах 1, 2, 3.

Таблица 1
Химический состав экспериментальных плавок
Вариант плавки	C	Mn	Si	Nb	Al	Ti	N	S	P	V	Mo	Ni	Cr	Cu
1	0,06	1,80	0,25	0,06	0,05	0,022	0,010	0,003	0,011	0,06	0,15	0,3	0,1	0,20
2	0,10	1.50	0,15	0,35	0,02	0.014	0,008	0,004	0,008	0,08	0,05	0,10	0,09	0,12
3	0,04	1,90	0.30	0.07	0,035	0,010	0,009	0,002	0,010	0,45	0,27	0,23	0,18	0,21
4∗	0,15	1.7	0,1	-	-	0,3	-	0,06	0,03	0,06	0,03	0,01	0,008	0,020
∗ - сравнительный вариант

Таблица 2
Технологические режимы прокатки и охлаждения
Вариант плав ки	Температура окончания термодеформационной прокатки, °C	Скорость охлаждения на первом этапе, град /c	Температура окончания охлаждения на первом этапе, °C	Скорость охлаждения на втором этапе, град /c	Температура окончания охлаждения на втором этапе, °C	Скорость дополнительного охлаждения после чистовой прокатки град /с
1	770	25	600	18	480	0,1
2	750	30	550	8	450	0,02
3	730	20	620	12	470	0,05

Таблица 3
Механические свойства экспериментальных сталей
Вариант плавки	σт, Н/мм2	σв, Н/мм2	Ударная вязкость KCV, Дж/см2 при -20 °C	Хладостойкость основного металла Т80 °C	Низкотемпературная вязкость ОШЗ, Дж/см2 -20
1	550	660	315	-65	85
2	530	620	285	-45	75
3	610	710	290	-70	85
4∗	-	630	-	-25	75 при 0°С
∗ - сравнительный вариант

1. Способ производства толстолистового проката, включающий выплавку стали, разливку, нагрев и термодеформационную прокатку заготовки, ускоренное охлаждение готового проката, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего химического состава, мас.%:

углерод	0,03-0,20
марганец	0,50-2,10
кремний	0,10-0,50
ниобий	0,01-0,15
алюминий	0,01-0,10
титан	0,005-0,05
азот	0,002-0,012
сера	0,0005-0,010
фосфор	0,003-0,050
железо	остальное

термодеформационную прокатку заканчивают в интервале температур от Аr_з+30°С до Аr_з-30°С, ускоренное охлаждение осуществляют в два этапа, на первом этапе со скоростью 10-30 град/с до температуры 650-550°С, затем после паузы 3-10 с на втором этапе со скоростью 5-20 град/с до температуры 550-450°С, а последующее охлаждение до 100°С осуществляют замедленно со скоростью 0,1-0,01 град/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит один или несколько элементов из ряда следующих ингредиентов, мас.%:
V - 0,01-0,15; Mo - 0,05-0,50; Ni - 0,01-0,80; Cr - 0,01-0,80; Cu - 0,01-0,80 при углеродном эквиваленте 0,32-0,46, определяемом по формуле
С_Э=С+Mn/6+(Cr+Mo+Nb+V+Ti)/5+(Ni+Cu)/15.