Способ производства штрипса для труб магистральных трубопроводов
Владельцы патента RU 2397254:
Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству штрипса толщиной 15- 28 мм ответственного назначения. Для повышения прочности, хладостойкости и низкотемпературной вязкости в зоне термического влияния при сварке штрипса получают сталь, содержащую, мас.%: С - 0,03-0,07, Мn - 1,75-2,10, Si - 0,16-0,40, Ni - 0,040-0,80, Cu - 0,001-0,50, Al - 0,01-0,10, Mo - 0,03-0,50, Nb - 0,01-0,10, V - 0,001-0,04, S - 0,001-0,003, P - 0,003-0,012, Ca - 0,001-0,010, Ti - 0,01-0,05, железо - остальное, осуществляют разливку стали в слябы, предварительную прокатку поперек продольной оси сляба с суммарной деформацией 60-80%, охлаждение подката на воздухе до температуры начала чистовой прокатки, равной (Аr3+150)°С, и чистовую прокатку в направлении продольной оси с температурой конца прокатки, равной Аr3+(20-40)°С, затем охлаждают штрипс до температуры 350-450°С со скоростью 15-50°С/с, а затем - со скоростью не более 1°С/с, при этом соотношение суммарных степеней деформаций предварительной прокатки и окончательной прокатки составляет (1:4)-(1:8). 3 табл.
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству штрипса для труб магистральных трубопроводов толщиной до 28 мм.
Известен способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации 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 Ar1+50°С и далее со скоростью 6-30°С/с до температуры (Ar1-30°С)…500°С, а затем на спокойном воздухе до температуры окружающей среды (авт. свид. СССР №1447889, кл. С21D 8/00, 1987 г.).
Известен также способ производства проката (прототип), 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 | 0,05-0,09 |
| Марганец | 1,25-1,6 |
| Кремний | 0,15-0,30 |
| Хром | 0,01-0,1 |
| Никель | 0,3-0,6 |
| Молибден | 0,10-0,25 |
| Ванадий | 0,03-0,10 |
| Алюминий | 0,02-0,05 |
| Ниобий | 0,01-0,06 |
| Медь | 0,20-0,40 |
| Кальций | 0,001-0,005 |
| Сера | 0,0005-0,005 |
| Фосфор | 0,005-0,015 |
| Железо | Остальное |
Деформацию заготовки ведут при температуре 950-850°С с суммарными обжатиями 50-60%, затем охлаждают ее до температуры 820-760°С со скоростью охлаждения 4-15°С/сек на установке контролируемого охлаждения, дополнительно производят окончательную деформацию при температуре 770-740°С до требуемой толщины штрипса с суммарным обжатием 60-76%, дальнейшее охлаждение ведут ускоренно на УКО со скоростью 35-55°С/сек до температуры 530-350°С, затем штрипс охлаждают в кессоне до 150±20°С и далее - на воздухе (RU №2270873 С1, C21D 8/02, 27.02.2006).
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 толщиной 15-28 мм ответственного назначения с повышенными показателями прочности, при одновременном повышении хладостойкости и низкотемпературной вязкости в зоне термического влияния при сварке проката, а также отсутствие анизотропии свойств по ударной вязкости в продольном и поперечном направлении проката.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства штрипса для труб магистральных трубопроводов толщиной 15-28 мм, включающем выплавку стали, непрерывную разливку на заготовки, предварительную прокатку, промежуточное подстуживание подката, чистовую прокатку и охлаждение, изготавливают сталь следующего состава, мас.%:
| Углерод | 0,03-0,07 |
| Марганец | 1,75-2,10 |
| Кремний | 0,16-0,40 |
| Никель | 0,040-0,80 |
| Медь | 0,001-0,50 |
| Алюминий | 0,01-0,10 |
| Молибден | 0,03-0,50 |
| Ниобий | 0,01-0,10 |
| Ванадий | 0,001-0,04 |
| Кальций | 0,001-0,010 |
| Сера | 0,001-0,003 |
| Фосфор | 0,003-0,012 |
| Титан | 0,01-0,05 |
| Железо | Остальное |
Предварительную прокатку осуществляют поперек продольной оси сляба с суммарной степенью деформации на стадии 60-80%, затем подкат охлаждают на воздухе до температуры начала чистовой прокатки, равной (Аr3+150)°С и проводят чистовую прокатку в направлении продольной оси с температурой конца прокатки, равной Аr3+(20-40)°С, а затем охлаждают до температуры 350-450°С со скоростью 15-50°С/сек, затем охлаждают со скоростью не более 1°С/сек, при этом соотношение суммарных степеней деформации предварительной прокатки и окончательной прокатки составляет (1:4)-(1:8).
Выбранные пределы содержания углерода (0,03-0,07)% в сочетании с марганцем (1,75-2,10)%, медью (0,001-0,5)%) и никелем (0,040-0,80)% должны обеспечить в прокате, произведенном по предложенным режимам, получение феррито-бейнитной структуры и достижение высоких значений временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения при сохранении хорошей свариваемости. Заявленные содержания кремния (0,16-0,40)% и алюминия (0,01-0,10)% должны обеспечить необходимую чистоту стали по неметаллическим включениям и кислороду. Содержание титана в заявленных пределах (0,01-0,05)% обеспечивает связывание азота в стойкие нитриды, а выбранные пределы содержаний серы (0,001-0,003)%), фосфора (0,003-0,012)% - 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 предварительной и окончательной прокаткой, что способствует созданию дополнительных центров образования новой фазы (феррита) при γ→α превращении и, следовательно, измельчению зерна феррита. Кроме того, ниобий, образуя карбонитриды, способствует повышению прочностных характеристик стали благодаря дисперсионному упрочнению.
Предложенные режимы предварительной прокатки и окончательной прокатки с температурой окончания деформации выше температуры Аr3, ускоренного охлаждения до температур ниже ферритного, соответствующих бейнитному превращению, способствуют формированию однородной, дисперсной, бесполосчатой бейнитной структуры и на этой основе - повышенных показателей прочности, текучести, хладостойкости и свариваемости. Регламентированные степени обжатиями поперек и вдоль оси сляба, на стадии предварительной и окончательной прокаток приводят к уменьшению различий в величинах ударной вязкости образцов, вырезанных в продольном и поперечном направлении, при этом коэффициент анизотропии стремится к единице.
Примеры осуществления способа
Сталь трех составов 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 следующих трех химических составов, мас.%:
1 состав: С - 0,07; Мn - 1,75; Si - 0,17; Nb - 0,045; V - 0,01; Ti - 0,01; Са - 0,005; Сu - 0,07; Mo - 0,25; Ni - 0,1; Al - 0,02; S - 0,001; P - 0,012; Fe - остальное.
2 состав: С - 0,03; Мn - 2,05; Si - 0,40; Nb - 0,08; V - 0,02; Ti - 0,01; Са - 0,007; Mo - 0,35; Сu - 0,25; Ni - 0,5; Al - 0,035; S - 0,001; P - 0,009; Fe - остальное.
3 состав: С - 0,06; Мn - 1,80; Si - 0,25; Nb - 0,07; V - 0,03; Ti - 0,022; Ca - 0,008; Mo - 0,20; Сu - 0,20; Ni - 0,3; Al - 0,05; S - 0,003; P - 0,011; Fe - остальное.
1 состав: Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Предварительную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 990°С, при этом суммарная деформация поперек оси сляба составляла 60%. Окончательную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход 15% при температуре 870°С, с общей степенью деформации 75%. При этом соотношение деформаций между стадиями составляло 1:8. Температура окончания охлаждения составила 430°С, при скорости охлаждения 19-23°С/сек в среднем. Последующее замедленное охлаждение проводилось со скоростью 0,5-0,7°С/сек.
2 состав: Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Предварительную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 970°С, при этом суммарная деформация поперек оси сляба составляла 63%. Окончательную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход 15% при температуре 830°С, с общей степенью деформации 81%. При этом, соотношение деформаций между стадиями составляло 1:6. Температура окончания охлаждения составила 400°С, при скорости охлаждения 19-23°С/cек в среднем. Последующее замедленное охлаждение проводилось со скоростью 0,5-0,7°С/сек.
3 состав: Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Предварительную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 980°С, при этом суммарная деформация поперек оси сляба составляла 68%. Окончательную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход 15% при температуре 900°С, с общей степенью деформации 78%. При этом соотношение деформаций между стадиями составляло 1:5. Температура окончания охлаждения составила 370°С, при скорости охлаждения 19-23°С/сек в среднем. Последующее замедленное охлаждение проводилось со скоростью 0,5-0,7°С/сек.
Состав стали, технологические режимы прокатки и комплекс полученных свойств в рамках представленной заявки указаны в таблицах 1, 2, 3.
| Таблица 2 | |||||
| Технологические режимы прокатки и охлаждения | |||||
| Вариант | Суммарная | Температура | Соотношение | Температура | Температура |
| плавки | степень обжатия | начала чистовой | суммарной | конца прокатки, | конца охлаждения, |
| предварительной | прокатки | деформации поперек | °С | °С | |
| прокатки % | (Аr3+150)°С | и вдоль продольной | |||
| оси сляба | |||||
| 1 | 60 | 870 | 1:8 | 742 | 430 |
| 2 | 63 | 830 | 1:6 | 745 | 400 |
| 3 | 68 | 900 | 1:5 | 750 | 370 |
| Таблица 3 | |||||
| Механические свойства экспериментальных сталей | |||||
| Вариант плавки | σт, Н/мм2 | σт, Н/мм2 | Ударная вязкость KCV, Дж/см2 при -20°С | Хладостойкость основного металла T80°С | Низкотемпературная вязкость ОШЗ, Дж/см2 -20 |
| 1 | 627 | 720 | 270 | -40 | 80 |
| 2 | 690 | 780 | 320 | -60 | 85 |
| 3 | 635 | 740 | 255 | -50 | 90 |
| 4* | - | 610 | - | -35 | 75 при 0°С |
Результаты изготовления опытных образцов по примерам 1-3 показали, что предложенный способ производства обеспечивает показатель временного сопротивления (σв) на 110-170 МПа выше аналога и улучшение хладостойкости стали как при определении ударной вязкости на образцах типа Шарпи при испытании основного металла, так и при определении вязкости сварного соединения в околошовной зоне.
Способ производства штрипса толщиной 15-28 мм для труб магистральных трубопроводов, включающий выплавку стали, разливку в слябы, предварительную прокатку сляба, промежуточное подстуживание подката, чистовую прокатку и охлаждение, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего состава, мас.%:
| углерод | 0,03-0,07 |
| марганец | 1,75-2,10 |
| кремний | 0,16-0,40 |
| никель | 0,040-0,80 |
| медь | 0,001-0,50 |
| алюминий | 0,01-0,10 |
| молибден | 0,03-0,50 |
| ниобий | 0,01-0,10 |
| ванадий | 0,001-0,04 |
| сера | 0,001-0,003 |
| фосфор | 0,003-0,012 |
| кальций | 0,001-0,010 |
| титан | 0,01-0,05 |
| железо | остальное, |
предварительную прокатку осуществляют поперек продольной оси сляба с суммарной степенью деформации 60-80%, затем охлаждают подкат на воздухе до температуры начала чистовой прокатки, равной (Аr3+150)°С, и проводят чистовую прокатку в направлении продольной оси с температурой конца прокатки, равной Аr3+(20-40)°С, затем охлаждают до температуры 350-450°С со скоростью 15-50°С/с, а затем - со скоростью не более 1°С/с, при этом соотношение суммарных степеней деформаций предварительной прокатки и окончательной прокатки составляет (1:4)-(1:8).
