Способ производства горячекатаного проката трубной стали



Способ производства горячекатаного проката трубной стали
Способ производства горячекатаного проката трубной стали
Способ производства горячекатаного проката трубной стали

 


Владельцы патента RU 2440425:

Открытое Акционерное Общество "Магнитогорский металлургический комбинат" (RU)

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос толщиной 10÷16 мм, преимущественно из трубных марок стали категории прочности К56. Техническим результатом является обеспечение равномерности механических свойств по всей длине рулонного проката в условиях высокопроизводительного широкополосного стана горячей прокатки, обладающего малой обжимной способностью чистовой группы. Для достижения технического результата способ производства включает выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию заготовки с нагревом до 1180÷1240°С, предварительную деформацию и окончательную деформацию с суммарной степенью обжатия 65÷80% и температурой завершения пластической деформации в интервале Ar3+(20÷50)°С, при этом после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение полосы водой до 560÷620°С со скоростью охлаждения 1÷4°С/с, смотку в рулон и последующее охлаждение рулона на спокойном воздухе до температуры окружающей среды. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, преимущественно из трубных марок стали категории прочности К56.

Основными требованиями, предъявляемыми к горячекатаному металлопрокату из трубных марок стали, являются высокие прочностные характеристики при повышенных пластических, особенно вязких свойствах, обеспечивающих технологичность монтажа труб и их эксплуатационные параметры. При этом особенно важным является обеспечение равенства механических параметров проката в широком диапазоне толщин. Традиционно для обеспечения требуемого уровня механических свойств в прокате трубного сортамента активно применяется микролегирование карбонитридообразующими элементами.

Известен способ горячей прокатки полос, включающий горячую прокатку полос на широкополосном стане с межклетевым охлаждением и охлаждением полос водой на отводящем рольганге перед последующей смоткой в рулон (см., например, Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн.2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлурия, 1991. - С.542, патент РФ №2037536, БИ №17, 1995 г.).

Недостатком известного способа является сложность формирования заданного комплекса механических (повышенных прочностных и вязких) свойств при производстве горячекатаного проката трубного сортамента.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации, охлаждение проката, при этом выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод 0,02÷0,10
Марганец 0,60÷1,60
Кремний 0,10÷0,40
Ниобий 0,02÷0,12
Хром 0,10÷0,30
Никель 0,10÷0,30
Медь 0,10÷0,30
Алюминий 0,01÷0,10
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≤0,60%, окончательную деформацию осуществляют в непрерывном режиме в интервале температур 980÷730°С с суммарной степенью относительного обжатия 65÷80%, частными относительными обжатиями 10÷12% и регламентированной скоростью деформации, при этом охлаждение подката в паузах между частными обжатиями производят со скоростью 5÷30°С/с, кроме того, после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение поверхности полосы водой со скоростью 5÷30°С/с до температуры 650÷500°С (патент РФ №2255987).

Недостатками известного способа является сложность обеспечения требуемого уровня механических свойств по всей длине рулонного проката трубного марочного сортамента в широком диапазоне толщин (10.0÷16.0 мм), особенно в условиях широкополосного стана горячей прокатки, имеющего в своем составе чистовую группу клетей с малой обжимной способностью. Это, в свою очередь, не позволяет обеспечить в горячекатаной полосе, предназначенной для последующего изготовления электросварных труб, включая магистральные, уровень эксплуатационных характеристик, соответствующих, например, классу прочности К56.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение в горячекатаном прокате из экономно микролегированой стали трубного сортамента с повышенными показателями прочности, текучести, ударной вязкости, хладостойкости и свариваемости, равномерности механических свойств по всей длине рулонного проката в широком диапазоне толщин (10÷16 мм) в условиях высокопроизводительного широкополосного стана горячей прокатки, обладающего малой обжимной способностью чистовой группы.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства горячекатаного проката трубной стали толщиной 10.0÷16.0 мм, включающем выплавку, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию заготовки с нагревом выше Ас3, предварительную и окончательную деформации, охлаждение поверхности полосы водой и ее смотку в рулон, порезку на листы, согласно изобретению выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,06÷0,12%
Кремний 0,16÷0,30%
Марганец 1,20÷1,70%
Сера 0,004% макс.
Фосфор 0,013% макс.
Хром 0,10÷0,20%
Никель 0,15÷0,25%
Медь 0,15÷0,25%
Алюминий 0,025÷0,050%
Ниобий 0,06÷0,08%
Титан 0,010÷0,030%
Железо остальное,

при соотношении Cr+Ni+Cu≤0,60%, с углеродным эквивалентом Сэкв≤0,40 мас.% и параметром стойкости против растрескивания P≤0,21 мас.%, аустенизацию слябовой заготовки проводят при температуре 1180÷1240°С, окончательную деформацию осуществляют в непрерывном режиме с суммарной степенью обжатия 65÷80%, при этом температуру завершения пластической деформации поддерживают в интервале Аr3+(20÷50)°С, кроме того, после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение проката водой до температуры 560÷620°С со скоростью охлаждения 1÷4°С/с со смоткой в рулон и последующем охлаждении рулона на спокойном воздухе до температуры окружающей среды. Кроме того, для полос толщиной 10.0÷11.9 мм температура завершения пластической деформации составляет 795±15°С, а температуру смотки полосы в рулон принимают равной 600±20°С, для полос толщиной 12.0÷13.9 мм температура завершения пластической деформации составляет 785±15°С, а температуру смотки полосы в рулон принимают равной 590±20°С, для полос толщиной 14.0÷16.0 мм включительно температура завершения пластической деформации составляет 775±15°С, а температуру смотки полосы в рулон принимают равной 580±20°С.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Выбранные пределы содержания углерода (0,06÷0,12%) в сочетании с марганцем (1,20÷1,70%), хромом (0,10÷0,20%), никелем и медью (0,15÷0,25% каждого) обеспечивают получение феррито-бейнитной структуры, основными составляющими которой являются квазиполигональный феррит и игольчатый феррит, которые в совокупности позволяют достичь высоких значений предела текучести, временного сопротивления разрыву, относительного удлинения, а также улучшить свариваемость (снизить значения Сэкв и P) и формуемость в холодном состоянии. Последние два параметра являются особенно значимыми для изготовления трубной заготовки методами формовки, а также при монтаже и эксплуатации трубопроводов. Заявленные содержания кремния (0,16÷0,30%) и алюминия (0,025÷0,050%) обеспечивают необходимую чистоту стали по неметаллическим включениям. Содержание титана в заявленных пределах (0,010÷0,030%) обеспечивает связывание азота в стойкие нитриды, а выбранные пределы содержаний серы (не более 0,004%) и фосфора (не более 0,013%) - получение высоких значений ударной вязкости при отрицательных температурах. Ниобий в заявленных пределах содержания (0,06÷0,08%) тормозит рекристаллизацию аустенита, что способствует при окончательной деформации получению структуры аустенита с большим числом мест зарождения зерен феррита, что обеспечивает мелкое зерно феррита. Кроме того, ниобий, образуя карбонитриды, способствует повышению прочностных характеристик стали благодаря дисперсионному твердению. Ограничение суммарного содержания Cr+Ni+Cu величиной 0,60% способствует улучшению свариваемости и анизотропии свойств. Указанными выше обстоятельствами также объясняются и ограничения углеродного эквивалента Сэкв≤0,40 мас.%.

Необходимость температуры аустенизации слябовой заготовки, поддерживаемой в диапазоне 1180÷1240°С, объясняется требованием максимально более полного перевода ниобия в твердый раствор без протекания неконтролируемого аномального роста зерна, что обеспечивает получение в процессе последующей рекристаллизации аустенита равномерно распределенного мелкого зерна 9-11 баллов. Это, в свою очередь, способствует формированию повышенных прочностных, пластических и вязких свойств в конечном горячекатаном прокате из трубных марок стали, например, класса прочности К56. Температуры аустенизации слябовой заготовки, выходящие за пределы заявленных (выше 1240°С и ниже 1180°С) приводят к снижению эффективности процесса горячей прокатки (повышение расходов газа, появление повышенного брака из-за пережога заготовки, значительного разброса температуры верхней и нижней поверхностей слябовой заготовки, приводящего к дефектам формы, разнобалльность зерна феррита более 3-х смежных баллов и т.д.)

Снижение разброса значений механических свойств по длине и сечению полосы обеспечивается стабильным фазовым составом стали в разных участках полосы и постоянной величиной дисперсионного упрочнения. Однородность фазового состава стали обеспечивается окончанием пластической деформации всех участков полосы в нижней части аустенитной области диаграммы «железо-углерод» (Аr3+(20÷50)°С). Равномерность уровня дисперсионного упрочнения по длине полосы в сталях с содержанием ниобия в пределах 0,06÷0,08% обеспечивается поддержанием температуры ускоренного охлаждения ниже 620°С, при скорости охлаждения 1÷4°С/с, благодаря формированию субструктуры в игольчатом феррите и ограничению роста мелкодисперсных карбонитридов. При этом суммарная степень обжатия должна находиться в диапазоне 65÷80%. Это связано со следующим. Величина и форма аустенитного зерна зависят от скорости рекристаллизации при прокатке, которая, в свою очередь, зависит от суммарной деформации в чистовой группе клетей стана, а также от скорости и температуры прокатки в чистовой группе. Величина аустенитного зерна уменьшается с увеличением суммарной деформации в чистовой группе стана. При суммарном относительном обжатии вне заявленного диапазона в чистовой группе температура перехода в хрупкое состояние будет повышаться и не обеспечит требуемых значений ударной вязкости, в частности, параметра DWTT (см. Niobium Informasion №14, 1997 г.). Этими же обстоятельствами объясняется для выбранного диапазона химического состава уровень принятых температур завершения пластической деформации полос толщиной 10-16 мм в диапазоне (775÷795)±15°С и температур смотки полосы в рулон (580÷600))±15°С.

Указанная совокупность признаков в известных технических решениях не известна.

Пример осуществления способа

Сталь заявленного химического состава (см. табл.1) при соотношении Cr+Ni+Cu≤0,60%, с углеродным эквивалентом Сэкв≤0,40 мас.% выплавляется в 350-тонном конвертере. После проведения внепечной обработки металла и введения требуемых добавок осуществляется непрерывная разливка стали с последующей ее кристаллизацией и порезкой на слябы. Далее производится непосредственно горячая прокатка слябов на непрерывном широкополосном стане 2000 горячей прокатки (ШСГП 2000) ОАО «ММК» в полосы размерами 10.00-16.00×1670-1743 мм, предназначенные для изготовления электросварных прямошовных труб.

Горячую прокатку осуществляют по следующей методике. Производится аустенизация слябовой заготовки при температуре 1180÷1240°С, после чего сляб поступает на ШСГП 2000, имеющий в своем составе черновую непрерывную группу клетей, промежуточный рольганг, чистовой окалиноломатель, чистовую непрерывную группу клетей с малой обжимной способностью с устройствами межклетевого охлаждения, а также отводящий рольганг с охлаждающими секциями и две группы моталок. Сляб обжимается в черновой группе клетей до получения требуемой толщины раската. После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана раскат толщиной 40÷50 мм, направляется по промежуточному рольгангу в чистовую непрерывную группу клетей. Чистовая группа клетей стана имеет в своем составе семь рабочих клетей, в которых раскат обжимается до требуемой конечной толщины 10-16 мм при суммарном относительном обжатии 65÷80%. При этом температура завершения пластической деформации (Ткп) в общем случае поддерживается в интервале Аr3+(20÷50)°С, а именно для полос толщиной 10.0÷11.9 мм Ткп составляет 795÷15°С, для полос толщиной 12.0÷13.9 мм - 785±15°С, для полос толщиной 14.0-16.0 мм включительно - 775±15°С.

После завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение проката водой до требуемой температуры со скоростью охлаждения 1÷4°С/с со смоткой полосы в рулон. При этом температуру смотки полосы в рулон принимают равной в диапазоне 600±20°С для толщин 10.0÷11.9 мм, в диапазоне 590±20°С - для толщин 12.0÷13.9 мм, в диапазоне 580±20°С - для толщин 14.0÷16.0 мм включительно. Далее производится охлаждение рулона на спокойном воздухе до температуры окружающей среды

После горячей прокатки и смотки осуществляется порезка на листы мерной длины на агрегате поперечной резки.

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу и способу-прототипу осуществлялась прокатка полос из экономно легированной стали категории прочности К56 и охлаждение их поверхности водой на отводящем рольганге ШСГП 2000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», а также полученные результаты представлены в таблицах 2, 3.

Заявляемая технология производства рулонов на примере горячей прокатки полос категории прочности К56 обеспечивает получение следующих механических свойств: временное сопротивление разрыву σв=580÷640 МПа, предел текучести σт=490÷530 МПа, σтв - не более 0,90, δ5 - не менее 25%, ударная вязкость KCV-60 не менее 255 Дж/см2, хладостойкость (температура, при которой количество вязкой составляющей в изломе ударных образцов при испытаниях падающим грузом составляет не менее 90%) - Т90=-60°С.

По варианту №3 был произведен прокат, принятый в качестве прототипа изобретения (сравнительный вариант).

На основании выше изложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в наиболее близком аналоге.

Заявляемый способ может найти широкое применение на широкополосных станах горячей прокатки при производстве полос из трубных марок стали (например, категории прочности К56) с требуемыми регламентируемыми механическими параметрами.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

1. Способ производства горячекатаного проката трубной стали толщиной 10,0÷16,0 мм, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию заготовки с нагревом выше Ac3, предварительную и окончательную деформации, охлаждение поверхности полосы водой и ее смотку в рулон, порезку на листы, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,06÷0,12
кремний 0,16÷0,30
марганец 1,20÷1,70
сера 0,004 макс.
фосфор 0,013 макс.
хром 0,10÷0,20
никель 0,15÷0,25
медь 0,15÷0,25
алюминий 0,025÷0,050
ниобий 0,06÷0,08
титан 0,010÷0,030
железо остальное

при соотношении Cr+Ni+Cu≤0,60 мас.%, с углеродным эквивалентом Cэкв≤0,40 мас.% и параметром стойкости против растрескивания Pcm≤0,21 мас.%, аустенизацию заготовки проводят при температуре 1180÷1240°С, окончательную деформацию осуществляют в непрерывном режиме с суммарной степенью обжатия 65÷80%, при этом температуру завершения пластической деформации поддерживают в интервале Ar3+(20÷50)°С, а после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение полосы водой до температуры 560÷620°С со скоростью охлаждения 1÷4°С/с, ее смотку в рулон и последующее охлаждение рулона на спокойном воздухе до температуры окружающей среды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для полос толщиной 10,0÷11,9 мм температура завершения пластической деформации составляет (795±15)°С, а температуру смотки полосы в рулон принимают равной (600±20)°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для полос толщиной 12,0÷13,9 мм температура завершения пластической деформации составляет (785±15)°С, а температуру смотки полосы в рулон принимают равной (590±20)°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для полос толщиной 14,0÷16,0 мм включительно температура завершения пластической деформации составляет (775±15)°С, а температуру смотки полосы в рулон принимают равной (580±20)°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству штрипса для магистральных подводных трубопроводов диаметром до 1420 мм, класса прочности Х70, толщиной до 40 мм.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к мартенситной нержавеющей стали для сварных конструкций, стойкой к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным сталям, используемым для изготовления сварных нефте- и газопроводных труб, пригодных к эксплуатации в условиях Крайнего Севера.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству толстолистового проката из обладающей улучшенной свариваемостью высокопрочной стали для корабле- и судостроения, топливно-энергетического комплекса, транспортного и тяжелого машиностроения.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов, предназначенных для высокоскоростного движения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке составов легированных мартенситных сталей, используемых для изготовления медицинского инструмента.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству стали для железнодорожных рельсов. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для корпусов сосудов давления реакторов гидрокрекинга и другого нефтехимического оборудования. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству толстолистового проката из высокопрочной хладостойкой свариваемой стали для кораблестроения, судостроения, топливно-энергетического комплекса, транспортного и тяжелого машиностроения.
Изобретение относится к области металлургии и к области бронезащиты, а именно к свариваемой противопульной броневой стали, применяемой для противопульной защиты автомобилей, спецвагонов и других легкобронированных машин.
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть применено для получения штрипса с категорией прочности Х70, используемого при строительстве магистральных нефтегазопроводов.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаной полосы, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству аустенитной стали, используемой для изготовления изделий для надземного или подземного строительства.
Изобретение относится к прокатному производству, конкретнее к горячей прокатке на непрерывных широкополосных станах полос, предназначенных для изготовления сварных труб и металлоконструкций.
Сталь // 2352679
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сталей, которые могут быть использованы в автомобильной промышленности. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 160 мм, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения.
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении на непрерывных широкополосных станах штрипсов для электросварных прямошовных насосно-компрессорных и обсадных труб.
Сталь // 2322530
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сталей, которые могут быть использованы в автомобильной промышленности. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к стали, предназначенной для изготовления изделий на автоматической линии методом ротационного обжатия. .

Изобретение относится к области металлургического производства, а именно к изготовлению антифрикционных отливок для деталей машин, работающих в парах трения скольжения.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения. .
Наверх