Способ производства листов из низколегированной трубной стали

Изобретение предназначено для улучшения свойств широких горячекатаных листов из марок стали трубного сортамента, например, класса прочности К52-К60, повышающих технологичность производства электросварных труб. Способ включает нагрев слябовой заготовки до температуры выше Ac₃, черновую прокатку, подстуживание, чистовую прокатку, ускоренное охлаждение поверхности листа водой с последующим замедленным охлаждением на воздухе листа на стеллаже. Высокие равномерно распределенные по сечению листов прочностные и вязкие свойства обеспечиваются за счет регламентации температурных условий проведения чистовой стадии прокатки Ткп в диапазоне 800÷840°C, ускоренного охлаждения в интервале 520÷580°C, а также скорости замедленного охлаждения горячекатаного листа 7,5÷10°C/ч при его расположении в стеллаже. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных листов из марок стали трубного сортамента, в основном, класса прочности К52-К60.

Известны способы производства горячекатаных листов, включающие производство слябовой заготовки, ее нагрев до температуры выше Ас₃, горячую деформацию с регламентированными обжатиями, промежуточное подстуживание проката, чистовую прокатку с последующим охлаждением листа со скоростью не менее 30°C/мин до температуры 400°C и далее - на воздухе (Патент РФ №2394108, 2397255).

Недостатком известных способов является сложность обеспечения в горячекатаном листе из стали трубного сортамента классов прочности К52-К60 заданного комплекса механических свойств (особенно прочностных и вязких), обеспечивающих технологичность монтажа труб и их эксплуатационные характеристики.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства листов из низколегированной стали, включающий нагрев слябовой заготовки до температуры выше Ас₃, черновую прокатку в раскат промежуточной толщины при температуре 950÷890°C, подстуживание до температуры 840±10°C, последующую чистовую прокатку до температуры 780±10°C. После чего производят ускоренное охлаждение со скоростью не менее 60°C/мин от температуры конца прокатки до температуры 300÷200°C с дальнейшим охлаждением листов на воздухе до температуры 100°C при однорядном их расположении на стеллаже (Патент РФ №2311465).

Недостатком известного способа является сложность обеспечения высоких механических свойств, равномерно распределенных по сечению листа из стали трубного сортамента классов прочности К52-К60, что не позволяет обеспечить успешную технологическую переработку горячекатаного штрипса в трубу, предназначенную для эксплуатации в магистральных газо- и нефтепроводах. Кроме того, повышается вероятность появления в готовой трубе многочисленных дефектов (трещин, разрывов) ввиду незначительных показателей вязкости, хладостойкости.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является получение горячекатаного листа из трубных марок стали классов прочности К52-К60, обладающего высокими равномерно распределенными по сечению прочностными и вязкими характеристиками, обеспечивающими технологичность производства электросварных труб и повышенные эксплуатационные параметры магистральных трубопроводов.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства листов из низколегированной трубной стали толщиной 14÷21 мм, включающем нагрев слябовой заготовки до температуры выше Ас₃, черновую прокатку, подстуживание, чистовую прокатку, ускоренное охлаждение поверхности листа водой с последующим охлаждением листа на воздухе на стеллаже, согласно изобретению температуру конца чистовой прокатки устанавливают равной 820±20°C, при этом температуру конца ускоренного охлаждения принимают 520÷580°C, после чего листы подвергают замедленному охлаждению со скоростью 7,5÷10°C/ч.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Прокат из низколегированных марок стали трубного сортамента (классов прочности К52-К60) в соответствии с требованиями отечественных и зарубежных стандартов должен обеспечивать сочетание высоких прочностных и пластических свойств, а также повышенные вязкие характеристики (KCU, KCV, долю вязкой составляющей в изломе при ИПГ), которые обеспечивают достаточную хладостойкость, хорошую свариваемость трубной заготовки, а также достаточно высокое сопротивление хрупкому разрушению при температурах монтажа труб и их эксплуатации. При сварке труб не должны образовываться холодные и горячие трещины, и, кроме того, свойства сварного соединения (а также участков, прилегающих к нему) должны быть близкими к свойствам основного металла.

Для обеспечения заданного требуемого комплекса свойств на стадии горячей прокатки листовой продукции в металле должна быть сформирована мелкозернистая ферритно-бейнитная микроструктура, равномерно распределенная по всему сечению листа. В связи с этим вся технология получения горячекатаных листов из трубной стали должна обеспечивать следующие механические свойства (для стали классов прочности К52-К60): прочностные - σ_т=385-690 МПа, σ_в - не менее 510 МПа; пластические - δ₅ не менее 23% и вязкие - KCV_-20 - не менее 90 Дж/см², KCU_-60 - не менее 80 Дж/см², DWTT_-20 - не менее 70%.

Размер зерна в процессе рекристаллизации, а также после фазовых превращений в значительной степени будет определяться степенью измельчения зерен аустенита при черновой стадии контролируемой прокатки, уровня проработки микроструктуры аустенита в области отсутствия рекристаллизации при чистовой стадии прокатки, а также условий охлаждения листа после чистовой прокатки. Поэтому на формирование оптимальной микроструктуры, степень ее проработки, достижение требуемого уровня механических свойств наибольшее влияние будут оказывать температурные условия прокатки в чистовых проходах (Ткп). Кроме того, для подавления роста аустенита в процессе охлаждения существенную роль будут играть режимы охлаждения листа после окончания стадии горячей прокатки, включающие скорость охлаждения и температуру конца активной фазы охлаждения. Учитывая, что горячекатаный лист относится к категории трубного сортамента, то для стабилизации механических свойств по его сечению после горячей прокатки и ускоренного охлаждения необходимо проведение операции термофиксации, заключающейся в обеспечении замедленного равномерного по сечению листа снижению температуры с 520÷580°C (для заявленного марочного сортамента) до 100°C. Для этого наиболее приемлемой является расположение листов в стеллажах. При этом проведенный в условиях толстолистового стана 5000 ОАО «ММК» комплекс исследований позволил определить, что наиболее оптимальной с точки зрения формирования равномерно распределенных по сечению горячекатаного листа механических свойств является скорость охлаждения 7,5÷10°C/ч. При большей скорости охлаждения наблюдается, с одной стороны, значительный по длине листа градиент механических свойств (особенно прочностных), не укладывающийся в нормируемые отечественными и зарубежными стандартами требования. С другой стороны, при проведении процесса замедленного охлаждения с большими скоростями происходит изменение формы проката (коробление, изгиб), находящегося в стеллаже. При меньших скоростях охлаждения существенно снижается производительность технологической линии.

Выбранные диапазоны температурных условий прокатки (Ткп) определяются необходимостью проведения чистовой стадии прокатки в аустенитной области, которая для выбранного диапазона марок стали (класса прочности К52-К60) составляет 800÷840°C. Это объясняется тем, что происходит значительное увеличение мест зарождения зерен феррита, сохраняющихся к моменту начала фазового превращения.

Температура охлаждения листа 520÷580°C связана необходимостью протекания бейнитного превращения. Отклонения в верхнюю сторону от выбранного диапазона увеличивают размер зерна, соответственно снижая прочностные параметры проката. Снижение нижнего диапазона способствует повышенной разнобалльности зерна (более 3-х смежных баллов), а также повышается вероятность существенного искажения геометрической формы листа, связанного в этом случае с большим градиентом температуры по сечению проката.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ производства листов из низколегированной трубной стали не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентноспособности «изобретательский уровень».

Пример осуществления способа.

Слябовую заготовку из стали марки класса прочности К52-К60 толщиной 250÷300 мм нагревают в методической печи до требуемой температуры 1200±20°C, после чего на толстолистовом стане 5000 ОАО «ММК» производят черновую стадию прокатки в раскат промежуточной толщины. После черновой стадии прокатки осуществляют подстуживание раската на воздухе до соответствующей температуры с последующей чистовой прокаткой до конечной толщины 14÷21 мм. При этом температуру конца прокатки (Ткп) устанавливают равной 820±20°C. Далее горячекатаный лист подвергается охлаждению водой в установке ускоренного охлаждения до температуры 520÷580°C. После окончания активной фазы охлаждения горячекатаный лист направляется на участок противофлокеновой обработки (ПФО), где укладывается в стеллажи и подвергается замедленному охлаждению до температуры 100°C. При этом скорость замедленного охлаждения поддерживается в диапазоне 7,5÷10°C/ч. Далее охлажденный горячекатаный лист направляется на участок листоотделки.

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялось изготовление горячекатаных листов классов прочности К52-К60 трубного сортамента на стане 5000 ОАО «ММК», а также результаты исследований представлены в таблице.

Заявляемая технология производства металлопроката на примере изготовления горячекатаных листов класса прочности К52-К60 обеспечивает получение следующих механических свойств: временное сопротивление разрыву σ_в>520 Н/мм², относительное удлинение δ₅ в пределах 23-31%, ударная вязкость KCU_-60=30-320 Дж/см², KCV_-20=205-345 Дж/см², доля вязкой составляющей в изломе при ИПГ>80%.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Заявляемый способ может найти широкое применение при производстве горячекатаных листов, используемых в качестве горячекатаной заготовки для производства труб (в том числе применяемых в магистральных газо-, нефтепроводах), обладающих повышенными прочностными, пластическими и вязкими свойствами, равномерно распределенными как по сечению, так и по длине листа.

Способ производства листов из низколегированной трубной стали толщиной 14-21 мм, включающий нагрев слябовой заготовки до температуры выше Ac₃, черновую прокатку, подстуживание, чистовую прокатку, ускоренное охлаждение поверхности листа водой с последующим замедленным охлаждением на воздухе листа на стеллаже, отличающийся тем, что температуру конца чистовой прокатки устанавливают равной 820±20°C, при этом температуру конца ускоренного охлаждения принимают 520÷580°C, после чего листы подвергают замедленному охлаждению на стеллаже со скоростью 7,5÷10°С/ч.