Способ производства штрипсов



Способ производства штрипсов
Способ производства штрипсов

 


Владельцы патента RU 2499843:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения свариваемых штрипсов категории прочности X100 по стандарту API 5L-04, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов высокого давления. Техническим результатом является повышение прочностных свойств штрипсов при обеспечении доли волокнистой составляющей в изломе образца не менее 90%. Для достижения технического результата после выплавки стали получают непрерывнолитые слябы, нагревают их до температуры аустенитизации, проводят многопроходную черновую и чистовую прокатку с регламентируемой температурой конца прокатки и охлаждение штрипсов водой, при этом после черновой прокатки раскаты охлаждают до температуры 720-800°C, чистовую прокатку ведут с относительными обжатиями за проход 8-25% и температурой конца прокатки, равной 740-790°C, после чего штрипсы охлаждают со скоростью не менее 17°C/с. Сталь выплавляют следующего химического состава, мас.%: 0,06-0,11 C, 0,02-0,04 Si, 1,45-1,95 Mn, 0,15-0,28 Mo, 0,01-0,06 Nb, 0,01-0,09 Ti, 0,15-0,35 Ni, 0,10-0,30 Cr, 0,002-0,009 N, не более 0,20 V, остальное Fe. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения свариваемых штрипсов категории прочности X100 по стандарту API 5L-04, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов высокого давления.

Известен способ производства штрипсов [1], включающий изготовление слябов, их нагрев до температуры 1170-1420°C, черновую прокатку до промежуточной толщины и чистовую прокатку в температурном интервале 910-710°C с суммарным относительным обжатием 60-80%. При этом слябы изготавливают из низколегированной стали следующего состава, мас.%:

Углерод 0,06-0,12
Марганец 1,4-1,7
Кремний 0,20-0,45
Ванадий 0,06-0,10
Ниобий 0,04-0,08
Титан 0,005-0,035
Хром 0,01-0,30
Никель 0,01-0,30
Медь 0,01-0,30
Алюминий 0,02-0,05
Молибден 0,01-0,50
Сера не более 0,006
Фосфор не более 0,015
Бор не более 0,006
Азот не более 0,010
Железо Остальное

Известен также способ производства штрипсов из низколегированной стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,12-0,17
Марганец 1,3-1,6
Кремний 0,3-0,6
Алюминий 0,02-0,06
Ванадий и/или ниобий 0,01-0,05
Хром не более 0,3
Никель не более 0,3
Медь не более 0,3
Фосфор не более 0,015
Сера не более 0,006
Азот не более 0,010
Кальций не более 0,02
Железо Остальное

Способ включает нагрев слябов до температуры аустенитизации, многопроходную черновую прокатку, затем многопроходную чистовую прокатку с температурой конца прокатки 820-880°C, и ускоренное охлаждение штрипсов водой до температуры 580-660°C [2].

Недостатки известных способов [1, 2] состоят в том, штрипсы имеют низкую прочность и недостаточную долю волокнистой составляющей в изломе образца.

Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства штрипсов [3], включающий изготовление слябов, их нагрев до температуры аустенитизации, многопроходную черновую и чистовую прокатки с регламентируемой температурой конца прокатки 700-880°C, и охлаждение штрипсов водой, согласно которому чистовую прокатку ведут с суммарным относительным обжатием не менее 50%, а охлаждение штрипсов водой осуществляют со скоростью не менее 10°C/с до температуры не выше 580°C. Причем слябы изготавливают из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,05-0,10
Кремний 0,20-0,40
Марганец 1,50-1,90
Молибден 0,15-0,40
Ниобий 0,02-0,06
Титан 0,01-0,03
Бор не более 0,01
Алюминий не более 0,05
Хром не более 0,30
Никель не более 0,50
Медь не более 0,30
Фосфор не более 0,010
Сера не более 0,004
Железо Остальное

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает получения требуемых прочностных свойств σв=890-950 МПа при сохранении доли волокнистой составляющей в изломе образца ИНГ-20 не менее 90%, что является необходимыми условиями для штрипсов с категорией прочности, соответствующей X100 по стандарту API 5L-04.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении прочностных свойств штрипсов при обеспечении доли волокнистой составляющей в изломе образца не менее 90%.

Для решения технической задачи в известном способе производства штрипсов, включающем изготовление непрерывно литых слябов из низколегированной стали, их нагрев до температуры аустенитизации, многопроходную черновую и чистовую прокатку с регламентируемой температурой конца прокатки и охлаждение штрипсов водой, согласно изобретению после черновой прокатки раскаты охлаждают до температуры 720-800°c, температуру конца прокатки поддерживают равной 740-790°C, а чистовую прокатку ведут с относительными обжатиями за проход 8-25%, после чего штрипсы охлаждают со скоростью не менее 17°C/с, при этом слябы изготавливают из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,06-0,11
Кремний 0,02-0,04
Марганец 1,45-1,95
Молибден 0,15-0,28
Ниобий 0,01-0,06
Титан 0,01-0,09
Никель 0,15-0,35
Медь 0,10-0,30
Азот 0,002-0,009
Ванадий не более 0,20
Железо Остальное

Сущность предложенного изобретения состоит в следующем. Повышение прочностных свойств при одновременном сохранении волокнистости излома, как показали эксперименты, может быть достигнуто за счет одновременной оптимизации деформационно-термических режимов чистовой прокатки штрипсов и химического состава стали. Причем повышение степени легированности ограничено требованиями к высокой свариваемости штрипсов. Многопроходная черновая прокатка при температуре нагрева слябов (температуре аустенитизации) обеспечивает эффективное разрушение их изначально литой структуры за счет максимальных частных обжатиях. Охлаждение раскатов до температуры 720-800°C замедляет процесс полигонизации в процессе чистовой прокатки стали предложенного состава. Благодаря этому при относительных обжатиях в каждом из чистовых проходов 8-25% достигается деформационное диспергирование микроструктурных составляющих, стимулируется выпадение мелкодсперсных карбонитридных частиц, упрочняющих сталь, а также накопление от прохода к проходу петлевых дислокации. Охлаждение прокатанных штрипсов водой со скоростью не менее 17°C/с от температуры конца прокатки 740-790°C позволяет исключить появление в структуре стали перлита и бейнита. В этом случае деформированный аустенит превращается в игольчатый (закаленный) феррит с равномерно распределенными по его объему включениями мартенсита в количестве 6-8% по объему. Двухфазный ферритно-мартенситный состав закаленного феррита стали предложенного состава после высокотемпературной термомеханической обработки в процессе чистовой прокатки обеспечивает достижение значения σв=850-950 МПа при доле волокнистой составляющей в изломе образца ИПГ-20 не менее 90%.

Экспериментально установлено, что охлаждение раската после черновой прокатки до температуры выше 800°C замедляет процесс выделения из твердого раствора аустенита карбонитридных частиц, что приводит к снижению прочностных свойств штрипсов. Охлаждение раската до температуры ниже 720°C приводит к снижению пластических и вязкостных свойств штрипсов.

Чистовая прокатка с относительными обжатиями за проход менее 8% приводит к полигонизации деформируемой микроструктры, снижению прочности и ударной вязкости готовых штрипсов. Увеличение относительных обжатий более 25% вызывает формирование нежелательной кристаллографической текстуры и анизотропии механических свойств, что недопустимо.

При температуре конца прокатки Tкп выше 790°C прочность штрипсов ниже допустимой, а при Tкп ниже 740°C имеет место снижение доли волокнистой составляющей в изломе при ИПГ-20 менее 90%.

Снижение скорости охлаждения штрипсов водой менее 17°C/с от температуры конца прокатки приводит к появлению в структуре стали перлитных колоний и включений бейнита. Это приводит к снижению прочности штрипсов и доли волокнистой составляющей в изломе.

Углерод определяет прочностные свойства стали и ее свариваемость. Уменьшение содержания углерода менее 0,06% приводит к снижению прочности ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода сверх 0,11% ухудшает свариваемость и пластичность штрипсов.

Кремний, располагаясь по границам зерен, приводит к их ослаблению. Поэтому увеличение содержания кремния более 0,04% приводит к снижению значения ИПГ-20, что недопустимо. При содержании кремния менее 0,02% увеличивается окисленность стали, снижается прочность и пластичность.

Марганец повышает прочности стали и температурную устойчивость аустенита. При содержании марганца менее 1,45% снижается прочность стали, доля вязкой составляющей в изломе и вязкость при отрицательных температурах. Повышение концентрации марганца сверх 1,95% ухудшает свариваемость штрипсов.

Молибден упрочняет ферритную матрицу стали. Уменьшение содержания молибдена менее 0,15% снижает прочностные свойства штрипсов ниже допустимого уровня. Увеличение содержания молибдена более 0,28% ухудшает свариваемость штрипсов.

Карбиды ниобия располагаются по границам зерен и субзерен, упрочняют сталь. При содержании ниобия менее 0,01% его влияние на прочностные свойства недостаточно. При содержании ниобия более 0,06% ухудшаются вязкостные свойства и свариваемость штрипсов.

Уменьшение содержания титана менее 0,01% снижает прочность и пластичность штрипсов. При сварке титан полностью выгорает, поэтому его концентрация в стали не должна быть выше 0,09%.

Никель при концентрации 0,15-0,35% обеспечивает исключение образования перлита и бейнита в процессе охлаждения прокатанных штрипсов. При содержании никеля менее 0,15% в структуре стали появляется перлит, что снижает прочность. Увеличение концентрации никеля более 0,35% снижает показатель ИПГ-20, что недопустимо.

Медь, кристаллизуясь в последнюю очередь на границах зерен, способствует их пластификации. При содержании меди менее 0,10% снижается доля волокнистой составляющей в изломе образца. Увеличение содержания меди более 0,30% приводит к потере прочностных и вязкостных свойств штрипсов.

Азот в химических соединениях с титаном, ванадием и другими легирующими элементами упрочняет сталь по механизму дисперсионного твердения. При содержании азота менее 0,002% снижается прочность штрипсов, что требует увеличения количества других легирующих элементов, что ухудшает свариваемость штрипсов. Увеличение содержания азота более 0,009% снижает пластичность стали и долю волокнистой составляющей ниже 90%.

Ванадий способствует повышению прочности штрипсов, однако увеличение его концентрации сверх 0,20% снижает долю волокнистой составляющей в изломе, а также ухудшает свариваемость штрипсов.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере выплавляют низколегированные стали (табл.1) для производства штрипсов категории X100. Выплавленные низколегированные стали после доводки подвергают непрерывной разливке в слябы толщиной 270 мм.

Сляб из стали с составом 3 (табл.1) подвергают нагреву до температуры аустенитизации Та=1150°C. Нагретый сляб выдают на рольганг толстолистового реверсивного стана кварто 5000 и подвергают многопроходной черновой прокатке с разбивкой ширины в раскат с промежуточной толщиной 47 мм. Затем раскат охлаждают на рольганге в режиме качания до температуры Тн=760°C и производят чистовую прокатку с обжатиями за проход ε=16% в штрипс толщиной 20 мм. Температуру конца прокатки поддерживают равной Tкп=765°C.

Прокатанный штрипс подвергают контролируемому охлаждению (закалке) водой со скоростью Vo=20°C/с от температуры Ткп=765°C до температуры 500°C.

В табл.2 приведены варианты реализации способа производства штрипсов категории прочности X100 из низколегированных сталей различного состава, а также показатели их качества.

Из данных, представленных в табл.1 и табл.2, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение прочностных свойств штрипсов из низколегированной стали. Доля волокнистой составляющей в изломе превышает 90%. В результате они полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к штрипсам категории прочности X100.

В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №5) прочностные свойства штрипсов снижаются, уменьшается доля волокнистой составляющей в изломе образца. Штрипсы, произведенные по известному способу [3] (вариант №6), также не соответствуют категории прочности X100.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что нагрев слябов из низколегированной стали предложенного состава до температуры аустенитизации, последующая их многопроходная черновая прокатка, охлаждение до температуры 720-800°C и многопроходная чистовая прокатка с Tкп=740-790°C с относительным обжатием за проход 8-25%, и закалка штрипсов водой со скоростью не менее 17°C/с обеспечивает формирование ферритной матрицы, упрочненной мартенситом с реечной морфологией, карбо-нитридными частицами наноразмеров, а также волокнистый излом по всей поверхности образца, подвергнутого испытанию падающим грузом при температуре - 20°C (ИПГ-20). Благодаря этому штрипсы имеют повышенную прочность, и по своему качеству полностью соответствуют категории прочности X100, что позволяет повысить давление и удельный расход перекачиваемой среды без увеличения толщины стенки трубопровода.

Предложенный способ явился результатом развития известного способа [3]. Его использование обеспечит повышение рентабельности производства штрипсов повышенной прочности для труб магистральных нефтегазопроводов на 10-20%.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2241769, МПК C21D 8/02, C22C 38/58, B21B 1/26, 2004 г.

2. Патент Российской Федерации №2262537, МПК C21D 8/02, C22C 38/46, 2005 г.

3. Патент Российской Федерации №2358024, МПК C21D 8/02, C22C 28/22, C22C 38/42, 2009 г.

Способ производства штрипсов, включающий выплавку низколегированной стали, изготовление непрерывнолитых слябов, их нагрев до температуры аустенитизации, многопроходную черновую и чистовую прокатку с регламентируемой температурой конца чистовой прокатки и охлаждение штрипсов водой, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,06-0,11
кремний 0,02-0,04
марганец 1,45-1,95
молибден 0,15-0,28
ниобий 0,01-0,06
титан 0,01-0,09
никель 0,15-0,35
медь 0,10-0,30
азот 0,002-0,009
ванадий не более 0,20
железо остальное,

при этом после черновой прокатки раскаты охлаждают до температуры 720-800°C, а чистовую прокатку ведут с относительными обжатиями за проход 8-25% и с температурой конца прокатки, равной 740-790°C, после чего штрипсы охлаждают со скоростью не менее 17°C/с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству крупного горячекатаного сортового и фасонного проката из низкоуглеродистой низколегированной стали.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из двухслойного проката, длительно эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях интенсивного механического, коррозионно-эрозионного воздействия мощных ледовых полей и морской воды, в частности корпусов атомных ледоколов, судов ледового плавания, морских ледостойких стационарных и плавучих платформ для добычи углеводородов на арктическом шельфе.

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно для получения штрипсов, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов в районах Крайнего Севера.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению бейнитной стали, используемой для изготовления, в частности, брони. .
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов, а также рельсов для метрополитена. .
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным литейным сталям, применяемым в различных отраслях промышленности, в том числе в автомобилестроении при изготовлении крупногабаритных отливок для карьерных самосвалов особо большой грузоподъемности, работающих при повышенных ударных нагрузках и в экстремальных климатических условиях.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к теплостойким сталям, используемым для отливки деталей паровых турбин, заготовок труб и деталей арматуры методом ЭШП и центробежным литьем, работающих при температурах 540-580°С.

Сталь // 2440436
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления контррельсовых уголков. .

Изобретение относится к области черной металлургии, к прокатному производству, и может быть использовано при получении упаковочной ленты, используемой для автоматизированной обвязки грузов.
Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для получения листовой стали на толстолистовых реверсивных станах. Для повышения производительности процесса способ включает нагрев слябов, черновую прокатку в раскат промежуточной толщины, охлаждение раската и последующую его многопроходную чистовую прокатку с регламентированной температурой начала и конца прокатки в лист конечной толщины, при этом охлаждение раската осуществляют путем возвратно-поступательного перемещения по водоохлаждаемым роликам, внутренняя полость бочки которых предварительно заполнена шариками из теплопроводящего материала.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к низкоуглеродистым сталям для производства проката, используемого для изготовления сварных нефте- и газопроводов, пригодных к эксплуатации в условиях Крайнего Севера.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения в толстолистовой стали низкого соотношения между пределом текучести и пределом прочности, высокой прочности, ударной вязкости и стойкости к последеформационному старению, эквивалентной классу API 5L Х60 и менее, толстолистовая сталь содержит, мас.%: от 0,03% до 0,06% C, от 0,01 до 1,0 Si, от 1,2 до 3,0 Mn, 0,015 и менее Р, 0,005 и менее S, 0,08 и менее Al, от 0,005 до 0,07 Nb, от 0,005 до 0,025 Ti, 0,010 и менее N, 0,005% и менее О, остальное Fe и неизбежные примеси, имеет трехфазную микроструктуру, состоящую из бейнита, мартенсито-аустенитного компонента (М-A) и квазиполигонального феррита, при этом доля площади бейнита составляет от 5% до 70%, доля площади компонента М-А - от 3% до 20%, остальную долю площади составляет квазиполигональный феррит, а эквивалентный диаметр круга для компонента М-А составляет 3,0 мкм и менее.
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении толстых листов и штрипсов с применением контролируемой прокатки.
Изобретение относится к области металлургического и термического производства, а именно к обработке стали с получением структуры естественного феррито-мартенситного композита - структура, включающая пластичную ферритную матрицу и дискретные твердые волокна - слои мартенсита, и может быть использовано для получения материала, используемого для броневой защиты воинского персонала, БТР, БМП, блокпостов, от поражения при стрельбе из стрелкового оружия и гранатометов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к нержавеющей стали для нефтяной скважины и трубе из нержавеющей стали для нефтяной скважины. Нержавеющая сталь для нефтяной скважины содержит, % по массе: С не более 0,05, Si не более 0,5, Mn от 0,01 до 0,5, Р не более 0,04, S не более 0,01, Cr свыше 16,0 и не более 18,0, Ni свыше 4,0 и не более 5,6, Мо от 1,6 до 4,0, Cu от 1,5 до 3,0, Al от 0,001 до 0,10, и N не более 0,050, причем остальное составляют Fe и примеси.

Изобретение относится к стальным плитам, используемым для изготовления сварных конструкций, таких как трубопроводы, мосты и архитектурные сооружения, которым необходима структурная безопасность.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к трубам из высокопрочной стали, пригодным для транспортировки природного газа и сырой нефти. Для повышения прочности трубы при продольном изгибе и ударной прочности зоны термического влияния при сварке часть основного материала содержит, в мас.%: С более 0,03-0,08, Si 0,01-0,5, Mn 1,5-3,0, P 0,015, S≤0,005, Al 0,01-0,08, Nb 0,005-0,025, Ti 0,005-0,025, N 0,001-0,010, 0≤0,005, В 0,0003-0,0020, дополнительно включает один или более из элементов: Cu, Ni, Cr, Мо и V, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстолистовой высокопрочной горячекатаной стали. Нагревают сталь, содержащую в расчете на мас.%: 0,02-0,08 С, 0,01-0,50 Si, 0,5-1,8 Mn, 0,025 или менее Р, 0,005 или менее S, 0,005-0,10 Al, 0,01-0,10 Nb, 0,001-0,05 Ti, остальное - Fe и неизбежные примеси, при этом содержание С, Ti и Nb удовлетворяет соотношению (Ti+(Nb/2))/С<4.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к технологии производства листовой стали, используемой в качестве тыльного слоя двухслойной разнесенной бронезащитной конструкции. Для повышения бронестойкости бронезащитной конструкции лист тыльного слоя изготавливают из стали, содержащей, мас.%: 0,12-0,18 C; 0,10-0,19 Si; 1,2-1,6 Mn; 1,0-1,4 Ni; 0,25-0,45 Mo; 0,02-0,06 Al; 0,02-0,16 Ti; 0,001-0,032 Ca; 0,005-0,015 P; не более 0,01 S; остальное Fe, причем суммарное содержание Si+P не превышает 0,21 мас.%, горячую прокатку листов ведут как в поперечном, так и в продольном направлениях с суммарным относительным обжатием в каждом из направлений не менее 50%, завершают прокатку при температуре 930-1050°C и с этой температуры листы охлаждают водой, а отпуск проводят при температуре 250-460°C. 3 табл.
Наверх