Способ производства высокопрочного проката повышенной хладостойкости

Изобретение относится к области черной металлургии. Для повышения прочности, ударной вязкости и относительного сужения в направлении толщины проката при низких температурах получают горячекатаный прокат толщиной 8-50 мм с повышенным уровнем хладостойкости, выплавляют сталь, содержащую, мас. %: углерод 0,07-0,12, марганец 0,20-0,70, кремний 0,10-0,50, хром 1,00-1,40, никель 1,50-2,00, молибден 0,10-0,30, медь 0,20-0,50, ниобий 0,02-0,05, алюминий 0,01-0,06, азот не более 0,008, сера не более 0,005, фосфор не более 0,010, железо – остальное, получают слябы, нагревают их до 1240-1260°C в печах и прокатывают на толстолистовом стане в листы до конечной толщины при температуре конца прокатки не более 890°C, охлаждают на воздухе, затем осуществляют нагрев листов до 920-940°C с общей выдержкой 2,0-3,0 мин/мм с последующей закалкой в воду и проводят отпуск при 690-740°C с выдержкой 1,5-2,8 мин/мм в зависимости от толщины с охлаждением на воздухе. 3 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству конструкционных сталей нормальной и повышенной прочности, улучшенной свариваемости для применения в судостроении, строительстве, мостостроении и др. отраслях.

Для конструкций северного исполнения различного назначения (деталей корпусов судов, морских стационарных буровых платформ, плавающих буровых установок и сооружений инфраструктуры, причалов, терминалов, нефтехранилищ для эксплуатации в экстремальных условиях) требуется высокопрочный прокат повышенной хладостойкости в толщинах до 50 мм с высокими эксплуатационными характеристиками.

Известен способ производства хладостойкого листового проката (патент РФ №2345149, МПК C21D 8/02, C22C 38/12, C21D 9/46, опубл. 27.01.2009), из стали следующего химического состава, мас. %:

Углерод 0,04-0,10
Марганец 1,00-1,40
Кремний 0,15-0,35
Ванадий 0,02-0,10
Ниобий 0,02-0,06
Алюминий 0,02-0,06
Сера 0,001-0,008
Фосфор 0,003-0,012
Никель 0,10-0,80
Молибден 0,01-0,08
Железо остальное

при этом углеродный эквивалент (Cэкв) составляет не более 0,38, а коэффициент трещиностойкости (Pcm) - не более 0,22, аустенизацию заготовки осуществляют при 1140-1170°C, проводят предварительную деформацию при 940-990°C с суммарной степенью обжатий 58-65% с регламентированными минимальными обжатиями при первых четырех проходах в пределах 12-30% соответственно: (12-15%)-(13-17%)-(14-18%)-(14-20%), охлаждение полученной заготовки на 70-100°C, окончательную деформацию при температуре 830-750°C с суммарной степенью обжатий 35-42%, ускоренное охлаждение до температур 550-400°C, далее замедленное охлаждение в кессоне до температуры не выше 150°C.

Недостатки известного способа производства состоят в том, что прокат имеет недостаточные показатели по хладостойкости и прочности.

Наиболее близкой к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ производства хладостойкого листового проката (патент РФ 2432403 C1, C21D 8/02 C22C 38/08, опубл. 27.10.2011), включающий выплавку стали, разливку на заготовки, аустенизацию, деформацию в заданном интервале температур и охлаждение до заданной температуры, причем выплавляют сталь состава, мас. %:

Углерод 0,06-0,12
Марганец 0,60-1,20
Кремний 0,15-0,35
Алюминий 0,02-0,05
Никель 0,05-0,40
Ниобий 0,02-0,06
Молибден 0,003-0,08
Титан 0,002-0,02
Ванадий 0,02-0,05
Азот 0,001-0,008
Сера 0,001-0,008
Фосфор 0,003-0,012
Кальций 0,005-0,03
Медь 0,05-0,30
Железо остальное

при этом Cэкв не более 0,36%, аустенитизацию заготовки осуществляют при температуре 1180-1210°C, предварительную деформацию с регламентированными обжатиями не менее 12% при температуре 1000-1050°C, охлаждение полученной заготовки на воздухе до температуры начала окончательной деформации, окончательную деформацию при температуре 880-770°C, при этом каждое последующее обжатие на 1-4% больше предыдущего, температуру конца прокатки листов рассчитывают по формуле: Tкп=Ar3+(100-130)-37,7ln(t), где t - толщина листа, ускоренное охлаждение проводят в интервале температур 620-510°C, далее листовой прокат замедленно охлаждают в штабеле до температуры окружающего воздуха.

Недостатками стали известного состава являются недостаточная прочность и пониженный уровень ударной вязкости при низких температурах.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в значительном повышении прочности стали, а также увеличении ударной вязкости при более низких температурах при обеспечении высокого уровня относительного сужения в направления толщины.

Техническая задача достигается тем, что в способе производства высокопрочного проката повышенной хладостойкости, включающем выплавку стали, разливку на слябы, нагрев под прокатку, деформацию в заданном интервале температур, охлаждение на воздухе, согласно изобретению выплавляют сталь состава, мас. %:

Углерод 0,07-0,12
Марганец 0,20-0,70
Кремний 0,10-0,50
Хром 1,00-1,40
Никель 1,50-2,00
Молибден 0,10-0,30
Медь 0,20-0,50
Ниобий 0,02-0,05
Алюминий 0,01-0,06
Азот не более 0,008
Сера не более 0,005
Фосфор не более 0,010
Железо остальное

при этом слябы с заданным химическим составом нагревают до температуры 1240-1260°C в печах и прокатывают на толстолистовом стане в листы до конечной толщины при температуре конца прокатки не более 890°C, охлаждают на воздухе, затем осуществляют нагрев до температуры 920-940°C с общей выдержкой 2,0-3,0 мин/мм с последующей закалкой в воду, нагрев для отпуска листов до температуры 690-740°C с выдержкой 1,5-2,8 мин/мм в зависимости от толщины и последующим охлаждением на воздухе.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Обеспечение заданных механических свойств толстых листов достигается одновременно как оптимизацией химического состава стали, так и режимов их последующей деформационно-температурной и термической обработки. После прокатки в стали предложенного состава формируется мелкодисперсная микроструктура, а последующая термическая обработка позволяет получить заданные и равномерные свойства в диапазоне толщин 8,0-50,0 мм.

Углерод упрочняет сталь. При содержании углерода менее 0,07% не достигается требуемая прокаливаемость и прочность стали, а при его содержании более 0,12% ухудшается ударная вязкость стали.

Кремний раскисляет сталь, повышает ее прочностные характеристики. При концентрации кремния менее 0,10% прочность стали ниже допустимой, а при концентрации более 0,50% снижается пластичность.

Марганец раскисляет и упрочняет сталь, связывает серу. При содержании марганца менее 0,20% прочность стали недостаточна. Содержание свыше 0,70% приводит к перерасходу легирующих и удорожанию стали.

Хром обеспечивает увеличение прочности при повышенных температурах, а также обеспечивает высокую прокаливаемость стали. При его концентрации менее 1,00% прочность ниже допустимых значений. Увеличение содержания хрома более 1,40% приводит к потере пластичности и увеличению себестоимости.

При содержании никеля менее 1,50% снижается прочность и ударная вязкость стали, содержание свыше 2,00% приводит к перерасходу легирующих.

Молибден повышает прочность и вязкость стали, измельчая зерно микроструктуры. При содержании молибдена менее 0,10% прочность стали ниже требуемого уровня, а увеличение его содержания более 0,30% ухудшает пластичность и приводит к перерасходу легирующих элементов.

Медь способствует повышению прочностных свойств. Но если содержание этого элемента для данного состава превышает 0,50%, то может иметь место снижение ударной вязкости стали при отрицательных температурах.

Фосфор и сера в стали являются вредными примесями, их концентрация должна быть как можно меньшей. Однако при концентрации фосфора не более 0,010% и серы не более 0,005% их отрицательное влияние незначительно.

Ниобий образует мелкодисперсные частицы Nb (C, N), которые путем выбора соответствующего режима использованы для ограничения роста зерна аустенита и регулирования процесса рекристаллизации. При содержании менее 0,02% влияние ниобия практически отсутствует, при содержании свыше 0,05% имеет место перерасход ферросплавов.

Алюминий вводится в сталь в качестве раскислителя, а также с целью измельчения зерна. При содержании алюминия в стали свыше 0,05% понижается чистота стали по неметаллическим включениям системы оксидов алюминия, что неблагоприятно сказывается на механических свойствах основного металла.

Азот упрочняет сталь за счет образования нитридов и карбонитридов, однако крайне негативно влияет на пластические и вязкостные свойства стали. Содержание азота ограничено 0,008%.

Технологическими особенностями способа производства являются:

- оптимальная температура нагрева под прокатку 1240-1260°C, обеспечивающая полное растворение карбонитридов ниобия и исключающая чрезмерный рост зерна аустенита;

- обеспечение температуры конца прокатки не более 890°C обусловлено необходимостью исключения наследственной крупнозернистости при последующем нагреве под термообработку;

- оптимальная температура под закалку 920-940°C с общей выдержкой 2,0-3,0 мин/мм, исключающая неконтролируемый рост зерна аустенита и позволяющая достигнуть необходимой скорости охлаждения при закалке;

- регламентация температуры отпуска 690-740°C и времени выдержки 1,5-2,8 мин/мм позволяет снять внутренние напряжения обеспечить требуемый комплекс прочностных, вязкостных и хладостойких характеристик. При температуре выше указанных значений

Испытания листового проката, изготовленного по указанной технологии, показали, что предлагаемые режимы для стали выбранного химического состава обеспечивает стабильные характеристики ударной вязкости при температурах до минус 80°C, при условии получения высоких прочностных характеристик и относительного сужения в направлении толщины проката.

Пример реализации

Выплавку осуществляли в кислородном конвертере, разливали в слябы. Слябы с заданным химическим составом нагревали до температуры 1240-1260°C в методических печах и прокатывали на толстолистовом стане 2800 в листы до конечной толщины (8,0-50,0 мм) при температуре конца прокатки для толщин 8,0-20,0 мм не более 860°C, для толщин 20,1-50,0 мм не более 880°C. После окончания процесса деформации осуществляли окончательное охлаждение листового проката на воздухе до температуры окружающей среды. Затем осуществляли нагрев в роликовых печах до температуры 920-940°C с общей выдержкой 2,0-3,0 мин/мм и дальнейшую закалку в воду в роликовой закалочной машине. После закалки металл подвергали отпуску по режиму:

8,0-20,0 мм температура - 710-740°C, время выдержки - 2,0-2,8 мин/мм

20,1-50,0 мм температура - 690-720°C, время выдержки - 1,5-2,5 мин/мм.

После отпуска металл охлаждали на воздухе до температуры окружающей среды.

Из табл. 1 и 2 следует, что предложенная сталь (составы 2-3) имеет более высокие прочностные характеристики и ударную вязкость при отрицательных температурах (до -80°C). Кроме того сталь характеризуется высоким относительным сужением в направлении толщины.

При запредельных концентрациях элементов (составы 1, 5-8) прочностные характеристики и ударная вязкость стали ухудшаются. Также более низкие свойства по прочности и ударной вязкости имеет сталь по прототипу (состав 4).

Способ производства высокопрочного проката повышенной хладостойкости, включающий выплавку стали, разливку на слябы, нагрев под прокатку, деформацию в заданном интервале температур, охлаждение на воздухе и отпуск, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую, мас. %:

углерод 0,07-0,12
марганец 0,20-0,70
кремний 0,10-0,50
хром 1,00-1,40
никель 1,50-2,00
молибден 0,10-0,30
медь 0,20-0,50
ниобий 0,02-0,05
алюминий 0,01-0,06
азот не более 0,008
сера не более 0,005
фосфор не более 0,010
железо остальное,

при этом нагрев под прокатку ведут в печах до температуры 1240-1260°C, прокатывают на толстолистовом стане в листы до конечной толщины при температуре конца прокатки не более 890°C и охлаждают на воздухе, затем осуществляют нагрев до температуры 920-940°C с общей выдержкой 2,0-3,0 мин/мм с последующей закалкой в воду, нагрев листов под отпуск ведут до температуры 690-740°C с выдержкой 1,5-2,8 мин/мм в зависимости от толщины и последующим охлаждением на воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам производства высокопрочного износостойкого биметаллического конструкционного материала с основным слоем из низколегированной стали и плакирующим слоем из коррозионно-стойкой стали, предназначенного для применения в изделиях нефтяного и химического машиностроения, а также других отраслях, где необходимо применение коррозионно-стойких в агрессивных средах элементов конструкций и аппаратов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению аустенитной нержавеющей нанодвойникованной TWIP стали. Выплавляют аустенитную нержавеющую сталь, содержащую, мас.%: не более чем 0,018 C, 0,25-0,75 Si, 1,5-2 Mn, 17,80-19,60 Cr, 24,00-25,25 Ni, 3,75-4,85 Mo, 1,26-2,78 Cu, 0,04-0,15 N, остальное – Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к плакирующему материалу для стального листа, используемого в морских конструкциях, устройствах опреснения морской воды.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам высокопрочных нержавеющих сталей, используемых для изготовления бесшовных труб для нефтяных скважит.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным сталям повышенной теплоустойчивости, применяемым при производстве плавниковых труб, предназначенных для паровых котлов, труб пароперегревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления, деталей цилиндров газовых турбин, различных деталей, работающих при температуре до +480-500°C, воротниковых фланцев, штуцеров, колец, патрубков, тройников для энергооборудования и трубопроводов тепловых электростанций.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочной коррозионно-стойкой стали, используемой для изготовления изделий, работающих при высоких растягивающих и изгибающих нагрузках, преимущественно проволоки малого диаметра, используемой в авиационной промышленности и машиностроении.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к низколегированным сталям повышенной жаропрочности и хладостойкости, применяемым при производстве корпусов и внутренних элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов и крекинговых труб, задвижек, деталей насосов, спецкрепежа труб, трубопроводной арматуры, деталей трубопроводов, коммуникационных и печных труб, используемых в тепловых сетях и энергомашиностроении.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам коррозионно-стойких немагнитных (аустенитных) сталей повышенной прочности и к изделиям, выполненным из нее, для работы в окислительных и восстановительных средах средней и высокой агрессивности.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению сталей, применяемых в серийном и массовом производстве ответственных деталей машин. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,37-0,43, кремний 0,17-0,37, марганец 0,50-0,80, хром 0,60-0,90, никель 0,70-1,10, молибден 0,15-0,25, висмут 0,08-0,13, кальций 0,002-0,003, алюминий 0,005-0,015, железо - основа.

Изобретение относится к высокопрочной высокопластичной легированной стали и изделиям, изготавливаемым из нее. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 0,30-0,47, Mn 0,8-1,3, Si 1,5-2,5, Cr 1,5-2,5, Ni 3,0-5,0, Mo+½W 0,7-0,9, Cu 0,70-0,90, Со до 0,01, V+(5/9)×Nb 0,10-0,25, Ti до 0,005, Al до 0,015, Fe и примеси остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к износоустойчивой толстолистовой стали. Сталь имеет химическую композицию, содержащую, мас.%: С: от 0,10 до менее 0,20, Si: от 0,05 до 0,5, Mn: от 0,5 до 1,5, Cr: от 0,05 до 1,20, Nb: от 0,01 до 0,08, В: от 0,0005 до 0,003, Al: от 0,01 до 0,08, N: от 0,0005 до 0,008, Р: не более 0,05, S: не более 0,005, О: не более 0,008, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстому листу из износостойкой стали. Сталь содержит, мас.%: С: от 0,20 до 0,30, Si: 0,05 до 0,5, Mn: от 0,5 до 1,5, Cr: от 0,05 до 1,20, Nb: от 0,01 до 0,08, В: от 0,0005 до 0,003, Al: от 0,01 до 0,08, N: от 0,0005 до 0,008, Р: не более 0,05, S: не более 0,005 и О: не более 0,008, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной стали, используемой в автомобилестроении. Сталь содержит, мас.%: С: от 0,030 до 0,150, Si: от 0,010 до 1,00, Mn: от 0,50 до менее 1,50, Р: от 0,001 до 0,060, S: от 0,001 до 0,010, N: от 0,0005 до 0,0100, Al: от 0,010 до 0,050 и необязательно один или несколько из следующих элементов: В: от 0,0005 до 0,0020, Мо: от 0,01 до 0,50, Cr: от 0,01 до 0,50, V: от 0,001 до 0,100, Ti: от 0,001 до 0,100, Nb: от 0,001 до 0,050, Ni: от 0,01 до 1,00, Cu: от 0,01 до 1,00, Са: от 0,0005 до 0,0050 и РЗМ: от 0,0005 до 0,0050, остальное - Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению горячекатаной полосы из высокопрочной коррозионностойкой стали, предназначенной для применения в сооружениях и конструкциях различного назначения в Арктике и Антарктике.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной многофазной стали с минимальным пределом прочности на растяжение 580 МПа, преимущественно с двухфазной структурой, для изготовления холодно- или горячекатаной стальной полосы толщиной 0,50-4,00 мм с улучшенными формовочными свойствами, применяемой, в частности, для автомобилестроения с применением легковесных конструкций.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству высокотвердого износостойкого листового проката для тяжелой подъемно-транспортной техники.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению горячекатаной полосы с низким удельным весом, предназначенной для применения в сооружениях и конструкциях различного назначения, обладающих коррозионной стойкостью в морской воде.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству проката (листов) ответственного назначения, предназначенного для судостроения. Для обеспечения в прокате толщиной более 60 мм предела текучести не менее 900 МПа, предела прочности не менее 970 МПа, относительного удлинения не менее 15%, повышенной хладостойкостью KCV (-60°C) не менее 100 Дж/см2 и хорошей свариваемости проводят выплавку стали, непрерывную разливку, нагрев слябов, черновую и чистовую прокатку, ускоренное охлаждение, при этом нагрев сляба под прокатку осуществляют при температуре 1190-1230°C в течение 5-10 часов, черновую прокатку заканчивают при температуре раската не менее 940°C и толщине раската 38-45% от толщины сляба, чистовую прокатку начинают при температуре 920-980°C и заканчивают при температуре не менее 910°C и толщине проката 19-25% от толщины сляба, после этого производят ускоренное охлаждение проката со скоростью 55-110°C/мин до температуры 20-50°C, затем нагревают прокат до температуры 610-660°C, при которой осуществляют его выдержку в течение не менее 5 часов, а после этого производят охлаждение проката на воздухе со скоростью не более 1,5°C/мин с обеспечением структуры, состоящей из бейнита и остаточного мартенсита, доля которого не превышает 5%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстолистовой стали толщиной 25 мм или больше для изготовления магистральной трубы. Сталь содержит, в мас.%: 0,040-0,080 C, 0,05-0,40 Si, 1,60-2,00 Mn, 0,020 или меньше P, 0,0025 или меньше S, 0,05-0,20 Mo, 0,0011-0,0050 Ca, 0,060 или меньше Al, 0,010-0,030 Nb, 0,008-0,020 Ti, 0,0015-0,0060 N, 0,0040 или меньше O, остальное - Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной листовой стали, имеющей низкое отношение предела текучести к пределу прочности. Сталь имеет химическую композицию, содержащую в мас.%: С: 0,03-0,08, Si: 0,01-1,0, Мn: 1,2-3,0, Р: 0,015 или менее, S: 0,005 или менее, Аl: 0,08 или менее, Nb: 0,005-0,07, Ti: 0,005-0,025, N: 0,010 или менее, О: 0,005 или менее, Fe и неизбежные примеси – остальное.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству проката (листов) ответственного назначения, предназначенного для судостроения. Для обеспечения в прокате толщиной более 60 мм предела текучести не менее 900 МПа, предела прочности не менее 970 МПа, относительного удлинения не менее 15%, повышенной хладостойкостью KCV (-60°C) не менее 100 Дж/см2 и хорошей свариваемости проводят выплавку стали, непрерывную разливку, нагрев слябов, черновую и чистовую прокатку, ускоренное охлаждение, при этом нагрев сляба под прокатку осуществляют при температуре 1190-1230°C в течение 5-10 часов, черновую прокатку заканчивают при температуре раската не менее 940°C и толщине раската 38-45% от толщины сляба, чистовую прокатку начинают при температуре 920-980°C и заканчивают при температуре не менее 910°C и толщине проката 19-25% от толщины сляба, после этого производят ускоренное охлаждение проката со скоростью 55-110°C/мин до температуры 20-50°C, затем нагревают прокат до температуры 610-660°C, при которой осуществляют его выдержку в течение не менее 5 часов, а после этого производят охлаждение проката на воздухе со скоростью не более 1,5°C/мин с обеспечением структуры, состоящей из бейнита и остаточного мартенсита, доля которого не превышает 5%.

Изобретение относится к области черной металлургии. Для повышения прочности, ударной вязкости и относительного сужения в направлении толщины проката при низких температурах получают горячекатаный прокат толщиной 8-50 мм с повышенным уровнем хладостойкости, выплавляют сталь, содержащую, мас. : углерод 0,07-0,12, марганец 0,20-0,70, кремний 0,10-0,50, хром 1,00-1,40, никель 1,50-2,00, молибден 0,10-0,30, медь 0,20-0,50, ниобий 0,02-0,05, алюминий 0,01-0,06, азот не более 0,008, сера не более 0,005, фосфор не более 0,010, железо – остальное, получают слябы, нагревают их до 1240-1260°C в печах и прокатывают на толстолистовом стане в листы до конечной толщины при температуре конца прокатки не более 890°C, охлаждают на воздухе, затем осуществляют нагрев листов до 920-940°C с общей выдержкой 2,0-3,0 минмм с последующей закалкой в воду и проводят отпуск при 690-740°C с выдержкой 1,5-2,8 минмм в зависимости от толщины с охлаждением на воздухе. 3 табл.

Наверх