×
27.11.2013
216.012.8575

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШТРИПСОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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.
Основные результаты: 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.%: 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.
Реферат Свернуть Развернуть

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.%: 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.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 81-90 of 266 items.
27.11.2013
№216.012.84a9

Способ холодной прокатки стальных полос

Изобретение предназначено для снижения разнотолщинности тончайших полос и лент (толщиной не более 0,2 мм), получаемых холодной прокаткой из низкоуглеродистых сталей на непрерывных многовалковых станах. Способ включает многопроходное обжатие заготовки в валках непрерывного стана с приложением к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499639
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.11.2013
№216.012.84ab

Способ прокатки металлических полос

Изобретение предназначено для снижения усилия прокатки на реверсивных станах горячей прокатки полос из сплавов черных и цветных металлов. Способ включает обжатие полосы в валках с приложением к полосе регламентированных переднего и заднего натяжений. Снижение усилия и момента прокатки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499641
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.11.2013
№216.012.84ac

Устройство для направления полосы

Изобретение предназначено для точного направления движения кромки полосового материала и может быть использовано при транспортировании с натяжением по технологической линии агрегата движущейся тонкой металлической полосы при ее прокатке, порезке, термообработке, покрытии, смотке в рулон и др....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499642
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.11.2013
№216.012.84af

Устройство для направления полосы

Изобретение относится к области производства полосовых материалов и может быть использовано при транспортировании с натяжением по технологической линии агрегата тонкой металлической полосы при ее термообработке, нанесении покрытий и смотке в рулон. Устройство содержит основание, направляющий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499645
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.11.2013
№216.012.84b5

Способ изготовления керамических форм по растворяемым моделям

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на модель методом погружения нейтральной гидрофобной пленки из материала на основе воска, послойное формирование на модели огнеупорной оболочки, удаление модели, сушку и обжиг керамической формы. Гидрофобная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499651
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.11.2013
№216.012.8576

Способ производства листовой стали

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.%:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499844
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.11.2013
№216.012.857b

Способ получения композиционного материала на основе сплава алюминий-магний с содержанием нанодисперсного оксида циркония

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, упрочненных нанодисперсными частицами. Упрочняющие нанодисперсные частицы оксида циркония вводят в расплав на основе сплава алюминий-магний. Расплав кристаллизуют в поле центрифуги с коэффициентом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499849
Дата охранного документа: 27.11.2013
20.12.2013
№216.012.8d5c

Совмещенный карботермический способ получения кальция из карбоната

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения кальция, в режиме совмещенного карботермического восстановления карбоната кальция в вакууме. Способ включает приготовление шихты из карбоната кальция, преимущественно из химически осажденного мела или высококачественных отсевов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501871
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8e6a

Уран-гадолиниевое ядерное топливо и способ его получения

Изобретение относится к атомной промышленности, в частности к изготовлению таблетированного топлива из диоксида урана для тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов. Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов включает приготовление легирующей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502141
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8e79

Кремниевый фотоэлектрический преобразователь с гребенчатой конструкцией и способ его изготовления

Настоящее изобретение относится к области кремниевых многопереходных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечных батарей. Согласно изобретению предложено создание «гребенчатой» конструкции фотоэлектрического преобразователя, которая позволяет реализовать в его диодных ячейках максимально...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502156
Дата охранного документа: 20.12.2013
Showing 81-90 of 294 items.
27.11.2013
№216.012.84b5

Способ изготовления керамических форм по растворяемым моделям

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на модель методом погружения нейтральной гидрофобной пленки из материала на основе воска, послойное формирование на модели огнеупорной оболочки, удаление модели, сушку и обжиг керамической формы. Гидрофобная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499651
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.11.2013
№216.012.8576

Способ производства листовой стали

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.%:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499844
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.11.2013
№216.012.857b

Способ получения композиционного материала на основе сплава алюминий-магний с содержанием нанодисперсного оксида циркония

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, упрочненных нанодисперсными частицами. Упрочняющие нанодисперсные частицы оксида циркония вводят в расплав на основе сплава алюминий-магний. Расплав кристаллизуют в поле центрифуги с коэффициентом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499849
Дата охранного документа: 27.11.2013
20.12.2013
№216.012.8d5c

Совмещенный карботермический способ получения кальция из карбоната

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения кальция, в режиме совмещенного карботермического восстановления карбоната кальция в вакууме. Способ включает приготовление шихты из карбоната кальция, преимущественно из химически осажденного мела или высококачественных отсевов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501871
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8e6a

Уран-гадолиниевое ядерное топливо и способ его получения

Изобретение относится к атомной промышленности, в частности к изготовлению таблетированного топлива из диоксида урана для тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов. Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов включает приготовление легирующей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502141
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8e79

Кремниевый фотоэлектрический преобразователь с гребенчатой конструкцией и способ его изготовления

Настоящее изобретение относится к области кремниевых многопереходных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечных батарей. Согласно изобретению предложено создание «гребенчатой» конструкции фотоэлектрического преобразователя, которая позволяет реализовать в его диодных ячейках максимально...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502156
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.12.2013
№216.012.8fb5

Способ хирургического лечения кишечных непроходимостей тонкого и толстого кишечника и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к медицине и может быть применима для хирургического лечения кишечных непроходимостей тонкого и толстого кишечника. Проводят продвижение эндоскопа по тонкому и толстому кишечнику. Эндоскоп для хирургического лечения кишечных непроходимостей тонкого и толстого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502482
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.9108

Сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам низкоуглеродистых сталей, используемых для изготовления гильз патронов автоматического стрелкового оружия калибра 7,62 мм, покрытых сплавом латуни (томпаком) или лаком. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, алюминий, хром,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502821
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.910b

Способ термообработки отливок из сплавов на основе гамма алюминида титана

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термообработки отливок сплавов на основе гамма алюминида титана, и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 800°С, в частности лопаток газотурбинных двигателей....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502824
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.01.2014
№216.012.9af9

Способ получения нанопорошков оксида цинка с поверхностным модифицированием для использования в строительных герметиках

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению модифицированных нанопорошков оксида цинка. Может использоваться в качестве строительных герметиков, работающих при высоких деформирующих нагрузках и требующих повышенных значений обратимых относительных удлинений....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505379
Дата охранного документа: 27.01.2014
+ добавить свой РИД