Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ТРУБНОЙ СТАЛИ КЛАССОВ ПРОЧНОСТИ К52-К60

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 (патенты РФ №2394108, №2397255).

Недостатками известных способов является значительная дифференциация свойств по сечению и длине листа при одновременно пониженном уровне механических свойствах (прочностных, пластических и вязких), не отвечающих в сталях трубного сортамента современным нормам для классов прочности К52-К60.

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 поверхности листа 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).

Недостатками известного способа являются сложность формирования в марках стали трубного сортамента требуемого высокого уровня механических свойств, соответствующих классам прочности К52-К60, равномерно распределенных по сечению листа в широком диапазоне толщин, 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 в процессе ее эксплуатации многочисленных дефектов (трещин, разрывов) ввиду незначительных показателей вязкости, хладостойкости.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение в горячекатаном прокате из микролегированой стали трубного сортамента одинаковых механических свойств, соответствующих классу прочности К52-К60, в широком диапазоне толщин (14÷21 мм).

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства листов из низколегированной трубной стали классов прочности К52-К60 толщиной 14÷21 мм, включающем нагрев слябовой заготовки до температуры выше Ас₃, черновую прокатку, подстуживание, чистовую прокатку, ускоренное охлаждение поверхности листов, согласно изобретению, заготовку из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:

подвергают черновой прокатке при температуре 1050±60°C, температуру начала чистовой стадии прокатки выбирают в диапазоне 830÷890°C, температуру конца прокатки принимают равной 800÷840°C, при этом температуру конца охлаждения листа принимают 520÷580°C.

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.

Для обеспечения нормируемого комплекса свойств в процессе горячей прокатки в металле должна быть сформирована мелкозернистая ферритно-бейнитная микроструктура, равномерно распределенная по всему сечению листа. Поэтому технология изготовления горячекатаных листов из стали трубного сортамента классов прочности К52-К56 должна обеспечивать получение следующего уровня механических свойств: прочностных - σ_т=385-690 МПа, σ_в - не менее 510 МПа; пластических - δ₅ - не менее 23% и вязких - KCV_-20 - не менее 90 Дж/см², KCU_-60 - не менее 80 Дж/см, DWTT_-20 - не менее 70% (например, в соответствии с нормами международного стандарта API 5L).

В заявляемом химическом составе стали за основу принято уменьшенное количество углерода (0,07-0,11%). Для обеспечения в горячекатаном листе требуемого уровня прочностных свойств, соответствующих классу прочности К52-К60, вводится кремний в количестве 0,25÷0,45%, обеспечивающий рост прочности и вязкости при легировании и марганец в количестве 1,20÷1,65%, принятый традиционно в качестве одного из основных легирующих компонентов в низколегированных сталях, включая и трубный марочный сортамент (см., например, Матросов Ю.И., Литвиненко Д.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных трубопроводов. - М.: Металлургия, 1989. - 288 С.). Кроме того, для получения мелкозернистой микроструктуры за счет подавления роста зерен при рекристаллизации и после ее окончания традиционно применяется микролегирование карбонитридообразующимися элементами (Nb, Ti, V) в сотых долях процента. В заявляемом техническом решении в сталь вводятся 0,015-0,025% титана, 0,03÷0,08% ниобия и 0,02÷0,06% ванадия, являющиеся упрочняющими микролегирующими элементами. Для усиления упрочняющего эффекта дополнительно вводится по 0,08÷0,10% хрома и никеля.

Одним из главных условий получения требуемой мелкозернистой структуры феррита является наличие мелкозернистой структуры аустенита, которая, в свою очередь, может быть получена при определенных степенях и скоростях деформаций и температурах прокатываемого металла, так как она зависит от скорости рекристаллизации при прокатке. При этом 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. Таким образом, определяющими параметрами горячей прокатки листов будут являться температуры черновой стадии прокатки и последующей чистовой прокатки. 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.

Температура черновой прокатки (1050±60°C) определяется следующим.

Проведенные в условиях толстолистового стана 5000 ОАО «ММК» многочисленные исследования показали, что при более высоких температурах (выше 1110°C) в микроструктуре раската для выбранного химического состава наступает бурный рост зерна аустенита. То есть при более высоких температурах будут созданы условия для формирования крупного зерна (7-9 баллов вместо требуемых 10-11 баллов). В результате в готовом горячекатаном листе трубного сортамента не будет обеспечен требуемый для классов прочности К52-К60 уровень механических свойств - прочностных, пластических и вязких. С другой стороны, при меньших температурах (менее 990°C) возникает проблема выравнивания температуры по сечению слитка после аустенизации, что связано со сложностью поддержания равности температуры по всему его объему.

Температурные условия начала чистовой прокатки объясняются необходимостью проведения определенного подстуживания раската после черновой прокатки для стабилизации температуры по сечению и обеспечения оладьеобразной формы зерна, которая обеспечивает лучшую выкатываемость в процессе последующей деформационной обработки. При этом наиболее оптимальной температурой является температура начала чистовой стадии в диапазоне 830÷890°C.

Учитывая, что температурные условия конца прокатки необходимо принимать такими, чтобы обеспечить формирование микроструктуры в однофазной (аустенитной) области кристаллизации стали, то наиболее оптимальной для заявляемого химического состава стали будет температура конца чистовой прокатки, соответствующая диапазону 800÷840°C, так как при этом 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 приводят к росту балла зерна, соответственно, снижая прочностные параметры проката. Снижение нижнего диапазона формирует повышенную разнобальность зерна (более 3-х смежных баллов), а также возрастает вероятность критичного искажения геометрической формы листа, связного в этом случае со значительным градиентом температуры по сечению проката.

Пример осуществления способа.

Выплавляют кислородно-конвертерным методом сталь заявленного химического состава (см. табл.1). После проведения внепечной обработки металла и введения требуемых добавок осуществляют непрерывную разливку стали с последующей ее кристаллизацией и порезкой на слябы.

Слябовую заготовку толщиной 250÷300 мм из стали марки с соответствующим с химическим составом нагревают в методической печи до требуемой температуры. После этого на толстолистовом стане 5000 ОАО «ММК» при температуре 1050±60°C, производят черновую стадию прокатки в раскат промежуточной толщины. Далее осуществляют подстуживание раската на воздухе до соответствующей температуры 830÷890°C, при которой начинают чистовую стадию горячей прокатки до конечной толщины 14-21 мм. При этом температуру конца прокатки (Ткп) устанавливают равной 800÷840°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. 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 2.

Заявляемая технология производства металлопроката на примере изготовления горячекатаных листов класса прочности К52-К60 обеспечивает получение следующих механических свойств: временное сопротивление разрыву σ_в>520 H/мм², относительное удлинение δ₅ в пределах 23-31%, ударная вязкость KCU_-60=230-320 Дж/см², KCV_-20=205-345 Дж/см², доля вязкой составляющей в изломе при ИПГ>80%.

Выбранная совокупность признаков позволяет 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.