СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству термически обработанного листового проката, используемого, в частности, для изготовления электросварных нефтегазопроводных труб.

Известен способ производства листового проката, включающий получение заготовок из стали определенного химического состава, аустенизацию, предварительную и окончательную деформацию, охлаждение проката с температуры 760-900°C до температуры 300-20°C со скоростью 10-60°C/с, повторный нагрев до температуры 590-740°C с выдержкой 0,2-3,0 мин/мм и окончательное охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды (патент РФ №2062795, МПК C21D 9/46). Изготовленный в соответствии с данным способом листовой прокат, имеющий достаточные прочностные характеристики, не обладает необходимой коррозионной стойкостью, что препятствует его использованию для изготовления труб, предназначенных для транспортировки нефти и нефтепродуктов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является способ производства листового проката (патент РФ №2430978, МПК C21D 9/46), согласно которому осуществляют выплавку низкоуглеродистой низколегированной стали, получение заготовки, предварительную и окончательную деформацию, контролируемое охлаждение проката с температуры конца деформации, находящейся в интервале Ac₃+(20-40)°C, до температуры 530-570°C со скоростью 30-40°C/с, а отпуск проводят при температуре 665-695°C с выдержкой 0,2-4,0 мин/мм. В процессе промышленной реализации указанного способа было обнаружено, что при производстве листового проката толщиной менее 12 мм наблюдается его неплоскостность (коробление), что снижает производительность процесса и обуславливает дополнительные затраты при изготовлении проката различной толщины.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении области применения способа, т.е. обеспечении возможности использования его при производстве листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей с широким диапазоном толщины, позволяющим изготавливать различный сортамент электросварных коррозионно-стойких нефтегазопроводных труб.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении стабильности необходимого уровня прочностных, вязкопластических характеристик и коррозионной стойкости листового проката различной толщины.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в способе производства листового проката, включающем выплавку низкоуглеродистой низколегированной стали, получение заготовки, предварительную и окончательную деформацию, контролируемое охлаждение проката и отпуск с охлаждением на воздухе до температуры окружающей среды, согласно предлагаемому техническому решению контролируемое охлаждение проката осуществляют с температуры окончания деформации, находящейся в интервале 820-830°C, до температуры 585-615°C со скоростью не более 20°C/с, а отпуск проводят при температуре Ac₁+(10-30)°C с выдержкой 2,0-4,0 мин/мм толщины. При этом для производства данного листового проката предлагается использовать сталь, содержащую ванадия не более 0,15 мас.%.

Возможность получения указанного технического результата при реализации предложенного способа подтверждается следующим. Проведенные исследования показали, что коробление листового проката при осуществлении способа-прототипа может быть связано с неравномерностью температуры по длине раската после окончания деформации или фазовыми превращениями в металле на последней стадии деформации и последующего ускоренного охлаждения. Для исключения этого явления оказалось необходимым осуществлять прокатку с изменением температурных интервалов окончания деформации до 820-830°C, а для дополнительного снижения неплоскостности также необходимо снижение интенсивности ускоренного контролируемого охлаждения до 20°C/сек. Однако данный режим не обеспечивает получения требуемого уровня прочностных, вязкопластических характеристик и коррозионной стойкости в состоянии после контролируемой прокатки и последующего ускоренного охлаждения. В металле проката формируется феррито-перлито-бейнитная структура, обеспечивающая повышенные значения предела текучести, соотношение σ_т/σ_в>0,87 и низкую ударную вязкость. В результате после проведения отпуска при температуре 650-680°C (способ-прототип) формируется феррито-перлитная структура. Зерна перлита наследуют форму от реек бейнита и остаточного аустенита, образовавшихся при прокате. В зернах феррита выделяются когерентно-связанные с матрицей карбиды VC. Данные выделения вызывают повышение предела прочности и предела текучести металла и снижение ударной вязкости. Проведенные исследования показали, что для достижения необходимого комплекса свойств металл после контролируемой прокатки должен подвергаться более высокому отпуску при температуре печного пространства Ac₁+(10-30)°C с выдержкой 2,0-4,0 мин/мм.

При нагреве в межкритический интервал температур с выдержкой 2,0-4,0 мин/мм в металле происходит ряд превращений. Во-первых, протекает коагуляция пластинок цементита с формированием скопления округлых выделений. Во-вторых, одновременно с данным процессом происходит формирование зерен феррита и аустенита. При нагреве выше Ac₁ в металле происходит перераспределение углерода и легирующих элементов. Легирующие элементы стали диффундируют в аустенит. Поскольку сталь легирована ванадием, то при нагреве на температуру Ac₁+(10-30)°C в зернах аустенита выделяются карбиды и карбонитриды ванадия. Данные карбиды имеют некогерентную связь с матрицей и выделяются на дефектах кристаллической решетки. Карбиды и карбонитриды ванадия не склонны к коагуляции, поэтому, выделяясь на дефектах и границах, они тормозят разупрочнение и рост зерна. Формирование мелкозернистой структуры обеспечивает высокую пластичность, хладостойкость и прочность.

Таким образом, в результате высокотемпературного отпуска при данной температуре и выдержке в течение указанного времени формируется однородная мелкозернистая структура, представленная зернами феррита и отдельными зернами с феррито-карбидной смесью. Карбиды имеют округлую форму. Помимо карбидных превращений в структуре стали развивается рекристаллизация феррита с образованием новых зерен, свободных от микродефектов.

Сущность предложенного технического решения поясняется примером конкретного выполнения. Была выплавлена сталь, содержащая 0,11% углерода, 0,57% кремния, 0,55% марганца, 0,07% ванадия, 0,07% хрома, 0,013% молибдена, 0,03%ниобия, 0,21% никеля, 0,004% титана, 0,029% алюминия, 0,002% серы, 0,009% фосфора. Выплавка осуществлялась в электропечи с последующей обработкой на установке печь-ковш. Разливка стали производилась на машине непрерывного литья заготовок с последующей противофлокеновой обработкой слябов в отапливаемых колодцах. Прокатку на лист толщиной 11 мм вели в реверсивном режиме. Температура окончания деформации составляла 820-830°C, температура после охлаждения со скоростью 15-20°C/с составляла 585-615°C. Дополнительный нагрев проводили в проходной роликовой печи с температурой по зонам нагрева в интервале 745-765°C с удельным временем нагрева 3 мин/мм. Критическая точка Ас₁ для данного химического состава стали составляет 735°C.

Испытания механических свойств были проведены в соответствии с ГОСТ 1497-84, испытания на ударную вязкость - ГОСТ 9454-78, коррозионные испытания - со стандартами NACE TM0177 и NACE TM0182 в среде типа А по NACE TM0177.

В таблице 1 приведены режимы термообработки листового проката, в таблице 2 - результаты испытаний.

Как видно из приведенных результатов, совокупность всех режимов заявляемого способа позволяет при изготовлении листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей избежать его коробления, одновременно обеспечивая при этом необходимый для нефтегазопроводных труб комплекс механических характеристик, коррозионной стойкости и хладостойкости.