Трубная заготовка из микролегированной стали

Трубная заготовка из микролегированной стали

Реферат

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм из микролегированной стали, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения.

Известна трубная заготовка из низколегированной стали, содержащей (мас.%): углерод 0,05-0,30, марганец 0,35-1,50, кремний 0,15-1,0, хром 0,005-0,5, никель 0,005-0,50, медь 0,005-0,50, сера не более 0,015, фосфор не более 0,020, алюминий 0,01-0,05, ниобий 0,01-0,06, железо и неизбежные примеси остальное. Горячекатаная трубная заготовка имеет высокий уровень чистоты стали по неметаллическим включениям и определенную микроструктуру (RU 2221875 C2, 20.01.2004, С21С 5/52).

Наиболее близким аналогом является известный способ производства бесшовных труб, в котором раскрыта трубная заготовка из микролегированной стали, горячекатаная, имеющая заданные параметры по неметаллическим включениям, механическим свойствам, размеру действительного зерна и определенную микроструктуру (RU 2210604 С2, C21D 8/10, 20.08.2003).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовке из микролегированной стали, является, с одной стороны, обеспечение заданной структуры, улучшение параметров металлургического качества: однородности микро- и макроструктуры при низком содержании неметаллических включений, с другой стороны - обеспечение повышенного комплекса потребительских свойств.

Техническим результатом изобретения является обеспечение повышенного уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Поставленный технический результат достигается тем, что в трубной заготовке из микролегированной стали, непрерывнолитой, горячекатаной, имеющей заданные параметры металлургического качества по неметаллическим включениям и структуре, механических свойств, сталь содержит следующие соотношения компонентов в мас.%:

углерод	0,16-0,27
марганец	0,34-1,00
кремний	0,17-0,37
хром	0,005-0,20
молибден	0,001-0,10
медь	0,005-0,20
никель	0,005-0,20
азот	0,005-0,008
ниобий	0,005-0,010
ванадий	0,005-0,020
титан	0,005-0,040
железо и неизбежные примеси	остальное

при выполнении следующих соотношений элементов:

V+Nb≤0,02,

C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0,43,

трубная заготовка имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна - 5-8 баллов, по макроструктуре - центральная пористость, точечная неоднородность, светлый контур, подусадочная ликвация не более 2 баллов по каждому виду, ликвационные полоски - не более 1 балла, по неметаллическим включениям сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформирующие - не более 2,5 баллов по каждому виду включений. Механические свойства после нормализации - временное сопротивление разрыву не менее 415 Н/мм², предел текучести не менее 241 Н/мм², относительное удлинение не менее 24%. В качестве неизбежных примесей сталь дополнительно содержит в мас.%: алюминий не более 0,050, сера не более 0,025, фосфор не более 0,025.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии феррито-перлитную мелкодисперсную структуру, низкое содержание неметаллических включений, однородную макроструктуру и благоприятное сочетание характеристик прочности и пластичности.

Углерод вводится в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода 0,27% обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,16% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец, молибден и хром используются, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца 1,00%, молибдена 0,10% и хрома 0,20% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,34%, 0,001% и 0,005% соответственно - необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности, прокаливаемости и теплостойкости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию 0,17% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,37% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Ванадий, ниобий и титан вводятся в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной, однородной зеренной структуры. При этом они управляют процессами в нижней части аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер γ-α-превращения. Верхняя граница содержания ванадия 0,02%, ниобия 0,01% и титана 0,040% обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,005%, 0,005%, 0,005% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота 0,008% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,005% - вопросами технологичности производства.

Никель в заданных пределах влияет на характеристики прокаливаемости и вязкости стали. При этом нижний уровень содержания никеля 0,005% обусловлен необходимостью обеспечения заданного уровня вязкости стали, а верхний - 0,20% - необходимостью получения мартенситной структуры при закалке стали (так как никель является аустенитизатором).

Медь определяет характеристики горячей пластичности стали. При этом нижний уровень ее содержания 0,005% определяется требованиями обеспечения заданного уровня пластичности стали. Верхний уровень 0,20% обусловлен необходимостью обеспечить заданный уровень прокаливаемости стали.

Для обеспечения заданного уровня пластичности стали требуется выполнение следующего соотношения элементов:

V+Nb≤0,02.

Соотношение C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0,43 определяет условия свариваемости заготовки.

Пример изготовления трубной заготовки. Выплавку стали, химический состав в мас.%: углерод 0,19, марганец 0,95, кремний 0,26, хром 0,12, никель 0,10, молибден 0,06, медь 0,09, ниобий 0,01, ванадий 0,01, титан 0,02, азот 0,007, при

V+Nb=0,02,

C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0,40,

производят в 150-тонных дуговых сталеплавильных печах ДСП с использованием в шихте 100% металлизованных окатышей, что обеспечивает получение массовой доли азота перед выпуском из ДСП не более 0,003%, а также низкое содержание цветных примесей. Предварительное легирование металла по марганцу и кремнию производят в ковше при выпуске из ДСП. После выпуска производилась продувка металла аргоном через донный продувочный блок, во время которой сталь раскисляется алюминием. После этого металл поступает на агрегат комплексной обработки стали (АКОС), на котором имеется возможность нагрева металла до необходимой температуры, продувки его аргоном через донный продувочный блок, дозированной присадки необходимых ферросплавов и обработки стали порошковой проволокой с различными наполнителями. На АКОСе производят наведение рафинировочного шлака присадкой извести и плавикового шпата, раскисление шлака гранулированным алюминием, легирование металла алюминием до содержания 0,050%, доводку металла по содержанию марганца, нагрев до температуры, обеспечивающей дальнейшую обработку. После обработки на АКОС металл подвергают вакуумной обработке на порционном вакууматоре. Во время вакуумирования производится окончательная корректировка по химическому составу. После вакуумирования металл обрабатывается силикокальцием и передается на разливку. Разливка производят на четырехручьевых УНРС радиального типа в слиток размерами 300×360 мм со скоростью вытягивания 0,6-0,7 м/мин с защитой металла от окисления путем использования покровных шлаковых смесей в промежуточном ковше и кристаллизаторе, защитных труб, погружных стаканов и подачей аргона. Это также обеспечивает получение низкого содержания азота и кислорода и чистоту металла по неметаллическим включениям. После разливки и пореза на мерную длину полученные непрерывнолитые заготовки охлаждают в печах контролируемого охлаждения. Горячую прокатку сортового проката начинают при температуре 1180-1150°С и заканчивают при температуре 840-950°С. После прокатки проводят нормализацию для определения механических свойств.

Механические характеристики при комнатной температуре определяют на образцах тип I, ГОСТ 1497-84, на испытательной машине "INSTRON-1185" с тензометрической регистрацией деформации. Скорость нагружения образца - 5 мм/мин. Определяют характеристики прочности σ_b и σ_0.2 и пластичности - δ и ϕ.

Средние значения характеристик подсчитывают по результатам испытаний не менее трех образцов на точку. Значимость различий средних значений анализируемых величин оценивают с использованием критерия Стьюдента, вычисляемого следующим образом:

,

где M₁ и М₂ - средние значения сравниваемых величин; S₁ ² и S₂ ² - дисперсии среднего; t_KR ^0.05(α) - критическое значение критерия Стьюдента при уровне значимости 0,95 и числе степеней свободы α.

Макроструктуру контролируют в соответствии с ТУ 14-1-5212-93 и ГОСТ 10243-75.

В результате горячей прокатки получают трубную заготовку ⊘110 мм, длиной - 11800 мм, структура феррито-перлитная, балл действительного зерна - 7. Макроструктура: центральная пористость 1 балл, точечная неоднородность 1 балл, светлый контур 1 балл, подусадочная ликвация 1 балл, ликвационные полоски 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды 1,0 балл, оксиды точечные 0,5 балла, оксиды строчечные 1 балл, силикаты хрупкие 0,5 балла, силикаты пластичные 0,5 балла, силикаты недеформирующие 1,5 балла. Механические свойства после нормализации 920°С, 1 час: временное сопротивление разрыву 452 Н/мм², предел текучести 323 Н/мм², относительное удлинение 26%,

V+Nb=0,02,

C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0,40.

Внедрение трубной заготовки из микролегированной стали позволило обеспечить повышенный уровень потребительских свойств проката при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низком содержании неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуре проката.

1. Трубная непрерывнолитая заготовка из микролегированной стали, горячекатаная, имеющая заданные параметры неметаллических включений, размера действительного зерна, механических свойств, макроструктуры, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод	0,16-0,27
марганец	0,34-1,00
кремний	0,17-0,37
хром	0,005-0,20
молибден	0,001-0,10
медь	0,005-0,20
никель	0,005-0,20
азот	0,005-0,008
ниобий	0,005-0,010
ванадий	0,005-0,020
титан	0,005-0,040
железо и неизбежные примеси	остальное,

при соблюдении условий: V+Nb≤0,02;

C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0,43,

при этом она имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-8 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 2 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным не более 2,5 баллов по каждому виду включений, временное сопротивление разрыву не менее 415 Н/мм², предел текучести не менее 241 Н/мм², относительное удлинение не менее 24%.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: алюминий не более 0,050, сера не более 0,025, фосфор не более 0,025.