Способ производства хладостойкого листового проката (варианты)

Способ производства хладостойкого листового проката (варианты)

Реферат

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству толстолистового проката улучшенной свариваемости с гарантированной сопротивляемостью слоистым разрушениям, применяемого для топливно-энергетического комплекса, в судостроении, тяжелом машиностроении, мостостроении.

Известен способ производства листового проката с использованием нормализации, термомеханической обработки, закалки с отпуском из низколегированной стали повышенной прочности марки PC E36 по ГОСТ 5521 - (аналог), отвечающей правилам Российского Морского Регистра Судоходства в толщинах до 25-30 мм при температуре испытания на ударный изгиб -40°С, содержащей, мас. %: углерода - не более 0,18, марганец - 0,7-1,4, кремний - 0,15-0,35, хром - не более 0,3, никель - 0,2-0,8, медь - не более 0,35, алюминий - 0,015-0,06, фосфор - не более 0,35, сера - не более 0,35, железо - остальное.

Основным недостатком аналога является низкая хладостойкость листового проката при -40°С (нормируемой значение работы удара при температуре -40°С KV^-40≥27 Дж).

Наиболее близким по технологии изготовления является способ производства листового проката из стали следующего химического состава (мас.%), патент №2265067:

Углерод	0,04-0,10
Марганец	0,60-0,90
Кремний	0,15-0,35
Никель	0,10-0,40
Алюминий	0,02-0,06
Ниобий	0,02-0,06
Ванадий	0,03-0,05
Железо	остальное

при этом проводят аустенитизацию при температуре 1100-1150°С, предварительную деформацию с суммарной степенью обжатий 35-60% проводят при температуре 900-800°С, затем осуществляют охлаждение полученной заготовки на 50-70°, окончательную деформацию с суммарной степенью обжатий 65-75% проводят при температуре 830-750°С, ускоренное охлаждение листового проката проводят в установке контролируемого охлаждения до температур 500-260°С, далее замедленно охлаждают в кессоне до температуры не выше 150°С.

Недостатками прототипа являются низкая хладостойкость при температурах до -60°С для листов толщиной более 50 мм.

Техническим результатом изобретения является способ производства хладостойкого толстолистового проката повышенной прочности с гарантированной сопротивляемостью слоистым разрушениям в толщинах до 70 мм и шириной до 4500 мм, улучшенной свариваемости.

Технический результат достигается тем, что заготовки из стали следующего состава, мас.%: углерод - 0,04-0,09, марганец - 1,00-1,60, кремний - 0,15-0,30, никель - 0,10-0,80, алюминий - 0,02-0,06, молибден - 0,01-0,08, ниобий - 0,02-0,08, ванадий - 0,02-0,08, сера - 0,001-0,008, фосфор - 0,003-0,012, железо - остальное, с ограниченной величиной углеродного эквивалента (С_экв≤0,38%) и коэффициента трещиностойкости (P_cm≤0,22), при этом проводят аустенитизацию при температуре 1140-1170°С, предварительную деформацию при температуре 940-990°С с суммарной степенью обжатий 58-65% с регламентированными обжатиями при первых четырех проходах в пределах 12-30%: (12-15%)-(13-17%)-(14-18%)-(14-20%), далее осуществляют охлаждение полученной заготовки на 70-100°), окончательную деформацию проводят при температуре 830-750°С с суммарной степенью обжатий 35-42%, ускоренное охлаждение до температур 550-400°С, далее замедленно охлаждают в кессоне до температуры не выше 150°С.

Основными факторами упрочнения (повышения предела текучести) являются твердорастворное, дислокационное, субструктурное и дисперсионное упрочнение.

Повышение предела текучести стали обычно приводит к увеличению склонности к хрупким разрушениям. Единственным механизмом, который одновременно с приростом предела текучести вызывает повышение хладостойкости, является измельчение действительного зерна. Измельчение структуры достигается применением легирования ванадием и ниобием, которые, образуя мелкодисперсные карбиды, препятствуют росту зерна аустенита при нагреве и оказывают тормозящее действие на собирательную рекристаллизацию при высокотемпературной стадии прокатки. Легирование молибденом применяется для снижения температуры γ→α-превращения и дополнительного измельчения зерна феррита за счет образования дисперсной α-фазы при прохождении превращения в неравновесных условиях. Кроме обеспечения мелкозернистой структуры это вносит дополнительный вклад в реализацию зернограничного упрочнения.

Ограничение величины углеродного эквивалента и коэффициента трещиностойкости гарантирует высокую технологичность сварки при низких температурах окружающей среды без предварительного подогрева. Требования по максимальным значениям углеродного эквивалента и коэффициента трещиностойкости обеспечиваются при варьировании содержания химических элементов (табл.1).

Главной отличительной особенностью технологии является регламентирование первой стадии прокатки как по величине каждого из первых четырех обжатий, так и по температуре. Обжатия с деформацией не менее 12% при первом проходе и не менее 14% при 3-5 проходе позволяют в процессе динамической рекристаллизации сформировать мелкодисперсную карбидную фазу, предотвращающую прохождение собирательной рекристаллизации, и обеспечить измельчение структуры по всей толщине.

Применение термомеханической обработки с окончанием прокатки при температурах 830-750°С обеспечивает формирование мелкозернистой структуры с развитой субструктурой и равномерно распределенной мелкодисперсной карбидной фазой.

Ускоренное охлаждение проката в интервале температур от 830-750 до 550-400°С способствует образованию мелкозернистой структуры, состоящей из полигонального и фрагментированного феррита и бейнита. Последующее замедленное охлаждение обуславливает снятие термических напряжений.

Возможно использование второго способа производства хладостойкого проката, включающего получение заготовки из стали, при этом проводят аустенитизацию при температуре 1250-1270°С, дробную деформацию проводят при температуре 850-970°С, после чего прокат охлаждают со скоростью не более 0,5-1,0°/сек до температуры 800-650°С, дальнейшее охлаждение ведут со скоростью не более 0,1°/сек до температуры не выше 200°С и затем на воздухе, далее осуществляется нагрев до 940-960°С с выдержкой 1,5-2,0 мин/мм и последующим охлаждением со скоростью 7-40°/сек до температуры не выше 100°С и повторный нагрев до 650-680°С с выдержкой 2,0-3,0 мин/мм и охлаждением на воздухе.

Использование микролегирования обеспечивает формирование мелкозернистой структуры по всей толщине проката. Содержание никеля не более 0,8 мас.% и марганца не более 1,60 мас.% определяет широкий интервал скоростей охлаждения для получения заданной феррито-бейнитной структуры по всей толщине проката.

Регламентирование содержания примесных элементов, особенно серы, обеспечивает высокую сопротивляемость стали слоистым разрушениям в направлении толщины проката в составе сварных соединений.

Испытания листового проката, изготовленного по указанной технологии, показали, что предлагаемые режимы для заданного химического состава обеспечивают наряду с требуемой прочностью высокую работу удара при -60°С, улучшенную свариваемость и гарантированную сопротивляемость слоистым разрушениям в толщинах до 70 мм включительно.

Пример 1

Сталь была выплавлена в кислородном конверторе и после внепечного рафинирования разлита в непрерывнолитые слябы сечением 250×1600 мм.

Химический состав стали был следующим (состав 5, табл.1), мас.%: углерод 0,06, кремний 0,21, марганец 1,17, никель 0,67, алюминий 0,05, молибден 0,041, сера 0,003, фосфор 0,008, ниобий 0,038, ванадий 0,024, Сэкв=0,32.

Согласно указанному способу заготовки подвергали аустенитизации при температуре 1160°С в течении 12 часов.

Прокатку на листы толщиной 40, 50, 60 и 70 мм производили на одноклетьевом стане в реверсивном режиме. Предварительную деформацию проводили в диапазоне температур 990-960°С с суммарной степенью обжатия 58-65% со строго регламентированными обжатиями на первых четырех проходах в пределах 12-30%: 12, 14, 16, 20% соответственно. Подкат подстуживали до температуры 890-860°С. Окончательную деформацию производили при температуре 810-760°С с суммарными обжатиями 35-42%. После окончания деформации листы охлаждали в установке контролируемого охлаждения до температуры 470-510°С за один проход. Замедленное охлаждение проводили в кессоне до температуры 150°С, окончательное охлаждение - на воздухе до температуры окружающей среды.

Пример 2

По второму способу сталь подвергали аустенитизации при температуре 1250°С, деформацию проводили при температуре 950-970°С, после чего прокат охлаждали со скоростью не более 0,5-1,0°/сек до температуры 690°С и далее со скоростью 0,08°/сек до температуры не более 200°С с дальнейшим охлаждением на воздухе. Затем нагревали до 950°С с выдержкой 2,3 мин/мм и далее охлаждали со скоростью 13-17°/сек до температуры не выше 100°С и повторно нагревали до 660°С с выдержкой 1,7 мин/мм и охлаждали на воздухе

Механические свойства определяли на продольных и поперечных образцах. Испытания на статическое растяжение проводили на образцах тип III №4 ГОСТ 1497, а на ударный изгиб на образцах с V-образным надрезом (тип 11, ГОСТ 9454) при температуре -60°С. Образцы вырезали как из 1/4, так и из 1/2 по толщине. Z-свойства определяли при растяжении образцов, вырезанных в направлении толщины листа, причем определялось только относительное сужение.

Механические свойства листов приведены в таблице 1.

Определена температура нулевой пластичности NDT в соответствии с ASTM А208, составившая -65÷-75°С при норме не выше -50°С.

Оценку свариваемости выполняли на сварных соединениях с К-образной разделкой, сваренных автоматической сваркой под флюсом с погонной энергией 3,5 кДж/мм без послесварочного отпуска.

Были испытаны на растяжение плоские образцы с расчетной длиной , вырезанные из сварных соединений, на ударный изгиб - образцы с V-образным надрезом, выполненным перпендикулярно поверхности проката по линии сплавления, и на расстоянии 2, 5, 20 мм от линии сплавления сварного соединения. Определена твердость по Виккерсу в зоне термического влияния и в основном металле, результаты приведены в таблицах 2, 3.

Таблица 1
Состав	С	Si	Mn	P	S	Ni	Al	Mo	Nb	V	Fe	Сэкв, %	Pcm, %
Заявляемая I вариант	0,10	0,15	1,00	0,03	0,001	0,10	0,02	0,01	0,02	0,02	остальное	0,28	0,15
0,06	0,21	1,17	0,005	0,003	0,67	0,05	0,041	0,038	0,024	0,31	0,13
0,04	0,35	1,40	0,012	0,008	0,80	0,06	0,08	0,06	0,10	0,36	0,14
Заявляемая II вариант	0,09	0,15	1,6	0,003	0,001	0,10	0,02	0,01	0,02	0,02	0,37	0,17
0,06	0,25	1,3	0,007	0,004	0,50	0,04	0,04	0,05	0,05	0,33	0,14
0,04	0,30	1,00	0,012	0,008	0,80	0,06	0,08	0,08	0,08	0,29	0,12
Прототип	0,04	0,23	0,9	0,007	0,004	0,4	0,04	0,08	0,06	0,05	0,249	0,11

Таблица 2
арка стали	Температура проведения первой стадии, °С	Деформация на первой стадии, %	Температура конца охлаждения, °С	Предел текучести, МПа	Временное сопротивление, МПа	Относительное удлинение, %	Относительное сужение, %	Работа удара, KV60, Дж, среднее из трех значений
1/4 толщины	1/2 толщины
Заявляемая (способ 1) δ=70 мм	990-970	15-16-17-20	470	440	534	30	76	224	205
970-940	475	480	554	25	68	331	239
980-950	455	477	556	26	65	269	248
(способ 2) δ=70 мм	950-970	-	Закалка и отпуск	475	527	26	73	243	180
Прототип δ=60 мм	890-860	7-8-11-12-7-8	370	284	390	28	62	238	170

Таблица 3
Марка стали	Временное сопротивление, МПа	Работа удара KV-60, Дж, на расстоянии от ЛС, мм	Твердость HV5	Изгиб на 120°
0 (факультативно)	2	5	20	ЗТВ	Основной металл	Вдоль	Поперек
Заявляемая (способ 1) δ=70 мм	551	143	225	272	224	210	195	Трещин нет	Трещин нет
(способ 2) δ=70 мм	523	95	178	210	154	197	186	Трещин нет	Трещин нет
Прототип δ=40 мм	370	158	180	215	195	180	175	Трещин нет	Трещин нет

1. Способ производства хладостойкого проката, включающий получение заготовки из стали, аустенитизацию заготовки, дробную деформацию и ступенчатое охлаждение до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что заготовку получают из стали, содержащей, мас.%:

углерод	0,04-0,10
марганец	1,00-1,40
кремний	0,15-0,35
никель	0,10-0,80
алюминий	0,02-0,06
молибден	0,01-0,08
ниобий	0,02-0,06
ванадий	0,02-0,10
сера	0,001-0,008
фосфор	0,003-0,012
железо	остальное

при этом углеродный эквивалент (Сэкв) составляет не более 0,38, а коэффициент трещиностойкости (Pcm) - не более 0,22, аустенитизацию заготовки осуществляют при 1140-1170°С, проводят предварительную деформацию при 940-990°С с суммарной степенью обжатий 58-65% и с регламентированными степенями обжатия на первых четырех проходах в пределах 12-30%, соответственно 12-15%, 13-17%, 14-18%, 14-20%, затем охлаждают полученную заготовку на 70-100°С, проводят окончательную деформацию при 830-750°С с суммарной степенью обжатий 35-42% и охлаждают сначала ускоренно до 550-400°С, а затем замедленно в кессоне до температуры не выше 150°С.

2. Способ производства хладостойкого проката, включающий получение заготовки из стали, аустенитизацию заготовки, дробную деформацию и ступенчатое охлаждение до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что заготовку получают из стали, содержащей, мас.%:

углерод	0,04-0,09
марганец	1,00-1,60
кремний	0,15-0,30
никель	0,10-0,80
алюминий	0,02-0,06
молибден	0,01-0,08
ниобий	0,02-0,08
ванадий	0,02-0,08
сера	0,001-0,008
фосфор	0,003-0,012
железо	остальное

при этом углеродный эквивалент (Сэкв) составляет не более 0,38, а коэффициент трещиностойкости (Pcm) - не более 0,22, аустенитизацию осуществляют при 1250-1270°С, проводят дробную деформацию при 850-970°С и охлаждают сначала со скоростью не более 0,5-1,0°С/с до температуры 800-650°С, затем со скоростью не более 0,1°С/с до температуры не выше 200°С и затем на воздухе, далее осуществляют нагрев до 940-960°С с выдержкой 1,5-2,0 мин/мм с последующим охлаждением со скоростью 7-40°С/с до температуры не выше 100°С и повторный нагрев до 650-680°С с выдержкой 2,0-3,0 мин/мм и охлаждением на воздухе.