Способ производства толстолистового проката из высокопрочной хладостойкой стали

Способ производства толстолистового проката из высокопрочной хладостойкой стали

Реферат

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения методом термомеханической обработки.

Известен способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформацию в реверсивном режиме при температуре ниже температуры рекристаллизации аустенита с подстуживанием в процессе прокатки со скоростью 3-15°С, последующее охлаждение листа на воздухе до температуры не ниже Ar₁+50°С и далее со скоростью 6-30°С/с до температуры (Ar₁ -30°С)…500°С, а затем на спокойном воздухе до температуры окружающей среды (авт. свид. СССР №1447889, кл. C21D 8/00, 1987 г.).

Известен также способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме и охлаждение проката, при этом выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод	0,05-0,15
Марганец	1,0-1,7
Кремний	0,15-0,4
Ниобий	0,01-0,04
Ванадий	0,03-0,07
Титан	0,01-0,04
Кальций	0,001-0,01
Азот	0,003-0,01
Медь	0,02-0,03
Никель	0,01-0,3
Алюминий	0,02-0,06
Сера	0,001-0,008
Железо	Остальное

при соотношении Ca/S=0,05-2,0 и Ni+Ti+V≤0,1-0,12, аустенизацию осуществляют при температуре на 60-100°С ниже температуры растворимости нитридов титана, предварительную деформацию заканчивают при температуре Ar₃+(120-180°С), подстуживают со скоростью 0,5-4,0°С/с до температуры Ar₃+40-Ar₃-10°С, деформируют при этой температуре и заканчивают при температуре Ar₃ -(20-100°С), а охлаждают со скоростью 1-4°С/с до температуры Ar₃-(150-250°С) (RU №2000338, кл. C21D 1/02, 1993 г.).

Известен способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации, охлаждение проката, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод	0,02÷0,10
Марганец	0,6÷1,6
Кремний	0,1÷0,4
Ниобий	0,02÷0,12
Хром	0,1÷0,3
Никель	0,1÷0,3
Медь	0,1÷0,3
Алюминий	0,01÷0,1
Титан	0,005÷0,05
Кальций	0,0001÷0,01
Сера	0,0005÷0,006
Фосфор	0,002÷0,025
Железо	Остальное

при соотношении Cr+Ni+Cu≤0,6, окончательную деформацию осуществляют в непрерывном режиме в интервале температур 980÷730°С с суммарной степенью обжатия 65÷80%, частными обжатиями 10÷12% и скоростью деформации 10^-2÷10 с^-1, а охлаждение подката в паузах между частными обжатиями производят со скоростью 5÷30°С/с, кроме того, после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение проката со скоростью 5÷30°С/с до температуры 650÷500°С и далее охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды, а после охлаждения проката до температуры 650÷500°С производят его охлаждение со скоростью 5÷10°С/ч до температуры окружающей среды (RU 2255987, 2004.07.19, C21D 8/02, C21D 1/02).

Основными недостатками известных способов производства являются недостаточная прочность, неудовлетворительные показатели текучести, ударной вязкости, хладостойкости получаемого проката, а также свариваемости.

Техническим результатом данного изобретения является получение проката ответственного назначения с повышенными показателями прочности, при одновременном повышении хладостойкости и низкотемпературной вязкости, а также отсутствие анизотропии свойств по ударной вязкости в продольном и поперечном направлении проката.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства толстолистового проката из высокопрочной и хладостойкой стали, включающем выплавку стали, непрерывную разливку на заготовки, нагрев слябов, предварительную и окончательную прокатку и ускоренное охлаждение, выплавляют сталь следующего состава, мас.%:

С - 0,02-0,15

Mn - 1,20-2,0

Si - 0,10-0,50

Nb - 0,010-0,10

Al - 0,01-0,07

Ti - 0,005-0,04

N - 0,003-0,012

S - 0,0005-0,010

P - 0,001-0,015

Fe - остальное.

После нагрева слябы предварительно прокатывают с общей деформацией 50-70% в направлении, перпендикулярном оси сляба, а затем производят окончательную прокатку в области ниже температуры рекристаллизации при температуре 900-750°С сначала в направлении, перпендикулярном оси, а затем вдоль оси раската с суммарной деформацией 65-80%, причем 30-40% от общей деформации приходится на прокатку в направлении, перпендикулярном оси раската, после чего ускоренно охлаждают от температуры Ar₃±20°С до температуры 600-400°С, а затем охлаждают замедленно до температуры 20-200°С со скоростью 0,05-0,15 град/с.

В состав стали могут вводить один или несколько элементов из ряда, мас.%:

Мо - 0,05-0,35

V - 0,01-0,15

Ni - 0,10-0,50

Cu - 0,1-0,50

Cr - 0,1-0,50

Ca - 0,0002-0,005.

Выбранные пределы содержания углерода в сочетании с марганцем и ниобием должны обеспечить в прокате, произведенном по предложенным режимам, получение феррито-бейнитной структуры и достижение высоких значений временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения при сохранении хорошей свариваемости. Заявленные содержания кремния и алюминия должны обеспечить необходимую чистоту стали по неметаллическим включениям и кислороду. Содержание титана в заявленных пределах обеспечивает связывание азота в стойкие нитриды, а выбранные пределы содержаний серы и фосфора - получение высоких значений ударной вязкости при отрицательных температурах. Ниобий в заявленных пределах содержания сдерживает рост зерна аустенита при нагреве, тормозит рекристаллизацию в области температур, соответствующей временной паузе между предварительной и окончательной прокаткой, что способствует созданию дополнительных центров образования новой фазы (феррита) при γ→α превращении и, следовательно, измельчению зерна феррита. Кроме того, выделение дисперсных карбонитридов ниобия способствует повышению прочностных характеристик стали благодаря дисперсионному упрочнению.

Заявленные режимы предварительной прокатки, окончательной прокатки и ускоренного охлаждения до температуры бейнитного превращения: 600-400°С способствуют формированию однородной, дисперсной, бесполосчатой феррито-бейнитной структуры с повышенными показателями прочности, текучести, хладостойкости и свариваемости. Регламентированные степени обжатия поперек и вдоль оси сляба на стадии окончательной прокатки приводят к уменьшению различий в величинах ударной вязкости образцов, вырезанных в продольном и поперечном направлении, при этом коэффициент анизотропии стремится к единице.

Пример осуществления способа.

Сталь выплавляли в кислородном конвертере. После выпуска металла производили его обработку в ковше и разливали на МНЛЗ. При внепечной обработке металла в ковше проводили окончательное раскисление, рафинирование, продувку нейтральным газом и модифицирующую обработку кальцием. В результате выплавки и внепечной обработки получили сталь следующего химического состава (мас.%): С - 0,05; Mn - 1,80; Si - 0,15; Nb - 0,07; Ti - 0,020; Mo - 0,25; Cu - 0,10; Ni - 0,16; Al - 0,03; N - 0,008; S - 0,002; P - 0,012; Fe - остальное.

Прокатку слябов размером 246×1550 мм на лист толщиной 24,5 мм производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Нагрев слябов под прокатку производили до температуры 1180±10°С. Предварительную деформацию осуществляли за 5 проходов со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 980°С, при этом суммарная деформация перпендикулярно оси сляба составляла 60%. Толщина подката составляла 98 мм. Окончательную деформацию осуществляли за 12 проходов со степенью обжатия за проход 12÷15% при температуре 900-790°С, с общей степенью деформации 75%, причем деформация перпендикулярно оси раската (в первых 3-х проходах окончательной прокатки) составляла 35% от общей деформации, после кантовки раскат докатывали до заданной толщины в направлении вдоль оси раската, при этом деформация в продольном направлении составляла 65% от общей деформации в окончательной стадии прокатки. После завершения окончательной прокатки при температуре 790°С производили ускоренное охлаждение проката со скоростью 12,0 град/с до температуры 550°С. Затем осуществляли замедленное охлаждение до температуры 100°С со скоростью 0,10 град/с.

Состав стали, технологические режимы прокатки и комплекс полученных свойств указаны в таблицах 1, 2, 3.

Таблица 1
Химический состав экспериментальных плавок
Вариант плавки	Содержание химических элементов, %
C	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	Al	Ti	N	S	P	Nb	V	Mo
1	0,08	1,70	0,17	0,10	0,10	0,07	0,02	0,01	0,009	0,005	0,012	0,045	0,06	-
2	0,04	2,00	0,40	0,1	0,5	0,25	0,035	0,01	0,005	0,001	0,009	0,08	-	0,35
3	0,05	1,80	0,15	-	0,16	0,10	0,03	0,020	0,008	0,002	0,012	0,07	-	0,25
4*	0,15	1,7	0,1	-	-	0,3	0,06	0,03	0,01	0,008	0,020	0,03	0,06	-
* - сравнительный вариант

Таблица 3
Механические свойства экспериментальных сталей
Вариант плавки	σт, Н/мм2	σв, Н/мм2	Ударная вязкость KCV, Дж/см2 при -20°С	Анизотропия ударной вязкости, А	Хладостойкость основного металла, Т 80°С
1	610	730	260	0,95	-60
2	590	715	420	1,0	-80
3	560	680	350	1,05	-70
4*	-	630	-	-	-35

1. Способ производства толстолистового проката из высокопрочной и хладостойкой стали, включающий выплавку стали, непрерывную разливку на заготовки, нагрев слябов, предварительную и окончательную прокатку и ускоренное охлаждение, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего состава, мас.%:,

C	0,02-0,15
Mn	1,20-2,0
Si	0,10-0,50
Nb	0,010-0,10
Al	0,01-0,07
Ti	0,005-0,04
N	0,003-0,012
S	0,0005-0,010
P	0,001-0,015
Fe	остальное

причем после нагрева слябы предварительно прокатывают с общей деформацией 50-70% в направлении, перпендикулярном оси сляба, а затем производят окончательную прокатку в области ниже температуры рекристаллизации при температуре 900-750°С с суммарной деформацией 65-80%, причем 30-40% от общей деформации приходится на прокатку в направлении, перпендикулярном оси раската, после чего прокат ускоренно охлаждают от температуры Ar₃±20°С до температуры 600-400°С, а затем охлаждают замедленно до температуры 20-200°С со скоростью 0,05-0,15 град/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что состав стали содержит один или несколько элементов из ряда, мас.%:

Мо	0,05-0,35
V	0,01-0,15
Ni	0,10-0,50
Cu	0,1-0,50
Cr	0,1-0,50
Ca	0,0002-0,005