СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОЛСТОЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ХЛАДОСТОЙКОЙ СТАЛИ
MANUFACTURING METHOD OF HOT-ROLLED PLATE FROM HIGH-STRENGTH COLD-RESISTANT STEEL

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения методом термомеханической обработки.
1
1
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 Ar+50°С и далее со скоростью 6-30°С/с до температуры (Ar -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
3
3
3
3
3
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 Ar+(120-180°С), подстуживают со скоростью 0,5-4,0°С/с до температуры Ar+40-Ar-10°С, деформируют при этой температуре и заканчивают при температуре Ar -(20-100°С), а охлаждают со скоростью 1-4°С/с до температуры Ar-(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
-2
-1
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÷10 с, 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.
3
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 Ar±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
<b>0,05</b>
<b>1,80</b>
<b>0,15</b>
-
<b>0,16</b>
<b>0,10</b>
<b>0,03</b>
<b>0,020</b>
<b>0,008</b>
<b>0,002</b>
<b>0,012</b>
<b>0,07</b>
-
<b>0,25</b>
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
σ<sub>т</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
σ<sub>в</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
Ударная вязкость KCV, Дж/см<sup>2</sup> 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<sup>*</sup>
-
630
-
-
-35