ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
PIPE SHELL MADE OF LOW-ALLOY STEEL

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 80 до 180 мм.
Известна трубная заготовка из низколегированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, молибден, ванадий, хром, алюминий, азот, серу, фосфор, цинк, свинец, олово, висмут, сурьму (SU 1754790 A1, С22С 38/60, 15.08.1992).
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является трубная заготовка из низколегированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, никель, ванадий, ниобий, титан, алюминий, кальций, серу, фосфор, азот, медь, сурьму, олово, мышьяк, молибден, железо остальное, горячекатаная, с заданными параметрами металлургического качества, структуры, механических свойств, прокаливаемости (RU 2252972 C1, C21D 9/08, 27.05.2005).
Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовке из легированной стали, является, с одной стороны, обеспечение однородности макро- и микроструктуры, низкого содержания неметаллических включений, с другой стороны, обеспечение повышенного комплекса потребительских свойств.
Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, которой достигался бы сходный эффект - повышение уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, пониженной склонности к обратимой отпускной хрупкости, удовлетворительной свариваемости, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.
Задачей 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, удовлетворительной свариваемости, пониженной склонности к отпускной хрупкости.
Поставленная задача решена тем, что трубная заготовка из легированной стали, непрерывнолитая, горячекатаная, имеющая заданные параметры неметаллических включений, структуры, механических свойств, выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:
углерод
0,17-0,22
марганец
1,30-1,60
кремний
0,35-0,55
алюминий
0,020-0,060
азот
0,005-0,015
мышьяк
0,0001-0,03
олово
0,0001-0,02
свинец
0,0001-0,01
цинк
0,0001-0,005
железо и
неизбежные примеси
остальное,
при выполнении следующих соотношений:
As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07;
С+Mn/6≤0,48
2
2
имеет пластинчатую ферритно-перлитную структуру, размер действительного зерна - 6-9 балл, по макроструктуре - центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 2 балла по каждому виду, ликвационные полоски - не более 1 балла, по неметаллическим включениям: сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные - не более 4,0 балла по каждому виду включений, механические свойства после нормализации - временное сопротивление разрыву не менее 400 Н/мм, предел текучести не менее 250 Н/мм, относительное удлинение - не менее 22%.
В качестве неизбежных примесей сталь дополнительно содержит, мас.%: ниобий не более 0,02, фосфор не более 0,030, хром не более 0,30, никель не более 0,30, медь не более 0,30, молибден не более 0,05, ванадий не более 0,02, титан не более 0,01, сера не более 0,030.
Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии ферритно-перлитную мелкодисперсную структуру с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности, свариваемости и пониженной склонностью к отпускной хрупкости.
Углерод вводят в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,22%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,17% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.
Марганец используют, с одной стороны, как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны, как элемент, повышающий устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца 1,60% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний, марганца - 1,30% соответственно, необходимостью обеспечения требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.
Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию 0,35% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,55% неблагоприятно сказывается на характеристиках пластичности стали.
Алюминий - сильный карбонитридообразователь и раскислитель стали. Верхний предел (0.060%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0.020%) предел - вопросами технологичности производства.
Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота 0,015% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел 0,005% - вопросами технологичности производства.
Мышьяк, олово, свинец и цинк - цветные примеси, определяющие общий уровень пластичности стали и ее склонность к проявлению обратимой отпускной хрупкости при последующей термической обработке готовых изделий из рассматриваемой трубной заготовки. Нижний предел по мышьяку, олову, свинцу и цинку (0,0001% по каждому элементу соответственно) обусловлен технологией производства стали, а верхний (0,03%, 0,02%, 0,01% и 0,005% соответственно) определяет повышенную склонность стали к обратимой отпускной хрупкости.
Соотношение С+Mn/6≤0,48 определяет характеристики свариваемости исследуемой стали, в то время как соотношение As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости.
Пример осуществления изобретения.
Выплавку исследуемой стали (химический состав), мас.%: углерод - 0,19%, марганец - 1,45%, кремний - 0,45%, алюминий - 0,03%, мышьяк - 0,008%, олово - 0,004%, свинец - 0,002%, цинк - 0,001%, азот - 0,009% производят в 150-тонных дуговых сталеплавильных печах 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 производят продувку 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 АКОСе металл подвергают вакуумной обработке на порционном вакууматоре. Во время вакуумирования производят окончательную корректировку по химическому составу. После вакуумирования металл обрабатывают силикокальцием и передают на разливку. Разливку 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.
b
0.2
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 и σ 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:
1
2
где M и M - средние значения сравниваемых величин;  и  - дисперсии среднего;  - 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.
2
2
В результате горячей прокатки получают трубную заготовку ⌀100 мм, длиной 9000 мм. Структура ферритно-перлитная, балл действительного зерна 9. Макроструктура: центральная пористость 1 балл, точечная неоднородность 0,5 балла, ликвационный квадрат 1 балл, подусадочная ликвация 0,5 балла, ликвационные полоски 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды 1 балл, оксиды точечные 1 балл, оксиды строчечные 1 балл, силикаты хрупкие 2 балла, силикаты пластичные 1 балл, силикаты недеформирующие 1 балл. Механические свойства после нормализации при 900°С, 1 час, воздух: временное сопротивление разрыву 420 Н/мм, предел текучести 295 Н/мм, относительное удлинение 23%.
As+Sn+Pb+5×Zn=0,019
C+Mn/6=0,43.
Внедрение трубной заготовки из низколегированной стали обеспечивает повышение уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, пониженной склонности к обратимой отпускной хрупкости, удовлетворительной свариваемости, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.