СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОЛСТОЛИСТОВОГО ПРОКАТА
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF PLATE IRON

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения методом термомеханической обработки.
3
3
1
Известен способ производства листового проката из низколегированной стали, включающей нагрев выше Ar прокатку, подстуживание, прокатку в интервале Ar-Ar с частными обжатиями 14-30% за проход и суммарной степенью деформации 59-83% и последующее охлаждение на воздухе (авторское свидетельство СССР № 1611952, кл. C21D 8/00, 1980). Недостатком известного способа является низкая хладостойкость металла после обработки.
Известен способ производства листового проката из стали следующего химического состава, мас.%:
Углерод
0,05-0,15
Марганец
1,2-2,0
Кремний
0,2-0,6
Ниобий
0,01-0,10
Титан
0,005-0,03
Алюминий
0,01-0,10
Хром
0,03-0,50
Никель
0,03-0,50
Медь
0,03-0,50
Азот
0,005-0,020,
Железо
остальное
с использованием метода термомеханической обработки (патент РФ 2062795, кл. C21D 9/46, 8/02, 1995 - прототип), заключающийся в получении заготовки, ее аустенитизации, деформации с суммарной степенью обжатий 50-80% до толщины 14 мм, охлаждении от температуры конца деформации 760-900°С со скоростью 10-60 град/с до температуры 300-20°С, в повторном нагреве до температуры 590-740°С с выдержкой 0,2-3,0 мин/мм и окончательным охлаждением на воздухе (RU 2201972, C21D 8/02, опубл. 10.04.2003).
Недостатками способа являются низкая хладостойкость при температурах до -60°С и недостаточная свариваемость, обеспечение свойств в толщинах только до 14 мм.
Наиболее близким по технологии изготовления является 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, а охлаждение подката в паузах между частными обжатиями производят со скоростью 5-30 град /с. Кроме того, после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение проката со скоростью 5-30 град/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 град/ч до температуры окружающей среды (RU 2255987, опубл. 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 в зоне термического влияния при сварке проката.
Указанный технический результат достигается тем, что для производства толстолистового проката, включающего выплавку стали, разливку, нагрев и термомеханическую прокатку заготовки и ускоренное охлаждение готового проката, выплавляют сталь следующего состава, мас.%:
Углерод
0,03-0,20
Марганец
0,50-2,10
кремний
0,10-0,50
ниобий
0,01-0,15
алюминий
0,01-0,10
титан
0,005-0,05
азот
0,002-0,012
сера
0,0005-0,010
фосфор
0,003-0,050
железо
- остальное
з
з
с
с
с
Термодеформационную прокатку заканчивают в интервале температур от (Ar + 30°С) до (Ar - 30°С), последующее ускоренное охлаждение осуществляют в два этапа: на первом этапе со скоростью 10-30 град / до температуры 650-550°С, затем после паузы 3-10 с на втором этапе со скоростью 5-20°С до температуры 550-450 град/ . Последующее охлаждение до 100°С осуществляется замедленно со скоростью 0,1-0,01 град /. При этом допускается введение хотя бы одного или нескольких элементов из ряда следующих ингредиентов (%): V = 0,01-0,15; Mo = 0,05-0,50; Ni = 0,01-0,80; Cr = 0,01-0,80; Cu = 0,01-0,80 при углеродном эквиваленте 0,32-0,46, определяемом по формуле:
Э
С=C+Mn/6+(Cr+Mo+Nb+V+Ti)/5+(Ni+Cu)/15.
Выбранные пределы содержания углерода (0,03-0,20)%, марганца (0,50-2,10)%, кремния (0,10-0,50)%, ниобия (0,01-0,15)%, алюминия (0,01-0,10)%, титана (0,005-0,05)%, азота, серы и фосфора должны в сочетании с режимами термомеханической обработки обеспечить достижение высоких значений временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения при хорошей свариваемости. Заявленные содержания кремния и алюминия должны обеспечить необходимую чистоту стали по кислороду и неметаллическим включениям. 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. Кроме того, ниобий, образуя карбонитриды, способствует повышению прочностных характеристик и хладостойкости стали, благодаря дисперсионному упрочнению и измельчению зерна. Заявленные режимы предварительной и окончательной прокатки способствуют формированию феррито-бейнитной структуры и на их основе - повышенных показателей прочности, текучести, хладостойкости и свариваемости.
з
з
Температурные режимы окончания термодеформационной прокатки в интервале от (Ar+30°С) до (Ar-30°С) и скоростные режимы ускоренного последеформационного охлаждения в области температур перлитного и бейнитного превращений обусловлены задачей получения в прокате однородной мелкозернистой феррито-бейнитной структуры, что позволяет одновременно повысить прочность, ударную вязкость и хладостойкость проката.
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 = 0,06; Mn = 1,80; Si = 0,25; Nb = 0,06; V = 0,06; Ti = 0,022; Mo = 0,15; Cu = 0,20; Cr = 0,1; Ni = 0,3; Al = 0,05; N = 0,010; S = 0,003; P = 0,011; Fe - остальное.
Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане “5000”. Термодеформационную прокатку заканчивали при температуре 770°С, затем заготовку ускоренно охлаждали со скоростью 25 град /с до температуры 600°С, делали паузу 7 с, затем ускоренно охлаждали со скоростью 18 град /с до температуры 480°С и охлаждали на воздухе до температуры 100°С со скоростью 0,1 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
C
Mn
Si
Nb
Al
Ti
N
S
P
V
Mo
Ni
Cr
Cu
1
0,06
1,80
0,25
0,06
0,05
0,022
0,010
0,003
0,011
0,06
0,15
0,3
0,1
0,20
2
0,10
1.50
0,15
0,35
0,02
0.014
0,008
0,004
0,008
0,08
0,05
0,10
0,09
0,12
3
0,04
1,90
0.30
0.07
0,035
0,010
0,009
0,002
0,010
0,45
0,27
0,23
0,18
0,21
4∗
0,15
1.7
0,1
-
-
0,3
-
0,06
0,03
0,06
0,03
0,01
0,008
0,020
∗ - сравнительный вариант
Таблица 2
Технологические режимы прокатки и охлаждения
Вариант плав ки
Температура окончания термодеформационной прокатки, °C
Скорость охлаждения на первом этапе,  град /<sub>c</sub>
Температура окончания охлаждения на первом этапе, °C
Скорость охлаждения на втором этапе, град /<sub>c</sub>
Температура окончания охлаждения на втором этапе, °C
Скорость дополнительного охлаждения после чистовой прокатки град /с
1
770
25
600
18
480
0,1
2
750
30
550
8
450
0,02
3
730
20
620
12
470
0,05
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 °C
Хладостойкость основного металла Т80 °C
Низкотемпературная вязкость ОШЗ, Дж/см<sup>2</sup> -20
1
550
660
315
-65
85
2
530
620
285
-45
75
3
610
710
290
-70
85
4∗
-
630
-
-25
75 при 0°С
∗ - сравнительный вариант