СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОГО ПРОКАТА ТРУБНОЙ СТАЛИ
MANUFACTURING METHOD OF HOT-ROLLED PIPE STEEL

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, преимущественно из трубных марок стали категории прочности К56.
Основными требованиями, предъявляемыми к горячекатаному металлопрокату из трубных марок стали, являются высокие прочностные характеристики при повышенных пластических, особенно вязких свойствах, обеспечивающих технологичность монтажа труб и их эксплуатационные параметры. При этом особенно важным является обеспечение равенства механических параметров проката в широком диапазоне толщин. Традиционно для обеспечения требуемого уровня механических свойств в прокате трубного сортамента активно применяется микролегирование карбонитридообразующими элементами.
Известен способ горячей прокатки полос, включающий горячую прокатку полос на широкополосном стане с межклетевым охлаждением и охлаждением полос водой на отводящем рольганге перед последующей смоткой в рулон (см., например, Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн.2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлурия, 1991. - С.542, патент РФ №2037536, БИ №17, 1995 г.).
Недостатком известного способа является сложность формирования заданного комплекса механических (повышенных прочностных и вязких) свойств при производстве горячекатаного проката трубного сортамента.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации, охлаждение проката, при этом выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:
Углерод
0,02÷0,10
Марганец
0,60÷1,60
Кремний
0,10÷0,40
Ниобий
0,02÷0,12
Хром
0,10÷0,30
Никель
0,10÷0,30
Медь
0,10÷0,30
Алюминий
0,01÷0,10
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≤0,60%, окончательную деформацию осуществляют в непрерывном режиме в интервале температур 980÷730°С с суммарной степенью относительного обжатия 65÷80%, частными относительными обжатиями 10÷12% и регламентированной скоростью деформации, при этом охлаждение подката в паузах между частными обжатиями производят со скоростью 5÷30°С/с, кроме того, после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение поверхности полосы водой со скоростью 5÷30°С/с до температуры 650÷500°С (патент РФ №2255987).
Недостатками известного способа является сложность обеспечения требуемого уровня механических свойств по всей длине рулонного проката трубного марочного сортамента в широком диапазоне толщин (10.0÷16.0 мм), особенно в условиях широкополосного стана горячей прокатки, имеющего в своем составе чистовую группу клетей с малой обжимной способностью. Это, в свою очередь, не позволяет обеспечить в горячекатаной полосе, предназначенной для последующего изготовления электросварных труб, включая магистральные, уровень эксплуатационных характеристик, соответствующих, например, классу прочности К56.
Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение в горячекатаном прокате из экономно микролегированой стали трубного сортамента с повышенными показателями прочности, текучести, ударной вязкости, хладостойкости и свариваемости, равномерности механических свойств по всей длине рулонного проката в широком диапазоне толщин (10÷16 мм) в условиях высокопроизводительного широкополосного стана горячей прокатки, обладающего малой обжимной способностью чистовой группы.
3
Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства горячекатаного проката трубной стали толщиной 10.0÷16.0 мм, включающем выплавку, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию заготовки с нагревом выше Ас, предварительную и окончательную деформации, охлаждение поверхности полосы водой и ее смотку в рулон, порезку на листы, согласно изобретению выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении компонентов, мас.%:
Углерод
0,06÷0,12%
Кремний
0,16÷0,30%
Марганец
1,20÷1,70%
Сера
0,004% макс.
Фосфор
0,013% макс.
Хром
0,10÷0,20%
Никель
0,15÷0,25%
Медь
0,15÷0,25%
Алюминий
0,025÷0,050%
Ниобий
0,06÷0,08%
Титан
0,010÷0,030%
Железо
остальное,
экв
cт
3
при соотношении Cr+Ni+Cu≤0,60%, с углеродным эквивалентом С≤0,40 мас.% и параметром стойкости против растрескивания P≤0,21 мас.%, аустенизацию слябовой заготовки проводят при температуре 1180÷1240°С, окончательную деформацию осуществляют в непрерывном режиме с суммарной степенью обжатия 65÷80%, при этом температуру завершения пластической деформации поддерживают в интервале Аr+(20÷50)°С, кроме того, после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение проката водой до температуры 560÷620°С со скоростью охлаждения 1÷4°С/с со смоткой в рулон и последующем охлаждении рулона на спокойном воздухе до температуры окружающей среды. Кроме того, для полос толщиной 10.0÷11.9 мм температура завершения пластической деформации составляет 795±15°С, а температуру смотки полосы в рулон принимают равной 600±20°С, для полос толщиной 12.0÷13.9 мм температура завершения пластической деформации составляет 785±15°С, а температуру смотки полосы в рулон принимают равной 590±20°С, для полос толщиной 14.0÷16.0 мм включительно температура завершения пластической деформации составляет 775±15°С, а температуру смотки полосы в рулон принимают равной 580±20°С.
Сущность изобретения заключается в следующем.
экв
cт
экв
Выбранные пределы содержания углерода (0,06÷0,12%) в сочетании с марганцем (1,20÷1,70%), хромом (0,10÷0,20%), никелем и медью (0,15÷0,25% каждого) обеспечивают получение феррито-бейнитной структуры, основными составляющими которой являются квазиполигональный феррит и игольчатый феррит, которые в совокупности позволяют достичь высоких значений предела текучести, временного сопротивления разрыву, относительного удлинения, а также улучшить свариваемость (снизить значения С и P) и формуемость в холодном состоянии. Последние два параметра являются особенно значимыми для изготовления трубной заготовки методами формовки, а также при монтаже и эксплуатации трубопроводов. Заявленные содержания кремния (0,16÷0,30%) и алюминия (0,025÷0,050%) обеспечивают необходимую чистоту стали по неметаллическим включениям. Содержание титана в заявленных пределах (0,010÷0,030%) обеспечивает связывание азота в стойкие нитриды, а выбранные пределы содержаний серы (не более 0,004%) и фосфора (не более 0,013%) - получение высоких значений ударной вязкости при отрицательных температурах. Ниобий в заявленных пределах содержания (0,06÷0,08%) тормозит рекристаллизацию аустенита, что способствует при окончательной деформации получению структуры аустенита с большим числом мест зарождения зерен феррита, что обеспечивает мелкое зерно феррита. Кроме того, ниобий, образуя карбонитриды, способствует повышению прочностных характеристик стали благодаря дисперсионному твердению. Ограничение суммарного содержания Cr+Ni+Cu величиной 0,60% способствует улучшению свариваемости и анизотропии свойств. Указанными выше обстоятельствами также объясняются и ограничения углеродного эквивалента С≤0,40 мас.%.
Необходимость температуры аустенизации слябовой заготовки, поддерживаемой в диапазоне 1180÷1240°С, объясняется требованием максимально более полного перевода ниобия в твердый раствор без протекания неконтролируемого аномального роста зерна, что обеспечивает получение в процессе последующей рекристаллизации аустенита равномерно распределенного мелкого зерна 9-11 баллов. Это, в свою очередь, способствует формированию повышенных прочностных, пластических и вязких свойств в конечном горячекатаном прокате из трубных марок стали, например, класса прочности К56. Температуры аустенизации слябовой заготовки, выходящие за пределы заявленных (выше 1240°С и ниже 1180°С) приводят к снижению эффективности процесса горячей прокатки (повышение расходов газа, появление повышенного брака из-за пережога заготовки, значительного разброса температуры верхней и нижней поверхностей слябовой заготовки, приводящего к дефектам формы, разнобалльность зерна феррита более 3-х смежных баллов и т.д.)
3
Снижение разброса значений механических свойств по длине и сечению полосы обеспечивается стабильным фазовым составом стали в разных участках полосы и постоянной величиной дисперсионного упрочнения. Однородность фазового состава стали обеспечивается окончанием пластической деформации всех участков полосы в нижней части аустенитной области диаграммы «железо-углерод» (Аr+(20÷50)°С). Равномерность уровня дисперсионного упрочнения по длине полосы в сталях с содержанием ниобия в пределах 0,06÷0,08% обеспечивается поддержанием температуры ускоренного охлаждения ниже 620°С, при скорости охлаждения 1÷4°С/с, благодаря формированию субструктуры в игольчатом феррите и ограничению роста мелкодисперсных карбонитридов. При этом суммарная степень обжатия должна находиться в диапазоне 65÷80%. Это связано со следующим. Величина и форма аустенитного зерна зависят от скорости рекристаллизации при прокатке, которая, в свою очередь, зависит от суммарной деформации в чистовой группе клетей стана, а также от скорости и температуры прокатки в чистовой группе. Величина аустенитного зерна уменьшается с увеличением суммарной деформации в чистовой группе стана. При суммарном относительном обжатии вне заявленного диапазона в чистовой группе температура перехода в хрупкое состояние будет повышаться и не обеспечит требуемых значений ударной вязкости, в частности, параметра DWTT (см. Niobium Informasion №14, 1997 г.). Этими же обстоятельствами объясняется для выбранного диапазона химического состава уровень принятых температур завершения пластической деформации полос толщиной 10-16 мм в диапазоне (775÷795)±15°С и температур смотки полосы в рулон (580÷600))±15°С.
Указанная совокупность признаков в известных технических решениях не известна.
Пример осуществления способа
экв
Сталь заявленного химического состава (см. табл.1) при соотношении Cr+Ni+Cu≤0,60%, с углеродным эквивалентом С≤0,40 мас.% выплавляется в 350-тонном конвертере. После проведения внепечной обработки металла и введения требуемых добавок осуществляется непрерывная разливка стали с последующей ее кристаллизацией и порезкой на слябы. Далее производится непосредственно горячая прокатка слябов на непрерывном широкополосном стане 2000 горячей прокатки (ШСГП 2000) ОАО «ММК» в полосы размерами 10.00-16.00×1670-1743 мм, предназначенные для изготовления электросварных прямошовных труб.
кп
3
кп
Горячую прокатку осуществляют по следующей методике. Производится аустенизация слябовой заготовки при температуре 1180÷1240°С, после чего сляб поступает на ШСГП 2000, имеющий в своем составе черновую непрерывную группу клетей, промежуточный рольганг, чистовой окалиноломатель, чистовую непрерывную группу клетей с малой обжимной способностью с устройствами межклетевого охлаждения, а также отводящий рольганг с охлаждающими секциями и две группы моталок. Сляб обжимается в черновой группе клетей до получения требуемой толщины раската. После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана раскат толщиной 40÷50 мм, направляется по промежуточному рольгангу в чистовую непрерывную группу клетей. Чистовая группа клетей стана имеет в своем составе семь рабочих клетей, в которых раскат обжимается до требуемой конечной толщины 10-16 мм при суммарном относительном обжатии 65÷80%. При этом температура завершения пластической деформации (Т) в общем случае поддерживается в интервале Аr+(20÷50)°С, а именно для полос толщиной 10.0÷11.9 мм Т составляет 795÷15°С, для полос толщиной 12.0÷13.9 мм - 785±15°С, для полос толщиной 14.0-16.0 мм включительно - 775±15°С.
После завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение проката водой до требуемой температуры со скоростью охлаждения 1÷4°С/с со смоткой полосы в рулон. При этом температуру смотки полосы в рулон принимают равной в диапазоне 600±20°С для толщин 10.0÷11.9 мм, в диапазоне 590±20°С - для толщин 12.0÷13.9 мм, в диапазоне 580±20°С - для толщин 14.0÷16.0 мм включительно. Далее производится охлаждение рулона на спокойном воздухе до температуры окружающей среды
После горячей прокатки и смотки осуществляется порезка на листы мерной длины на агрегате поперечной резки.
Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу и способу-прототипу осуществлялась прокатка полос из экономно легированной стали категории прочности К56 и охлаждение их поверхности водой на отводящем рольганге ШСГП 2000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», а также полученные результаты представлены в таблицах 2, 3.
в
т
т
в
5
90
-60
2
Заявляемая технология производства рулонов на примере горячей прокатки полос категории прочности К56 обеспечивает получение следующих механических свойств: временное сопротивление разрыву σ=580÷640 МПа, предел текучести σ=490÷530 МПа, σ/σ - не более 0,90, δ - не менее 25%, ударная вязкость KCV не менее 255 Дж/см, хладостойкость (температура, при которой количество вязкой составляющей в изломе ударных образцов при испытаниях падающим грузом составляет не менее 90%) - Т=-60°С.
По варианту №3 был произведен прокат, принятый в качестве прототипа изобретения (сравнительный вариант).
На основании выше изложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в наиболее близком аналоге.
Заявляемый способ может найти широкое применение на широкополосных станах горячей прокатки при производстве полос из трубных марок стали (например, категории прочности К56) с требуемыми регламентируемыми механическими параметрами.
Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».