СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШТРИПСА ДЛЯ ТРУБ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF TUBE STRIPS FOR MAINS

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству штрипса для труб магистральных трубопроводов толщиной до 28 мм.
r1
r1
Известен способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации 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 A+50°С и далее со скоростью 6-30°С/с до температуры (A-30°С)…500°С, а затем на спокойном воздухе до температуры окружающей среды (авт. свид. СССР №1447889, кл. С21D 8/00, 1987 г.).
Известен также способ производства проката (прототип), 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
0,05-0,09
Марганец
1,25-1,6
Кремний
0,15-0,30
Хром
0,01-0,1
Никель
0,3-0,6
Молибден
0,10-0,25
Ванадий
0,03-0,10
Алюминий
0,02-0,05
Ниобий
0,01-0,06
Медь
0,20-0,40
Кальций
0,001-0,005
Сера
0,0005-0,005
Фосфор
0,005-0,015
Железо
Остальное
Деформацию заготовки ведут при температуре 950-850°С с суммарными обжатиями 50-60%, затем охлаждают ее до температуры 820-760°С со скоростью охлаждения 4-15°С/сек на установке контролируемого охлаждения, дополнительно производят окончательную деформацию при температуре 770-740°С до требуемой толщины штрипса с суммарным обжатием 60-76%, дальнейшее охлаждение ведут ускоренно на УКО со скоростью 35-55°С/сек до температуры 530-350°С, затем штрипс охлаждают в кессоне до 150±20°С и далее - на воздухе (RU №2270873 С1, C21D 8/02, 27.02.2006).
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 толщиной 15-28 мм ответственного назначения с повышенными показателями прочности, при одновременном повышении хладостойкости и низкотемпературной вязкости в зоне термического влияния при сварке проката, а также отсутствие анизотропии свойств по ударной вязкости в продольном и поперечном направлении проката.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства штрипса для труб магистральных трубопроводов толщиной 15-28 мм, включающем выплавку стали, непрерывную разливку на заготовки, предварительную прокатку, промежуточное подстуживание подката, чистовую прокатку и охлаждение, изготавливают сталь следующего состава, мас.%:
Углерод
0,03-0,07
Марганец
1,75-2,10
Кремний
0,16-0,40
Никель
0,040-0,80
Медь
0,001-0,50
Алюминий
0,01-0,10
Молибден
0,03-0,50
Ниобий
0,01-0,10
Ванадий
0,001-0,04
Кальций
0,001-0,010
Сера
0,001-0,003
Фосфор
0,003-0,012
Титан
0,01-0,05
Железо
Остальное
3
3
Предварительную прокатку осуществляют поперек продольной оси сляба с суммарной степенью деформации на стадии 60-80%, затем подкат охлаждают на воздухе до температуры начала чистовой прокатки, равной (Аr+150)°С и проводят чистовую прокатку в направлении продольной оси с температурой конца прокатки, равной Аr+(20-40)°С, а затем охлаждают до температуры 350-450°С со скоростью 15-50°С/сек, затем охлаждают со скоростью не более 1°С/сек, при этом соотношение суммарных степеней деформации предварительной прокатки и окончательной прокатки составляет (1:4)-(1:8).
Выбранные пределы содержания углерода (0,03-0,07)% в сочетании с марганцем (1,75-2,10)%, медью (0,001-0,5)%) и никелем (0,040-0,80)% 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 (0,16-0,40)% и алюминия (0,01-0,10)% должны обеспечить необходимую чистоту стали по неметаллическим включениям и кислороду. Содержание титана в заявленных пределах (0,01-0,05)% обеспечивает связывание азота в стойкие нитриды, а выбранные пределы содержаний серы (0,001-0,003)%), фосфора (0,003-0,012)% - 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, ниобий, образуя карбонитриды, способствует повышению прочностных характеристик стали благодаря дисперсионному упрочнению.
3
Предложенные режимы предварительной прокатки и окончательной прокатки с температурой окончания деформации выше температуры Аr, ускоренного охлаждения до температур ниже ферритного, соответствующих бейнитному превращению, способствуют формированию однородной, дисперсной, бесполосчатой бейнитной структуры и на этой основе - повышенных показателей прочности, текучести, хладостойкости и свариваемости. Регламентированные степени обжатиями поперек и вдоль оси сляба, на стадии предварительной и окончательной прокаток приводят к уменьшению различий в величинах ударной вязкости образцов, вырезанных в продольном и поперечном направлении, при этом коэффициент анизотропии стремится к единице.
Примеры осуществления способа
Сталь трех составов 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 следующих трех химических составов, мас.%:
1 состав: С - 0,07; Мn - 1,75; Si - 0,17; Nb - 0,045; V - 0,01; Ti - 0,01; Са - 0,005; Сu - 0,07; Mo - 0,25; Ni - 0,1; Al - 0,02; S - 0,001; P - 0,012; Fe - остальное.
2 состав: С - 0,03; Мn - 2,05; Si - 0,40; Nb - 0,08; V - 0,02; Ti - 0,01; Са - 0,007; Mo - 0,35; Сu - 0,25; Ni - 0,5; Al - 0,035; S - 0,001; P - 0,009; Fe - остальное.
3 состав: С - 0,06; Мn - 1,80; Si - 0,25; Nb - 0,07; V - 0,03; Ti - 0,022; Ca - 0,008; Mo - 0,20; Сu - 0,20; Ni - 0,3; Al - 0,05; S - 0,003; P - 0,011; Fe - остальное.
1 состав: Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Предварительную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 990°С, при этом суммарная деформация поперек оси сляба составляла 60%. Окончательную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход 15% при температуре 870°С, с общей степенью деформации 75%. При этом соотношение деформаций между стадиями составляло 1:8. Температура окончания охлаждения составила 430°С, при скорости охлаждения 19-23°С/сек в среднем. Последующее замедленное охлаждение проводилось со скоростью 0,5-0,7°С/сек.
2 состав: Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Предварительную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 970°С, при этом суммарная деформация поперек оси сляба составляла 63%. Окончательную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход 15% при температуре 830°С, с общей степенью деформации 81%. При этом, соотношение деформаций между стадиями составляло 1:6. Температура окончания охлаждения составила 400°С, при скорости охлаждения 19-23°С/cек в среднем. Последующее замедленное охлаждение проводилось со скоростью 0,5-0,7°С/сек.
3 состав: Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Предварительную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 980°С, при этом суммарная деформация поперек оси сляба составляла 68%. Окончательную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход 15% при температуре 900°С, с общей степенью деформации 78%. При этом соотношение деформаций между стадиями составляло 1:5. Температура окончания охлаждения составила 370°С, при скорости охлаждения 19-23°С/сек в среднем. Последующее замедленное охлаждение проводилось со скоростью 0,5-0,7°С/сек.
Состав стали, технологические режимы прокатки и комплекс полученных свойств в рамках представленной заявки указаны в таблицах 1, 2, 3.
Таблица 2
Технологические режимы прокатки и охлаждения
Вариант
Суммарная
Температура
Соотношение
Температура
Температура
плавки
степень обжатия
начала чистовой
суммарной
конца прокатки,
конца охлаждения,
предварительной
прокатки
деформации поперек
°С
°С
прокатки %
(Аr<sub>3</sub>+150)°С
и вдоль продольной
оси сляба
1
60
870
1:8
742
430
2
63
830
1:6
745
400
3
68
900
1:5
750
370
Таблица 3
Механические свойства экспериментальных сталей
Вариант плавки
σ<sub>т</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
σ<sub>т</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
Ударная вязкость KCV, Дж/см<sup>2</sup> при -20°С
Хладостойкость основного металла T80°С
Низкотемпературная вязкость ОШЗ, Дж/см<sup>2</sup> -20
1
627
720
270
-40
80
2
690
780
320
-60
85
3
635
740
255
-50
90
4*
-
610
-
-35
75 при 0°С
в
Результаты изготовления опытных образцов по примерам 1-3 показали, что предложенный способ производства обеспечивает показатель временного сопротивления (σ) на 110-170 МПа выше аналога и улучшение хладостойкости стали как при определении ударной вязкости на образцах типа Шарпи при испытании основного металла, так и при определении вязкости сварного соединения в околошовной зоне.