СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА
PROCEDURE FOR MANUFACTURE OF FLAT

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству термически обработанного листового проката ответственного назначения, используемого, в частности, для изготовления электросварных нефтегазопроводных труб.
Известен способ производства листового проката по патенту РФ №2156310, МПК C21D 9/46, включающий выплавку стали определенного химического состава, внепечную обработку металла, разливку металла в изложницы, аустенизацию слитков, их прокатку на слябы, нагрев заготовок, предварительную деформацию при 980-1060°C, окончательную деформацию при 750-850°C и окончательное охлаждение листового проката до температуры окружающей среды. Изготовленный по данному способу прокат обладает достаточными прочностными характеристиками и хладостойкостью, но не обладает стойкостью к водородному растрескиванию и сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ производства листового проката по патенту РФ №2062795, МПК C21D 9/46, включающий получение заготовок из стали определенного химического состава, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации, охлаждение проката при температуре 760-900°C со скоростью 10-60 град/с до температуры 300-20°C, повторный нагрев до температуры 590-740°C с выдержкой 0,2-3,0 мин/мм и окончательное охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды. Изготовленный в соответствии с данным способом прокат имеет достаточные прочностные характеристики, но не обладает необходимой коррозионной стойкостью, что препятствует его использованию для изготовления труб, предназначенных для транспортировки таких агрессивных жидкостей, как нефть и нефтепродукты.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является производство листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей для изготовления электросварных нефтегазопроводных труб.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении показателей коррозионной стойкости, ударной вязкости и хладостойкости листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей.
3
3
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе производства листового проката, включающем выплавку низкоуглеродистой низколегированной стали, получение заготовки, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме, контролируемое охлаждение проката, отпуск и окончательное охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды, согласно предлагаемому техническому решению контролируемое охлаждение проката осуществляют с температуры конца деформации, находящейся в интервале (Ас+20)-(Ас+40)°C, до температуры 530-570°C со скоростью 30-40 град/с, а отпуск проводят при температуре 665-695°C с выдержкой 0,2-4,0 мин/мм. Кроме того, для производства предложенного проката может быть использована сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:
Углерод
0,07-0,15
Кремний
0,50-0,70
Марганец
0,50-0,70
Ванадий
0,04-0,12
Хром
не более 0,70
Молибден
не более 0,25
Ниобий
не более 0,08
Никель
не более 0,30
Титан
не более 0,03
Алюминий
0,02-0,05
Сера
не более 0,005
Фосфор
не более 0,015
Железо и неизбежные примеси
остальное.
3
1
3
3
Возможность получения указанного технического результата при осуществлении предлагаемого способа подтверждается следующим. Как показали проведенные исследования, температурный интервал окончания деформации от 760°C до 900°C, в известном способе по патенту №2062795, охватывает области как выше, так и ниже критической точки Ас, что не обеспечивает получение стабильных характеристик листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей, поскольку в интервале температур 760-820°C(Ас-Ас) сталь имеет разнозеренную двухфазную аустенитно-ферритную структуру, при этом ферритные зерна имеют преимущественно вытянутую форму с развитой полигональной структурой, а на границах зерен аустенита и феррита образуются существенные напряжения. Все эти факторы существенно снижают пластичность и коррозионную стойкость проката. Предлагаемая температура окончания процесса деформации на 20-40°C выше Ас позволяет обеспечить вследствие динамической рекристаллизации образование мелкозеренной однородной аустенитной структуры. Ускоренное охлаждение проката после завершения процесса деформации до указанных в известном способе температур 300-20°C приводит к мартенситному превращению, а в области осевой ликвации, обогащенной легирующими элементами, и к образованию остаточного аустенита. При этом в структуре металла формируются существенные остаточные напряжения, приводящие к образованию микротрещин на границе раздела структурных составляющих и, как следствие, к снижению коррозионной стойкости и ударной вязкости. В заявляемом способе температура проката после ускоренного контролируемого охлаждения должна быть в пределах 530-570°C, что обеспечивает протекание промежуточного превращения и приводит к снижению остаточных напряжений. При этом существенное влияние на конечную структуру и свойства стали оказывает также скорость охлаждения после завершения деформации. Широкий интервал скоростей охлаждения (10-60 град/с), используемый в способе-прототипе, не может обеспечить однородность свойств проката. При низких скоростях охлаждения (до 30 град/с) происходит рост зерна и выделение цементита по границам зерен, что обуславливает снижение ударной вязкости. При высоких скоростях охлаждения (выше 40 град/с) происходит мартенситное превращение, приводящее к образованию структур мартенсита, а также остаточного аустенита, особенно в области осевой ликвации, снижающих ударную вязкость и коррозионную стойкость. Предлагаемая скорость охлаждения 30-40 град/с, как подтвердили проведенные исследования, обеспечивает измельчение структуры, протекание бейнитного превращения, исключение образования мартенсита и остаточного аустенита, что способствует повышению прочности и ударной вязкости. Последующее проведение отпуска при температуре 665-695°C приводит к выравниванию микроструктуры по толщине листа, удалению бейнитных структур в области осевой ликвации, в результате чего значительно повышаются стойкость металла к водородному растрескиванию, СКРН, значительно увеличивается ударная вязкость при отрицательных температурах. В то же время отпуск при температуре 590-650°C с охлаждением на воздухе до температуры окружающей среды приводит лишь к снятию остаточных напряжений, но не улучшает структуру металла. При указанных в способе по патенту №2062795 высоких температурах отпуска (до 720-740°C) происходит сфероидизация карбидов - образование округлых мелкодисперсных частиц цементита и выделение цементита по границам зерен. Сталь с подобной структурой не обладает требуемыми для нефтегазопроводных труб прочностными характеристиками и хладостойкостью.
Сущность предложенного технического решения поясняется примером конкретного выполнения.
Была выплавлена сталь, содержащая 0,12% углерода, 0,58% кремния, 0,57% марганца, 0,06% ванадия, 0,04% хрома, 0,004% молибдена, 0,03% ниобия, 0,20% никеля, 0,004% титана, 0,028% алюминия, 0,002% серы, 0,010% фосфора. Выплавка осуществлялась в электропечи с последующей обработкой на установке печь-ковш. Разливка стали производилась на машине непрерывного литья заготовок с последующей противофлокеновой обработкой слябов в отапливаемых колодцах. Прокатку на лист толщиной 11 мм вели в реверсивном режиме. Температура окончания деформации составляла 850-870°C, температура после охлаждения со скоростью 35-40 град/с составляла 530-570°C. Дополнительный нагрев проводили в проходной роликовой печи с температурой 680°C с удельным временем нагрева 2 мин/мм.
Испытания механических свойств были проведены в соответствии с ГОСТ 1497-84, испытания на ударную вязкость - ГОСТ 9454-78, коррозионные испытания - со стандартами NACE TM0177 и NACE TM0182 в среде типа A по NACE TM0177.
В таблице 1 приведены режимы термообработки листового проката, в таблице 2 - результаты испытаний.
Таким образом, совокупность всех режимов заявляемого способа производства листового проката из низкоуглеродистых низколегированных сталей обеспечивает такой комплекс механических характеристик, коррозионной стойкости, а также хладостойкости, которые позволяют использовать полученный прокат для изготовления коррозионно-стойких нефтегазопроводных труб.
Таблица 1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА
№ п/п
Температура конца прокатки, °C
Температура после ускор. охлаждения, °C
Скорость охлаждения, град/с
Температура отпуска, °C
1
850
530
40
665
2
870
530
40
695
3
850
570
35
665
4
870
570
35
695
5
865
545
35
680
прототип
800
150
30
650
Таблица 2
№ п,п
Временное сопротивление разрыву σ<sub>В</sub>, Н/мм<sup>2,</sup>
Предел текучести σ<sub>02</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
Относительное удлинение δ, %
Ударная вязкость KCV<sub>-40</sub>, Дж/см<sup>2</sup>
Стойкость к водородному растрескиванию
Пороговое напряжение СКРН σ<sub>th</sub>, % от σ<sub>02</sub>
CLR, %
CTR, %
1
571
477
25
167
3
1,5
70
2
513
423
32
263
2
1
70
3
568
469
26
182
3
1
70
4
510
410
31
216
2
0,5
70
5
543
447
29
320
1
0,2
75
прототип
596
455
33
78*
22
6
40
Примечание * - испытания проводились при температуре -20°C