СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОГО РУЛОННОГО ПРОКАТА ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
METHOD FOR PRODUCING HOT ROLLED ROLLS FROM LOW ALLOY STEEL

Изобретение относится к металлургии, а именно к прокатному производству, и может быть использовано для производства электросварных насосно-компрессорных труб повышенной группы прочности КС по ГОСТ Р31446-2017.
Известен способ производства рулонного проката для обсадных и насосно-компрессорных труб, содержащий в мас.%: C 0,27-0,40, Mn 1,0-1,5, Si 0,30-0,80, Al 0,02-0,06, Cr не более 0,08, Ni не более 0,08, Cu не более 0,08, V не более 0,01, Nb не более 0,01, Ti не более 0,01, Mo не более 0,01, Ca не более 0,005, N не более 0,008, S не более 0,005, P не более 0,012, остальное- железо и неизбежные примеси, включающий нагрев  сляба до температур не менее 1200°C, термодеформационную прокатку с регламентированными значениями температуры конца прокатки, охлаждение до регламентированных значений температуры смотки и последующую смотку в рулон. Обеспечивается временное сопротивление не менее 665 МПа, предел текучести от 379 до 552 МПа, относительное удлинение не менее 19% [Патент RU № 2728981, МПК C22C 38/58, C22C 38/50, C22C 38/38, C22C 38/28, C22C 38/06, C21D 8/02, опубл. 03.08.2020].
Недостатком данного способа является то, что предложены достаточно широкие интервалы по содержанию химических элементов, например Si и C. Указанный способ может привести к получению предельных значений временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения, что в свою очередь может привести к превышению прочностных характеристик в готовой трубе.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, согласно которому выплавляют сталь, содержащую, мас.%: С 0,21-0,29, Si 0,30-0,80, Mn 1,0-1,60, S не более 0,005, P не более 0,015, Cr 0,10-0,40, Ni 0,10-0,40, Cu 0,10-0,40, Al 0,02-0,07, N не более 0,01, Nb не более 0,01, Ti не более 0,03, V не более 0,01, Mo не более 0,01, Ca не более 0,02, остальное – железо и неизбежные примеси, осуществляют непрерывную разливку в слябы, нагрев слябов, горячую прокатку, охлаждение на воздухе в течение первых 10-15 с и потом водой со скоростью охлаждения не более 9°C/с на первом участке и не более 5°C/с на втором, смотку полос в рулоны. Температура смотки поддерживается в диапазоне 580-640°C [Патент RU № 2689348, МПК C21D 8/02, C22C 38/20, опубл. 27.05.2019].
Недостатком данного способа является то, что при выплавке используются дорогостоящие химические элементы, такие как, Cr, Ni, Cu, что в свою очередь приводит к повышению затрат на легирование. Также в данном способе указаны достаточно широкие диапазоны параметров в части скорости охлаждения. Использование Cr, Ni, Cu, и высокого содержания марганца при высокой скорости охлаждения приведёт к превышению прочностных характеристики, как в рулоне, так и в готовом продукте – трубе.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении требуемого уровня механических свойств горячекатаного рулонного проката.
о
о
о
Технический результат достигается тем, что в способе производства горячекатаного рулонного проката из низколегированной стали, включающем аустенизацию непрерывнолитых заготовок, черновую и чистовую прокатку, охлаждение полос, смотку полос в рулоны, заготовки получают из стали, содержащей 0,28-0,32% C, 0,25-0,45% Si, 0,80-1,40 Mn, не более 0,007% S, не более 0,015% P, не более 0,20% Cr, не более 0,20% Ni, не более 0,20% Cu, 0,02-0,08% Al, не более 0,01% N, не более 0,01% Nb, не более 0,01% Ti, не более 0,01% V, 0,001-0,001 Mo, аустенизацию непрерывнолитых заготовок под прокатку производят при температуре 1185 – 1285 С, температуру конца черновой прокатки поддерживают в диапазоне 1000-1180 С, температуру конца чистовой прокатки поддерживают в диапазоне 800-880 °C, охлаждение осуществляют со скоростью 8-13 ºС/с, смотку полос осуществляют при температуре 550-650 С.
Толщина подката перед чистовой группой клетей может находиться в диапазоне от 34 мм до 40 мм.
Охлаждение полос можно осуществлять на установке ламинарного охлаждения.
При изготовлении полос толщиной 4-8 мм смотку можно осуществлять при температуре 570-630 °C.
Сталь может иметь предел текучести от 370 до 500 МПа, предел прочности от 595 МПа, относительное удлинение не менее 20%.
Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем.
Использование углерода обусловлено обеспечением требуемой прочности стали. Упрочнение обеспечивается за счет формирования в структуре стали не менее 30% перлита. При содержании углерода в стали более 0,32% ухудшается свариваемость металлопроката.
Применение марганца обусловлено упрочнением твёрдого раствора, что приводит к получению необходимого уровня прочности стали. За счет достаточного содержания марганца происходит смещение г→а превращения в область более низких температур, что в свою очередь приводит к измельчению зерна, формированию феррита с повышенной плотностью дислокаций и повышению предела текучести стали. С целью обеспечения предела текучести, как в рулонном прокате, так и после трубного передела содержание марганца в стали ограничено 0,8 – 1,40%.
Кремний увеличивает прочность феррита не снижая его пластичности, кроме того кремний является одним из главных раскислителей. В соответствии с этим минимальное содержание кремния в стали должно быть не менее 0,25%. При высоком содержании кремния в углеродистых сталях происходит значительное снижение пластичности, таким образом, максимальное содержание кремний ограничено 0,45%.
Алюминий 0,02-0,08% введен в сталь для раскисления. При значениях менее 0,02% сталь будет нераскислена, при значениях более 0,08% - в стали будет высокое содержание неметаллических включений.
Сера и фосфор являются вредными примесями и их содержание ограничили значениями не более 0,007 и не более 0,015 соответственно для исключения образования горячих трещин и снижения уровня хрупкости металла при обычных и низких температурах.
Хром, никель, медь введены с целью увеличения прочности без снижения пластичности. Кроме того, данные элементы стабилизируют структуру при нагреве под прокатку и позволяют уменьшить размер зерна при черновой прокатке.
Титан вводится в сталь для связывания азота в нитриды TiN, которые сдерживают рост зерна при нагреве. Также титан вводится для раскисления стали.
Азот ограничивается 0,01%, т.к. содержание азота выше 0,01% оказывает негативное влияние на работу удара.
Молибден, ниобий, ванадий ограничены остаточными содержаниями 0,01 % для обеспечения достаточной свариваемости стали.
о
о
о
о
Снижение температуры конца чистовой прокатки ниже 800 С и повышение температуры смотки выше 650 С приведёт к значительному снижению скорости охлаждения и увеличению зерна феррита, что в свою очередь приведёт к снижению прочностных характеристик и неудовлетворительному качеству металлопроката. Повышение температуры конца чистовой прокатки выше 880 С и снижение температуры смотки ниже 550 С приведёт к увеличению скорости охлаждения полосы, что в свою очередь увеличивает риск получения структур закалочного типа. Также повышение температуры конца прокатки и снижение температуры смотки приводит к избыточному измельчению зерна и повышению прочностных характеристик проката, что приведёт к к усложнению формовки в готовый трубный прокат. Соблюдение данных параметров приводит к формированию равномерной структуры по всей толщине полосы, что положительно сказывается при формовке трубной продукции.
Пример осуществления способа
В кислородном конвертере проводили выплавку низколегированной марганцовистой стали, химический состав которой представлен в таблице 1.
Непрерывно литые слябы с химическим составом по таблице 1 загружают в методические печи. Слябы подвергают нагреву под прокатку до температуры аустенизации. После нагрева сляб подают к непрерывному широкополосному стану 2000, где происходит прокатка в черновой группе клетей с соблюдением температуры на выходе из черновой группы. После черновой группы клетей раскат подаётся в непрерывную чистовую группу клетей, где достигается конечный размер полосы.
После чистовой прокатки полоса охлаждается водой сначала на первом участке ламинарного охлаждения, а затем на втором участке ламинарного охлаждения.
В таблице 2 представлены контролируемые параметры, а в таблице 3 - механические свойства проката.
Исходя из данных, представленных в таблице 3, следует, что соблюдение при заявляемых параметров позволяет достичь требуемых показателей предела прочности, предела текучести и относительного удлинения.
Данная технология позволяет формировать феррито-перлитную структуру с содержанием феррита от 30%, в которой отсутствуют элементы структур закалочного типа, что в свою очередь гарантирует равномерное распределение свойств, как по площади проката, так и по его толщине.
В результате полученный металл полностью соответствует всем требованиям, предъявляемым к сталям, используемых для производства насосно-компрессорных труб класса прочности КС.
Таблица 1
Химический состав стали
Пример
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Cu
Al
N
Mo
V
Nb
Ti
1
0,29
0,36
1,04
0,01
0,002
0,04
0,02
0,05
0,034
0,006
0,002
0,004
0,002
0,009
2
0,28
0,25
1,4
0,0006
0,0013
0,1
0,1
0,15
0,02
0,004
0,001
0,002
0,001
0,002
3
0,32
0,45
0,8
0,015
0,007
0,2
0,2
0,2
0,08
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
Таблица 2
Контролируемые параметры
Пример
T нагрева, <sup>о</sup>С
T черновой прокатки, <sup>о</sup>С
T чистовой прокатки, <sup>о</sup>С
T охлаждения, <sup>о</sup>С
V охлаждения, ºС/с
T смотки,ºС/мин
1
1250
1150
850
600
10
570
2
1185
1000
800
560
8
550
3
1285
1180
880
625
13
650
Таблица 3
Свойства проката
Пример
Временное сопротивление, Ϭ<sub>в</sub>, МПа
Предел текучести, Ϭ<sub>т</sub>, МПа
Относительное удлинение, δ, %
Содержание феррита, %
1
640
500
24,5
30
2
638
439
20
33
3
595
370
26
31