СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ТРУБНОЙ СТАЛИ КЛАССА ПРОЧНОСТИ Х60
METHOD OF PRODUCING SHEETS FROM LOW-ALLOYED TUBE STEEL OF X60 STRENGTH GRADE

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных листов из марок стали трубного сортамента, в основном, класса прочности Х60.
3
Известны способы производства горячекатаных листов, включающие производство слябовой заготовки, ее нагрев до температуры выше Ас, горячую деформацию с регламентированными обжатиями, промежуточное подстуживание проката, чистовую прокатку с последующим охлаждением листа со скоростью не менее 30°С/мин до температуры 400°С и далее - на воздухе (Патенты РФ №2394108, №2397255).
Недостатками известных способов является значительная дифференциация свойств по сечению и длине листа при одновременно пониженном уровне механических свойств (прочностных, пластических и вязких), не отвечающих в сталях трубного сортамента современным нормам для класса прочности Х60.
3
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства листов из низколегированной стали, включающий нагрев слябовой заготовки до температуры выше Ас, черновую прокатку в раскат промежуточной толщины при температуре 950÷890°С, подстуживание до температуры 840±10°С, последующую чистовую прокатку до температуры 780±10°С. После чего производят ускоренное охлаждение поверхности листа со скоростью не менее 60°С/мин от температуры конца прокатки до температуры 300÷200°С с дальнейшим охлаждением листов на воздухе до температуры 100°С при однорядном их расположении на стеллаже (Патент РФ №2311465).
Недостатками известного способа являются сложность формирования в марках стали трубного сортамента требуемого высокого уровня механических свойств, соответствующих классу прочности Х60, равномерно распределенных по сечению листа толщиной более 25 мм, что не позволяет обеспечить успешную технологическую переработку горячекатаного штрипса в трубу, предназначенную для эксплуатации в магистральных газо- и нефтепроводах. Кроме того, повышается вероятность появления в готовой трубе в процессе ее эксплуатации многочисленных дефектов (трещин, разрывов) ввиду незначительных показателей вязкости, хладостойкости.
Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение в горячекатаном прокате из микролегированной стали трубного сортамента толщиной 26-28 мм одинаковых по сечению листа механических свойств, соответствующих классу прочности Х60.
3
Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства листов из низколегированной трубной стали класса прочности Х60 толщиной 26÷28 мм, включающем нагрев слябовой заготовки до температуры выше Ас, черновую прокатку в раскат промежуточной толщины, подстуживание, чистовую прокатку с регламентированными обжатиями и температурами конца прокатки, а также последующее ускоренное охлаждение листа, согласно изобретению, в заготовке из стали со следующим соотношением элементов, мас.%:
Углерод
0,07-0,12
Марганец
1,50-1,65
Кремний
0,10-0,30
Сера
0,003-0,005
Фосфор
0,013-0,015
Никель
0,15-0,25
Хром
0,08-0,10
Медь
0,15-0,25
Алюминий
0,025-0,050
Ниобий
0,04-0,10
Ванадий
0,04-0,10
Титан
0,010-0,035
Железо
остальное,
с суммарной массовой долей в стали ванадия, ниобия и титана - не более 0,15%, температуру черновой стадии горячей прокатки устанавливают в диапазоне 980÷1100°С, температуру начала чистовой прокатки выбирают в диапазоне 780÷820°С, причем толщину подката для чистовой стадии прокатки принимают равной 140÷170 мм, кроме того, температуру конца прокатки принимают равной 780÷810°С, при этом температуру конца ускоренного охлаждения листа принимают 560÷600°С.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Прокат из низколегированных марок стали трубного сортамента (класса прочности Х60) в соответствии с требованиями отечественных и зарубежных стандартов должен обеспечивать сочетание высоких прочностных и пластических свойств, а также повышенные вязкие характеристики (KCU, KCV, долю вязкой составляющей в изломе при ИПГ), обеспечивающие достаточную хладостойкость, хорошую свариваемость трубной заготовки, а также достаточно высокое сопротивление хрупкому разрушению при температурах монтажа труб и их эксплуатации. В связи с этим в отечественных и зарубежных стандартах нормируется параметр Рсм - стойкость против растрескивания при сварке.
т
в
5
-20
-60
2
2
Для обеспечения нормируемого комплекса свойств в процессе горячей прокатки в металле должна быть сформирована мелкозернистая ферритно-бейнитная микроструктура, равномерно распределенная по всему сечению листа. Поэтому технология изготовления горячекатаных листов из стали трубного сортамента класса прочности Х60 должна обеспечивать получение следующего уровня механических свойств: прочностных - предел текучести σ~ 445-550 МПа; временное сопротивление разрыву σ ~ 520-620 МПа; пластических - относительное удлинение δ - не менее 23%; вязких - ударная вязкость KCV - не менее 90 Дж/см, KCU - не менее 90 Дж/см, количество вязкой составляющей в изломе образца ИПГ при температуре -20°С - не менее 70% (например, в соответствии с нормами международного стандарта API 5L).
В заявляемом химическом составе стали за основу принято расширенное в сторону уменьшенного количества углерода (0,07÷0,11%). Для обеспечения в горячекатаном листе требуемого уровня прочностных свойств, соответствующих классу прочности Х60, вводится кремний в количестве 0,10÷0,30%, обеспечивающий рост прочности и вязкости при легировании и марганец в количестве 1,50÷1,65%, принятый традиционно в качестве одного из основных легирующих компонентов в низколегированных сталях, включая и трубный марочный сортамент (см., например, Матросов Ю.И., Литвиненко Д.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных трубопроводов. М.: Металлургия, 1989. - 288 с.). Содержание алюминия 0,025÷0,050% обеспечивает необходимую чистоту стали по неметаллическим включениям. Заявленный диапазон содержаний серы (не более 0,005%) и фосфора (не более 0,015%) позволяет получить высокие значения ударной вязкости при отрицательных температурах.
Кроме того, для получения мелкозернистой микроструктуры за счет подавления роста зерен при рекристаллизации и после ее окончания традиционно применяется микролегирование карбонитридообразующимися элементами (Nb, Ti, V) в сотых долях процента. В заявляемом техническом решении в сталь вводятся 0,010÷0,035% титана, 0,04÷0,10% ниобия и 0,04÷0,10% ванадия, являющиеся упрочняющими микролегирующими элементами. Причем суммарная массовая доля в стали ванадия, ниобия и титана не должна превышать 0,15%, что обеспечивает при достаточно высоких значениях прочности приемлемый повышенный уровень пластичности, соответствующий классу прочности Х60, а также позволяет использовать стратегию экономного оптимального легирования. Для усиления упрочняющего эффекта дополнительно вводится по 0,08÷0,10% хрома и 0,15÷0,25% никеля, являющиеся также элементами, обеспечивающими дополнительные противокоррозионные свойства горячекатаного проката.
Одним из главных условий получения в готовом горячекатаном прокате конечных размеров требуемой мелкозернистой ферритно-бейнитной структуры является наличие мелкозернистой структуры аустенита, которая, в свою очередь, может быть получена при определенных степенях и скоростях деформаций и температурах прокатываемого металла, так как она зависит от скорости рекристаллизации при прокатке. При этом размер зерна в процессе рекристаллизации, а также после фазовых превращений в значительной степени будет определяться степенью измельчения зерен аустенита при черновой стадии контролируемой прокатки, уровня проработки микроструктуры аустенита в области отсутствия рекристаллизации при чистовой стадии прокатки, а также условий охлаждения листа после чистовой прокатки. Учитывая достаточно существенную конечную толщину горячекатаного листа (более 25 мм) для минимизации разброса свойств по его сечению, очевидно, что определяющими параметрами горячей прокатки листов будут являться температура черновой стадии прокатки при одновременной регламентации толщины раската перед чистовой прокаткой, а также температура последующей чистовой прокатки. Кроме того, для подавления роста аустенита в процессе ускоренного охлаждения существенную роль будут играть режимы охлаждения листа после окончания стадии горячей прокатки, включающие скорость охлаждения и температуру конца активной фазы охлаждения.
Температурные условия черновой прокатки (980÷1100°С) объясняются следующим. В раскате, имеющем температуру более заявленной, при прокатке в первых черновых проходах стана могут успеть пройти процессы рекристаллизации, т.е. сформируется крупное аустенитное зерно (6-9 баллов, вместо требуемых 10-11 баллов). В результате не будет также обеспечен требуемый уровень механических свойств, соответствующих классу прочности Х60. При температуре ниже заявленного диапазона не будет обеспечена выкатываемость сляба в лист конечной толщины. Кроме того, учитывая повышенную конечную толщину листа (более 25 мм), для формирования в нем заданного комплекса механических свойств при температурах чистовой прокатки и последующего охлаждения, а также обеспечения выкатываемости листа необходимо ограничивать толщину раската на стадии конца черновой прокатки в интервале 140÷170 мм. При значениях вне указанного диапазона из-за высокой теплоемкости раската будет наблюдаться существенный градиент механических свойств по сечению готового листа вследствие повышенной неравномерности деформации. Данный интервал толщины раската установлен в результате обобщения результатов экспериментальных прокаток листа заявленного марочно-размерного сортамента в условиях толстолистового стана 5000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Температурные условия начала чистовой прокатки объясняются необходимостью проведения определенного подстуживания раската после черновой прокатки для стабилизации температуры по сечению и обеспечения оладьеобразной формы зерна, которая обеспечивает лучшую выкатываемость в процессе последующей деформационной обработки. Для выбранного химического состава стали наиболее приемлемым будет являться температурный интервал начала чистовой стадии горячей прокатки 780÷820°С. Для обеспечения однородности фазового состава стали за счет окончания пластической деформации всех участков листа в нижней части аустенитной области необходимо чистовую стадию горячей прокатки листа заканчивать при температурах 780÷810°С.
Температура охлаждения листа 560÷600°С связана необходимостью протекания бейнитного превращения. Отклонения в верхнюю сторону от выбранного диапазона приводят к росту балла зерна, соответственно снижая прочностные параметры проката. Снижение нижнего диапазона формирует повышенную разнобалльность зерна (более 3 смежных баллов), а также возрастает вероятность критичного искажения геометрической формы листа, связного в этом случае со значительным градиентом температуры по сечению достаточно толстого проката.
Пример осуществления способа.
Выплавили кислородно-конвертерным методом сталь заявленного химического состава (см. таблицу 1). После проведения внепечной обработки металла и введения требуемых добавок осуществляли непрерывную разливку стали с последующей ее кристаллизацией и порезкой на слябы.
Слябовую заготовку толщиной 250 мм из стали марки с соответствующим химическим составом нагревают в методической печи до требуемой температуры. После этого на толстолистовом стане 5000 ОАО «ММК» при температурах (980÷1100)°С производят черновую стадию прокатки в раскат промежуточной толщины (140÷170 мм). Далее осуществляют подстуживание раската на воздухе до соответствующей температуры (780÷820°С), при которой начинают чистовую стадию горячей прокатки до конечной толщины 26÷28 мм. При этом температуру конца прокатки (Ткп) поддерживают в диапазоне 780÷810°С. Далее горячекатаный лист подвергается ускоренному охлаждению водой в установке контролируемого охлаждения до температуры 560÷600°С. После окончания активной фазы охлаждения горячекатаный лист направляется на участок противофлокеновой обработки (ПФО), где укладывается в стеллажи и подвергается замедленному охлаждению до температуры менее 100°С. Далее охлажденный горячекатаный лист направляется на участок листоотделки.
Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялось изготовление горячекатаных листов класса прочности Х60 трубного сортамента на стане 5000 ОАО «ММК», а также результаты исследований представлены в таблице 2.
т
в
5
-20
-60
2
2
2
2
Заявляемая технология производства металлопроката на примере изготовления горячекатаных листов класса прочности Х60 обеспечивает получение следующих механических свойств: предел текучести σ=475÷545 Н/мм, временное сопротивление разрыву σ=560÷620 Н/мм, относительное удлинение δ в пределах 25÷28%, ударная вязкость KCV=250÷320 Дж/см, KCU=160÷250 Дж/см, доля вязкой составляющей в изломе при ИПГ>90%.
Выбранная совокупность признаков позволяет сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.
Заявляемый способ может найти широкое применение при производстве горячекатаных листов толщиной 26-28 мм, используемых в качестве горячекатаной заготовки для производства труб (в том числе применяемых в магистральных газо-, нефтепроводах), обладающих повышенными прочностными, пластическими и вязкими свойствами класса прочности Х60, равномерно распределенными как по сечению, так и по длине листа.