Патент на изобретение №2330896

(54) ТРУБНАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 100 до 180 мм, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств трубная заготовка изготовлена из низкоуглеродистой низколегированной стали, содержащей следующие соотношения компонентов в мас.%: С – (0,23-0,29), Mn – (1,35-1,65), Si – (0,17-0,43), Al – (0,02-0,04), N – (0,005-0,010), As – (0,0001-0,03), Sn – (0,0001-0,02), Pb – (0,0001-0,01), Zn – (0,0001-0,005), железо и неизбежные примеси – остальное, при следующем соотношении: (As+Sn+Pb+5×Zn)0,07; 0,46(C+Mn/6)0,55. Примеси: фосфор не более 0,025%, сера не более 0,030%, хром не более 0,30%, никель – не более 0,25%, медь не более 0,30%. Трубная заготовка имеет феррито-перлитную структуру с размером действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация – не более 2,0 баллов; ликвационные полоски не более 1 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные не более 2,5 баллов (средний балл) по каждому виду включений. Механические свойства в нормализованном состоянии – временное сопротивление разрыву не менее 517 Н/мм², предел текучести 379-552 Н/мм², относительное удлинение не менее 18%. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 100 до 180 мм из низкоуглеродистой низколегированной стали, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения.

Известна трубная заготовка из низкоуглеродистой низколегированной стали, имеющая заданную структуру, механические свойства, в состав стали включены углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, ниобий, алюминий, азот (RU 2070585 C1, C21D 9/14, 20.12.1996).

Известна трубная заготовка из низкоуглеродистой низколегированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, молибден, серу, фосфор, хром, медь, никель, алюминий, титан, сурьму, олово, мышьяк и железо остальное, изготовленная из горячекатаного листа, имеющая заданные параметры механических свойств и заданную структуру (RU 2252972 C1, C21D 9/08, 27.05.2005).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовки из низкоуглеродистой низколегированной стали, является с одной стороны, обеспечение однородности микро- и макроструктуры, низкого содержания неметаллических включений, с другой стороны – обеспечение повышенного комплекса потребительских свойств и заданной морфологии неметаллических включений.

Задачей изобретения является обеспечение повышенного уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Поставленная задача решена тем, что трубная заготовка из низкоуглеродистой низколегированной стали изготовлена из стали, содержащей следующие соотношения компонентов в мас.%:

при выполнении соотношении: (As+Sn+Pb+5×Zn)0,07; 0,46(C+Mn/6)0,55, горячекатаной, улучшенной, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна – 5-10 баллов, макроструктуру – центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация – не более 2,0 балла по каждому виду; ликвационные полоски – не более 1 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные не более 2.5 баллов, средний по каждому виду включений, механические свойства в нормализованном состоянии: временное сопротивление разрыву не менее 517 Н/мм², предел текучести 379-552 Н/мм², относительное удлинение не менее 18%. В качестве примесей сталь дополнительно содержит в мас.%: фосфор не более 0,025, сера – не более 0,030, хром не более 0,30, никель не более 0,25, медь не более 0,30.

Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в готовом изделии мелкодисперсную феррито-перлитную структуру, оптимальные содержание и морфологию неметаллических включений, однородную макроструктуру и благоприятное сочетание характеристик прочности и пластичности.

Углерод вводится в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,29%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя – соответственно 0,23% – обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец используются с одной стороны как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны как элемент, повышающий устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний предел содержания марганца – 1,65% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний – 1,35%, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости и теплостойкости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию – 0,17% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,43% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содердания азота – 0.010% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел – 0.005% вопросами технологичности производства.

Алюминий – сильный карбонитридообразователь и раскислитель стали. Верхний предел содержания алюминия – 0,04% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел – 0,02% вопросами технологичности производства.

Мышьяк, олово, свинец и цинк – цветные примеси, определяющие общий уровень пластичности стали и ее склонность к проявлению обратимой отпускной хрупкости при последующей термической обработке готовых изделий из рассматриваемой трубной заготовки. Нижний предел по мышьяку, олову, свинцу и цинку (0,0001% соответственно обусловлен технологией производства стали, а верхний – (0,03%, 0,02%, 0,01% и 0,005% соответственно) определяет повышенную склонность стали к обратимой отпускной хрупкости.

Соотношение (As+Sn+Pb+5×Zn)0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости. Соотношение 0,46(C+Mn/6)0,55 определяет параметры вязкости и прокаливаемости стали.

Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, которой достигался бы сходный эффект – обеспечение повышенного уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката. Следовательно, заявляемая совокупность признаков соответствует новизне и изобретательскому уровню.

Пример осуществления изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения. Выплавку исследуемой стали, химический состав в мас.%: углерод – 0,25%, марганец – 1,53, кремний – 0.26, алюминий – 0.032, азот – 0.009, мышьяк – 0,010, олово – 0,007, свинец – 0,006, цинк – 0,002, производится в 150-тонных дуговых сталеплавильных печах (ДСП) с использованием в шихте 100% металлизованных окатышей, что обеспечивает получение массовой доли азота перед выпуском из ДСП не более 0,003%, а также низкое содержание цветных примесей. Предварительное легирование металла по марганцу и кремнию производится в ковше при выпуске из ДСП. После выпуска производилась продувка металла аргоном через донный продувочный блок, во время которой сталь раскисляется алюминием. После этого металл поступает на агрегат комплексной обработки стали (АКОС), на котором имеется возможность нагрева металла до необходимой температуры, продувки его аргоном через донный продувочный блок, дозированной присадки необходимых ферросплавов и обработки стали порошковой проволокой с различными наполнителями. На АКОСе производится наведение рафинировочного шлака присадкой извести и плавикового шпата, раскисление шлака гранулированным алюминием, легирование металла алюминием до содержания 0,050%, доводка металла по содержанию марганца, нагрев до температуры, обеспечивающей дальнейшую обработку. После обработки на АКОС металл подвергается вакуумной обработке на порционном вакууматоре. Во время вакуумирования производится окончательная корректировка по химическому составу. После вакуумирования металл обрабатывается силикокальцием и передается на разливку. Разливка производится на четырехручьевых УНРС радиального типа в слиток размерами 300×360 мм со скоростью вытягивания 0,6÷0,7 м/мин, с защитой металла от окисления путем использования покровных шлаковых смесей в промежуточном ковше и кристаллизаторе, защитных труб, погружных стаканов и подачей аргона. Это также обеспечивает получение низкого содержания азота и кислорода и чистоту металла по неметаллическим включениям. После разливки и пореза на мерную длину полученные непрерывнолитые заготовки охлаждались в печах контролируемого охлаждения. Горячую прокатку сортового проката начинают при температуре 900-950°С и заканчивают при температуре 740-850°С, при деформации в последних проходах не менее 20%. Термообработка проката – нормализацию от 910-930°С.

В результате горячей прокатки получаем трубную заготовку 110 мм, длиной – 4800 мм. Структура – пластинчатый феррито-перлит, балл действительного зерна – 9, макроструктура: центральная пористость – 1 балл, точечная неоднородность – 1 балл, ликвационный квадрат – 1 балл, подусадочная ликвация – 1 балл, ликвационные полоски – 1 балл, неметаллические включения: сульфиды точечные – 1 балл, оксиды точечные – 1 балл, оксиды строчечные – 1 балл, силикаты хрупкие – 1 балл, силикаты пластичные – 0,5 балла, силикаты недеформированные – 1,5 балла.

Механические свойства в нормализованном состоянии – временное сопротивление разрыву 542 Н/мм², предел текучести 412 Н/мм², относительное удлинение 20%. (As+Sn+Pb+5×Zn)=0,033; (C+Mn/6)=0,505.

Трубная заготовка из низкоуглеродистой низколегированной стали обеспечивает повышенный уровень потребительских свойств проката при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Формула изобретения

1. Трубная заготовка из низкоуглеродистой низколегированной стали, имеющая заданные параметры структуры и механических свойств, отличающаяся тем, что заготовка выполнена из стали, содержащей, мас.%:

при выполнении соотношений: (As+Sn+Pb+5·Zn)0,07; 0,46(C+Mn/6)0,55, горячекатаной, нормализованной и имеет ферритоперлитную структуру с размером действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру с центральной пористостью, точечной неоднородностью, ликвационным квадратом, подусадочной ликвацией не более 2,0 баллов, ликвационными полосками не более 1 балла, неметаллические включения вида: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные и силикаты недеформированные со средним размером по каждому виду включений не более 2,5 балла, временное сопротивление разрыву не менее 517 Н/мм², предел текучести 379-552 Н/мм², относительное удлинение не менее 18%.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: фосфор не более 0,025, сера не более 0,030, хром не более 0,30, никель не более 0,25, медь не более 0,30.