трубная заготовка из низкоуглеродистой микролегированной стали

Формула изобретения

1. Трубная заготовка из низкоуглеродистой микролегированной стали, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей, мас.%:

углерод [С]	0,16-0,22
марганец [Mn]	1,30-1,70
кремний [Si]	0,35-0,55
ванадий [V]	0,10-0,20
молибден [Мо]	0,06-0,08
азот [S]	0,005-0,015
мышьяк [As]	0,0001-0,03
олово [Sn]	0,0001-0,02
свинец [Pb]	0,0001-0,01
цинк [Zn]	0,0001-0,005
сера [S]	0,005-0,035
железо и неизбежные примеси	остальное,

при выполнении соотношений:

(As+Sn+Pb+5·Zn) 0,07; 0,54 (C+Mn/6+Mo+V) 0,76, горячекатаной и нормализованной и имеет ферритоперлитную структуру с размером действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру - центральную пористость, точечную неоднородность, ликвационный квадрат не более 2,0 балла, подусадочную ликвацию и ликвационные полоски 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 баллов, временное сопротивление разрыву 550-780 Н/мм², предел текучести не менее 410 Н/мм², относительное удлинение не менее 22%, работу удара (-20°С) не менее 35 Дж.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: фосфор - не более 0,035, хром - не более 0,30, никель - не более 0,30, медь - не более 0,30.

3. Трубная заготовка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что при содержании серы 0,020% она имеет временное сопротивление разрыву 580-750 Н/мм², предел текучести не менее 430 Н/мм ², относительное удлинение не менее 24%, работу удара (-20°С) не менее 45 Дж.

Описание изобретения к патенту

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

Известна трубная заготовка из легированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, молибден, ванадий, азот, алюминий, серу, фосфор, цинк, свинец, олово, висмут, сурьму, имеющая заданные параметры механических свойств и заданную структуру (SU 1754790 A1, C22C 38/60, 15.08.1992).

Известна трубная заготовка из низкоуглеродистой микролегированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, ниобий, 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 заготовке из низкоуглеродистой микролегированной 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.

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

углерод [С]	0,16-0,22
марганец [Mn]	1,30-1,70
кремний [Si]	0,35-0,55
ванадий [V]	0,10-0,20
молибден [Мо]	0,06-0,08
азот [N]	0,005-0,015
мышьяк [As]	0,0001-0,03
олово [Sn]	0,0001-0,02
свинец [Pb]	0,0001-0,01
цинк [Zn]	0,0001-0,005
сера [S]	0,005-0,035
железо и неизбежные примеси	остальное

при выполнении соотношений (As+Sn+Pb+5×Zn) 0,07; 0,54 (C+Mn/6+Mo+V) 0,76, горячекатаной и нормализованной, имеет ферритоперлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 балл, макроструктуру: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат не более 2,0 балла, подусадочную ликвацию и ликвационные полоски - не более 1 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные не более 2,5 балл, средний по каждому виду включений, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 550-780 Н/мм ², предел текучести не менее 410 Н/мм² , относительное удлинение не менее 22%, работа удара KU (-20°С) не менее 35 Дж.

В качестве примесей сталь дополнительно содержит, мас %: фосфор - не более 0,035, хром - не более 0,30, никель - не более 0,30, медь - не более 0,30.

При содержании серы 0,020% она имеет механические свойства: временное сопротивление разрыву 580-750 Н/мм², предел текучести не менее 430 Н/мм², относительное удлинение не менее 24%, работа удара KU (-20°С) не менее 45 Дж.

Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в готовом изделии мелкодисперсную ферритоперлитную 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 (0,22%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,16% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец и молибден используются, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца 1,70%, молибдена 0,08% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 1,30% и 0,06% соответственно необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости и теплостойкости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0,35% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,55% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Ванадий вводится в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной, однородной зеренной структуры. При этом он управляет процессами в нижней части аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер - -превращения. Верхняя граница содержания ванадия 0,20% обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,10% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота 0,015% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,005% вопросами технологичности производства.

Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел (0,035%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0,005%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением заданного уровня обрабатываемости резанием данной стали.

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% по каждому элементу 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 0,54 (C+Mn/6+Mo+V) 0,76 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.

Пример осуществления изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения. Выплавка исследуемых сталей с химическими составами, мас.%:

пример 1: углерод - 0,19, марганец - 1,53, кремний - 0,46, ванадий - 0,12, молибден - 0,07, сера - 0,011, азот - 0,009, мышьяк - 0,011, олово - 0,009, свинец - 0,008, цинк - 0,002;

пример 2: углерод - 0,21, марганец - 1,62, кремний - 0,41, ванадий - 0,16, молибден - 0,08, сера - 0,031, азот - 0,008, мышьяк - 0,010, олово - 0,009, свинец - 0,004, цинк - 0,002) производится в 150-ти 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%. Термическая обработка проката включала нормализацию от 910-930°С.

В результате горячей прокатки получаем трубную заготовку 14 мм, длиной 500 мм.

Из стали по примеру 1: мелкодисперсная пластинчатая ферритоперлитная структура, балл действительного зерна - 8, 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 0,5 балла, оксиды точечные 0,5 балла, оксиды строчечные 0,5 балла, силикаты хрупкие 0,5 балла, силикаты пластичные 0,5 балла, силикаты недеформированные 0,5 балла, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 612 Н/мм², предел текучести 444 Н/мм ², относительное удлинение 24%, работа удара KU (-20°С) 54 Дж.

Из стали по примеру 2: мелкодисперсная пластинчатого ферритоперлитная структура, балл действительного зерна - 8, макроструктура: центральная пористость 2 балл, точечная неоднородность 2 балл, ликвационный квадрат 1 балл, поду садочная ликвация 1 балл, ликвационные полоски 1 балл. Неметаллические включения: сульфиды точечные 2,0 балла, оксиды точечные 1.0 балл, оксиды строчечные 0,5 баллов, силикаты хрупкие 1,0 балл, силикаты пластичные 1,0 балл, силикаты недеформированные 1,0 балл, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 623 Н/мм² , предел текучести 463 Н/мм², относительное удлинение 22%, работа удара KU (-20°С) 38 Дж.

(As+Sn+Pb+5×Zn)=0,033 (C+Mn/6+Mo+V)=0,72

Внедрение трубной заготовки из низкоуглеродистой микролегированной 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.