способ производства хладостойкого листового проката
Классы МПК: | C21D8/02 при изготовлении плит или лент C22C38/12 содержащие вольфрам, тантал, молибден, ванадий или ниобий C21D9/46 листового металла |
Автор(ы): | Горынин Игорь Васильевич (RU), Рыбин Валерий Васильевич (RU), Малышевский Виктор Андреевич (RU), Хлусова Елена Игоревна (RU), Мальцева Людмила Ивановна (RU), Орлов Виктор Валерьевич (RU), Сувориков Виктор Александрович (RU), Малахов Николай Викторович (RU), Милейковский Андрей Борисович (RU), Фомин Сергей Евгеньевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина (ФГУП "ЦНИИЧермет" им.И.П.Бардина) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-07-22 публикация патента:
27.11.2009 |
Изобретение относится к области черной металлургии, точнее к производству толстолистового проката повышенной прочности с гарантированной сопротивляемостью слоистым разрушениям, применяемого для топливно-энергетического комплекса, в судостроении и др. Для получения хладостойкого до (-80)°С листового проката улучшенной свариваемости повышенной прочности толщиной до 60 мм осуществляют выплавку стали определенного химического состава, разливку металла в непрерывнолитые заготовки, 2-х ступенчатый нагрев, сначала до температуры 1200°С в течение 3 часов, далее снижение температуры до 1150°С и выдержку при ней 3-4 часа, предварительную деформацию с суммарной степенью обжатий 58-65% с регламентированными обжатиями не менее 16% за проход при температуре 940-990°С, охлаждение полученной заготовки на 220-250°С, окончательную деформацию при температуре 740-720°C с суммарной степенью обжатий 35-42%, ускоренное охлаждение со скоростью 6-15°/сек, далее замедленное охлаждение в кессоне до температуры не выше 150°С и затем на воздухе. 3 табл.
Формула изобретения
Способ производства хладостойкого листового проката, включающий получение заготовки из стали, ступенчатый нагрев заготовки выше Ас3, прокатку с предварительной и окончательной дробной деформацией, ступенчатое охлаждение листового проката в установке контролируемого ускоренного охлаждения (УКО) с последующим охлаждением в кессоне до 150°С и далее на воздухе, отличающийся тем, что заготовку получают из стали, содержащей следующее соотношение элементов, мас.%:
углерод | 0,05-0,07 |
марганец | 1,1-1,3 |
кремний | 0,15-0,30 |
никель | 0,6-0,8 |
алюминий | 0,02-0,06 |
молибден | 0,09-0,14 |
ниобий | 0,02- -0,04 |
ванадий | 0,02-0,04 |
сера | 0,001-0,008 |
фосфор | 0,003-0,012 |
железо | остальное |
при этом углеродный эквивалент Сэкв 0,40 мас.%, коэффициент трещиностойкости Рсм 0,22 мас.%, перед прокаткой проводят двухступенчатый нагрев сначала до температуры 1200°С в течение 3 ч, далее температуру снижают до 1150°С и выдерживают при ней 3-4 ч, затем ведут предварительную деформацию с суммарной степенью обжатий 58-65% с регламентированными обжатиями не менее 16% за проход при температуре 940-990°С, далее осуществляют охлаждение полученной заготовки на 220-250°С, окончательную деформацию проводят при температуре 720-740°C с суммарной степенью обжатий 35-42%, а ускоренное охлаждение на УКО ведут со скоростью 6-15%.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, точнее к производству толстолистового проката улучшенной свариваемости с гарантированной сопротивляемостью слоистым разрушениям, применяемого для топливно-энергетического комплекса, в судостроении, мостостроении и тяжелом машиностроении.
Известен способ производства листового проката с использованием нормализации, термомеханической обработки, закалки с отпуском из низколегированной стали повышенной прочности марки РСЕ36 по ГОСТ 5521 (аналог), отвечающей правилам Российского Морского Регистра судоходства при температуре испытания на ударный изгиб - 40°C, содержащей (мас.%): углерод - не более 0,18; марганец - 0,9-1,6; кремний - 0,15-0,50; хром - не более 0,2; никель - не более 0,40; медь - не более 0,35; алюминий - 0,015-0,06; фосфор - не более 0,035; сера - не более 0,035; железо - остальное.
Основным недостатком аналога является низкая хладостойкость листового проката при температуре не ниже - 20°C (нормируемой значение работы удара на продольных образцах при температуре - 40°C KV-40 34 Дж).
Наиболее близким по технологии изготовления является способ производства листового проката из стали следующего химического состава (мас.%) патент № 2265067, С21D 8/08:
углерод | 0,04-0,10 |
марганец | 0,60-0,90 |
кремний | 0,15-0,35 |
никель | 0,10-0,40 |
алюминий | 0,02-0,06 |
ниобий | 0,02-0,06 |
ванадий | 0,03-0,05 |
железо | остальное |
при этом проводят аустенизацию при температуре 1100-1150°C, предварительную деформацию с суммарной степенью обжатий 35-60% проводят при температуре 900-800°C, затем охлаждают заготовку на 50-70°C, окончательную деформацию с суммарной степенью обжатий 65-75% проводят при температуре 830-750°C, ускоренное охлаждение листового проката проводят в установке контролируемого охлаждения до температур 500-260°C, далее замедленно охлаждают в кессоне до температуры не выше 150°C.
Недостатком прототипа являются пониженные прочность, сопротивляемость слоистым разрушениям и невозможность обеспечения хладостойкости при температурах до - 80°C для листов толщиной более 50 мм.
Техническим результатом изобретения является способ производства хладостойкого толстолистового проката повышенной прочности с гарантированной сопротивляемостью слоистым разрушениям в толщинах до 60 мм и шириной до 4500 мм.
Технический результат достигается тем, что заготовки из стали следующего химического состава, мас.%: углерод - 0,05-0,07, марганец - 1,1-1,3; кремний -0,15-0,30; никель - 0,6-0,80; алюминий - 0,02-0,06; молибден - 0,09-0,14; ниобий -0,02-0,04; ванадий - 0,02-0,04, сера - 0,001-0,008; фосфор - 0,003-0,012; железо - остальное с величиной углеродного эквивалента Сэкв 0,40% и коэффициента трещиностойкости
Р см 0,22, подвергают 2-х ступенчатому нагреву, сначала до температуры 1200°C в течение 3 часов, далее температуру снижают до 1150°C и проводят выдержку 3-4 часа, предварительную деформацию с суммарной степенью обжатий 58-65% с регламентированными обжатиями не менее 16% в каждом проходе, при температуре 940-990°C, далее «подкат» - охлаждают на 220-250°C, окончательную деформацию проводят при температуре 720-740°C с суммарной степенью обжатий 35-42%, ускоренное охлаждение со скоростью 6÷15°/сек, далее замедленно охлаждают в кессоне до температуры не выше 150°C, затем на воздухе.
Углеродный эквивалент определяют по формуле:
а коэффициент трещиностойкости:
Основными факторами повышения предела текучести являются твердорастворное, дислокационное, субструктурное и дисперсионное упрочнения.
Повышение предела текучести стали обычно приводит к увеличению склонности к хрупким разрушениям. Единственным механизмом, который одновременно с приростом предела текучести вызывает повышение хладостойкости, является измельчение действительного зерна, которое достигается применением легирования ванадием и ниобием, образующими мелкодисперсные карбиды, препятствующие росту зерна аустенита при нагреве и оказывающие тормозящее действие на собирательную рекристаллизацию при высокотемпературной стадии прокатки. Легирование молибденом применяется для измельчения зерна феррита за счет образования дисперсной -фазы при прохождении превращения в заданном интервале и обеспечения в не менее 550 МПа.
Ограничение величины углеродного эквивалента и коэффициента трещиностойкости гарантирует высокую технологичность сварки при низких температурах окружающей среды без предварительного подогрева. Требования по максимальным значениям углеродного эквивалента и коэффициента трещиностойкости обеспечиваются при варьировании содержания химических элементов (табл.1).
Главной отличительной особенностью технологии являются:
- применение ступенчатого нагрева, позволяющего растворить при температуре 1200°C карбидные и карбонитридные фазы V, Nb и Мо для обеспечения временного сопротивления 550÷600 МПа. Последующее снижение температуры до 1150°C и выдержка 3-4 час обеспечивают процесс стабилизации растворения карбидов и не допускают перегрева металла;
- регламентирование первой стадии прокатки как по величине каждого из первых четырех обжатий, так и по температуре. Обжатия с деформацией не менее 16%, при первом проходе позволяют за счет протекания, процессов рекристаллизации сформировать мелкое зерно аустенита и стимулировать выделение карбидной фазы, предотвращающей прохождение собирательной рекристаллизации и обеспечить измельчение структуры по всей толщине.
Термомеханическая обработка с окончанием прокатки при температуре 740°C-720°C обеспечивает формирование мелкозернистой структуры с развитой субструктурой и равномерно распределенной мелкодисперсной карбидной фазой.
Ускоренное охлаждение проката от температуры 720-740°C со скоростью 15°/сек, способствует образованию мелкозернистой структуры, состоящей из полигонального и фрагментированного феррита и бейнита. Последующее замедленное охлаждение в кессоне обуславливает снятие термических напряжений.
Использование микролегирования обеспечивает формирование мелкозернистой структуры по всей толщине проката. Содержание никеля не более 0,8 мас.%, и марганца не более 1,30 мас.%, определяет широкий интервал скоростей охлаждения для получения заданной феррито-бейнитной структуры по всей толщине проката.
Регламентирование содержания примесных элементов, особенно серы, обеспечивает высокую сопротивляемость стали слоистым разрушением в направлении толщины проката в составе сварных соединений.
Испытания листового проката, изготовленного по указанной технологии, показали, что предлагаемый режим для заданного химического состава обеспечивает наряду с требуемой прочностью высокую работу удара при - 80°C, улучшенную свариваемость и гарантированную сопротивляемость слоистым разрушениям в толщинах до 60 мм включительно.
Пример. Сталь была выплавлена в кислородном конверторе и после внепечного рафинирования разлита в непрерывно-литые слябы сечением 245,0×1710 мм. Химический состав стали, был следующим, мас.%: углерод - 0,06; кремний - 0,25; марганец - 1,2; никель - 0,65; алюминий - 0,05; молибден - 0,11; сера - 0,003; фосфор - 0,008; ниобий - 0,040; ванадий - 0,028; Сэкв=0,33; Рсм=0,14.
Согласно указанному способу заготовки нагревали до температуры 1200°C в течение 3 часов, далее температуру снижали до 1150°C и выдерживали при ней 4 часа.
Прокатку на листы толщиной 60 мм производили на одноклетьевом реверсивном стане.
Предварительную деформацию проводили с регламентированными обжатиями (16-18-17-20-18)% в диапазоне температур 990-940°C. Подкат подстуживали до температуры 740°C. Окончательную деформацию производили при температуре 720-740°C с суммарным обжатием 35-42%. После окончания деформации листы охлаждали в установке контролируемого охлаждения со среднемассовой скоростью 8°/сек за один проход. Замедленное охлаждение проводили в кессоне до температуры 120°C, окончательное охлаждение - на воздухе до температуры окружающей среды.
Механические свойства определяли на продольных и поперечных образцах. Испытания на статическое растяжение проводили на образцах тип III № 4 ГОСТ 1497, а на ударный изгиб на образцах с V-образным надрезом (тип 11, ГОСТ 9454) при температуре -60°C и -80°С. Образцы вырезали из 1/4 и из 1/2 по толщине. Механические свойства листов приведены в таблице 2.
Определена температура нулевой пластичности NDT в соответствии с ASTME 208, составившая - -55÷-70°C при норме не выше - 50°C.
Оценку свариваемости выполняли на сварных соединениях с К-образной разделкой, сваренных автоматической сваркой под флюсом с погонной энергией 3,5 кДж/мм без послесварочного отпуска.
Были испытаны на растяжение плоские образцы с расчетной длиной , вырезанные из сварных соединений, на ударный изгиб - образцы с V-образным надрезом, выполненным перпендикулярно поверхности проката по линии сплавления, и на расстоянии 2,5, 20 мм от линии сплавления сварного соединения. Определена твердость по Виккерсу в зоне термического влияния и в основном металле, результаты приведены в таблице 3.
Класс C21D8/02 при изготовлении плит или лент
Класс C22C38/12 содержащие вольфрам, тантал, молибден, ванадий или ниобий
Класс C21D9/46 листового металла