способ производства штрипса для труб магистральных трубопроводов

Формула изобретения

Способ производства штрипса толщиной 15-28 мм для труб магистральных трубопроводов, включающий выплавку стали, разливку в слябы, предварительную прокатку сляба, промежуточное подстуживание подката, чистовую прокатку и охлаждение, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего состава, мас.%:

углерод	0,03-0,07
марганец	1,75-2,10
кремний	0,16-0,40
никель	0,040-0,80
медь	0,001-0,50
алюминий	0,01-0,10
молибден	0,03-0,50
ниобий	0,01-0,10
ванадий	0,001-0,04
сера	0,001-0,003
фосфор	0,003-0,012
кальций	0,001-0,010
титан	0,01-0,05
железо	остальное,

предварительную прокатку осуществляют поперек продольной оси сляба с суммарной степенью деформации 60-80%, затем охлаждают подкат на воздухе до температуры начала чистовой прокатки, равной (Аr₃ +150)°С, и проводят чистовую прокатку в направлении продольной оси с температурой конца прокатки, равной Аr₃+(20-40)°С, затем охлаждают до температуры 350-450°С со скоростью 15-50°С/с, а затем - со скоростью не более 1°С/с, при этом соотношение суммарных степеней деформаций предварительной прокатки и окончательной прокатки составляет (1:4)-(1:8).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству штрипса для труб магистральных трубопроводов толщиной до 28 мм.

Известен способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме при температуре ниже температуры рекристаллизации аустенита с подстуживанием в процессе прокатки со скоростью 3-15°С, последующее охлаждение листа на воздухе до температуры не ниже A_r1+50°С и далее со скоростью 6-30°С/с до температуры (A_r1-30°С) 500°С, а затем на спокойном воздухе до температуры окружающей среды (авт. свид. СССР № 1447889, кл. С21D 8/00, 1987 г.).

Известен также способ производства проката (прототип), включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме и охлаждение проката; при этом выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод	0,05-0,09
Марганец	1,25-1,6
Кремний	0,15-0,30
Хром	0,01-0,1
Никель	0,3-0,6
Молибден	0,10-0,25
Ванадий	0,03-0,10
Алюминий	0,02-0,05
Ниобий	0,01-0,06
Медь	0,20-0,40
Кальций	0,001-0,005
Сера	0,0005-0,005
Фосфор	0,005-0,015
Железо	Остальное

Деформацию заготовки ведут при температуре 950-850°С с суммарными обжатиями 50-60%, затем охлаждают ее до температуры 820-760°С со скоростью охлаждения 4-15°С/сек на установке контролируемого охлаждения, дополнительно производят окончательную деформацию при температуре 770-740°С до требуемой толщины штрипса с суммарным обжатием 60-76%, дальнейшее охлаждение ведут ускоренно на УКО со скоростью 35-55°С/сек до температуры 530-350°С, затем штрипс охлаждают в кессоне до 150±20°С и далее - на воздухе (RU № 2270873 С1, C21D 8/02, 27.02.2006).

Основными недостатками известных способов производства являются недостаточная прочность, неудовлетворительные показатели текучести, ударной вязкости, хладостойкости получаемого проката, а также свариваемости.

Техническим результатом данного изобретения является получение проката толщиной 15-28 мм ответственного назначения с повышенными показателями прочности, при одновременном повышении хладостойкости и низкотемпературной вязкости в зоне термического влияния при сварке проката, а также отсутствие анизотропии свойств по ударной вязкости в продольном и поперечном направлении проката.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства штрипса для труб магистральных трубопроводов толщиной 15-28 мм, включающем выплавку стали, непрерывную разливку на заготовки, предварительную прокатку, промежуточное подстуживание подката, чистовую прокатку и охлаждение, изготавливают сталь следующего состава, мас.%:

Углерод	0,03-0,07
Марганец	1,75-2,10
Кремний	0,16-0,40
Никель	0,040-0,80
Медь	0,001-0,50
Алюминий	0,01-0,10
Молибден	0,03-0,50
Ниобий	0,01-0,10
Ванадий	0,001-0,04
Кальций	0,001-0,010
Сера	0,001-0,003
Фосфор	0,003-0,012
Титан	0,01-0,05
Железо	Остальное

Предварительную прокатку осуществляют поперек продольной оси сляба с суммарной степенью деформации на стадии 60-80%, затем подкат охлаждают на воздухе до температуры начала чистовой прокатки, равной (Аr ₃+150)°С и проводят чистовую прокатку в направлении продольной оси с температурой конца прокатки, равной Аr₃ +(20-40)°С, а затем охлаждают до температуры 350-450°С со скоростью 15-50°С/сек, затем охлаждают со скоростью не более 1°С/сек, при этом соотношение суммарных степеней деформации предварительной прокатки и окончательной прокатки составляет (1:4)-(1:8).

Выбранные пределы содержания углерода (0,03-0,07)% в сочетании с марганцем (1,75-2,10)%, медью (0,001-0,5)%) и никелем (0,040-0,80)% должны обеспечить в прокате, произведенном по предложенным режимам, получение феррито-бейнитной структуры и достижение высоких значений временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения при сохранении хорошей свариваемости. Заявленные содержания кремния (0,16-0,40)% и алюминия (0,01-0,10)% должны обеспечить необходимую чистоту стали по неметаллическим включениям и кислороду. Содержание титана в заявленных пределах (0,01-0,05)% обеспечивает связывание азота в стойкие нитриды, а выбранные пределы содержаний серы (0,001-0,003)%), фосфора (0,003-0,012)% - получение высоких значений ударной вязкости при отрицательных температурах. Ниобий в заявленных пределах содержания сдерживает рост зерна аустенита при нагреве, тормозит рекристаллизацию в области температур, соответствующей временной паузе между предварительной и окончательной прокаткой, что способствует созданию дополнительных центров образования новой фазы (феррита) при превращении и, следовательно, измельчению зерна феррита. Кроме того, ниобий, образуя карбонитриды, способствует повышению прочностных характеристик стали благодаря дисперсионному упрочнению.

Предложенные режимы предварительной прокатки и окончательной прокатки с температурой окончания деформации выше температуры Аr₃, ускоренного охлаждения до температур ниже ферритного, соответствующих бейнитному превращению, способствуют формированию однородной, дисперсной, бесполосчатой бейнитной структуры и на этой основе - повышенных показателей прочности, текучести, хладостойкости и свариваемости. Регламентированные степени обжатиями поперек и вдоль оси сляба, на стадии предварительной и окончательной прокаток приводят к уменьшению различий в величинах ударной вязкости образцов, вырезанных в продольном и поперечном направлении, при этом коэффициент анизотропии стремится к единице.

Примеры осуществления способа

Сталь трех составов выплавляли в кислородном конвертере. После выпуска металла производили его обработку в ковше и разливали на МНЛЗ. При внепечной обработке металла в ковше проводили окончательное раскисление, рафинирование, продувку нейтральным газом и модифицирующую обработку кальцием. В результате выплавки и внепечной обработки получили сталь следующих трех химических составов, мас.%:

1 состав: С - 0,07; Мn - 1,75; Si - 0,17; Nb - 0,045; V - 0,01; Ti - 0,01; Са - 0,005; Сu - 0,07; Mo - 0,25; Ni - 0,1; Al - 0,02; S - 0,001; P - 0,012; Fe - остальное.

2 состав: С - 0,03; Мn - 2,05; Si - 0,40; Nb - 0,08; V - 0,02; Ti - 0,01; Са - 0,007; Mo - 0,35; Сu - 0,25; Ni - 0,5; Al - 0,035; S - 0,001; P - 0,009; Fe - остальное.

3 состав: С - 0,06; Мn - 1,80; Si - 0,25; Nb - 0,07; V - 0,03; Ti - 0,022; Ca - 0,008; Mo - 0,20; Сu - 0,20; Ni - 0,3; Al - 0,05; S - 0,003; P - 0,011; Fe - остальное.

1 состав: Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Предварительную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 990°С, при этом суммарная деформация поперек оси сляба составляла 60%. Окончательную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход 15% при температуре 870°С, с общей степенью деформации 75%. При этом соотношение деформаций между стадиями составляло 1:8. Температура окончания охлаждения составила 430°С, при скорости охлаждения 19-23°С/сек в среднем. Последующее замедленное охлаждение проводилось со скоростью 0,5-0,7°С/сек.

2 состав: Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Предварительную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 970°С, при этом суммарная деформация поперек оси сляба составляла 63%. Окончательную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход 15% при температуре 830°С, с общей степенью деформации 81%. При этом, соотношение деформаций между стадиями составляло 1:6. Температура окончания охлаждения составила 400°С, при скорости охлаждения 19-23°С/cек в среднем. Последующее замедленное охлаждение проводилось со скоростью 0,5-0,7°С/сек.

3 состав: Прокатку на лист производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Предварительную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 980°С, при этом суммарная деформация поперек оси сляба составляла 68%. Окончательную деформацию осуществляли со степенью обжатия за проход 15% при температуре 900°С, с общей степенью деформации 78%. При этом соотношение деформаций между стадиями составляло 1:5. Температура окончания охлаждения составила 370°С, при скорости охлаждения 19-23°С/сек в среднем. Последующее замедленное охлаждение проводилось со скоростью 0,5-0,7°С/сек.

Состав стали, технологические режимы прокатки и комплекс полученных свойств в рамках представленной заявки указаны в таблицах 1, 2, 3.

Таблица 2
Технологические режимы прокатки и охлаждения
Вариант	Суммарная	Температура	Соотношение	Температура	Температура
плавки	степень обжатия	начала чистовой	суммарной	конца прокатки,	конца охлаждения,
	предварительной	прокатки	деформации поперек	°С	°С
	прокатки %	(Аr3+150)°С	и вдоль продольной
			оси сляба
1	60	870	1:8	742	430
2	63	830	1:6	745	400
3	68	900	1:5	750	370
Таблица 3
Механические свойства экспериментальных сталей
Вариант плавки	т, Н/мм2	т, Н/мм2	Ударная вязкость KCV, Дж/см2 при -20°С	Хладостойкость основного металла T80°С	Низкотемпературная вязкость ОШЗ, Дж/см2 -20
1	627	720	270	-40	80
2	690	780	320	-60	85
3	635	740	255	-50	90
4*	-	610	-	-35	75 при 0°С

Результаты изготовления опытных образцов по примерам 1-3 показали, что предложенный способ производства обеспечивает показатель временного сопротивления ( _в) на 110-170 МПа выше аналога и улучшение хладостойкости стали как при определении ударной вязкости на образцах типа Шарпи при испытании основного металла, так и при определении вязкости сварного соединения в околошовной зоне.