Трубная заготовка из среднеуглеродистой марганецсодержащей стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 90 мм до 180 мм, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств заготовка изготовлена из стали, содержащей в мас.%: С - (0,30-0,33), Mn - (0,70-1,20), Si - (0,20-0,35), Cr - (0,005-1,10), Al - (0,02-0,05), S - (0,001-0,020), P - (0,005-0,020), N - (0,005-0,012), As - (0,0001-0,03), Sn - (0,0001-0,02), Pb - (0,0001-0,01), Zn - (0,0001-0,005), железо и неизбежные примеси, при следующем соотношении: (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07; 0,42≤(C+Mn/6+Cr/5)≤0,73, при этом она выполнена горячекатаной, подвергнута нормализации и имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату не более 2,0 баллов, подусадочной ликвации и ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным не более 2,5 баллов по каждому виду включений. В качестве примесей сталь содержит, мас.%: никель не более 0,25, медь не более 0,25, молибден не более 0,08, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 430-610 Н/мм², предел текучести не менее 300 Н/мм², относительное удлинение не менее 18%, ударная вязкость KCV (+20°С) не менее 30,2 Дж/см². 5 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 90 мм до 180 мм, предназначенной для производства бесшовных труб различного назначения.

Известна трубная заготовка из легированной стали, содержащей углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, ниобий, алюминий, бор, азот, железо и примеси, горячекатаная, термообработанная, имеющая заданную структуру и механические свойства (RU 2070585 C1, C21D 9/14, 20.12.1996).

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

Известна трубная заготовка из среднеуглеродистой марганецсодержащей стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, алюминий, серу, фосфор, азот, медь, ниобий, молибден, титан, железо и примеси, горячекатаная, имеющая заданные параметры механических свойств (RU 2251587 C1, С22С 38/14, 10.05.2005).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовке из среднеуглеродистой марганецсодержащей стали, с одной стороны, является 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 среднеуглеродистой марганецсодержащей стали изготовлена из стали, содержащей следующие соотношения компонентов в мас.%:

углерод [С]	0,30-0,33
марганец [Mn]	0,70-1,20
кремний [Si]	0,20-0,35
хром [Cr]	0,005-1,10
алюминий [Al]	0,02-0,05
cepa [S]	0,001-0,020
фосфор [Р]	0,005-0,020
азот [N]	0,005-0,012
мышьяк [As]	0,0001-0,03
олово [Sn]	0,0001-0,02
свинец [Pb]	0,0001-0,01
цинк [Zn]	0,0001-0,005
железо и
неизбежные примеси	остальное,

при выполнении соотношений: (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07; 0,42≤(С+Mn/6+Cr/5)≤0,73, горячекатаной, нормализованной, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна - 5-10 баллов, макроструктуру - центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат - не более 2,0 баллов, подусадочная ликвация 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 баллов, средний по каждому виду включений, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 430-610 Н/мм², предел текучести не менее 300 Н/мм², относительное удлинение не менее 18%, ударная вязкость KCV (+20°С) не менее 30,2 Дж/см².

В качестве примесей сталь дополнительно содержит в мас.%: никель не более 0,25, медь не более 0,25, молибден не более 0,08.

При содержании в стали в мас.%: марганца 1,05-1,20, хрома 0,005-0,30, серы 0,005-0,020, фосфора не более 0,020 она имеет механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 440-590 Н/мм², предел текучести не менее 305 Н/мм², относительное удлинение не менее 18%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 30,2 Дж/см².

При содержании в стали в мас.%: марганца 1,05-1,20, хрома 0,005-0,30, серы 0,001-0,005, фосфора не более 0,015 она имеет временное сопротивление разрыву 430-580 Н/мм², предел текучести не менее 300 Н/мм², относительное удлинение не менее 21%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 37,2 Дж/см².

При содержании в стали в мас.%: марганца 0,70-0,80, хрома 0,95-1,10, серы 0,005-0,020, фосфора не более 0,020 она имеет механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 460-610 Н/мм², предел текучести не менее 325 Н/мм², относительное удлинение не менее 18%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 33,2 Дж/см².

При содержании в стали в мас.%: марганца 0,70-0,80, хрома 0,95-1,10, серы 0,001-0,005%, фосфора не более 0,010 она имеет механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 450-600 Н/мм², предел текучести не менее 320 Н/мм², относительное удлинение не менее 22%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 39,2 Дж/см².

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 (0,33%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,30% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец и хром используются, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 1,20% и хрома - 1,10% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,70% и 0,005% соответственно - необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности, прокаливаемости и теплостойкости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0,20% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,35% неблагоприятно влияет на пластичность стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0.012% 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 - 0,05% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,02% - вопросами технологичности производства.

Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел (0,020%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0,001%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением заданного уровня обрабатываемости резанием данной стали.

Фосфор определяет уровень пластичности стали и ее склонность к обратимой отпускной хрупкости. Верхний предел (0,020%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0,005%) - 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% 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 обеспечивает пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости. Соотношение 0,42≤(С+Mn/6+Cr/5)≤0,73 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 и прокаливаемости, при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Ниже даны примеры осуществления предлагаемого изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения. Выплавку исследуемой стали с 4-я химическими составами в мас.%:

пример 1: углерод - 0,32, марганец - 1,12, кремний - 0.28, хром - 0,22, алюминий - 0,032, сера - 0,013, фосфор - 0,017, азот - 0,010, мышьяк - 0,011, олово - 0,009, свинец - 0,006, цинк - 0,001;

пример 2: углерод - 0,31, марганец - 1,19, кремний - 0.22, хром - 0,25, алюминий - 0,033, сера - 0,004, фосфор - 0,011, азот - 0,009, мышьяк - 0,010, олово - 0,009, свинец - 0,007, цинк - 0,002;

пример 3: углерод - 0,33, марганец - 0,75, кремний - 0.27, хром - 1,08, алюминий - 0,027, сера - 0,013, фосфор - 0,011, азот - 0,009, мышьяк - 0,012, олово - 0,010, свинец - 0,007, цинк - 0,001;

пример 4: углерод - 0,32, марганец - 0,79, кремний - 0.29, хром - 1,17, алюминий - 0,029, сера - 0,003, фосфор - 0,011, азот - 0,009, мышьяк - 0,010, олово - 0,010, свинец - 0,007, цинк - 0,001 производят 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 непрерывно-литые заготовки охлаждались в печах контролируемого охлаждения. Горячую прокатку сортового проката начинают при температуре 900-950°С и заканчивают при температуре 740-850° при деформации в последних проходах не менее 20%. Термическая обработка проката включала нормализацию от 900-960°С, отпуск 660-760°С воздух.

В результате горячей прокатки получаем трубную заготовку ⊘120 мм, длиной - 4800 мм, имеющую соответственно:

пример 1: пластинчатую феррито-перлитную структуру, балл действительного зерна 7, макроструктуру: центральная пористость 2 балла, точечная неоднородность 1 балл, ликвационный квадрат 1 балл, подусадочная ликвация 2 балла, ликвационные полоски 1 балл, неметаллические включения: сульфиды точечные 1,0 балл, оксиды точечные 0,5 балла, оксиды строчечные 1,0 балл, силикаты хрупкие 0,5 балла, силикаты пластичные 0,5 балла, силикаты недеформированные 1,0 балл, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 462 Н/мм², предел текучести 323 Н/мм², относительное удлинение 20%, ударную вязкость KCV (+20°С) 35,4 Дж/см²

(As+Sn+Pb+5×Zn)=0,031; (С+Mn/6+Cr/5)=0,551;

пример 2: пластинчатую феррито-перлитную структуру, балл действительного зерна 8, макроструктуру: центральная пористость 1,5 балла, точечная неоднородность 1,5 балла, ликвационный квадрат 1 балл, подусадочная ликвация 1,5 балла, ликвационные полоски 0,5 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные 0,5 балла, оксиды точечные 0,5 балла, оксиды строчечные 0,5 балла, силикаты хрупкие 1,0 балл, силикаты пластичные 0,5 балла, силикаты недеформированные 1,0 балл, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 461 Н/мм², предел текучести 312 Н/мм², относительное удлинение 21%, ударную вязкость KCV (+20°С) 55,4 Дж/см²

(As+Sn+Pb+5×Zn)=0,036; (C+Mn/6+Cr/5)=0,558;

пример 3: пластинчатую феррито-перлитную структуру, балл действительного зерна 7, макроструктуру: центральная пористость 1,0 балл, точечная неоднородность 1,0 балл, ликвационный квадрат 1,5 балла, подусадочная ликвация 1,0 балл, ликвационные полоски 1,0 балл, неметаллические включения: сульфиды точечные 1,5 балла, оксиды точечные 0,5 балла, оксиды строчечные 0,5 балла, силикаты хрупкие 1,5 балла, силикаты пластичные 0,5 балла, силикаты недеформированные 1,5 балла, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 493 Н/мм², предел текучести 354 Н/мм², относительное удлинение 19%, ударную вязкость KCV (+20°С) 35,4 Дж/см²

(As+Sn+Pb+5×Zn)=0,034; (C+Mn/6+Cr/5)=0,671;

пример 4: пластинчатую феррито-перлитную структуру, балл действительного зерна 8, макроструктуру: центральная пористость 1,0 балл, точечная неоднородность 2,0 балла, ликвационный квадрат 1 балл, подусадочная ликвация 1,0 балл, ликвационные полоски 0,5 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные 0,5 балла, оксиды точечные 0,5 балла, оксиды строчечные 0,5 балла, силикаты хрупкие 1,0 балл, силикаты пластичные 0,5 балла, силикаты недеформированные 1,0 балл, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 488 Н/мм², предел текучести 349 Н/мм², относительное удлинение 20%, ударную вязкость KCV (+20°С) 48,4 Дж/см²

(As+Sn+Pb+5×Zn)=0,032; (C+Mn/6+Cr/5)=0,679.

Трубная заготовка из среднеуглеродистой марганецсодержащей стали обеспечивает повышенный уровень потребительских свойств и обладает благоприятным соотношением прочности, пластичности и вязкости, минимальным уровнем анизотропии механических свойств, низким содержанием неметаллических включений, однородной макро- и микроструктурой.

1. Трубная заготовка горячекатаная из среднеуглеродистой марганецсодержащей стали, имеющая заданные параметры структуры и механических свойств, отличающаяся тем, что она получена из стали, содержащей следующие соотношения компонентов, мас.%:

углерод	0,30-0,33
марганец	0,70-1,20
кремний	0,20-0,35
хром	0,005-1,10
алюминий	0,02-0,05
сера	0,001-0,020
фосфор	0,005-0,020
азот	0,005-0,012
мышьяк	0,0001-0,03
олово	0,0001-0,02
свинец	0,0001-0,01
цинк	0,0001-0,005
железо и
неизбежные примеси	остальное,

при выполнении соотношений:

(As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07; 0,42≤(C+Mn/6+Cr/5)≤0,73,

при этом она нормализованна, имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату не более 2,0 баллов, подусадочной ликвации и ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным не более 2,5 баллов, среднему по каждому виду включений, временное сопротивление разрыву 430-610 Н/мм², предел текучести не менее 300 Н/мм², относительное удлинение не менее 18%, ударная вязкость KCV (+20°С) не менее 30,2 Дж/см².

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: никель не более 0,25, медь не более 0,25, молибден не более 0,08.

3. Трубная заготовка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что при содержании в стали, мас.%: марганца 1,05-1,20, хрома 0,005-0,30, серы 0,005-0,020, фосфора не более 0,020 она имеет временное сопротивление разрыву 440-590 Н/мм², предел текучести не менее 305 Н/мм², относительное удлинение не менее 18%, ударная вязкость KCV (+20°С) не менее 30,2 Дж/см².

4. Трубная заготовка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что при содержании в стали, мас.%: марганца 1,05-1,20, хрома 0,005-0,30, серы 0,001-0,005, фосфора не более 0,015 она имеет временное сопротивление разрыву 430-580 Н/мм², предел текучести не менее 300 Н/мм², относительное удлинение не менее 21%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 37,2 Дж/см².

5. Трубная заготовка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что при содержании в стали, мас.%: марганца 0,70-0,80, хрома 0,95-1,10, серы 0,005-0,020, фосфора не более 0,020 она имеет временное сопротивление разрыву 460-610 Н/мм², предел текучести не менее 325 Н/мм², относительное удлинение не менее 18%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 33,2 Дж/см².

6. Трубная заготовка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что при содержании в стали, мас.%: марганца 0,70-0,80, хрома 0,95-1,10, серы 0,001-0,005, фосфора не более 0,010 она имеет временное сопротивление разрыву 450-600 Н/мм², предел текучести не менее 320 Н/мм², относительное удлинение не менее 22%, ударную вязкость KCV (+20°С) не менее 39,2 Дж/см².