Трубная заготовка из низкоуглеродистой молибденсодержащей стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 90 до 180 мм для производства бесшовных труб различного назначения. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств заготовка изготовлена из стали, содержащей, мас.%: С - (0,08-0,018), Mn - (0,40-0,70), Si (0,10-0,50), Cr (0,70-2,5), Mo(0,45-1,20), 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 соотношении (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07, в качестве примесей сталь содержит, мас.%: Р не более 0,035, S не более 0,035, Ni не более 0,30, Си не более 0,30. Заготовка выполнена непрерывнолитой, горячекатаной, нормализованной, 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 балла по каждому виду включений, временное сопротивление разрыву 440-650 Н/мм², предел текучести - не менее 305 Н/мм², относительное удлинение - не менее 20%, прокаливаемость с критическим диаметром не менее 35 мм. 4 з.п. ф-лы.

 

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

Известна трубная заготовка из легированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, никель, ванадий, ниобий, титан, алюминий, кальций, серу, фосфор, азот, медь, сурьму, олово, мышьяк, железо - остальное, изготовленная из горячекатаного листа, имеющая заданные параметры механических свойств и определенную структуру (RU 2180691 C1, 20.03.2002, C21D 9/08).

Известна трубная заготовка из низкоуглеродистой молибденсодержащей 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 А1, С22С 38/60, 15.08.1992).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовки из низкоуглеродистой молибденсодержащей стали, 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 молибденсодержащей стали получена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов в мас.%:

углерод	0,08-0,18
марганец	0,40-0,70
кремний	0,10-0,50
хром	0,70-2,50
молибден	0,45-1,20
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, горячедеформированной, нормализованной, имеющей 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 балла, средний по каждому виду включений, механические свойства после нормализации: временное сопротивление разрыву 440-650 Н/мм², предел текучести - не менее 305 Н/мм², относительное удлинение - не менее 20%, прокаливаемость - критический диаметр - не менее 35 мм.

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

При содержании углерода 0,10-0,18, кремния 0,10-0,35, молибдена 0,45-0,65, хрома 0,70-1,10 она имеет следующие механические свойства: временное сопротивление разрыву 440-590 Н/мм², предел текучести - не менее 305 Н/мм², относительное удлинение - не менее 22%, прокаливаемость - критический диаметр - не менее 35 мм.

При содержании углерода 0,10-0,18, кремния 0,25-0,50, молибдена 0,65-0,90; хрома 1,10-2,0 она имеет следующие механические свойства: временное сопротивление разрыву 460-610 Н/мм², предел текучести - не менее 325 Н/мм², относительное удлинение - не менее 21%, прокаливаемость - критический диаметр - не менее 40 мм;

При содержании углерода 0,08-0,15, кремния не более 0,50, молибдена 0,90-1,20, хрома 2,0-2,50 она имеет следующие механические свойства: временное сопротивление разрыву 480-650 Н/мм², предел текучести не менее 345 Н/мм², относительное удлинение - не менее 20%, прокаливаемость - критический диаметр - не менее 45 мм.

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 (0,18%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,08% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец, молибден 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 - 0,70%, молибдена - 1,20% и хрома - 2,50% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,40%, 0,45% и 0,70% соответственно - необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости и теплостойкости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0,10% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,50% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности 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.

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.

Представлены примеры осуществления изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения, выплавка исследуемых сталей со следующими химическими составами в мас.%:

пример 1: углерод - 0,14%, марганец - 0,51%, кремний - 0,26%, хром - 0,92%, молибден - 0,52%, мышьяк - 0,010%, олово - 0,008%, свинец - 0,006%, цинк - 0,001%;

пример 2: углерод - 0,13%, марганец - 0,57%, кремний - 0,42%, хром - 1,62%, молибден - 0,84%, мышьяк - 0,011%, олово - 0,004%, свинец - 0,005%, цинк - 0,002%;

пример 3: углерод - 0,11%, марганец - 0,56%, кремний - 0,12%, хром - 2,11%, молибден - 1,04%, мышьяк - 0,010%, олово - 0,005%, свинец - 0,005%, 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 АКОСе 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 для получения трубной заготовки начинают при температуре 900-950°С и заканчивают при температуре 740-850°С, при деформации в последних проходах не менее 20%. Термическая обработка трубной заготовки проводят в виде нормализации от 900-960°С и отпуска 660-760°С, воздух.

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

пример 1: структура пластинчатого перлита, балл действительного зерна - 7, макроструктура: 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 балла, оксиды точечные - 0,5 балла, оксиды строчечные - 1,0 балла, силикаты хрупкие - 0,5 балла, силикаты пластичные - 0,5 балла, силикаты недеформированные - 1,0 балла. Механические свойства: временное сопротивление разрыву 509 Н/мм², предел текучести - не менее 324 Н/мм², относительное удлинение - 23%, прокаливаемость - критический диаметр - 42 мм; (As+Sn+Pb+5×Zn)=0,029;

пример 2: структура пластинчатого перлита, балл действительного зерна - 8, макроструктура: 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 - 1,5 балла, оксиды точечные - 0,5 балла, оксиды строчечные - 0,5 балла, силикаты хрупкие - 1,0 балла, силикаты пластичные - 0,5 балла, силикаты недеформированные - 1,0 балла. Механические свойства: временное сопротивление разрыву 534 Н/мм², предел текучести не менее 355 Н/мм², относительное удлинение - 21%, характеристика прокаливаемости - критический диаметр - 48 мм; (As+Sn+Pb+5×Zn)=0,034;

пример 3: структура пластинчатого перлита, балл действительного зерна - 7, макроструктура: центральная пористость - 1,0 балла, точечная неоднородность - 1,0 балла, ликвационный квадрат - 1,5 балла, подусадочная ликвация - 1,0 балла, ликвационные полоски - 1,0 балла. 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: временное сопротивление разрыву 552 Н/мм², предел текучести - не менее 364 Н/мм², относительное удлинение - 20,5%, характеристика прокаливаемости - критический диаметр - 51 мм; (As+Sn+Pb+5×Zn)=0,025.

Внедрение трубной заготовки из низкоуглеродистой молибденсодержащей 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.

1. Трубная непрерывнолитая заготовка из низкоуглеродистой молибденсодержащей стали, горячекатаная с заданными параметрами неметаллических включений, механических свойств, макроструктуры и размера действительного зерна, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод	0,08-0,18
марганец	0,40-0,70
кремний	0,10-0,50
хром	0,70-2,50
молибден	0,45-1,20
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 соблюдении соотношений: (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07,

при этом она выполнена нормализованной, 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 со средним баллом по каждому виду не более 2,5, временное сопротивление разрыву 440-650 Н/мм², предел текучести не менее 305 Н/мм, относительное удлинение не менее 20%, прокаливаемость с критическим диаметром не менее 35 мм.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: фосфор не более 0,035, серу не более 0,035, 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 в стали, мас.%: углерода 0,10-0,18, кремния 0,10-0,35, молибдена 0,45-0,65, хрома 0,70-1,10 она имеет временное сопротивление разрыву 440-590 Н/мм², предел текучести не менее 305 Н/мм², относительное удлинение не менее 22%, прокаливаемость с критическим диаметром не менее 35 мм.

4. Трубная заготовка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что при содержании в стали, мас.%: углерода 0,10-0,18, кремния 0,25-0,50, молибдена 0,65-0,90, хрома 1,10-2,0 она имеет временное сопротивление разрыву 460-610 Н/мм², предел текучести не менее 325 Н/мм², относительное удлинение не менее 21%, прокаливаемость с критическим диаметром не менее 40 мм.

5. Трубная заготовка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что при содержании в стали, мас.%: углерода 0,08-0,15, кремния не более 0,50, молибдена 0,90-1,20, хрома 2,0-2,50 она имеет временное сопротивление разрыву 480-650 Н/мм², предел текучести не менее 345 Н/мм², относительное удлинение не менее 20%, прокаливаемость с критическим диаметром не менее 45 мм.