Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania walcowanej na goraco stali niskostopowej o wysokiej wytrzymalosci oraz walcowana na goraco stal niskostopowa o wysokiej wytrzymalosci. Stal taka z uwagi na cechy wytrzymalosciowe w niskich temperaturach znajduje szczególne zastosowanie do produkcji rur do budowy rurociagów pracujacych w warunkach arktycznyeh.W znanych sposobach wytwarzania walcowanej na goraco stali niskostopowej, gdzie prowadzi sie walcowa¬ nie finalne w temperaturze nizszej od górnej krytycznej temperatury przemiany austenitu na ferryt osiaga sie pewne podwyzszenie granicy plastycznosci, ale obniza sie udarnosc, na skutek pozostania w stali niezrekrystalizo- wanych ziarn ferrytu. Niejednokrotnie stwierdzono, ze walcowanie na goraco w obszarze fazy austenitu i ferrytu w zakresie przemiany Ar2 i Ar3 powodowalo niepozadana rekrystalizacje i wzrost ziarn ferrytu, co moze prowadzic do obnizenia zarówno granicy plastycznosci jak i udarnosci.Celem wynalazku bylo usuniecie wad i niedogodnosci znanych sposobów. Cel wynalazku osiagnieto dzieki temu, ze kesisko o skladzie chemicznym wykazujacym wagowo 0,03—0,15%, a korzystnie 0,05—0,10% wegla, nie wiecej niz 0,04% fosforu, nie wiecej niz 0,04% siarki, 0,50-2,00%, a korzystnie 1,00-1,60% manganu, 0,10-0,40%, a korzystnie 0,15-0,40% molibdenu, 0,01-0,10%, a korzystnie 0,02-0,05% niobu, 0-0,20% a korzystnie 0% wanadu, przy czym reszte stanowi zelazo i zanieczyszczenia, ogrzewa sie do temperatury wystarczajaco wyzszej od temperatury przemiany Ar3, a korzystnie powyzej 1090°C dla austenityzacji mikro¬ struktury i rozpuszczenia wszystkich wydzielen fazy weglików i azotków w mikrostrukturze austenitycznej, po Czym nagrzane kesisko walcuje sie na goraco w temperaturze odpowiednio wyzszej od temperatury przemiany Ar3 tak, by przeprowadzic nie wiecej niz 90% zamierzonej redukcji na goraco, korzystnie w zakresie temperatury fcd 815°C do temperatur wyzszych od 1090°C, nastepnie chlodzi sie czesciowo przewalcowane na goraco2 90 550 kesisko do temperatury nizszej od temperatury przemiany Ar3, korzystnie nizszej przynajmniej o 14°C od temperatury przemiany Ar3, lecz wyzszej od temperatury przemiany Art, w celu spowodowania przejscia czesci mikrostruktury austenitycznej w ferryt, nastepnie walcuje sie dalej na goraco kesisko w temperaturze znajdujacej sie pomiedzy temperaturami przemian Ar3 i Art w sposób wystarczajacy dla uzyskania zmniejszenia grubosci W granicach 10—40%, korzystnie 20—30%, po czym chlodzi sie przewalcowana na goraco stal do temperatury otoczenia, w której stal wykazuje obecnosc zarówno równoosiowych, jak i odksztalconych na zimno ziaren ferrytu, przy jednorodnym rozlozeniu wydzielen weglików i azotków.Sposób wedlug wynalazku pozwala na wytwarzanie walcowanej na goraco stali niskostopowej o wysokiej wytrzymalosci i udarnosci w niskiej temperaturze wskutek czego stal nadaje sie szczególnie do stosowania na rurociagi arktyczne pracujace w temperaturach ponizej zera. ¦ Walcowana na goraco stal niskostopowa o wysokiej wytrzymalosci ma granice plastycznosci w zakresie 45,7—70,6 kG/mm2 oraz dobra udarnosc w temperaturach ponizej zera, która charakteryzuje sie 50% udzialem przelomu ciagliwego w temperaturach do -62°C. Wielkosc udzialu przelomu ciagiiwego (pólslizgowegó) W stosunku do przelomu krystalicznego (kruchego) ustala sie po doprowadzeniu próbki do odpowiednio niskiej temperatury (np. za pomoca cieklego azotku) i zlamaniu jej mlotem Charpy'ego nastepnie wykonuje sie najpierw zdjecia powierzchni przelomu w odpowiednim powiekszeniu, a potem mierzy procentowy udzial przelomu ciagliwego na zdjeciu, przy pomocy planimetru.Niskoweglowa, niskostopowa stal wytworzona sposobem wedlug wynalazku mozna obrabiac specjalnymi metodami obróbki na goraco w celu otrzymania polaczenia wysokiej wytrzymalosci z dobra udarnoscia w stanie obrobionym na goraco i mozna ja tez wyzarzac dodatkowo lub w pewnych przypadkach obrabiac na zimno, w celu osiagniecia dalszego utwardzenia bez towarzyszacego temu silnemu zmniejszeniu siagliwosci lub udarnosci.Walcowana na goraco, niskostopowa stal o wysokiej wytrzymalosci i udarnosci, otrzymuje sie zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku przez regulowanie skladu stopu i regulowanie procesów walcowania.Sposób wytwarzania walcowanej na goraco, niskostopowej stali o wysokiej wytrzymalosci za pomoca regulowanego procesu walcowania wedlug wynalazku, laczy w sobie konwencjonalne utwardzania przez wydzielanie weglików i azotków i rozdrabnianie ziarna z utwardzaniem, które uzyskuje sie przez prowadzenie operacji walcowania na goraco ponizej górnej temperatury przemiany krytycznej Ar3, przy czym sposób moze tez objac soba wyzarzanie, w celu podwyzszenia granicy plastycznosci bez duzego obnizenia ciagliwosci i udarnosci.Z wytworzonej sposobem wedlug wynalazku stali mozna tez walcowac rury majace granice plastycznosci- w zakresie 45,7-70,6 kG/mm2 oraz dobra udarnosc w temperaturach poniej zera, przez co nadaja sie one do stosowania na obszarach arktycznych.Jak to wyzej podkreslono, stopy wytwarzane sposobem wedlug wynalazku zawdzieczaja swa wysoka wytrzymalosc i udarnosc nowej technice walcowania na goraco, która wykorzystuje takie czynniki jak efekt utwardzania wynikajacy z wielkosci drobnego wielobocznego ziarna ferrytu oraz wydzielania drobnych weglików i/lub azotków wewnatrz ferrytu. < Oczywiste jest, ze efekt utwardzania wywolany przez odksztalcony ferryt bedzie funkcja ilosci takiego ferrytu znajdujacego sie w stali. Dlatego korzystnie jest, aby stal byla chlodzona do temperatury co najmniej okolo 14°C ponizej temperatury przemiany Ar3 dla powtórnego walcowania na goraco, w celu zapewnienia znacznej ilosci ferrytu w stali. Im wyzsza temperatura, do której sie chlodzi stal ponizej temperatury przemiany Ar3, tym wieksza jest ilosc utworzonego ferrytu i tym wyzsza bedzie osiagnieta w efekcie granica plastycznosci.Po zakonczeniu tego walcowania na goraco miedzy temperaturami przemian Ar3 i Arx chlodzi sie stal do temperatury otoczenia, w której mikrostruktura charakteryzuje sie obecnoscia zarówno równoosiowych jak i „obrobionych na zimno" ziarn ferrytu, oraz mala iloscia perlitu i/lub bainitu. Równoosiowe ziarna pochodza oczywiscie z przemiany austenitu po zakonczeniu walcowania i chlodzeniu stali.„Obrobione na zimno" ziarna ferrytu sa z wygladu wydluzone, a wydzielenia weglikowe i azotkowe sa równomiernie rozdzielone miedzy obu typami ziaren ferrytu. Po walcowaniu na goraco stal bedzie miala granice plastycznosci co najmniej 45,7 kG/mm2, temperature przemiany rozszerzenia poprzecznego o 0,38 mm przy próbie udarnosciowej Char- py'ego w granicach - 68 do —101°C i temperature przejsciowa wygladu 50% powierzchni w postaci przelomu ciagliwego w granicach -42 do -68°C i powyzej.Chociaz ta wysoka wytrzymalosc i udarnosc wynika przede wszystkim z wyzej opisanej metody dwustop¬ niowego walcowania, to nalezy rozumiec, ze graniczne wartosci skladu chemicznego sa równiez elementem decydujacym dla osiagniecia wymaganego wyrobu finalnego. Istotnie, gdy inne zestawy niskostopowe beda walcowane w obszarze miedzy przemianami Ar3 i Art czyli w fazie austenit plus ferryt to otrzyma sie zwykle niepozadana rekrystalizacje i wzrost ziaren odksztalconego ferrytu oraz odwrotny efekt zarówno dla wytrzyma¬ losci jak i udarnosci.90 560 3 Rozpatrujac sklad chemiczny stali, zauwaza sie na poczatku, za skladniki tworzaca wegliki i azotki, jak molibden i niob sa oczywiscie glównymi domieszkami dla konwencjonalnego wywolywania wydzielania tych weglików i azotków. Dodatkowo, czastki wydzieleri weglikowych iazotkowych musza byc uksztaltowane podczas walcowania na goraco i/lub podczas przemiany, tak, by dyslokacje i granice podziarnowe w odksztalco¬ nej strukturze ziarna ferrytowego mogly zostac ustalone, dla zapobiegniecia rekrystalizacji i wzrostowi ziarna* a co za tym idzie utrzymanie efektu utwardzenia droga dyslokacji. Sama obecnosc skladników wytwarzajacych wegliki i azotki jest jednak niewystarczajaca dla unikniecia rekrystalizacji i wzrostu ziarna. Innymi slowy, dodatkowo do zawartosci molibdenu i niobu, nalezy w celu uzyskania efektu stabilizacji, regulowac w miarodaj¬ ny sposób zawartosc wegla i manganu oraz w pewnej mierze ilosc elementów tworzacych wegliki i azotki, w celu regulowania temperatury przemiany austenitu na ferryt (Ar3) tak, aby nie byla za niska i przez to nie utrudniala obróbki w temperaturach nizszych od niej dla operacji finalnego walcowania na goraco, albo tez nie byla za wysoka i nie wywolywala rekrystalizacji odksztalconych ziaren ferrytu i ich wzrostu wbrew wydzieleniom weglików i azotków. W tym celu granice zawartosci skladników musza byc dostosowane, do utrzymania temperatury przemiany Ar3 w granicach 732-815°C, a korzystnie w granicach 760-802°C.Przy zwiekszeniu ilosciowym zawartosci albo wegla albo manganu nastepuje obnizenie temperatury przemiany Ar3. Zgodnie z tym korzystna jest dobra równowaga miedzy tymi obu skladnikami. Oznacza to, ze gdy przewidziana jest wyjatkowo niska zawartosc wegla, korzystne sa zawartosci manganu zblizone do górnego zakresu i odwrotnie. Poniewaz utrzymuje sie korzystnie niska zawartosc wegla w stopie, na przyklad okolo 0,08% wagowych lub nieco ponizej w celu zapewnienia dobrej spawalnosci i podatnosci na ksztaltowanie, a równiez dle zabezpieczenia rozpuszczalnosci weglików w austenicie przy wstepnym grzaniu przed walcowaniem na goraco, korzystnie jest wiec, aby dla tych zawartosci wegla zawartosci manganu byly utrzymywane w granicach wagowo 1,00—2,00%, a idealnie przy okolo 1,50%. Oczywiscie zawartosci wegla nie moga byc za niskie, np. ponizej okolo 0,03% wagowo gdyz wiegiel jest podstawa do wytwarzania wydzielen weglikowych.Dodatkowo dobrze wiadomo, ze ilosc niobu w roztworze austenitu bedzie silnie oddzialywala na temperature przemiany Ar3. Poniewaz wegliki lub wegloazotki niobu beda wydzielaly sie podczas walcowania na goraco powyzej temperatury Ar3, ilosc niobu pozostalego w roztworze przy przemianie moze byc nieokreslona. Dodatkowo wiadomo, ze spadek temperatury finalnej i/lub wzrost wielkosci odksztalcenia podniosa nieco temperatury przemiany Ar3. Dlatego, chociaz ograniczenia skladu i parametry walcowania na goraco podane wyzej beda wystarczajace do osiagniecia korzysci ze stosowania sposobu wedlug wynalazku, to dla uzyskania optymalnych wyników przy danym stopie i przy danym schemacie walcowania na goraco, korzystne jest, aby temperatura przemiany Ar3 byla okreslona w faktycznie istniejacych warunkach walcowania.Woalu optymalizacji zarówno wytrzymalosci jak iudarnosci stali, nalezy unikac stosowania wanadu.Jednak w przypadkach, w których udarnosc nie jest cecha niezbedna mozna dodawac do 0,20% wagowo wanadu do stali, aby podniesc granice plastycznosci o okolo 7 kG/mm3 przy dodatku 0,08% albo o 10,6 kG/mm3 przy dodatku 0,20% wanadu. Nalezy rozumiec jednak, ze chociaz wanad podnosi granice plastycznosci, to obniza on temperature przemiany dla wygladu przelomu z ciagliwego na krystaliczny, po próbie udarnosci.Optymalny wyjsciowy sklad wagowy stali wytwarzanej sposobem wedlug wynalazku, który winien byc stosowany do walcowania na goraco wynosi 0,05-0,10% wegla, 1,00-1,30% manganu, 0,15-0,25% molibdenu i 0,02-0,05% niobu. Jesli tego rodzaju stal jest walcowana na goraco w temperaturze powyzej 815°C, ochladzana do okolo 760°C i nastepnie znowu walcowana przy temperaturze zawartej miedzy temperaturami przemian Ar3 i Ar! w celu otrzymania redukcji grubosci o 20—30%, mozna osiagnac granice plastycznosci rzedu 53 kG/mm2 w polaczeniu z bardzo dobra udarnoscia, tj. wartoscia temperatury przy 50% przelomu ciagliwego wynoszaca -62°C. Z drugiej strony optymalny sklad stali wedlug wynalazku, bedzie sie róznil od podanego wyzej skladu tym, ze wymaga wagowo 1,30-1,60% manganu i 0,20-0,40% molibdenu. Jezeli stal o tym skladzie walcuje sie na goraco w temperaturze powyzej 815°C, chlodzi sie do okolo 760°C i nastepnie walcuje na goraco w temperaturze zawartej miedzy temperaturami przemian w celu otrzymania redukcji grubosci o 20-30%, to mozna osiagnac granice plastycznosci rzedu 49,4 kG/mm3 po walcowaniu na goraco i okolo 36,5 kG/mm3 wstanie odpuszczonym, w kazdym przypadku polaczona z bardzo dobra udarnoscia, np. przy wspomnianej temperaturze okolo-62°C.Polaczenie niskiej zawartosci wegla i umiarkowanej zawartosci manganu w stalach wedlug wynalazku zapewnia tez dobra spawalnosc. Chociaz moze sie wydawac, ze spawanie moze miec nader ujemny wplyw na plyte wyjsciowa w obszarze strefy poddanej dzialaniu wysokiej temperatury i szkodliwie oddzialywac na wlasnosci mechaniczne ustalone przez drugie walcowanie, badania wykazaly, ze teki przyjpdek nie zachodzi. Na przyklad dla przewodu rurowego o duzej srednicy, spawanego lukiem krytym, wykonanego ze stali wedlug wynalazku standartowe próby udarnosci, wykonane na próbkach poprzecznych do badania udarnosci metoda Charpy'ego z karbem umieszczonym w,strefie poddanej nagrzewaniu szwa spawalniczego wykazaly, ze Wytrzymalosc i wlasnosci udarowe obszaru w strefie poddanej nagrzewaniu sa podobne do wlasnosci korpusu przewodu.4 90 550 Inna korzystna cecha stali wedlug wynalazku ujawnia sie nieoczekiwanie przy produkcji rur konwencjonal¬ nym sposobem ksztaltowania poprzez profile w postaci litery „U", a nastepnie „O". Normalnie, gdy stosuje sie blache stalowa o skladzie i przebiegu walcowania zwiazanymi normalnie z klasa rurociagów, granica plastycznosci rurociagu badana po uksztaltowaniu i spawaniu jest duzo nizsza niz blachy wyjsciowej (ze wzgledu na znany . efekt Bauschingera). Dlatego takie rurociagi roztlacza sie na zimno, powodujac wzrost srednicy o okolo 2%, w celu naprezeniowego utwardzenia stali dla podniesienia granicy plastycznosci do wartosci w przyblizeniu równej wartosci dlaplyty wyjsciowej. Nawet w takim roztloczonym stanie uprzednio stosowany typ rurociagu wykazywal czesto granice plastycznosci nizsza od samej blachy.Chociaz roztlaczanie na zimno jest w zasadzie pozadane, w celu otrzymania stalych tolerancji wymiaro¬ wych (srednica i kraglosc), nie mozna stosowac zbyt duzego stopnia tego roztlaczania, gdyz takie plastyczne naprezenie obniza calkowita ciagliwosc stali.Dodatkowe nieprzewidziane zmiany granicy plastycznosci dla uprzednio wytwarzanych typów rur, utrudniaja lub wrecz czasem uniemozliwiaja ocene ostatecznej granicy plastycznosci rurociagu, gdy znana jest tylko wytrzymalosc blachy wyjsciowej. Dlatego tez nie moznaz góry wyeliminowac blach z których moga byc wykonane rury, aby nie mialy one zbyt niskiej granicy plastycznosci. Tooczywiscie ogromnie utrudnia problem zachowania jakosci i podraza koszt produkcji.Natomiast blachy stalowe wytwarzane ze stali otrzymanej sposobem wedlug wynalazku zastosowane do wyrobu rur przez ksztaltowanie do postaci „U" a nastepnie „O", wykazuja niespodziewany wzrost granicy plastycznosci w stanie nieroztloczonym oraz moga wykazywac dalsze wyrazne wzmocnienie po roztloczeniu.Wskutek tego finalna wytrzymalosc rury jest: zasadniczo równa lub nawet znacznie wyzsza od wytrzymalosci samej blachy. Stale, które wykazuja najwieksze wzrosty granicy plastycznosci, sa to stale zawierajace wieksza zawartosc manganu i/lub molibdenu, tj. te, które reaguja na odpuszczanie, a wzrost granicy plastycznosci osiagniety przez ksztaltowanie rury odpowiada scisle wzrostowi granicy plastycznosci osiagnietemu przez odpuszczanie. Wydaje sie dlatego, ze te dwa mechanizmy utwardzania sa scisle zwiazane i przypuszcza sie, ze obydwa wynikaja na skutek eliminacji szczatkowych naprezen w blachach po walcowaniu na goraco. Zgodnie z tym, blachy które maja sklad nie wykazujacy normalnie wzrostu granicy plastycznosci po odpuszczeniu i które zostaly odpuszczone beda, po ksztaltowaniu rur poprzez profil U i O i nastepnym roztlaczaniu wykazywaly granice plastycznosci, która pozostanie w zasadzie niezmieniona lub tylko wzrosnie nieznacznie. Z drugiej strony, jesli te blachy stalowe maja sklad reagujacy na odpuszczanie i sa uksztaltowane do postaci rurociagu poprzez profile U IO i roztldczone, beda wykazywaly wzrost granicy plastycznosci, eliminujac przez to potrzebe odpuszczania stali przed lub po wykonaniu rury.Przyklad. W jednej z prób wykonano szereg wytopów stali w piecach indukcyjnych o ciezarze 45,4 kG i odlano w postaci plaskich kesisk. Kesiska nagrzano do okolo 1232-1260°C i nastepnie przewalcowano na goraco w czternastu przepustach na blachy o grubosci 12,7 mm, przy czym pierwszy przepust przeprowadzono w temperaturze okolo 1204°C a ostatni w temperaturze 840°C lub 760°C, a pozostale przepusty byly rozdzielo¬ ne wiecej lub mniej jednolicie w zakresie temperatur 1204—840°C lub 1204*760°C. Wywiercono otwór w kazdym kesisku i wstawiajac termopare w kazde kesisko przed walcowaniem, zarejestrowano temperature przepustu oraz oznaczono poczatek przemiany austenitu na ferryt na skutek wyraznej zmiany szybkosci chlodzenia (cieplne zatrzymanie) wytworzonej przez cieplo przemiany.W tablicy 1 przedstawiono sklady chemiczne, a w tablicy 2 wlasnosci mechaniczne tych stali. Niektóre z tych stali przewalcowano na goraco finalnie w temperaturze 840°C, która znajduje sie powyzej górnej temperatury, przemiany krytycznej, a inne przewalcowano filialnie w temperaturze 760°C, która znajduje sie dla tych wszystkich stali ponizej dolnej granicy przemiany krytycznej.Mikrostruktura tych stali pokazuje charakterystyczne zylkowanie i odksztalcone ziarna ferrytu przy objetosciowej frakcji tego zdeformowanego ferrytu zmieniajacej sie w sposób zgodny z zawartoscia w stopie wegla, manganu, molibdenu, niobu i wanadu oddzialywujacych nzmiane górnej temperatury przemiany krytycznej. Wszystkie blachy stalowe przewalcowano finalnie w temperaturze 650°C otrzymaly redukcje grubosci od 11,5 do 31,5% a ponizej górnej temperatury ich przemiany krytycznej, w granicach od okolo 774-815°C.Tablica 3 daje przyklady wzrostu granicy plastycznosci, który mozna osiagnac przez ksztaltowanie blach stalowych wedlug wynalazku na rurociagi przy stosowaniu konwencjonalnego sposobu poprzez profile U i O, a nnastepnie roztlaczac. Stale 1 i 2 sa stosowanymi dotychczas stalami na rurociagi, podczas gdy stale 3-12 sa wytwarzane sposobem wedlug wynalazku. Stale przerabiane na rury o srednicy 762,914 i 1067 mm. < PL PL PL