RU2358023C1 - Способ производства штрипсов из низколегированной стали - Google Patents
Способ производства штрипсов из низколегированной стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2358023C1 RU2358023C1 RU2007140268/02A RU2007140268A RU2358023C1 RU 2358023 C1 RU2358023 C1 RU 2358023C1 RU 2007140268/02 A RU2007140268/02 A RU 2007140268/02A RU 2007140268 A RU2007140268 A RU 2007140268A RU 2358023 C1 RU2358023 C1 RU 2358023C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rolling
- strips
- temperature
- steel
- properties
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении на непрерывных широкополосных станах штрипсов для спиральношовных электросварных труб для магистральных нефтепроводов. Для повышения ударной вязкости при отрицательных температурах и трещиностойкости штрипсов осуществляют нагрев слябов из стали, имеющей следующее соотношение компонентов, мас.%: 0,11-0,14 С; 1,30-1,65 Mn; 0,4-0,6 Si; 0,02-0,05 Al; 0,01-0,04 Nb; 0,01-0,03 Ti; 0,001-0,005 Ca; не более 0,01 V; не более 0,2 Cr; не более 0,2 Ni; не более 0,2 Cu; не более 0,015 Р; не более 0,006 S; не более 0,010 N, остальное Fe, его черновую прокатку до промежуточной толщины, непрерывную чистовую прокатку с температурой начала прокатки не выше 970°С и температурой конца прокатки, равной 800-855°С, и охлаждение водой до температуры 540-580°С. Кроме того, суммарное содержание в стали С, Mn, Cr, Cu, Si, Ni и V удовлетворяет соотношению: С+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+V/10≤0,24%, а чистовую прокатку штрипсов ведут с суммарным относительным обжатием по толщине не менее 64%. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении на непрерывных широкополосных станах штрипсов для спиральношовных электросварных труб для магистральных нефтепроводов.
Для производства спиральношовных электросварных труб магистральных нефтепроводов, работающих в сейсмических зонах при отрицательных температурах, необходимы горячекатаные штрипсы (полосы) толщиной 12-16 мм, шириной 900-1800 мм из низколегированной стали, обладающие следующим комплексом механических и эксплуатационных свойств (табл.1):
Таблица 1. | ||||||
Свойства штрипсов для нефтепроводных спиральношовных труб | ||||||
σв, Н/мм2 | σт, Н/мм2 | δ5, % | σт/σв | KCV-10, Дж/см2 | KV-20, Дж/см2 | KCU-40 Дж/см2 |
510-620 | 380-490 | не менее 23 | не более 0,90 | не менее 98 | не менее 27 | не менее 68 |
Примечание: Штрипсы должны выдерживать холодный изгиб на 180°. |
Известен способ производства стальных листов, включающий выплавку и непрерывную разливку в слябы низколегированной стали, содержащей, мас.%:
Углерод | 0,04-0,10 |
Кремний | 0,01-0,50 |
Марганец | 0,4-1,5 |
Хром | 0,05-1,0 |
Молибден | 0,05-1,0 |
Ванадий | 0,01-0,1 |
Бор | 0,0005-0,005 |
Алюминий | 0,001-0,1 |
Железо и примеси | остальное. |
Отлитые слябы нагревают до температуры 1250°С и прокатывают с суммарным обжатием не менее 75%. Прокатанные листы подвергают закалке из аустенитной области и высокотемпературному отпуску [1].
Недостатки известного способа состоят в том, что штрипсы из этой стали имеют низкую ударную вязкость и трещиностойкость при отрицательных температурах, неудовлетворительную свариваемость. Это делает невозможным применение штрипсов для изготовления спиральношовных труб северного исполнения, работающих в сейсмически опасных районах. Кроме того, необходимость проведения термического улучшения (закалки и отпуска) штрипсов после прокатки усложняет и удорожает производство.
Известен также способ производства листовой низколегированной стали, включающий отливку слябов следующего химического состава, мас.%:
Углерод | 0,02-0,3 |
Марганец | 0,5-2,5 |
Алюминий | 0,005-0,1 |
Кремний | 0,05-1,0 |
Ниобий | 0,003-0,01 |
Железо | остальное. |
Слябы нагревают до температуры 950-1050°С и прокатывают при температуре выше точки Аr3 с суммарным обжатием 50-70%. Прокатанные листы охлаждают на воздухе [2].
При таком способе производства листы имеют недостаточную прочность и пластичность при отношении σт/σв, превышающем 0,92. Такие листы не удовлетворяют требованиям по ударной вязкости при отрицательных температурах, имеют недостаточную свариваемость и непригодны для изготовления спиральношовных труб северного исполнения для эксплуатации в сейсмически опасных районах.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства штрипсов из низколегированной стали следующего химического состава, мас.%:
Углерод | 0,12-0,17 |
Марганец | 1,3-1,6 |
Кремний | 0,3-0,6 |
Алюминий | 0,02-0,06 |
Ванадий и/или ниобий | 0,01-0,05 |
Хром | не более 0,3 |
Никель | не более 0,3 |
Медь | не более 0,3 |
Фосфор | не более 0,015 |
Сера | не более 0,006 |
Азот | не более 0,010 |
Кальций | не более 0,02 |
Железо | Остальное. |
Слябы из низколегированной стали нагревают до температуры 1220-1280°С, подвергают черновой прокатке до промежуточной толщины, чистовой непрерывной прокатке с регламентированной температурой конца прокатки 820-880°С, охлаждению водой до температуры смотки 580-660°С [3].
Недостатки известного способа состоят в том, что штрипсы имеют низкие ударную вязкость при отрицательных температурах и трещиностойкость.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении ударной вязкости при отрицательных температурах и трещиностойкости штрипсов.
Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства штрипсов из низколегированной стали, включающем нагрев слябов, черновую прокатку до промежуточной толщины, непрерывную чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки, охлаждение водой, согласно предложению, сталь имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:
Углерод | 0,11-0,14 |
Марганец | 1,3-1,65 |
Кремний | 0,40-0,60 |
Алюминий | 0,02-0,05 |
Ниобий | 0,01-0,04 |
Титан | 0,01-0,03 |
Кальций | 0,001-0,005 |
Ванадий | не более 0,01 |
Хром | не более 0,2 |
Никель | не более 0,2 |
Медь | не более 0,2 |
Фосфор | не более 0,015 |
Сера | не более 0,006 |
Азот | не более 0,010 |
Железо | Остальное, |
температуру начала чистовой прокатки поддерживают не выше 970°С, конца прокатки равной 800-855°С, а охлаждение водой ведут до температуры 540-580°С. Кроме того, суммарное содержание в стали углерода С, марганца Mn, хрома Cr, меди Cu, кремния Si, никеля Ni, ванадия V должно удовлетворять соотношению: C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+V/10≤0,24%, а чистовую прокатку штрипсов ведут с суммарным относительным обжатием по толщине не менее 64%.
Сущность изобретения состоит в следующем. Использование низколегированной стали предложенного состава при выполнении условия C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+V/10≤0,24% обеспечивает после горячей прокатки по предложенным режимам получение заданного комплекса механических свойств штрипсов, повышение вязкостных свойств и трещиностойкости при отрицательных температурах, высокую свариваемость обсадных труб. Повышение комплекса механических и эксплуатационных свойств штрипсов достигается как за счет оптимизации химического состава стали, так и режимов горячей прокатки.
Углерод в низколегированной стали предложенного состава определяет прочностные свойства штрипсов. Снижение содержания углерода менее 0,11% приводит к падению их прочности ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,14% ухудшает вязкостные свойства штрипсов и трещиностойкость при отрицательных температурах.
Снижение содержания марганца менее 1,30% увеличивает окисленность стали, ухудшает прочность и вязкостные свойства штрипсов. Повышение содержания марганца более 1,65% увеличивает отношение предела текучести к временному сопротивлению разрыву σт/σв, сверх 0,9, что недопустимо.
При содержании кремния менее 0,40% ухудшается раскисленность стали, снижаются прочностные свойства штрипсов. Увеличение содержания кремния более 0,60% приводит к возрастанию количества силикатных включений, снижает ударную вязкость штрипсов, ухудшает показатели KV-20 KCU-40.
Алюминий раскисляет и модифицирует сталь. Связывая избыточный азот в нитриды, подавляет его негативное воздействие на свойства штрипсов. При содержании алюминия менее 0,02% снижается комплекс механических свойств штрипсов. Увеличение его концентрации более 0,05% приводит к ухудшению вязкостных свойств штрипсов при отрицательных температурах.
Ниобий измельчает зерно микроструктуры, повышает прочность и вязкость штрипсов, прокатанных по предложенным режимам. При содержании ниобия менее 0,01% штрипсы имеют недостаточную вязкость при отрицательных температурах. Увеличение содержания ниобия сверх 0,04% оказалось нецелесообразным, так как не улучшало механических и эксплуатационных свойств штрипсов.
Титан, являясь сильным карбидообразующим элементом, способствует повышению прочностных свойств штрипсов при одновременном повышении ударной вязкости и трещиностойкости при отрицательных температурах. Снижение содержания титана менее 0,01% приводит к снижению прочностных и вязкостных свойств штрипсов, ухудшению трещиностойкости. Увеличение содержания титана боле 0,03% приводит к росту отношения σт/σв, что нецелесообразно.
Кальций способствует модификации стали и измельчению зерен микроструктуры при горячей прокатке слябов. При снижении содержания кальция менее 0,001% он не оказывает модифицирующего влияния, что приводит к ухудшению комплекса механических свойств штрипсов. При увеличении содержания кальция более 0,005% возрастает количество неметаллических включений, снижаются вязкостные и пластические свойства штрипсов.
Хром, никель и медь являются примесными элементами. При концентрации каждого из них не более 0,2% они не оказывают вредного влияния на ударную вязкость и трещиностойкость при отрицательных температурах. При концентрации каждого из этих элементов более 0,2% ухудшаются ударная вязкость, трещиностойкость и свариваемость штрипсов.
Сталь предложенного состава может содержать в виде примесей не более 0,015% фосфора, не более 0,006% серы и не более 0,010% азота. При указанных предельных концентрациях эти элементы не оказывают заметного негативного воздействия на качество штрипсов, тогда как их удаление из расплава стали существенно повышает затраты на производство и усложняет технологический процесс. Увеличение концентрации этих вредных примесей более предложенных значений ухудшает весь комплекс механических свойств штрипсов.
Экспериментально установлено, что для обеспечения высокой трещиностойкости штрипсов в горячекатаном состоянии необходимо, чтобы C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+V/10≤0,24%. В этом случае штрипсы, прокатанные по предлагаемым режимам, имеют максимальную трещиностойкость. Если C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+V/10>0,24%, то это ведет к снижению трещиностойкости, а также свариваемости стали.
Нагрев под прокатку слябов из низколегированной стали предложенного состава обеспечивает ее аустенитизацию, растворение в аустенитной матрице сульфидов, фосфидов, нитридов, легирующих и примесных соединений, карбонитридных упрочняющих частиц.
Непрерывная чистовая прокатка штрипсов из стали преложенного химического состава в температурном интервале от температуры начала прокатки Тнп≤970°С до температуры конца прокатки Ткп=800-855°С с суммарным относительным обжатием εΣ≥64% (режим контролируемой прокатки) обеспечивает за счет реализации деформационно-термического циклирования диспергирование аустенитных зерен микроструктуры и снижение скорости их роста в процессе рекристаллизации. Также при деформационно-термическом циклировании происходит полное выпадение из твердого раствора карбонитридных упрочняющих частиц, деформационное упрочнение металлической матрицы. Последующее охлаждение водой штрипса с диспергированной микроструктурой до температуры смотки Тсм=540-580°С обеспечивает фиксацию мелкозернистой структуры перлита с зернистой морфологией. В результате штрипсы в горячекатаном состоянии приобретают повышенные ударную вязкость и трещиностойкость при отрицательных температурах при высоких прочностных и пластических свойствах.
Если Тнп будет выше 970°С, то возрастает разнозернистость микроструктуры прокатанных штрипсов, что ведет к снижению прочностных и вязкостных свойств.
При Ткп выше 855°С ускоряются процессы динамической и статической рекристаллизации деформированной микроструктуры, не достигается требуемая степень упрочнения штрипса и измельчение его микроструктуры до оптимального уровня, что ведет к росту размеров зерен аустенита, снижению вязкостных и прочностных свойств штрипсов, ухудшению трещиностойкости. Снижение Ткп менее 800°С приводит к формированию разнобалльности микроструктуры, снижению ударной вязкости и трещиностойкости при отрицательных температурах.
При охлаждении штрипсов водой до Тсм выше 580°С имеет место разупрочнение штрипсов, снижение вязкостных свойств при отрицательных температурах. Снижение Тсм менее 540°С не приводит к улучшению свойств штрипсов, а лишь увеличивает расход охлаждающей воды и энергозатраты.
Экспериментально установлено, что при чистовой прокатке с суммарным обжатием менее 64% не обеспечивается необходимая степень измельчения аустенитных зерен микроструктуры низколегированной стали. В результате снижаются вязкостные свойства штрипсов и трещиностойкость при отрицательных температурах.
Примеры реализации способа
В кислородном конвертере производят выплавку низколегированных сталей различного состава (табл.2), которые подвергают непрерывной разливке в слябы толщиной 250 мм.
Слябы загружают в методические печи и нагревают до температуры аустенитизации Та=1250°С. Разогретый сляб из стали с составом №3 выдают на печной рольганг непрерывного широкополосного стана 2000 и подвергают прокатке в черновой группе клетей (черновая прокатка) в раскат с промежуточной толщиной Н0=50 мм. Затем раскат при температуре 950°С задают в непрерывную 7-клетевую чистовую группу клетей, где обжимают в штрипс конечной толщины H1=14 мм. Таким образом, суммарное относительное обжатие при чистовой прокатке составляет:
Температуру конца прокатки поддерживают равной Ткп=825°С изменением скорости прокатки и межклетевым охлаждением штрипса.
Прокатанный штрипс во время транспортирования по отводящему рольгангу подвергают охлаждению ламинарными струями воды до температуры Тсм=560°С, после чего сматывают в рулон.
Варианты прокатки штрипсов по различным режимам из сталей различного состава приведены в табл.3.
Из табл.3 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-5) достигается повышение вязкостных свойств и трещиностойкости штрипсов при отрицательных температурах. В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №6) вязкостные свойства и трещиностойкость штрипсов ухудшаются. Также более низкие вязкостные свойства и трещиностойкость имеют штрипсы, произведенные согласно способу-прототипу (вариант №7).
Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что нагрев слябов из низколегированной стали предложенного состава с соотношением содержаний химических элементов стали C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+V/10≤0,24%, последующая их черновая горячая прокатка до промежуточной толщины, непрерывная чистовая прокатка от температуры не выше 970° до температуры 800-855°С с суммарным относительным обжатием по толщине не менее 64%, охлаждение водой до температуры 540-580°С обеспечивают реализацию деформационно-термического циклирования и формирование оптимальной мелкозернистой перлитной микроструктуры стали. За счет этого достигается повышение ударной вязкости и трещиностойкости при отрицательных температурах.
Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства штрипсов для сварных спиральношовных труб для магистральных нефтепроводов северного исполнения на 10-15%
Источники информации
1. Заявка Японии №61-163210, МПК C21D 8/00, 1986 г.
2. Заявка Японии №61-223125, МПК C21D 8/02, С22С 38/54, 1986 г.
3. Патент России №2262537, МПК C21D 8/02, С22С 38/46, 2005 г. - прототип.
Таблица 2 | ||||||||||||||||
Химический состав низколегированных сталей | ||||||||||||||||
№ состава | Содержание химических элементов, масс.% | |||||||||||||||
С | Mn | Si | Al | Nb | Ti | Ca | V | Cr | Ni | Cu | Р | S | N | Fe | ||
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. |
0,100 0,110 0,120 0,113 0,140 0,150 0,160 |
1,20 1,30 1,48 1,65 1,30 1,70 1,60 |
0,3 0,4 0,5 0,6 0,4 0,7 0,6 |
0,01 0,02 0,03 0,05 0,03 0,06 0,04 |
0,009 0,010 0,025 0,040 0,030 0,050 0,040 |
0,009 0,010 0,020 0,030 0,020 0,040 - |
0,0009 0,0010 0,0030 0,0050 0,0020 0,0060 0,012 |
0,004 0,005 0,007 0,010 0,008 0,011 0,010 |
0,12 0,14 0,17 0,20 0,10 0,23 0,25 |
0,11 0,12 0,14 0,20 0,15 0,25 0,27 |
0,10 0,13 0,15 0,20 0,10 0,30 0,30 |
0,011 0,012 0,013 0,015 0,014 0,016 0,014 |
0,001 0,002 0,004 0,006 0,005 0,007 0,005 |
0,005 0,006 0,008 0,010 0,007 0,011 0,009 |
0,183 0,204 0,230 0,240 0,232 0,290 0,293 |
Остальн. -:- -:- -:- -:- -:- -:- |
Таблица 3 | |||||||||||||
Режимы производства штрипсов из низколегированной стали и их эффективность | |||||||||||||
№ варианта | № состава | Режимы прокатки | Механические свойства | Трещиностойкость | |||||||||
Тнп °с | εΣ, °С | Ткп °с | Тем,°с | σв, Н/мм2 | σт Н/мм2 | δ5,% | σв/σт | KCV-10, Дж/см2 | KV-20 Дж/см2 | KCU-40 Дж/см2 | |||
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. |
6. 2. 3. 4. 5. 1. 7. |
930 940 950 960 970 980 970 |
62 64 72 75 80 68 80 |
790 800 825 840 855 860 880 |
530 540 560 570 580 590 660 |
650 520 550 600 620 500 510 |
500 405 413 462 465 455 400 |
19 32 33 33 32 26 25 |
0,77 0,78 0,75 0,77 0,75 0,91 0,78 |
96 108 110 103 109 92 78 |
24 32 35 30 30 25 22 |
47 72 78 71 75 49 51 |
неудовл. удовл. удовл. удовл. удовл. неудовл. неудовл. |
Claims (2)
1. Способ производства штрипсов из низколегированной стали, включающий нагрев слябов, черновую прокатку до промежуточной толщины, непрерывную чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки, охлаждение водой, отличающийся тем, что сталь имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:
углерод 0,11-0,14
марганец 1,3-1,65
кремний 0,40-0,60
алюминий 0,02-0,05
ниобий 0,01-0,04
титан 0,01-0,03
кальций 0,001-0,005
ванадий не более 0,01
хром не более 0,2
никель не более 0,2
медь не более 0,2
фосфор не более 0,015
сера не более 0,006
азот не более 0,010
железо остальное,
температуру начала чистовой прокатки поддерживают не выше 970°С, конца прокатки равной 800-855°С, а охлаждение водой ведут до температуры 540-580°С.
температуру начала чистовой прокатки поддерживают не выше 970°С, конца прокатки равной 800-855°С, а охлаждение водой ведут до температуры 540-580°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарное содержание в стали углерода, марганца, хрома, меди, кремния, никеля, ванадия должно удовлетворять соотношению: [C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+V/10]≤0,24%, а чистовую прокатку штрипсов ведут с суммарным относительным обжатием по толщине не менее 64%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007140268/02A RU2358023C1 (ru) | 2007-10-30 | 2007-10-30 | Способ производства штрипсов из низколегированной стали |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007140268/02A RU2358023C1 (ru) | 2007-10-30 | 2007-10-30 | Способ производства штрипсов из низколегированной стали |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2358023C1 true RU2358023C1 (ru) | 2009-06-10 |
Family
ID=41024726
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007140268/02A RU2358023C1 (ru) | 2007-10-30 | 2007-10-30 | Способ производства штрипсов из низколегированной стали |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2358023C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014143702A2 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Am/Ns Calvert Llc | Line pipe steels and process of manufacturing |
-
2007
- 2007-10-30 RU RU2007140268/02A patent/RU2358023C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014143702A2 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Am/Ns Calvert Llc | Line pipe steels and process of manufacturing |
WO2014143702A3 (en) * | 2013-03-15 | 2014-11-06 | Am/Ns Calvert Llc | Line pipe steels and process of manufacturing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10876180B2 (en) | Method of manufacturing hot rolled steel sheet for square column for building structural members | |
EP1288316B1 (en) | Method for making high-strength high-toughness martensitic stainless steel seamless pipe | |
EP2272994B1 (en) | High-tensile strength steel and manufacturing method thereof | |
RU2393239C1 (ru) | Способ производства толстолистового низколегированного штрипса | |
EP2792762B1 (en) | High-yield-ratio high-strength cold-rolled steel sheet and method for producing same | |
JP2008208454A (ja) | 耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼材並びにその製造方法 | |
EP2551366B1 (en) | High-strength electrical-resistance-welded steel pipe and manufacturing method therefor | |
RU2466193C1 (ru) | Способ производства толстолистового низколегированного проката | |
EP2123780B1 (en) | Processes for production of steel sheets for cans | |
EP2246450B1 (en) | Steel sheets and process for manufacturing the same | |
JP2010229514A (ja) | 冷延鋼板およびその製造方法 | |
RU2442831C1 (ru) | Способ производства высокопрочной листовой стали | |
RU2463360C1 (ru) | Способ производства толстолистового низколегированного штрипса | |
JP2010126808A (ja) | 冷延鋼板およびその製造方法 | |
RU2318027C1 (ru) | Способ производства толстолистового проката | |
RU2630721C1 (ru) | Толстый лист из конструкционной стали для изготовления деталей сварных конструкций и способ его получения в нормализованном состоянии | |
RU2358024C1 (ru) | Способ производства штрипсов из низколегированной стали | |
RU2292404C1 (ru) | Способ производства полос для изготовления труб | |
RU2433191C1 (ru) | Способ производства высокопрочной листовой стали | |
RU2346060C2 (ru) | Способ производства штрипсов | |
RU2318881C2 (ru) | Способ производства полос для изготовления обсадных труб | |
RU2255123C1 (ru) | Способ производства штрипсов из низколегированной стали | |
RU2341565C2 (ru) | Способ производства штрипсов из низколегированной стали | |
RU2262537C1 (ru) | Способ производства штрипсов из низколегированной стали | |
RU2201972C2 (ru) | Способ производства штрипсов из низколегированной стали |