RU2650651C1 - Method of austenitic anticorrosion steel section hot rolled plates production - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to hot rolling. Method of steel 08-12X18H10T section hot rolled plates 60-100 mm thick production for the manufacture of structures of nuclear power plants includes section heating before rolling at a regulated temperature with a controlled exposure, hot rolling on a thick plate reversible mill for several passes with regulated compression and temperature conditions, cooling after rolling with regulated parameters.

EFFECT: receipt of products with a homogeneous structure with a grain size no larger than No 3 in accordance with GOST 5639-82 and an increase in mechanical properties at a minimum cost is ensured by the fact that the rolling is carried out in several passes with unit reduction ratios of 1,12-1,31 at a mass average temperature of metal not less than 1020°C with a total reduction ratio of at least 2,9, after rolling and cooling, heat treatment of hot rolled plates is carried out, including heating to a temperature of 1060-1100°C, holding at this temperature from 1,2 to 2,5 minutes per 1 mm of the plate thickness and cooling in air.

1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области горячей прокатки и может быть использовано при производстве горячекатаных плит толщиной 60-100 мм из непрерывно-литых заготовок сталей 08-12Х18Н10Т для изготовления конструкций атомных энергетических установок. Известен способ производства плит из аустенитной хромоникелевой стали типа Х18Н10Т, включающий нагрев слитков до температуры 1220-1250°С, прокатку за несколько проходов с обжатиями от 50 до 7 мм за проход с кантовками на 180°С через каждые шесть-десять проходов и значительным сокращением подачи воды на валки, обеспечивая температуру металла в конце прокатки не менее 1000°С, охлаждение после прокатки и термическую обработку (аустенизацию), включающую нагрев проката до температуры 1000-1080°С, выдержку и охлаждение на воздухе или в воде (Бородулин Г.М., Мошкевич Е.И. Нержавеющие стали. М.: Металлургия, 1973, с. 319, с. 307-309; ГОСТ 7350 - Сталь толстолистовая, коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная].The invention relates to the field of hot rolling and can be used in the production of hot rolled plates 60-100 mm thick from continuously cast billets of steels 08-12X18H10T for the manufacture of structures of nuclear power plants. A known method for the production of plates from austenitic chromium-nickel steel type X18H10T, including heating ingots to a temperature of 1220-1250 ° C, rolling in several passes with reductions from 50 to 7 mm per pass with grooves at 180 ° C every six to ten passes and a significant reduction water supply to the rolls, providing a metal temperature at the end of rolling of at least 1000 ° C, cooling after rolling and heat treatment (austenization), including heating the rolled metal to a temperature of 1000-1080 ° C, holding and cooling in air or in water (Borodulin G. M., Mo Stainless steel kevich EI M .: Metallurgy, 1973, p 319, with 307-309; GOST 7350 - Rolled steel, corrosion-resistant, heat-resistant and heat resistant]....

Реализация данного способа для производства плит требует большого расхода металла в технологическую обрезь при прокатке слитков, так как необходимо удалять прибыльную и донные части слитка, которые в сумме составляют от 15 до 20% массы слитка. Кроме того, данный способ, как правило, включает прокатку в два этапа, на первом из которых производят горячекатаный сляб и удаляют прибыльную и донную части слитка, а на втором этапе после повторного нагрева производят готовую горячекатаную плиту. В настоящее время данный способ из-за большой себестоимости находит все меньшее применение. Чтобы уменьшить себестоимость, необходимо вместо слитков использовать непрерывно-литые заготовки.The implementation of this method for the production of plates requires a large consumption of metal in the technological edge during the rolling of ingots, since it is necessary to remove the profitable and bottom parts of the ingot, which in total amount from 15 to 20% of the mass of the ingot. In addition, this method, as a rule, involves rolling in two stages, in the first of which a hot-rolled slab is produced and the profitable and bottom parts of the ingot are removed, and in the second stage, after the re-heating, a finished hot-rolled plate is produced. Currently, this method due to the high cost is finding less application. To reduce the cost, it is necessary to use continuously cast billets instead of ingots.

При использовании непрерывно-литых заготовок для получения горячекатаных плит из нержавеющих сталей аустенитного класса с регламентированной величиной аустенитного зерна и высоким уровнем механических свойств наиболее близким по области применения и техническим решениям к предлагаемому изобретению является выбранный за прототип способ изготовления горячекатаных плит из коррозионностойких сталей аустенитного класса, преимущественно для изготовления конструкций атомных энергетических установок, включающий нагрев непрерывно-литой заготовки с регламентированными температурой и выдержкой, горячую прокатку на толстолистовом реверсивном стане за несколько проходов с регламентированными обжатиями и температурными условиями, последеформационное охлаждение с регламентированными параметрами (Патент RU 2395591 С1, опубликован 27.07.2010 г.).When using continuously cast billets for producing hot rolled plates from austenitic stainless steels with a regulated austenitic grain size and a high level of mechanical properties, the closest in application and technical solutions to the proposed invention is the prototype method of manufacturing hot rolled plates from austenitic stainless steel, mainly for the manufacture of structures of nuclear power plants, including heating continuously ohms with regulated temperature and aging, hot rolling on a plate reversing mill for several passes with regulated compression and temperature conditions, post-deformation cooling with regulated parameters (Patent RU 2395591 C1, published July 27, 2010).

При производстве плит данным способом в микроструктуре стали имеются зоны, состоящие из деформированных нерекристаллизованных дендритов, которые не допускаются техническими условиями на металлопродукцию для атомных энергетических установок. Такие участки микрошлифа нельзя проконтролировать на размер аустенитного зерна по ГОСТ 5639-82 и поэтому прокат с подобной структурой бракуют, так как для атомных энергетических установок допускают металл с размером аустенитного зерна не крупнее №3 по ГОСТ 5639-82 (например, ОСТ 108.109.01-92).In the manufacture of plates by this method, in the microstructure of steel there are zones consisting of deformed unrecrystallized dendrites, which are not allowed by the technical conditions for metal products for nuclear power plants. Such sections of the microsection cannot be controlled for the size of austenitic grain according to GOST 5639-82, and therefore rolled products with a similar structure are rejected, since metal with an austenitic grain size of no more than No. 3 according to GOST 5639-82 is allowed for nuclear power plants (for example, OST 108.109.01 -92).

Причиной наличия в структуре горячекатаных плит нерекристаллизованных дендритов является недостаточная степень деформации, которая ограничена максимальной толщиной непрерывно-литой заготовки и толщиной плиты: максимальная толщина заготовки из коррозионностойких сталей составляет 280-315 мм, а минимальная толщина плиты 60 мм. При увеличении толщины плиты степень деформации значительно уменьшается. Например, при прокатке заготовки толщиной 300 мм на плиту 60 мм коэффициент обжатия составляет 5, а при прокатке такой же заготовки на плиту толщиной 80 мм коэффициент обжатия уменьшается до 3,75, что значительно уменьшает энергию активации рекристаллизации и не позволяет получать металлопродукцию с рекристаллизованными зернами по всему сечению проката.The reason for the presence of unrecrystallized dendrites in the structure of hot-rolled plates is the insufficient degree of deformation, which is limited by the maximum thickness of a continuously cast billet and the plate thickness: the maximum thickness of a billet made of corrosion-resistant steels is 280-315 mm, and the minimum plate thickness is 60 mm. With increasing plate thickness, the degree of deformation decreases significantly. For example, when rolling a workpiece 300 mm thick onto a 60 mm plate, the compression ratio is 5, and when rolling the same workpiece onto a 80 mm plate, the compression ratio decreases to 3.75, which significantly reduces the activation energy of recrystallization and does not allow to obtain metal products with recrystallized grains over the entire rolled section.

Для повышения энергии активации рекристаллизации необходимо использовать другие технологические параметры, управление которыми позволит гарантировать получение структуры с рекристаллизованной структурой на 100%. Такими параметрами являются температура деформации, степень единичных обжатий, скорость последеформационного охлаждения и температурно-временные условия последеформационной термической обработки (аустенизации). Повышение температуры и степени единичных обжатий увеличивает скорость рекристаллизации. Также увеличивает степень первичной и собирательной рекристаллизации, уменьшение скорости последеформационного охлаждения, повышение температуры аустенизации после прокатки и увеличение выдержки при температуре аустенизации.To increase the activation energy of recrystallization, it is necessary to use other technological parameters, the control of which will guarantee the obtaining of a structure with a recrystallized structure by 100%. Such parameters are the deformation temperature, the degree of single compression, the rate of post-deformation cooling and the temperature-time conditions of post-deformation heat treatment (austenization). An increase in temperature and the degree of single compression increases the rate of recrystallization. It also increases the degree of primary and collective recrystallization, a decrease in the rate of post-deformation cooling, an increase in the austenitization temperature after rolling, and an increase in aging at an austenitic temperature.

Прокатка плит на толстолистовом реверсивном стане часто включает ряд проходов для разбивки ширины, которая требует высокой точности для уменьшения расхода металла в обрезь. Разбивку ширины производят, как правило, в начале прокатки, в первых 3-6 проходах. При этой операции обжатия ограничены начальными размерами заготовки по ширине и требуемой шириной плиты. Горячая прокатка заготовки на плиту требует удаления окалины с поверхности заготовки перед прокаткой и с поверхности раската в процессе прокатки с целью исключения поверхностных дефектов, называемых вкатанной окалиной и рябизной согласно ГОСТ 21014-88. Наиболее эффективным способом удаления окалины с поверхности заготовки и раската является гидросбив окалины, при использовании которого уменьшается температура поверхности металла на 50-100°С.Plate rolling on a plate reversing mill often includes a series of passages for breaking the width, which requires high precision to reduce the consumption of metal in the trim. Breakdown of the width is carried out, as a rule, at the beginning of rolling, in the first 3-6 passes. In this operation, the crimping is limited by the initial dimensions of the workpiece in width and the required width of the plate. Hot rolling of a workpiece onto a slab requires removal of scale from the surface of the workpiece before rolling and from the surface of the roll during the rolling process to eliminate surface defects called rolled mill scale and rowan according to GOST 21014-88. The most effective way to remove scale from the surface of the workpiece and the roll is by descaling, when used, the surface temperature of the metal decreases by 50-100 ° C.

В связи с тем, что дополнительные проходы для разбивки ширины и гидросбив окалины приводят к интенсивному охлаждению раската, последующая основная деформация стали проходит при температуре ниже 1000°С, когда процессы рекристаллизации стали 08-12Х18Н10Т заторможены, аустенит за счет деформации без рекристаллизации упрочняется, ферритная фаза как более разупрочняемая и мягкая структурная составляющая претерпевает большие степени деформации, которые могут вызвать образование деформационных рванин на поверхности раската. В результате получается плита со структурой, состоящей из деформированных нерекристаллизованных дендритов, вытянутых вдоль направления прокатки, и рекристаллизованных зерен, расположенных по границам этих дендритов. При такой прокатке в структуре фиксируется первичная рекристаллизация, прошедшая на 20-60%.Due to the fact that additional passages for dividing the width and descaling lead to intensive cooling of the roll, the subsequent main deformation of the steel takes place at temperatures below 1000 ° C, when the processes of 08-12X18H10T steel recrystallization are inhibited, austenite hardens due to deformation without recrystallization, ferritic the phase as a more softened and soft structural component undergoes large degrees of deformation, which can cause the formation of deformation flaws on the surface of the roll. The result is a slab with a structure consisting of deformed unrecrystallized dendrites elongated along the rolling direction, and recrystallized grains located along the boundaries of these dendrites. With such rolling, primary recrystallization is recorded in the structure, which has passed by 20-60%.

Задача изобретения - улучшение качества горячекатаных плит толщиной 60-100 мм, производимых из непрерывно-литых заготовок коррозионностойких сталей 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, за счет получения однородной структуры с размером зерна не крупнее №3 по ГОСТ 5639-82 во всем объеме плиты и повышения механических свойств при минимальной себестоимости.The objective of the invention is to improve the quality of hot-rolled plates 60-100 mm thick, produced from continuously cast billets of corrosion-resistant steels 08X18H10T, 12X18H10T, by obtaining a homogeneous structure with a grain size of no larger than No. 3 according to GOST 5639-82 in the entire volume of the plate and increasing mechanical properties at a minimum cost.

Чтобы увеличить степень первичной рекристаллизации до 100% в условиях ограничения суммарной степени деформации, необходимо увеличить степени единичных обжатий и температуру металла при деформации.In order to increase the degree of primary recrystallization to 100% under conditions of limiting the total degree of deformation, it is necessary to increase the degree of single compression and the temperature of the metal during deformation.

Задача решается тем, что в известном способе изготовления горячекатаных плит из коррозионностойких сталей аустенитного класса, преимущественно для изготовления конструкций атомных энергетических установок, включающем нагрев непрерывно-литой заготовки с регламентированными температурой и выдержкой, горячую прокатку на толстолистовом реверсивном стане за несколько проходов с регламентированными обжатиями и температурными условиями, охлаждение после прокатки с регламентированными параметрами, прокатку осуществляют в нескольких проходах с единичными коэффициентами обжатий 1,12-1.31 при среднемассовой температуре не менее 1020°С, обеспечивая суммарный коэффициент обжатия в этих проходах не менее 2,9, после прокатки и охлаждения проводят термическую обработку горячекатаных плит, включающую нагрев до температуры 1060-1100°С, выдержку при этой температуре от 1,2 до 2,5 мин на 1 мм толщины плиты. Другое отличие состоит в том, что при нагреве непрерывно-литых заготовок после выдержки перед горячей прокаткой производят дополнительный нагрев непрерывно-литой заготовки при температуре 1260-1280°С в течение 30-60 мин.The problem is solved in that in the known method of manufacturing hot rolled plates from corrosion-resistant steels of austenitic class, mainly for the manufacture of structures of nuclear power plants, including heating a continuously cast billet with regulated temperature and holding, hot rolling on a plate reversing mill for several passes with regulated compression and temperature conditions, cooling after rolling with regulated parameters, rolling is carried out in several p strands with unit compression ratios of 1.12-1.31 at a mass-average temperature of at least 1020 ° C, providing a total compression ratio of at least 2.9 in these passes, after rolling and cooling, heat treatment of hot rolled plates is carried out, including heating to a temperature of 1060-1100 ° C, exposure at this temperature from 1.2 to 2.5 minutes per 1 mm of plate thickness. Another difference is that when heating continuously cast billets after holding before hot rolling, additional heating of the continuously cast billets is performed at a temperature of 1260-1280 ° C for 30-60 minutes.

Для исключения осевой пористости горячекатаной плиты не заварившейся при деформации и исключения растягивающих напряжений в осевой зоне раската, являющихся причиной внутренних дефектов, а также для повышения активации рекристаллизации деформированных дендритов аустенита основную деформацию заготовки необходимо вести большими обжатиями, чтобы сжимающие напряжения проникали до осевой зоны раската. Для толстолистового стана с диаметром рабочих валков 1050-1130 мм и высотой раската 315-140 мм, обжатием 50-25 мм в начале прокатки при высоте полосы 315-200 мм (единичный коэффициент обжатия 1,12-1,25) и обжатием от 40 до 10 мм при высоте полосы 200-80 мм (единичный коэффициент обжатия 1,12-1,31) за счет всесторонних сжимающих напряжений обеспечивают проработку раската по всей высоте до осевой зоны, обеспечивают интенсивную деформацию дендритов, высокую степень их горячего наклепа, способствующую ускорению первичной рекристаллизации с образованием на месте деформированных дендритов однородной структуры рекристаллизованных зерен аустенита не крупнее №3 по ГОСТ 5639-82. Такие единичные деформации в сочетании с высокой среднемассовой температурой, более 1020°С, не вызывают макроразрушений стали 08-12Х18Н10Т ни на поверхности раската, ни внутри его. Уменьшение единичных обжатий меньше 25 мм для полосы высотой 315-200 мм (единичный коэффициент обжатия меньше 1,12) и меньше 10 мм для полосы высотой 200-80 мм (единичный коэффициент обжатия менее 1,12) приводит к возникновению растягивающих напряжений в осевой зоне раската, к деформации в большей степени мягкой структурной составляющей - феррита, который в процессе деформации быстрее, чем аустенит, разупрочняется и интенсивнее деформируется, чем наклепанные дендриты аустенита. Находясь в мягкой оболочке ферритных зерен и мелких рекристаллизованных разупрочненных зерен аустенита, крупные дендриты аустенита не претерпевают необходимой для первичной рекристаллизации деформации. Из-за меньшего сопротивления деформации ферритной фазы и рекристаллизованных мелких зерен аустенита на поверхности крупных дендритов деформирующие напряжения не проникают на всю глубину упрочненных предшествующей деформацией дендритов. При малых единичных обжатиях преимущественно деформируются поверхностные слои дендритов, на месте которых возникают новые рекристаллизованые аустенитные зерна, а основной объем дендрита не рекристаллизуется вследствие недостаточной энергии активации процесса рекристаллизации.To eliminate the axial porosity of a hot-rolled plate that did not weld during deformation and to exclude tensile stresses in the axial zone of the roll, which are the cause of internal defects, and also to increase the activation of recrystallization of deformed austenite dendrites, the main deformation of the workpiece must be carried out by large reductions so that the compressive stresses penetrate to the axial zone of the roll. For a plate mill with a diameter of work rolls of 1050-1130 mm and a roll height of 315-140 mm, a compression of 50-25 mm at the beginning of rolling at a strip height of 315-200 mm (unit compression ratio of 1.12-1.25) and compression of 40 up to 10 mm with a strip height of 200-80 mm (unit compression ratio of 1.12-1.31) due to comprehensive compressive stresses, they work out the roll along the entire height to the axial zone, provide intensive dendrite deformation, a high degree of hot hardening, which accelerates primary recrystallization with formation of deformations in place of dendrites of homogeneous structure of recrystallized austenite grains no larger than No. 3 according to GOST 5639-82. Such single deformations, combined with a high mass-average temperature of more than 1020 ° C, do not cause macrostructural damage to 08-12X18H10T steel either on the surface of the roll or inside it. A decrease in single reductions of less than 25 mm for a strip with a height of 315-200 mm (a single compression ratio of less than 1.12) and less than 10 mm for a strip with a height of 200-80 mm (a single compression ratio of less than 1.12) leads to tensile stresses in the axial zone roll, to deformation to a greater extent by a soft structural component - ferrite, which during deformation is faster than austenite, softens and deforms more intensively than riveted austenite dendrites. Being in the soft shell of ferritic grains and small recrystallized softened austenite grains, large austenite dendrites do not undergo the deformation necessary for primary recrystallization. Due to the lower resistance to deformation of the ferritic phase and recrystallized small austenite grains on the surface of large dendrites, deforming stresses do not penetrate the entire depth of dendrites hardened by the previous deformation. With small single reductions, dendritic surface layers predominantly deform, at the place of which new recrystallized austenitic grains appear, and the bulk of the dendrite does not recrystallize due to insufficient activation energy of the recrystallization process.

Однако чрезмерное увеличение обжатий приводит к разрушению металла на поверхности и внутри раската. На поверхности раската возникают деформационные рванины, внутри - деформационные разрывы, а на торцах могут появляться расслоения. Для непрерывно-литых заготовок стали 08-12Х18Н10Т, полученной с использованием современных методов внепечного рафинирования, такой предельной степенью деформации при температуре металла в диапазоне 1280-1020°С, по экспериментальным данным, является единичный коэффициент обжатия более 1,31. При более высоких степенях деформации при прокатке непрерывно-литых слябов на толстолистовым реверсивном стане на поверхности раскатов наблюдали появление деформационных рванин. В этом случае при ультразвуковом контроле внутренних дефектов плиты обнаруживали в центральной зоне плиты деформационные разрывы по ликвационным участкам. Также при больших единичных обжатиях (коэффициент обжатия более 1,31) имело место расслоение плиты раската в торцевых частях на длине до 500 мм, что потребовало производить увеличенную торцевую обрезь.However, an excessive increase in compression leads to the destruction of the metal on the surface and inside the roll. On the surface of the roll, deformation flaws arise, inside - deformation gaps, and delamination can appear on the ends. For continuously cast steel billets 08-12X18H10T, obtained using modern methods of out-of-furnace refining, such a limiting degree of deformation at a metal temperature in the range of 1280-1020 ° C, according to experimental data, is a single compression ratio of more than 1.31. At higher degrees of deformation during rolling of continuously cast slabs on a plate reversing mill on the surface of the peals, the appearance of deformation flaws was observed. In this case, during ultrasonic testing of the internal defects of the plate, deformation gaps were detected in the central zone of the plate along the segregation sites. Also, with large single reductions (reduction ratio of more than 1.31), there was a delamination of the roll plate in the end parts up to a length of 500 mm, which required an increased end trim.

С целью увеличения степени последеформационной рекристаллизации, получения однородной структуры и повышения антикоррозионных свойств стали 08-12Х18Н10Т после прокатки необходимо проводить термическую обработку, включающую нагрев до температуры 1060-1100°C с выдержкой при этой температуре 1,2-2,5 мин на 1 мм толщины плиты и быстрое охлаждение на воздухе или в воде. При этом уменьшение температуры нагрева ниже 1060°С и уменьшение выдержки менее 1,2 мин на 1 мм толщины плиты не обеспечивает завершение первичной рекристаллизации деформированных дендритов, а увеличение температуры выдержки более 1100°С и времени выдержки более 2,5 мин на 1 мм толщины плиты приводит к формированию крупных зерен аустенита, крупнее №3 по ГОСТ 5639-82.In order to increase the degree of post-deformation recrystallization, to obtain a homogeneous structure and to increase the anticorrosion properties of 08-12X18H10T steel after rolling, it is necessary to conduct heat treatment, including heating to a temperature of 1060-1100 ° C with holding at this temperature of 1.2-2.5 min per 1 mm plate thickness and rapid cooling in air or in water. In this case, a decrease in the heating temperature below 1060 ° С and a decrease in the exposure time of less than 1.2 min per 1 mm of the plate thickness does not ensure the completion of the primary recrystallization of deformed dendrites, and an increase in the exposure temperature of more than 1100 ° C and the exposure time of more than 2.5 minutes per 1 mm of thickness plates leads to the formation of large austenite grains, larger than No. 3 according to GOST 5639-82.

Чем меньше температура деформации, тем к большим разрушениям металла приводят повышенные обжатия, тем меньше идет динамическое и статическое разупрочнение прокатываемой стали, тем меньше проходит рекристаллизация деформированного металла. Прокатка на промышленном толстолистовом стане сопровождается охлаждением металла как на воздухе, так и под воздействием воды, попадающей на поверхность металла из систем охлаждения валков и гидросбива окалины. Интенсивную деформацию металла необходимо проводить при температуре, достаточной для протекания первичной рекристаллизации на 100% и исключения выделения карбидов хрома в процессе деформации. Для увеличения температуры металла при деформации, в заявляемом способе, предложено увеличить температуру нагрева металла перед прокаткой.The lower the deformation temperature, the greater the damage to the metal leads to increased compression, the less the dynamic and static softening of the rolled steel, the less the recrystallization of the deformed metal. Rolling at an industrial plate mill is accompanied by cooling of the metal both in air and under the influence of water falling on the metal surface from the cooling systems of rolls and descaling. Intensive deformation of the metal must be carried out at a temperature sufficient for the occurrence of primary recrystallization by 100% and to exclude the precipitation of chromium carbides in the process of deformation. To increase the temperature of the metal during deformation, in the present method, it is proposed to increase the heating temperature of the metal before rolling.

Однако увеличивать температуру нагрева перед прокаткой выше 1280°С не целесообразно, так как при более высоких температурах в стали 08-12Х18Н10Т образуется большое количество ферритной фазы, значительно отличающейся по реологическим свойствам от аустенитной фазы, из-за чего уменьшается пластичность стали, на поверхности раската появляются деформационные рванины во время прокатки и готовая плита имеет повышенное содержание феррита, больше 10%, что не допускается техническими условиями на металл для атомных энергетических установок (например, ОСТ 108.109.01-92). Уменьшение температуры дополнительного нагрева ниже 1260°С не всегда обеспечивает требуемую температуру деформации выше 1020°С для протекания первичной рекристаллизации металла, как и в прототипе. Также и время выдержки при 1260-1280°С более 60 мин приводит к увеличению содержания ферритной фазы в структуре нагреваемой заготовки, уменьшению пластичности стали и появлению на поверхности раската деформационных рванин во время прокатки. Уменьшение выдержки при температуре 1260-1280°С меньше 30 мин из-за низкой теплопроводности стали 08-12Х18Н10Т не позволяет прогреть заготовку перед прокаткой до такой степени, чтобы обеспечить прокатку с суммарным коэффициентом обжатия не менее 2,9 при температуре металла не менее 1020°С.However, it is not advisable to increase the heating temperature before rolling above 1280 ° C, since at higher temperatures a large amount of ferritic phase is formed in 08-12X18H10T steel, which significantly differs in rheological properties from the austenitic phase, which reduces the ductility of steel on the roll surface deformation flaws appear during rolling and the finished plate has a high ferrite content of more than 10%, which is not allowed by the technical conditions for metal for nuclear power plants (for example , OST 108.109.01-92). The decrease in the temperature of the additional heating below 1260 ° C does not always provide the required deformation temperature above 1020 ° C for the primary recrystallization of the metal, as in the prototype. Also, the exposure time at 1260-1280 ° C for more than 60 min leads to an increase in the content of the ferrite phase in the structure of the heated billet, a decrease in the ductility of steel, and the appearance of deformation flaws on the surface of the roll during rolling. The decrease in exposure at a temperature of 1260-1280 ° C for less than 30 minutes due to the low thermal conductivity of 08-12X18H10T steel does not allow heating the workpiece before rolling to such an extent as to ensure rolling with a total compression ratio of at least 2.9 at a metal temperature of at least 1020 ° FROM.

Пример конкретного выполненияConcrete example

Для определения оптимальных технологических параметров прокатки и термической обработки плит стали 08-12Х18Н10Т проведен промышленный эксперимент при прокатке на толстолистовом стане 5000 непрерывно-литых заготовок стали 08Х18Н10Т толщиной от 285 до 292 мм на плиты толщиной от 60 до 100 мм с последующей аустенизацией в камерных термических печах с выкатной подиной. Ширина заготовок составляла 1575-1595 мм, а длину устанавливали в зависимости от габаритов заказываемых готовых плит, раскраивая заготовки длиной 6000 мм на соответствующие длины. Химический состав экспериментальных плавок приведен в табл. 1.To determine the optimal technological parameters of rolling and heat treatment of 08-12X18H10T steel plates, an industrial experiment was conducted when 5000 continuously cast steel blanks 08Kh18N10T from 285 to 292 mm thick on plates from 60 to 100 mm thick were rolled on a plate mill with subsequent austenization in chamber thermal furnaces with roll-out hearth. The width of the blanks was 1575-1595 mm, and the length was set depending on the dimensions of the ordered finished plates, cutting blanks with a length of 6000 mm to the appropriate lengths. The chemical composition of the experimental heats is given in table. one.

Поскольку приведенные в табл. 1 плавки имеют близкий химический состав, их использовали как материал для исследования влияния технологических параметров прокатки и термической обработки стали 08Х18Н10Т на структуру металла (размер аустенитного зерна и степень рекристаллизации), на наличие внутренних дефектов и расслоений, на механические свойства и качество поверхности горячекатаных плит.Since the tab. 1 melts have a close chemical composition, they were used as a material to study the effect of technological parameters of rolling and heat treatment of 08Kh18N10T steel on the metal structure (austenitic grain size and degree of recrystallization), on the presence of internal defects and delamination, on the mechanical properties and surface quality of hot-rolled plates.

Непрерывно-литые заготовки нагревали в камерной печи с выкатным подом по технологии, включающей посадку металла на выкаченную подину при температуре печи от 500 до 800°С, нагрев до температуры 1180-1220°С со скоростью не более 100°С/ч, выдержку от 6 до 12 ч и прокатку или подъем температуры в печи до 1260, 1280 и 1300°C с выдержкой перед прокаткой 20, 30, 45, 60, и 70 мин при каждой температуре нагрева перед выдачей на прокатку. Прокатку осуществляли за 7-17 проходов, из которых 4-6 проходов производили с единичными коэффициентами обжатия от 1,12 до 1,31 при различных температурах конца деформации. Остальные проходы проводили с обжатиями, необходимыми для получения требуемых размеров плиты по длине и толщине. При разбивке ширины плиты также в отдельных случаях производили один два прохода с коэффициентами обжатия более 1,12 для получения требуемых размеров по ширине плиты. Среднемассовую температуру определяли по результатам пирометрических измерений температуры поверхности раската, которая согласно многочисленным расчетам и экспериментальным данным на 50°С ниже среднемассовой температуры. Последеформационное охлаждение металла проводили на воздухе. После охлаждения проводили аустенизацию при температуре 1070-1090°C с выдержкой 1,5 минуты на 1 мм толщины плиты и последующим охлаждением на воздухе.Continuously cast billets were heated in a chamber furnace with a rolling hearth using a technology that included the metal fit on the pumped hearth at a furnace temperature of 500 to 800 ° C, heating to a temperature of 1180-1220 ° C at a speed of not more than 100 ° C / h, 6 to 12 hours and rolling or raising the temperature in the furnace to 1260, 1280 and 1300 ° C with holding before rolling 20, 30, 45, 60, and 70 minutes at each heating temperature before issuing for rolling. Rolling was carried out in 7-17 passes, of which 4-6 passes were made with unit compression ratios from 1.12 to 1.31 at various temperatures of the end of deformation. The remaining passages were performed with crimps necessary to obtain the required plate dimensions along the length and thickness. When breaking the width of the plate, in some cases, one two passes were made with compression ratios of more than 1.12 to obtain the required dimensions for the width of the plate. The mass-average temperature was determined by the results of pyrometric measurements of the temperature of the peeling surface, which, according to numerous calculations and experimental data, is 50 ° C lower than the mass-average temperature. Post-deformation cooling of the metal was carried out in air. After cooling, austenization was performed at a temperature of 1070–1090 ° C with an exposure of 1.5 minutes per 1 mm of plate thickness and subsequent cooling in air.

Также провели эксперимент по влиянию режимов термической обработки на структуру и механические свойства плит (табл. 4 и 5), в котором варьировали температуру аустенизации и время выдержки при температуре аустенизации.We also conducted an experiment on the influence of heat treatment on the structure and mechanical properties of plates (Tables 4 and 5), in which the austenization temperature and the exposure time at the austenitization temperature were varied.

После термической обработки производили контроль качества поверхности, ультразвуковой контроль (УЗК) внутренних дефектов и отбирали пробы для механических испытаний и контроля размера аустенитного зерна.After heat treatment, surface quality control, ultrasonic testing (USI) of internal defects was performed and samples were taken for mechanical testing and austenitic grain size control.

Экспериментальные технологические режимы прокатки плит приведены в табл. 2. Результаты контроля качества поверхности, механические свойства и размеры аустенитных зерен после термообработки при 1070-1090°C с выдержкой 1,5 мин на 1 мм толщины плиты и последующим охлаждением на воздухе приведены в табл. 3.The experimental technological modes of plate rolling are given in table. 2. The results of surface quality control, mechanical properties and sizes of austenitic grains after heat treatment at 1070-1090 ° C with an exposure of 1.5 min per 1 mm of plate thickness and subsequent cooling in air are given in table. 3.

В результате проведенного эксперимента установлено, что уменьшение коэффициентов единичных обжатий ниже 1,12 до 1,05-1,11 (см. табл. 2, опыт 11) не позволяет получить полностью рекристаллизованную структуру аустенита в плите, рекристаллизация прошла на 60% (см. табл. 3, опыт 11). Также уменьшение суммарного коэффициента обжатия при прокатке плиты ниже 2,9 до 2,7 с коэффициентами единичных обжатий 1,12-1,31(см. табл. 2, опыт 10) не обеспечивает прохождения рекристаллизации на 100% (см. табл. 3, опыт 10), рекристаллизации подверглись только 50% деформированных дендритов.As a result of the experiment, it was found that a decrease in the coefficients of single compressions below 1.12 to 1.05-1.11 (see table 2, experiment 11) does not allow to obtain a completely recrystallized structure of austenite in the plate, recrystallization was 60% (cm Table 3, experiment 11). Also, a decrease in the total compression ratio during plate rolling below 2.9 to 2.7 with single compression ratios of 1.12-1.31 (see table 2, experiment 10) does not ensure 100% recrystallization (see table 3 , experiment 10), only 50% of deformed dendrites underwent recrystallization.

Опытом №13 (см. табл. 2 и 3) установили, что среднемассовая температура окончания интенсивной деформации должна быть не ниже 1020°С, так как окончание деформации с коэффициентами единичных обжатий в пределах от 1,12 до 1,31 при среднемассовой температуре 1000°С не позволило получить полностью однородную рекристаллизованную структуру аустенита по всей толщине плиты, 40% деформированных дендритов остались нерекристаллизованными, первичная рекристаллизация прошла на 60%, несмотря на значительный суммарный коэффициент обжатий.Experiment No. 13 (see Tables 2 and 3) established that the mass-average temperature at the end of intense deformation should not be lower than 1020 ° C, since the end of deformation with single compression ratios ranging from 1.12 to 1.31 at a mass-average temperature of 1000 ° C did not allow to obtain a completely homogeneous recrystallized austenite structure over the entire thickness of the plate, 40% of the deformed dendrites remained unrecrystallized, primary recrystallization was 60%, despite a significant total reduction coefficient.

Дополнительный нагрев заготовок при температуре 1260-1280°С перед прокаткой позволяет обеспечить температуру конца прокатки более 1020°С и интенсифицировать обжатия в первых проходах. Однако повышение температуры нагрева заготовок перед прокаткой более 1280°С до 1300°С (см. табл. 2 и 3, опыт №4) и увеличение выдержки при температуре 1260-1280°С (1270°С) более 60 мин до 70 мин (см. табл. 2 и 3 опыт №8) приводят к потере технологической пластичности нагретых заготовок и образованию поверхностных дефектов при их прокатке. В этом случае на поверхности плит в основном по ребрам и по узким граням образовались многочисленные рванины, последующее удаление которых привело к забракованию плит по размерам и переназначению их на меньшие размеры с дополнительным расходом металла в обрезь и абразивную пыль более 7%. Кроме того, увеличение температуры нагрева более 1280°С и времени выдержки более 60 мин при температурах 1260-1280°С приводит к значительному ухудшению механических свойств, прежде всего предела текучести и предела прочности (см. табл. 3, опыты №№4 и 8).Additional heating of the billets at a temperature of 1260-1280 ° C before rolling allows us to ensure the temperature of the end of rolling more than 1020 ° C and to intensify the reduction in the first passes. However, increasing the heating temperature of the billets before rolling more than 1280 ° C to 1300 ° C (see Tables 2 and 3, experiment No. 4) and increasing the exposure time at a temperature of 1260-1280 ° C (1270 ° C) for more than 60 minutes to 70 minutes ( see Tables 2 and 3 experiment No. 8) lead to the loss of technological plasticity of heated billets and the formation of surface defects during their rolling. In this case, on the surface of the plates mainly along the edges and along narrow faces, numerous flaws formed, the subsequent removal of which led to the rejection of the plates in size and their reassignment to smaller sizes with an additional consumption of metal in the trim and abrasive dust of more than 7%. In addition, an increase in the heating temperature of more than 1280 ° C and the exposure time of more than 60 minutes at temperatures of 1260-1280 ° C leads to a significant deterioration of the mechanical properties, especially the yield strength and tensile strength (see table 3, experiments No. 4 and 8 )

Как показали промышленные эксперименты, значительное влияние на структуру и механические свойств горячекатаных плит стали 08Х18Н10Т оказывают режимы термической обработки, температура аустенизации и время выдержки при температуре аустенизации (см. табл. 4 и 5). Требуемую структуру и свойства обеспечивает термическая обработка, включающая нагрев плит до температуры 1060-1100°С и выдержку в течение 1,2-2,5 мин на 1 мм толщины плиты с последующим охлаждением на воздухе (см. табл. 4 и 5, опыты 14, 14-1, 14-2, 15, 15-1 и 15-3). Повышение температуры аустенизации выше 1100°С до 1120°С как и увеличение выдержки при температуре 1070-1090°С более 2,5 мин на 1 мм толщины плиты, до 3,0 мин на 1 мм толщины, способствует образованию крупнозернистой структуры аустенита, соответствующей №2 по ГОСТ 5639-82, не допустимой для конструкций атомных энергетических установок (см. табл. 4 и 5, опыты №№14-3 и 15-4).As shown by industrial experiments, a significant influence on the structure and mechanical properties of hot-rolled 08Kh18N10T steel plates is exerted by heat treatment modes, austenitization temperature, and holding time at austenitization temperature (see Tables 4 and 5). The required structure and properties are provided by heat treatment, including heating plates to a temperature of 1060-1100 ° C and holding for 1.2-2.5 minutes per 1 mm of plate thickness followed by cooling in air (see Tables 4 and 5, experiments 14, 14-1, 14-2, 15, 15-1 and 15-3). An increase in the austenitization temperature above 1100 ° C to 1120 ° C, as well as an increase in aging at a temperature of 1070-1090 ° C for more than 2.5 min per 1 mm of plate thickness, up to 3.0 min per 1 mm of thickness, contributes to the formation of a coarse-grained austenite structure corresponding to No. 2 according to GOST 5639-82, not permissible for the construction of nuclear power plants (see tab. 4 and 5, experiments No. 14-3 and 15-4).

Снижение температуры аустенизации ниже 1060°С до 1040°С и уменьшение выдержки при температуре 1070-1090°С меньше 1,2 мин на 1 мм толщины плиты, до 1,0 мин на 1 мм толщины, не обеспечивает прохождения первичной рекристаллизации во всем объеме плиты (см. табл. 4 и 5, опыты №№14-4 и 15-2).A decrease in the austenitization temperature below 1060 ° C to 1040 ° C and a decrease in exposure at a temperature of 1070-1090 ° C is less than 1.2 min per 1 mm of the plate thickness, up to 1.0 min per 1 mm of thickness, does not ensure the passage of primary recrystallization in the entire volume plates (see tab. 4 and 5, experiments No. 14-4 and 15-2).

Согласно экспериментальным данным, поставленная в изобретении задача решается тем, что при производстве плит из непрерывно-литых заготовок стали 08Х18Н10Т горячей прокаткой на реверсивном толстолистовом стане производят нагрев непрерывно-литых заготовок перед прокаткой при температуре 1180-1220°С, после выдержки не менее 6 часов производят дополнительный нагрев при температуре 1260-1280°С с выдержкой от 30 до 60 мин и прокатку осуществляют в нескольких проходах с единичными коэффициентами обжатия 1,12-1,31 при среднемассовой температуре металла не менее 1020°С, обеспечивая суммарный коэффициент обжатия в этих проходах не менее 2,9. После прокатки металл охлаждают на воздухе и нагревают до температуры 1060-1100°С, выдерживают при этой температуре 1,2-2,5 мин на 1 мм толщины плиты и охлаждают на воздухе или в воде.According to experimental data, the objective of the invention is solved by the fact that in the production of plates from continuously cast billets of steel 08X18H10T by hot rolling on a reversible plate mill, heating of continuously cast billets is carried out before rolling at a temperature of 1180-1220 ° C, after holding for at least 6 hours additional heating is carried out at a temperature of 1260-1280 ° C with a holding time of 30 to 60 minutes and rolling is carried out in several passes with unit compression ratios of 1.12-1.31 with a mass average temperature of metal not m it 1020 ° C, providing a total reduction ratio in these passages is not less than 2.9. After rolling, the metal is cooled in air and heated to a temperature of 1060-1100 ° C, maintained at this temperature for 1.2-2.5 minutes per 1 mm of plate thickness and cooled in air or in water.

Данный способ гарантирует получение в плитах стали 08Х18Н10Т толщиной 60-100 мм структуры аустенита с размером аустенитного зерна не крупнее №3 по ГОСТ 5639-82 и высоких механических свойств. This method guarantees the production of austenite structures with austenitic grain size no larger than No. 3 according to GOST 5639-82 and high mechanical properties in 08Kh18N10T steel plates with a thickness of 60-100 mm .

Claims (2)

1. Способ производства из непрерывно-литых заготовок горячекатаных плит толщиной 60-100 мм для изготовления конструкций атомных энергетических установок, включающий нагрев непрерывно-литой заготовки из стали 08-12Х18Н10Т перед прокаткой при регламентированной температуре с регламентированной выдержкой, горячую прокатку на толстолистовом реверсивном стане с регламентированными обжатиями и температурными условиями, охлаждение после прокатки с регламентированными параметрами, отличающийся тем, что прокатку осуществляют за несколько проходов с единичными коэффициентами обжатия 1,12-1,31 при среднемассовой температуре металла не менее 1020°С с суммарным коэффициентом обжатия не менее 2,9, после прокатки и охлаждения проводят термическую обработку горячекатаных плит путем нагрева до температуры 1060-1100°С, выдержку при этой температуре от 1,2 до 2,5 мин на 1 мм толщины плиты и охлаждение на воздухе.1. A method of manufacturing from continuously cast billets of hot rolled plates 60-100 mm thick for the manufacture of nuclear power plant designs, comprising heating a continuously cast billet of steel 08-12X18H10T before rolling at a regulated temperature with a regulated holding time, hot rolling on a plate reversing mill with regulated compression and temperature conditions, cooling after rolling with regulated parameters, characterized in that the rolling is carried out in a few passes s with unit compression ratios of 1.12-1.31 at an average bulk metal temperature of at least 1020 ° C with a total compression ratio of at least 2.9, after rolling and cooling, heat treatment of hot-rolled plates is carried out by heating to a temperature of 1060-1100 ° C, holding at this temperature from 1.2 to 2.5 min per 1 mm of plate thickness and cooling in air. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед горячей прокаткой после выдержки производят дополнительный нагрев непрерывно-литой заготовки при температуре 1260-1280°С в течение 30-60 мин.2. The method according to p. 1, characterized in that before hot rolling after exposure, additional heating of the continuously cast billet is performed at a temperature of 1260-1280 ° C for 30-60 minutes.