трубная заготовка из низкоуглеродистой стали

Формула изобретения

1. Трубная непрерывнолитая заготовка из низкоуглеродистой стали, горячекатаная, имеющая заданные параметры неметаллических включений, структуры, размера действительного зерна и механических свойств, отличающаяся тем, что заготовка выполнена из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод	0,16-0,24
марганец	0,35-0,65
кремний	0,17-0,37
титан	0,01-0,03
алюминий	0,001-0,060
ванадий	0,005-0,06
азот	0,005-0,008
железо и неизбежные примеси	остальное,

при этом она имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-8 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 2 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформируемым не более 4,5 баллов по каждому виду включений, временное сопротивление разрыву 420-550 Н/мм², предел текучести не менее 275 Н/мм², относительное удлинение не менее 22%, относительное сужение не менее 50%.

2. Трубная заготовка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит следующие компоненты, мас.%: ниобий не более 0,02, хром не более 0,25, никель не более 0,30, медь не более 0,25, молибден не более 0,15, сера не более 0,013, фосфор не более 0,018.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству трубной заготовки диаметром от 100 до 180 мм из низкоуглеродистой стали.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является известная трубная заготовка из низколегированной стали, содержащей (мас.%): углерод 0,05-0,30, марганец 0,35-1,50, кремний 0,15-1,0, хром 0,005-0,5, никель 0,005-0,50, медь 0,005-0,50, сера не более 0,015, фосфор не более 0,020, алюминий 0,01-0,05, ниобий 0,01-0,06, железо и неизбежные примеси. Трубная заготовка выполнена горячекатаной, имеет заданные параметры по неметаллическим включениям, механическим свойствам и определенную микроструктуру (RU 2221875 C2, 20.01.2004, С21С 5/52).

Важнейшим требованием, предъявляемым к трубной заготовке из низкоуглеродистой стали является, с одной стороны, обеспечение заданной структуры, улучшение параметров металлургического качества: однородности микро- и макроструктуры при низком содержании неметаллических включений, с другой стороны, - обеспечение повышенного комплекса потребительских свойств.

Техническим результатом изобретения является обеспечение повышенного уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

В трубной заготовке из низкоуглеродистой стали, непрерывнолитой, горячекатаной, имеющей заданные параметры металлургического качества, структуры, механических свойств, сталь содержит следующие соотношения компонентов, мас.%:

углерод	0,16-0,24
марганец	0,35-0,65
кремний	0,17-0,37
титан	0,01-0,03
алюминий	0,001-0,060
ванадий	0,005-0,06
азот	0,005-0,008
железо и неизбежные примеси	остальное.

Трубная заготовка имеет феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна - 5-8 балл, по макроструктуре: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 2 балла по каждому виду, ликвационные полоски - не более 1 балла, по неметаллическим включениям: сульфиды, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформирующие - не более 4,5 баллов по каждому виду включений. В качестве неизбежных примесей сталь дополнительно содержит, мас.%: ниобий не более 0,02, хром не более 0,25, никель не более 0,30, медь не более 0,25, молибден не более 0,15,сера не более 0,013, фосфор не более 0,018.

Механические свойства после нормализации - временное сопротивление разрыву - 420-550 Н/мм², предел текучести не менее 275 Н/мм², относительное удлинение - не менее 22%, относительное сужение - не менее 50%.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в готовом изделии феррито-перлитную мелкодисперсную структуру, низкое содержание неметаллических включений, однородную макроструктуру и благоприятное сочетание характеристик прочности и пластичности.

Углерод вводят в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,24%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,16% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Ванадий вводят в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной, однородной зерненой структуры. При этом он управляет процессами в нижней части аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер - -превращения. Верхняя граница содержания ванадия - 0.06%, обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0.005% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец используется, с одной стороны, как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны, как элемент, повышающий устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 0.65% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,35% соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0,17% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,37% неблагоприятно сказывается на характеристиках пластичности стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0,008% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,005% - вопросами технологичности производства.

Пример изготовления трубной заготовки. Выплавку исследуемой стали, химический состав в мас.%: углерод 0,18, марганец 0,55, кремний 0,22, титан - 0,018, алюминий 0,006, ванадий - 0,01, азот 0,005-0,008, производят в 150-ти тонных дуговых сталеплавильных печах 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 примесей в мас.%: ниобий не более 0,02, хром не более 0,25, никель не более 0,30, медь не более 0,25, молибден не более 0,15,сера не более 0,013, фосфор не более 0,018.

Предварительное легирование металла по марганцу и кремнию производят в ковше при выпуске из ДСП. После выпуска производилась продувка металла аргоном через донный продувочный блок, во время которой сталь раскисляют 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 производят наведение рафинировочного шлака присадкой извести и плавикового шпата, раскисление шлака гранулированным алюминием, легирование металла алюминием до содержания 0,060%, доводка металла по содержанию марганца, нагрев до температуры, обеспечивающей дальнейшую обработку. После обработки на АКОС металл подвергают вакуумной обработке на порционном вакууматоре. Во время вакуумирования производят окончательную корректировку по химическому составу. После вакуумирования металл обрабатывают силикокальцием и передают на разливку. Разливку производят 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 охлаждают в печах контролируемого охлаждения. Горячую прокатку сортового проката начинают при температуре 1180-1150°С и заканчивают при температуре 840-950°С. Для определения механических свойств заготовку подвергают нормализации.

Механические характеристики при комнатной температуре определяют на образцах тип I, ГОСТ 1497-84 на испытательной машине "INSTRON-1185" с тензометрической регистрацией деформации. Скорость нагружения образца - 5 мм/мин. Определяют характеристики прочности _b и _0.2 и пластичности - и .

Средние значения характеристик подсчитывают по результатам испытаний не менее трех образцов на точку. Значимость различий средних значений анализируемых величин оценивают с использованием критерия Стьюдента, вычисляемого следующим образом:

где M₁ и М ₂ - средние значения сравниваемых величин; S ₁ ²и S₂ ² - дисперсии среднего; - критическое значение критерия Стьюдента при уровне значимости 0.95 и числе степеней свободы - .

Макроструктуру контролируют в соответствии с ТУ 14-1-5212-93 и ГОСТ 10243-75.

В результате горячей прокатки получают трубную заготовку 122 мм, длиной - 11800 мм. Структура феррито-перлитная, балл действительного зерна -7. Макроструктура: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 1 балл, ликвационный квадрат - 1 балл, подусадочная ликвация - 1 балл, ликвационные полоски - 0.3 балла. Неметаллические включения: сульфиды - 2 балл, оксиды точечные - 1 балл, оксиды строчечные - 1 балл, силикаты хрупкие - 1 балл, силикаты пластичные - 1 балл, силикаты недеформирующие - 1.5 балл. Механические свойства после нормализации 900°С, 1 час: - временное сопротивление разрыву - 510 Н/мм ², предел текучести - 290 Н/мм², относительное удлинение - 26%, относительное сужение - 61%.

Внедрение предложенной трубной заготовки из низколегированной 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.