способ производства толстолистового проката из высокопрочной хладостойкой стали

Формула изобретения

1. Способ производства толстолистового проката из высокопрочной и хладостойкой стали, включающий выплавку стали, непрерывную разливку на заготовки, нагрев слябов, предварительную и окончательную прокатку и ускоренное охлаждение, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего состава, мас.%:,

C	0,02-0,15
Mn	1,20-2,0
Si	0,10-0,50
Nb	0,010-0,10
Al	0,01-0,07
Ti	0,005-0,04
N	0,003-0,012
S	0,0005-0,010
P	0,001-0,015
Fe	остальное

причем после нагрева слябы предварительно прокатывают с общей деформацией 50-70% в направлении, перпендикулярном оси сляба, а затем производят окончательную прокатку в области ниже температуры рекристаллизации при температуре 900-750°С с суммарной деформацией 65-80%, причем 30-40% от общей деформации приходится на прокатку в направлении, перпендикулярном оси раската, после чего прокат ускоренно охлаждают от температуры Ar₃±20°С до температуры 600-400°С, а затем охлаждают замедленно до температуры 20-200°С со скоростью 0,05-0,15 град/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что состав стали содержит один или несколько элементов из ряда, мас.%:

Мо	0,05-0,35
V	0,01-0,15
Ni	0,10-0,50
Cu	0,1-0,50
Cr	0,1-0,50
Ca	0,0002-0,005

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения методом термомеханической обработки.

Известен способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформацию в реверсивном режиме при температуре ниже температуры рекристаллизации аустенита с подстуживанием в процессе прокатки со скоростью 3-15°С, последующее охлаждение листа на воздухе до температуры не ниже Ar₁+50°С и далее со скоростью 6-30°С/с до температуры (Ar₁ -30°С) 500°С, а затем на спокойном воздухе до температуры окружающей среды (авт. свид. СССР № 1447889, кл. C21D 8/00, 1987 г.).

Известен также способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме и охлаждение проката, при этом выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод	0,05-0,15
Марганец	1,0-1,7
Кремний	0,15-0,4
Ниобий	0,01-0,04
Ванадий	0,03-0,07
Титан	0,01-0,04
Кальций	0,001-0,01
Азот	0,003-0,01
Медь	0,02-0,03
Никель	0,01-0,3
Алюминий	0,02-0,06
Сера	0,001-0,008
Железо	Остальное

при соотношении Ca/S=0,05-2,0 и Ni+Ti+V 0,1-0,12, аустенизацию осуществляют при температуре на 60-100°С ниже температуры растворимости нитридов титана, предварительную деформацию заканчивают при температуре Ar ₃+(120-180°С), подстуживают со скоростью 0,5-4,0°С/с до температуры Ar₃+40-Ar₃-10°С, деформируют при этой температуре и заканчивают при температуре Ar₃ -(20-100°С), а охлаждают со скоростью 1-4°С/с до температуры Ar₃-(150-250°С) (RU № 2000338, кл. C21D 1/02, 1993 г.).

Известен способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации, охлаждение проката, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод	0,02÷0,10
Марганец	0,6÷1,6
Кремний	0,1÷0,4
Ниобий	0,02÷0,12
Хром	0,1÷0,3
Никель	0,1÷0,3
Медь	0,1÷0,3
Алюминий	0,01÷0,1
Титан	0,005÷0,05
Кальций	0,0001÷0,01
Сера	0,0005÷0,006
Фосфор	0,002÷0,025
Железо	Остальное

при соотношении Cr+Ni+Cu 0,6, окончательную деформацию осуществляют в непрерывном режиме в интервале температур 980÷730°С с суммарной степенью обжатия 65÷80%, частными обжатиями 10÷12% и скоростью деформации 10^-2÷10 с^-1 , а охлаждение подката в паузах между частными обжатиями производят со скоростью 5÷30°С/с, кроме того, после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение проката со скоростью 5÷30°С/с до температуры 650÷500°С и далее охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды, а после охлаждения проката до температуры 650÷500°С производят его охлаждение со скоростью 5÷10°С/ч до температуры окружающей среды (RU 2255987, 2004.07.19, C21D 8/02, C21D 1/02).

Основными недостатками известных способов производства являются недостаточная прочность, неудовлетворительные показатели текучести, ударной вязкости, хладостойкости получаемого проката, а также свариваемости.

Техническим результатом данного изобретения является получение проката ответственного назначения с повышенными показателями прочности, при одновременном повышении хладостойкости и низкотемпературной вязкости, а также отсутствие анизотропии свойств по ударной вязкости в продольном и поперечном направлении проката.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства толстолистового проката из высокопрочной и хладостойкой стали, включающем выплавку стали, непрерывную разливку на заготовки, нагрев слябов, предварительную и окончательную прокатку и ускоренное охлаждение, выплавляют сталь следующего состава, мас.%:

С - 0,02-0,15

Mn - 1,20-2,0

Si - 0,10-0,50

Nb - 0,010-0,10

Al - 0,01-0,07

Ti - 0,005-0,04

N - 0,003-0,012

S - 0,0005-0,010

P - 0,001-0,015

Fe - остальное.

После нагрева слябы предварительно прокатывают с общей деформацией 50-70% в направлении, перпендикулярном оси сляба, а затем производят окончательную прокатку в области ниже температуры рекристаллизации при температуре 900-750°С сначала в направлении, перпендикулярном оси, а затем вдоль оси раската с суммарной деформацией 65-80%, причем 30-40% от общей деформации приходится на прокатку в направлении, перпендикулярном оси раската, после чего ускоренно охлаждают от температуры Ar ₃±20°С до температуры 600-400°С, а затем охлаждают замедленно до температуры 20-200°С со скоростью 0,05-0,15 град/с.

В состав стали могут вводить один или несколько элементов из ряда, мас.%:

Мо - 0,05-0,35

V - 0,01-0,15

Ni - 0,10-0,50

Cu - 0,1-0,50

Cr - 0,1-0,50

Ca - 0,0002-0,005.

Выбранные пределы содержания углерода в сочетании с марганцем и ниобием должны обеспечить в прокате, произведенном по предложенным режимам, получение феррито-бейнитной структуры и достижение высоких значений временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения при сохранении хорошей свариваемости. Заявленные содержания кремния и алюминия должны обеспечить необходимую чистоту стали по неметаллическим включениям и кислороду. Содержание титана в заявленных пределах обеспечивает связывание азота в стойкие нитриды, а выбранные пределы содержаний серы и фосфора - получение высоких значений ударной вязкости при отрицательных температурах. Ниобий в заявленных пределах содержания сдерживает рост зерна аустенита при нагреве, тормозит рекристаллизацию в области температур, соответствующей временной паузе между предварительной и окончательной прокаткой, что способствует созданию дополнительных центров образования новой фазы (феррита) при превращении и, следовательно, измельчению зерна феррита. Кроме того, выделение дисперсных карбонитридов ниобия способствует повышению прочностных характеристик стали благодаря дисперсионному упрочнению.

Заявленные режимы предварительной прокатки, окончательной прокатки и ускоренного охлаждения до температуры бейнитного превращения: 600-400°С способствуют формированию однородной, дисперсной, бесполосчатой феррито-бейнитной структуры с повышенными показателями прочности, текучести, хладостойкости и свариваемости. Регламентированные степени обжатия поперек и вдоль оси сляба на стадии окончательной прокатки приводят к уменьшению различий в величинах ударной вязкости образцов, вырезанных в продольном и поперечном направлении, при этом коэффициент анизотропии стремится к единице.

Пример осуществления способа.

Сталь выплавляли в кислородном конвертере. После выпуска металла производили его обработку в ковше и разливали на МНЛЗ. При внепечной обработке металла в ковше проводили окончательное раскисление, рафинирование, продувку нейтральным газом и модифицирующую обработку кальцием. В результате выплавки и внепечной обработки получили сталь следующего химического состава (мас.%): С - 0,05; Mn - 1,80; Si - 0,15; Nb - 0,07; Ti - 0,020; Mo - 0,25; Cu - 0,10; Ni - 0,16; Al - 0,03; N - 0,008; S - 0,002; P - 0,012; Fe - остальное.

Прокатку слябов размером 246×1550 мм на лист толщиной 24,5 мм производили на одноклетьевом реверсивном стане "5000". Нагрев слябов под прокатку производили до температуры 1180±10°С. Предварительную деформацию осуществляли за 5 проходов со степенью обжатия за проход не менее 12% и завершали при температуре 980°С, при этом суммарная деформация перпендикулярно оси сляба составляла 60%. Толщина подката составляла 98 мм. Окончательную деформацию осуществляли за 12 проходов со степенью обжатия за проход 12÷15% при температуре 900-790°С, с общей степенью деформации 75%, причем деформация перпендикулярно оси раската (в первых 3-х проходах окончательной прокатки) составляла 35% от общей деформации, после кантовки раскат докатывали до заданной толщины в направлении вдоль оси раската, при этом деформация в продольном направлении составляла 65% от общей деформации в окончательной стадии прокатки. После завершения окончательной прокатки при температуре 790°С производили ускоренное охлаждение проката со скоростью 12,0 град/с до температуры 550°С. Затем осуществляли замедленное охлаждение до температуры 100°С со скоростью 0,10 град/с.

Состав стали, технологические режимы прокатки и комплекс полученных свойств указаны в таблицах 1, 2, 3.

Таблица 1
Химический состав экспериментальных плавок
Вариант плавки	Содержание химических элементов, %
C	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	Al	Ti	N	S	P	Nb	V	Mo
1	0,08	1,70	0,17	0,10	0,10	0,07	0,02	0,01	0,009	0,005	0,012	0,045	0,06	-
2	0,04	2,00	0,40	0,1	0,5	0,25	0,035	0,01	0,005	0,001	0,009	0,08	-	0,35
3	0,05	1,80	0,15	-	0,16	0,10	0,03	0,020	0,008	0,002	0,012	0,07	-	0,25
4*	0,15	1,7	0,1	-	-	0,3	0,06	0,03	0,01	0,008	0,020	0,03	0,06	-
* - сравнительный вариант

Таблица 3
Механические свойства экспериментальных сталей
Вариант плавки	т, Н/мм2	в, Н/мм2	Ударная вязкость KCV, Дж/см2 при -20°С	Анизотропия ударной вязкости, А	Хладостойкость основного металла, Т 80°С
1	610	730	260	0,95	-60
2	590	715	420	1,0	-80
3	560	680	350	1,05	-70
4*	-	630	-	-	-35