К 65-летию ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина»
УДК 669.14.018.29
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ СВОЙСТВ И ХЛАДОСТОЙКОСТИ ПРИ ИПГ В РУЛОННОМ И ЛИСТОВОМ ПРОКАТЕ ИЗ СТАЛИ Х70 СО СТАНА 2000*
© Филатов Николай Владимирович1, Настич Сергей Юрьевич2, канд. техн. наук; Голованов Александр Васильевич1, Торопов Сергей Сергеевич1, Попов Евгений Сергеевич1, Соя Сергей Владимирович2
1 ЧерМК ОАО «Северсталь». Россия, 162600, Вологодская обл., Череповец, ул. Мира, 30. Тел.: +7 (8202) 53 09 09, e-mail: severstal@stal.ru
2 ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина». Россия. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 9/23. Тел.: +7 (495) 777 93 31, e-mail: morozov@chermet.net
Статья поступила 01.07.2009 г.
Разработано металловедческое обоснование обеспечения высокого комплекса свойств рулонного проката, в том числе при ИПГ, на основе сохранения проработанного состояния аустенита после контролируемой прокатки применительно к фактическим условиям производства на стане 2000, в том числе при малых кратностях подката. В ЧерМК ОАО «Северсталь» успешно опробовано производство рулонного и листового проката из стали Х70 толщиной 16 мм с гарантией свойств при ИПГ.
Ключевые слова: рулонный прокат Х70; листовой прокат Х70; контролируемая прокатка; микролегирование; хладостойкость; ИПГ.
'J
Отечественный и мировой опыт показывает, что для магистральных трубопроводов категорий прочности Х70 и выше с требованиями по хладо-стойкости необходимы стали с феррито-бейнитной микроструктурой, так как традиционные стали системы легирования С-Мп-У-ЫЬ типа 09Г2ФБ, 10Г2ФБ с феррито-перлитной микроструктурой не обеспечивают требуемого сочетания прочности, хладостойко-сти и хорошей свариваемости металла [1].
Производство проката толщиной 14-16 мм шириной до 1700 мм для спиральношовных и прямошовных труб (одношовных диам. 530 мм и двухшовных диам. 1020 мм) выгоднее осуществлять на непрерывном широкополосном, а не на толстолистовом стане в связи с малой шириной листа и меньшим количеством об-рези (головная и хвостовая части). Спецификации к рулонному прокату предусматривают повышенный уровень требований по прочности на поперечных образцах из-за особенностей формовки спирально-шовных труб (под углом) и отсутствия экспандирова-ния таких труб, а также обеспечение равномерности свойств по длине полосы. Благодаря операции смотки полосы в рулон и замедленному охлаждению рулона дисперсионное упрочнение стали частицами ЫЬ(С, Ы), УС является важнейшим инструментом повышения прочности рулонного проката. Однако обеспечение хладостойкости рулонного проката при ИПГ затрудняется из-за особенностей структурообразова-ния при охлаждении рулона, особенно в центральных частях рулона.
ЧерМК ОАО «Северсталь» имеет мощности для роспуска и резки рулонов толщиной до 16 мм из стали категории прочности Х70 - модернизированный агрегат поперечной резки. При разработке химического
* Авторы выражают признательность Т.С.Киреевой, А.В.Назарову, И.] за помощь в подготовке материала и за проведение исследований.
состава и технологии производства новой стали были учтены технологические возможности производства на данном комбинате.
Цель работы - разработка технологии производства рулонного проката из стали категории прочности Х70 (К60) толщиной 14-16 мм с гарантированным уровнем механических характеристик, в том числе при ИПГ, для всех участков полосы, с возможностью поставки проката в листах.
При разработке состава стали и технологии производства основной целью являлось получение мелкодисперсной феррито-бейнитной микроструктуры. Концепция высокопрочных трубных сталей предусматривает: снижение содержания углерода до 0,040,08%; использование оптимизированных количеств легирующих элементов, снижающих температуру у-а-превращения и тормозящих перлитную реакцию (Мп, Мо, N1, Сг); микролегирование ЫЬ и У; снижение содержания вредных примесей и газов (Б < 0,002%; N < 0,006%, Н2 < 2 см3/100 г; Р < 0,010%) [1, 2]. Для использования ЫЬ в качестве элемента, стимулирующего бейнитное превращение, как правило, увеличивают его содержание и организуют контролируемую прокатку таким образом, чтобы к моменту превращения максимальное количество ЫЬ оставалось в твердом растворе для последующего дисперсионного упрочнения.
Требуемая хладостойкость проката на образцах Шарпи (КСУ) и, особенно, для ИПГ достигается путем хорошей проработки его микроструктуры, что обеспечивается, как правило, не менее чем трех-четырехкратным превышением толщины подката по сравнению с конечной толщиной полосы [2]. Сохранение структуры проработанного аустенита, характеризующейся высокой удельной эффективной по-
(.Лясоцкому
10080604020-
2,75 3,00 3,25 3,50
Толщина подката / толщина полосы
Рис. 1. Зависимость количества вязкой составляющей в изломе образцов В(ИПГ-20) от отношения толщины подката к конечной толщине полосы
верхностью (5®фф), к моменту превращения позволяет обеспечить формирование существенно измельченного зерна феррита.
На рис. 1 представлены обобщенные данные опытных прокаток полосы толщиной 16 мм из стали типа Х70 на стане 2000, выполненные на предыдущих стадиях работы [3, 4], показывающие, что количество вязкой составляющей в изломе образца ИПГ не менее 90% (В(ИПГ-20) > 90%) при температуре испытания -20 °С обеспечивается при отношении толщины подката к конечной толщине полосы (кратность подката) не менее 3,1-3,2. При использовании традиционных технологических решений при производстве полосы большой толщины для обеспечения запаса по хладо-стойкости при ИПГ необходимо увеличивать толщину подката либо существенно снижать температуру окончания прокатки (Т ), что требует увеличения мощности клетей чистовой группы стана.
Свойства при ИПГ являются в значительной мере структурно-чувствительными и во многом определяются степенью проработки аустенита перед превращением. Завершение прокатки при неоптимальных температурах, значительно отстоящих от температуры начала фазовых превращений (Аг3), может приводить к аннигиляции высокой плотности дефектов строения зерен и снижению величины ^эфф и, как следствие, к ухудшению характеристик проката при ИПГ [2]. Для оценки степени сохранения состояния аустенита после завершения прокатки в чистовой группе клетей стана 2000 ввели параметр АТ5р =Гкп - Аг3. Исследовали возможность повышения свойств рулонного проката толщиной 14-16 мм при ИПГ путем оптимизации расположения относительно критической точки Аг3 и реально используемых значений Ткп. Хладостой-кость стали оценивали по порогу хладноломкости при ИПГ (Т90 - минимальная температура, при которой обеспечивается не менее 90% вязкой составляющей в изломе образца для ИПГ), определяемому в ходе сериальных испытаний проката в интервале температур от +20 до -60 °С. На рис. 2 показана зависимость пороговой температуры Г90 от параметра АТ5р =Ткп - Аг3.
св
СР ^
Й и
сР °
(и @ С
§ С
н 53 «
о ^
£ °
о
СР
о
С
0
-10 -- 20 --30 --40 --50 --60
♦ Традиционный вариант Х70 ♦
О Новый состав
*
♦ ♦
О
о
40
45
50
55
60
65
ДТ = Т - Аг3, °С
■Ъу кп 3
Рис. 2. Зависимость пороговой температуры Г90, при которой обеспечивается 90% В(ИПГ), от величины
Для традиционных вариантов стали Х70 (содержащих Сг, N1, Си, Мо) величина АТ^ имела достаточно большое значение - около 50-70 °С [3, 4]. Температура Г90 была около -(20+30) °С, что не в полной мере обеспечивало запас свойств при ИПГ при изготовлении спи-ральношовных труб хладостойкого исполнения.
С использованием указанных выше металловедческих подходов произвели оптимизацию состава рулонной стали типа Х70, предназначенной для производства проката толщиной 14-16 мм в соответствии с фактическими условиями завершения деформации в группе чистовых клетей. Разработанный состав стали типа Х70 характеризуется минимизированным значением параметра АТ5р для условий стана 2000. В ходе реализации новой технологии производства рулонной стали для проката толщиной 14-16 мм была обеспечена температура Г90 около -40 °С для всех участков по длине полосы (см. рис. 2).
Опытную плавку стали произвели в кислородно-конвертерном цехе ЧерМК ОАО «Северсталь». Химический состав плавки, мас. %: 0,05-0,08 С; 1,30-1,60 Мп; 0,15-0,35 Б1; другие элементы - N1, Си, Мо; микролегирование № < 0,05, V < 0,12, Т1 < 0,035; Сэ = 0,36; Рст = 0,17. Для обеспечения чистоты стали по содержанию вредных примесей использовали комплексную технологию, включающую в себя десульфурацию чугуна, промежуточное скачивание шлака из конвертера, глубокую десульфурацию стали на установке ковш-печь, вакуумирование и модифицирование металла силикокальцием.
Прокатку опытных слябов на полосы толщиной 14 и 16 мм производили на непрерывном широкополосном стане 2000 по технологии контролируемой прокатки (КП) [2-5]. Слябы перед прокаткой нагревали до температуры обеспечения наиболее полного растворения карбонитридов ниобия и снижения нагрузок на черновые клети. Температура окончания прокатки находилась в нижней части аустенитной области. Толщина подката для группы чистовых клетей стана превышала конечную толщину полосы не менее чем в 3,1 раза. После выхода из группы чистовых клетей стана полосу подвергали ускоренному охлаждению на установке душирования с последующей смоткой при температуре в области бейнитного превращения. Охлаждение рулонов осуществляли на стендах ускоренного
Механические характеристики проката из стали типа Х70 оптимизированного состава
Толщина проката, мм Направление отбора образцов ат, Н/мм2 ав, Н/мм2 а>в % KCV-20, Дж/см2 KCU-60, Дж/см2 В(ИПГ-20), %
Требования спецификации 480-580 590-690 < 0,9 >22 >69 >78 >70
14 Поперек полосы 490-575** 530 595-675 635 0,82-0,86 0,84 24-26 25 277-390 330 248-330 290 100
16 490-555 520 590-650 620 0,84-0,86 0,85 24-26 25 261-318 300 224,6-297 263 85-93 89
14,4* Под углом 45° 490-560 525 590-625 610 0,84-0,88 0,86 25-27 26 278-349 311 - 88-100 94
*Рулонный прокат. **В числителе - разброс свойств, в знаменателе - среднее значение параметра.
охлаждения. Для изготовления прямошовных труб полосовой металл был порезан на листы мерной длины, при этом от различных мест по длине рулона были отоб
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.