УДК 621.774.02.21:669-413
ОПЫТ ОСВОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОЛСТОГО ЛИСТА КАТЕГОРИИ ПРОЧНОСТИ SAWL 450 ДЛЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ТРУБ НА СТАНЕ 5000 ОАО «ВЫКСУНСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД»
© Ильинский Вячеслав Игоревич1, канд. техн. наук; Матросов Максим Юрьевич2, канд. техн. наук; Степанов Павел Петрович1, канд. техн. наук; Эфрон Леонид Иосифович1, д-р техн. наук; Голи-Оглу Евгений Александрович2, канд. техн. наук; Головин Сергей Викторович1; Таланов Олег Петрович 2; Гейер Владимир Васильевич1
1 ОАО «Выксунский металлургический завод». Россия, г. Выкса. E-mail: LEfron@omk.ru
2 ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина». Россия, Москва. E-mail: Goli-Ogly@yandex.ru Статья поступила 29.07.2013 г.
В промышленных условиях на стане 5000 ОАО «ВМЗ» опробовано производство толстолистового проката категории прочности ЭЫУ БА'^Ь 450 БРЭи, предназначенного для изготовления труб с толщиной стенки 39 мм для подводных трубопроводов. Выполнены исследования по влиянию химического состава и технологии производства стали на особенности формирования микроструктуры (в том числе ее морфологических особенностей и выделение избыточных фаз). Это позволило сформировать оптимальную фер-ритно-бейнитную микроструктуру после ТМО и обеспечить требуемый уровень прочности и хладостойкости листов, в том числе при производстве раскатов двукратной длины.
Ключевые слова: глубоководные трубы; низкоуглеродистая микролегированная сталь; толстый лист; термомеханическая обработка; хладостойкость.
Условия эксплуатации и методика проектирования глубоководных трубопроводов обусловливают использование труб относительно небольшого наружного диаметра. При выдвижении требований к листовому прокату необходимо учитывать специфику изменения механических свойств основного металла в процессе изготовления труб со стенкой большой толщины [1].
Опытное производство листов толщиной 39 мм и труб диам. 813 мм из стали DNV SAWL 450 SFDU осуществляли на стане 5000 и ТЭСК ТБД ОАО «ВМЗ» [2].
К прокату предъявляли следующие требования по механическим свойствам (на поперечных образцах): временное сопротивление 535-645 Н/мм2; предел текучести 485-580 Н/мм2; относительное удлинение 52» не менее 35%; отношение ат/ав не более 0,90; работа удара KV-20 не менее 180 Дж (образцы изготовляли из середины по толщине листа); доля вязкой составляющей в изломе образцов для ИПГ не менее 90% при -10 °С. Также предъявлялись требования по механическим свойствам на продольных образцах. Кроме указанных механических характеристик качество металла оценивали по стойкости к старению (при 250 °С в течение 60 мин), CTOD при температуре -10 °С, стойкости к растрескиванию
под воздействием водорода (HIC) и коррозионному растрескиванию под напряжением (SSC) по стандартам NACE TM 0284 и NACE TM 0177 (раствор В) соответственно.
Учитывая сравнительно большую толщину листового проката, специально для опытных партий специалистами ОАО «ВМЗ» и ЦНИИчермета были разработаны несколько вариантов химического состава стали с дополнительным легированием базового состава целевыми сочетаниями химических элементов (табл. 1). Это обусловлено необходимостью исследования влияния различного содержания легирующих элементов на особенности формирования микроструктурных составляющих, прокаливаемость, равномерность микроструктуры и механических свойств по толщине проката. Предусмотрено низкое содержание в стали вредных примесей. Пониженное содержание углерода и марганца обеспечило хорошую свариваемость стали. Оптимальная растворимость Nb [3] обеспечивалась соотношением [Nb]:[C] не менее 1,5:1. Для формирования частиц ^ TiN и преимущественного образования вместо Nb(C, N) карбида NbC, имеющего лучшую рас- ^ творимость, обеспечивали соотношение Ti:N не менее 1:3,4. Использованием дополнительных ле- £
с;
гирующих элементов в различных сочетаниях по- < вышали устойчивость аустенита при охлаждении s
Таблица 1. Химический состав опытных плавок проката толщиной 39 мм из стали категории прочности РМ БДШЬ 450 БРРУ
Содержание элемента, мас. % (пределы)
С Мп Р Б N2 легирующие микролегирующие
элементы элементы
0,05-0,06 1,55-1,60 0,19-0,22 0,006-0,007 0,0008-0,001 0,003-0,004 Сг, Мо, N1, Си N5, Т1
и расширяли температурную область бейнитного превращения.
Учитывая, что при производстве листового проката толщиной свыше 35 мм одной из основных проблем является обеспечение высоких характеристик хладостойкости стали, в особенности при испытании падающим грузом (ИПГ), использовали сляб толщиной 355 мм производства ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат».
Сляб такой толщины необходим для обеспечения достаточной суммарной степени деформации на первой и второй стадиях термомеханической обработки (ТМО). Высокие значения работы удара обеспечивались, в том числе, чистотой стали по неметаллическим включениям (не более балла 2 по ГОСТ 1778). Опытные партии проката производили по технологии контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением (КП+УО) для получения целевого микроструктурного состояния стали с минимальной структурной полосчатостью по всей толщине проката. Режимы нагрева, чистовой стадии деформации и УО выбраны по результатам лабораторных экспериментов, проведенных в условиях экспериментального комплекса ЦНИИчермета, и определения температуры растворения/выделения из твердого раствора карбидообразующих элементов, остановки рекристаллизации (Тпг) [4], начала у^-а-превращения (Аг3), начала и окончания бейнитного превращения (В5 и Б/), начала мартенсит-ного превращения (М5).
Прокатку листов отличал практически изотермический характер деформации на чистовой стадии, что связано с компенсацией падения температуры подката между проходами термическим разогревом в результате деформации. Важно отметить, что по экономическим соображениям производство проката на стане 5000 проводилось в раскатах двукратной длины, что затрудняло обеспечение рекомендованного в работе [5] уровня обжатий на черновой стадии прокатки. Для получения оптимального структурного
состояния горячедеформированного аустенита перед началом УО использовали трехстадийную КП, что преследовало основную цель - получить максимально дисперсную микроструктуру после завершения ТМО, в том числе по толщине проката. На первом этапе ТМО происходило измельчение у-зерен благодаря прохождению полной рекристаллизации, на втором ограничивали рост у-зерна, на третьем обеспечивали наклеп аусте-нита с повышенной плотностью дефектов структуры в у-зернах.
Ускоренное охлаждение раскатов после завершения деформации осуществляли из у-области до температур 550-400 °С со среднемассовой скоростью 13-15 °С/с. После этого раскаты подвергали горячей правке и замедленному охлаждению в штабеле с целью снятия напряжений и предотвращения образования трещин водородного происхождения.
Режимы нагрева, включающие регламентируемые общее время нагрева, время выдержки в томильной зоне методической печи, температуру в томильной зоне печи, а также режимы трехста-дийной ТМО, обеспечили формирование мелкого, однородного, с высокой плотностью дефектов кристаллического строения зерна аустенита. Благодаря этому в листах, несмотря на их большую толщину, удалось сформировать достаточно дисперсную микроструктуру по всему сечению проката (рис. 1).
В целом микроструктура стали в слоях, близких к поверхности, представляла собой смесь квазиполигонального феррита (см. рис. 1, а и рис. 2, а) с размером зерна 1-2 мкм, полигонального феррита (4- 5 мкм) и дисперсно распреде-
Рис. 1. Микроструктура листового проката толщиной 39 мм, х1000:
а - поверхностные и б - центральные слои по толщине проката
Рис. 2. Тонкая микроструктура слоев, близких к поверхности стали категории прочности SAWL 450 толщиной 39 мм, ПЭМ:
а - квазиполигональный феррит, СП, х10 000; б - участок высокоуглеродистого бейнита в рефлексе цементита, ТП, х15 000
Рис. 3. Тонкая микроструктура слоев, близких к центральным по толщине проката категории прочности DNV SAWL 450 SFDU толщиной 39 мм, ПЭМ:
а - участок верхнего бейнита, СП, х20 000; б - участок вырожденного перлита,
СП, х15 000
Рис. 4. Выделение частиц карбонитридов в исследуемой стали, ПЭМ, х30 000:
а - наночастицы ЫЬС, выделившиеся в аустените, ТП в рефлексе наночастиц; б - наночастицы ЫЬС, межфазное выделение, ТП в рефлексе наночастиц
ленными пакетами бейнита (рис. 2, б) размерами до 1 мкм. Полосчатость - балл 0 по ГОСТ 6540.
На основе кривых скорости охлаждения по сечению листа толщиной 39 мм, полученных расчетным путем, сделан вывод: описанная микроструктура образовалась при температурах окончания УО до 350-300 °С и скоростях охлаждения порядка 25-30 °С/с, с последующим самоотпуском со скоростью около 5 °С/с до более высоких температур. В средней по толщине части прока-
та микроструктура (см. рис. 1, б) представляла собой смесь квазиполигонального (3-4 мкм) и полигонального (5-6 мкм) феррита. Высокоуглеродистая составляющая представлена преимущественно островками высокоуглеродистого верхнего бейнита в окружении зерен квазиполигонального феррита с размером участков до 2 мкм (рис. 3, а) и вырожденным перлитом - до 2 мкм (рис. 3, б). Полосчатость отсутствовала (см. рис. 1, б). Формирование описанной микроструктуры обусловлено малой (около 6-7 °С/с) скоростью охлаждения до температур порядка 600-550 °С, что для исследуемой стали является температурным интервалом1 начала бейнитного превращения. Полученное микроструктурное состояние стали обеспечило уровень значений работы удара выше требуемых НТД примерно в два раза.
В исследуемой стали помимо мелких частиц карбонитридов, выделившихся в аустените (рис. 4, а), были обнаружены межфазные выделения наноразмерных частиц -предположительно ЫЪС (рис. 4, б). Большее количество межфазных выделений обнаружено в центральных по толщине слоях проката, что косвенно свидетельствует о возможности прохождения интенсивных диффузионных процессов (т.е. сформировавшихся на фронте у^-а-превращения) с выделением частиц ЫЪС при охлаждении со скоростью 6-7 °С/с.
Полученные механические характеристики проката (табл. 2) полностью соответствовали предъявляемым требованиям. Ва
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.