научная статья по теме ОПЫТ ОСВОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОЛСТОГО ЛИСТА КАТЕГОРИИ ПРОЧНОСТИ SAWL 450 ДЛЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ТРУБ НА СТАНЕ 5000 ОАО «ВЫКСУНСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД» Металлургия

Текст научной статьи на тему «ОПЫТ ОСВОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОЛСТОГО ЛИСТА КАТЕГОРИИ ПРОЧНОСТИ SAWL 450 ДЛЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ТРУБ НА СТАНЕ 5000 ОАО «ВЫКСУНСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД»»

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.

Показать целиком