о
0
N N
и
К УДК 621.77.04 с м
1 ОПЫТ ПРОИЗВОДСТВА МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ НИОБИЕМ ТОЛСТОЛИСТОВОЙ СТАЛИ ДЛЯ ГАЗОПРОВОДНЫХ ТРУБ КАТЕГОРИИ ПРОЧНОСТИ Х70
©Ю.И.Матросов, А.О.Носоченко, И.В.Ганошенко, В.В.Володарский
ЦНИИчермет им. И.П.Бардина, ОАО "Металлургический комбинат "Азовсталь"
В результате проведения совместно с ЦНИИ-черметом комплекса научно-исследовательских работ в ОАО "Металлургический комбинат "Азовсталь" освоено производство толстолистовой стали для газопроводных труб категории прочности Х70, отвечающих нормам стандарта API в широком диапазоне толщин. Эти листы в большом объеме поставляются по заказам в дальнее зарубежье.
В настоящей статье рассмотрены результаты исследования по изготовлению опытно-промышленной партии листов толщиной 21,5 и 26 мм для газопроводных труб Х70 по нормам API 5L. Механические свойства листов в состоянии поставки должны были соответствовать следующим требованиям: ов = 570-670 МПа; ат = 510-620 МПа; ат/ав<0,91; 5(2")>30%; KV при -20 °С> 95 Дж; ИПГ при -20 °С>90%.
Производство опытной партии стали Х70, микролегированной ниобием (до 0,08%) и с пониженным содержанием ванадия (0,03-0,04%), представляло значительный интерес для ОАО "МК Азовсталь". Такая система легирования позволяет уменьшить содержание углерода до <0,09% по сравнению с уровнем <0,12%, характерным для стали 10Г2ФБ, из которой в большом количестве производят трубы диам. 1420 мм на Хар-цызском трубном заводе для ОАО "Газпром".
В конвертерном цехе выплавлена серия опытных плавок, химический состав которых согласно нормативной документации, должен был соответствовать следующим заданным пределам, % (масс.): С = 0,06-0,09; Мп = 1,45-1,55; Si = 0,20-0,30; S<0,005; Р<0,015; V = 0,03-0,04; Nb = 0,07-0,08; Ti = 0,01-0,015; N<0,008; PCM<0,2.
Технология производства опытных плавок в конвертерном цехе соответствовала принятой на комбинате
Таблица 1. Химический состав опытных плавок стали Х70 и сравнительных плавок стали 10Г2ФБ, % (масс.)
Номер плавки Сталь С Мп Si S Р AI Nb V Т1 Са N ®экв РСМ
1 Х70 0,06 1,48 0,20 0,005 0,010 0,030 0,076 0,033 0,011 0,0012 0,008 0,34 0,15
2 0,07 1,45 0,21 0,005 0,011 0,031 0,075 0,029 0,010 0,0015 0,007 0,34 0,15
3 0,08 1,46 0,23 0,005 0,012 0,031 0,070 0,030 0,012 0,0009 0,007 0,34 0,16
4 0,08 1,45 0,23 0,005 0,009 0,027 0,080 0,030 0,006 0,0010 0,007 0,35 0,17
5 0,09 1,50 0,22 0,005 0,011 0,029 0,077 0,031 0,012 0,0013 0,008 0,37 0,18
6 10Г2ФБ 0,12 1,69 0,29 0,004 0,015 0,034 0,035 0,099 0,015 0,0021 0,008 0,41 0,22
7 0,11 1,70 0,27 0,005 0,013 0,036 0,031 0,092 0,013 0,0019 0,007
Примечание. Для всех плавок Сг - 0,02%; Ni - 0,02%; Си - 0,02%.
"Азовсталь" технологии выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки, которая обычно применяется при изготовлении высококачественных трубных сталей.
В табл. 1 приведен химический состав стали Х70 опытных плавок, слябы из которой прокатали на листы толщиной 21,5 мм (плавки 1, 2, 3) и 26 мм (плавки 4 и 5) и стали 10Г2ФБ сравнительных плавок, прокатанной на лист толщиной 15,7 мм (плавки 6 и 7). Благодаря низкому содержанию углерода ( 0,09%) металл опытных плавок не претерпевал перитектической реакции в процессе охлаждения из жидкой фазы, что явилось причиной низкой сегрегационной химической неоднородности непрерывнолитых слябов.
Оценка макроструктуры слябов, проведенная в соответствии с ОСТ 14-4-73, позволила установить, что показатель "осевая рыхлость" для опытных плавок составлял 0-1,5 балла, "осевая трещина" оценивалась баллом 0. Для сравнения, эти показатели для стали 10Г2ФБ составляли 2-3 и 0-баллов соответственно. Характерная макроструктура слябов опытных и сравнительных плавок приведена на рис. 1.
Рис. 1. Макроструктура поперечного сечения слябов из сталей Х70 (а) и 10Г2ФБ (б)
п 12'!
| 100
«с
ко
^ с
1 ^ ш
(9 О
5 = .5 40
и
2 20
0
-70 -60 -50 -4» -Д) -20 -Н< 0 10 20 30
Температура испытаний. °С
Рис. 2. Сериальные кривые ударной вязкости КСУ(а) и доли вязкой составляющей в изломах образцов ИПГ (б) сталей Х70 и 10Г2ФБ (верхняя и нижняя кривая соответственно)
Технология термомеханической прокатки листов толщиной 21,5 и 26 мм из сталей с повышенным содержанием ниобия (0,08%) не имела существенных отличий от стандартной технологии, используемой на комбинате. Нагрев слябов в методической печи перед прокаткой проводили до температуры 1180-1190 °С. Толщина подката перед чистовой клетью в 3,5 раза превышала конечную толщину листа. Прокатку в чисто-
Х70
.<-лЛ. -лкА*р.--<4
10Г2ФБ
Рис. 3. Микроструктура готовых листов из опытных сталей, х800: а - основной металл; б - осевая зона
вой кпети начинали при температуре <810 °С. Температура окончания прокатки для листов толщиной 21,5 мм составляла 700-710 °С. Для обеспечения прочностных свойств листов толщиной 26 мм в соответствии с заданными требованиями (ов>570 МПа; от>510 МПа) температура окончания прокатки была понижена до 670-680 °С.
В табл. 2 приведены результаты полистных испытаний механических свойств листов толщиной 21,5 мм и 26 мм. От каждого листа испытывали по два образца А 370 и по три образца Шарпи с острым надрезом. На рис. 2 приведены результаты сериальных испытаний ударной вязкости на образцах с острым надрезом (Шарпи) и оценки доли вязкой составляющей в изломах образцов ИПГ (0\Л/ТТ) опытной стали в сопоставлении с аналогичными данными для стали 10Г2ФБ (<0,12% С; 0,035% N6; 0,099% V). Видно, что ударная вязкость и сопротивление хрупкому разрушению стали
и
а. >.
с с X н
и §
Таблица 2. Механические свойства листов из сталей Х70 и 10Г2ФБ
Плавка Сталь Толщина, мм Ширина, мм <Тт, МПа (Тв, МПа 8(2"),% <У<*в XV при -20 °С. Дж ИПГ при -20 °С. %
1 Х70 21,5 1840 510-527 570-590 35-44 0,89-0,90 180-220 100
2 21,5 1840 515-535 580-605 35-41 0,88-0,90 203-225 100
3 21,5 1840 512-535 575-595 34-42 0,88-0,90 180-240 100
4 26 2350 510-530 580-600 36-42 0,87-0,90 190-210 100
5 26 2350 520-530 590-610 35-40 0,88-0,91 190-230 100
Требования 510-620 570-670 >30 <0,91 >95 >90
6 10Г2ФБ 15,7 515-530 550-600 36-37(55) 145-170(0) 90
7 15,7 510-535 540-600 34-35(5я) 115-145(КО/) 90
Требования 460-580 590-710 >22(85) > 88(КСУ) >85
Таблица 3. Микроструктура сталей Х70 и 10Г2ФБ
Сталь Тип микроструктуры Содержание перлита, % Балл зерна Микротвердость основного металла Н0 4д, Н/мм2 Микротвердость Н0,49 осевой зоны, Н/мм2 К (Н0,49)
Ф П средняя
Ш 10Г2ФБ Ф-П Ф-П 6,8 17,4 11-12 10 1700 1780 2150 2320 1?31 1874 2420 3120 1,39 1,66
Примечание. Ф - феррит, П - перлит; К(Н0 4Э) = Н 0,49 осевой зоны: Нддд основного металла.
Х70 существенно выше, чем у традиционной стали 10Г2ФБ.
Микроструктуру основного металла и осевой зоны готовых листов из рассматриваемых сталей выявляли путем химического травления в 4%-ном спиртовом растворе НМОЗ. Микроструктура листов из стали Х70 представляла собой феррито-перлитную смесь с достаточно мелкими зернами феррита (рис. 3). Количество перлита составляло 6,8%, средний размер зерна соответствовал баллу 11 -12 по шкале АЭТМ. Для сравнения, доля перлита в стали 10Г2ФБ составляла 17,4% и размер зерна соответствовал баллу 10. В табл. 3 сопоставлены параметры микроструктуры обеих сталей (плавки 2 и 6, табл. 1) в состоянии поставки.
С помощью прибора ПМТ-3 (нагрузка 50 г) проводили замер микротвердости Н0 49 структурных составляющих - феррита, перлита, а также определяли средние значения Н0 49 для основного металла и сегрегационных полос исследуемых сталей. Установлено значительное различие величин микротвердости осевой зоны обеих сталей (табл. 3). Вследствие высокой интенсивности сегрегации химических элементов, прежде
всего углерода, микротвердость осевой зоны листов из стали 10Г2ФБ была на 700 Н0 49 выше, чем в стали Х70. Коэффициент структурной неоднородности, оцененный как отношение значений Н0 49 осевой зоны и основного металла, был для стали Х70 ниже, чем для стали 10Г2ФБ, что имеет большое значение с учетом новых требований к сталям для газопроводных труб большого диаметра.
Заключение. В соответствии с результатами проведенного исследования можно сделать вывод, что химический состав стали типа 0,07 С -1,5 Мп - 0,03 V - 0,08 № в сочетании с технологией термомеханической прокатки, применяемой на стане 3600 комбината "Азовсталь", обеспечивает получение комплекса механических свойств, которые удовлетворяют требованиям для листов из трубной стали Х70 с толщиной стенки до 26 мм.
Значения ударной вязкости и сопротивления хрупкому разрушению новой стали свидетельствуют о том, что листы из нее могут быть использованы для изготовления труб категории прочности Х70 с повышенными характеристиками ударной вязкости и сопротивления хрупкому разрушению.
30-летию МЕЖДУНАРОДНОЙ АССОЦИАЦИИ ПО ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ
ПОСВЯЩАЕТСЯ
Четвертая Международная конференция "Водородная обработка материалов" ВОМ-2004
Донецк, 17-21 мая 2004 г.
Генеральное направление ВОМ-2004:
Водород и материалы - эффективность и безопасность современных водородоемких производств и проблемы перехода к водородной цивилизации будущего
Тематическая направленность ВОМ-2004
Пленарные сессии. Проблемы эффективности и безопасности современных и будущих водородных технологий и энергетических систем
Секция 1. Теория и технология водородной обработки материалов
1.1. Научные основы ВОМ
1.2. Технологии ВОМ
1.3. Специальная сессия секции 1. Индуцированные водородом фазовые превращения (ИВФП) Секция 2. Водородная деградация материалов и технологии ее предупреждения
2.1. Природа водородной (Н) деградации сталей
2.2. Технологии по предупреждению Н-деградации в различных отраслях техники
2.3. Специальная сессия секции 2. Пути и перспективы предупреждения непредсказуемых водородных разрушений в химической, нефтехимической и газовой промышленности, магистральных и региональных газопроводов
Круглый стол. Водородная экономика и материалы: заботы и тревоги на пути к водородной цивилизации будущего
Оргкомитет:
Председатель Оргкомитета - академик МИА Гольцов В.А.
ДонНТУ, ул. Артема, 58, Донецк, 83000, Украина Телефон: ++38-062-305-0
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.