УДК 669.14.018.41:621.787.4
ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ШТРИПСА К70 ДЛЯ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА НА СТАНЕ 5000
© Немтинов Александр Анатольевич, канд. техн. наук, Корчагин Андрей Михайлович, канд. техн. наук, Попков Антон Геннадьевич,
Череповецкий металлургический комбинат ОАО «Северсталь».
Россия, 162600, Вологодская обл., г. Череповец, ул. Мира, 30. E-mail: agpopkov@severstal.com Хлусова Елена Игоревна, д-р техн. наук, Орлов Виктор Валерьевич, канд. техн. наук,
ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей». Россия, 191015, Санкт-Петербург., ул. Шпалерная, 49. Тел. +7 (812) 274 12 11. Е-mail: vvv@prometey2.spb.ru Статья поступила 03.10.2008 г.
На стане 5000 ЧерМК ОАО «Северсталь» с использованием современных методов и металлографических подходов разработана технология производства штрипсового проката для труб большого диаметра (ТБД) нового поколения в толщинах от 15 до 27 мм. Качество проката удовлетворяет требованиям, зафиксированным в соответствующих ТУ для стали класса прочности К70, как по прочностным, так и по вязко-пластическим характеристикам, включая количество вязкой составляющей в изломе образцов при испытании падающим грузом(ИПГ).
Преимущественной технологией производства выбрана контролируемая прокатка с ускоренным охлаждением в УКО (возможен последующий отпуск металлопроката).
Ключевые слова: стан 5000, штрипс, материал для трубопроводов, контролируемая прокатка.
Основные условия строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов - экономичность транспортировки газо- и нефтепродуктов на большие расстояния и надежность в связи с повышенными требованиями к охране окружающей среды. Для обеспечения этих условий могут быть использованы следующие подходы к проектированию трубопроводов и определению параметров труб:
- увеличение диаметра и толщины стенки;
- увеличение прочности и вязкости материала труб, в том числе и при низких температурах;
- повышение внутреннего давления при повышенной прочности стали;
- уменьшение толщины стенки при постоянном давлении за счет использования высокопрочного материала;
- повышение требований по обеспечению коррозионной стойкости стали из-за увеличения доли так называемого кислого (серосодержащего) газа;
- улучшение свариваемости для беспроблемного строительства трубопроводов, особенно в условиях низких температур*.
ЧерМК ОАО «Северсталь» успешно производит штрипсовый прокат класса (категории) прочности К65 (Х80) для реализации проекта Бованенково-Ухта. В рамках выполнения данного заказа произведено и отгружено потребителю около 40 тыс. т металлопроката толщиной 27,7 мм. Прокат полностью удовлетворяет требованиям спецификации и продемонстрировал хорошую технологичность при переработке в ЗАО ИТЗ.
* Морозов Ю.Д., Эфрон Л.И. Стали для труб магистральных т] № 5. С. 53-57.
Исходя из успешного опыта производства листов класса прочности К65 и мировой тенденции снижения металлоемкости трубопроводов, было принято решение о разработке штрипсового проката более высокого класса прочности - К70. Разработка данной стали ведется специалистами ЧерМК совместно с учеными ЦНИИ КМ «Прометей» в рамках государственного инновационного проекта «Магистраль».
Для получения такого металла необходимо выполнение следующих условий:
- ограничение содержания углерода, серы, фосфора и азота в составе штрипсовых сталей;
- нормирование размера зерна, балла полосчатости и содержания неметаллических включений;
- повышение требований к прочностным характеристикам.
Нормативно-технические требования, предъявляемые за рубежом к прокату и трубам для магистральных трубопроводов на рабочее давление 9,8-11,8 МПа, как правило, имеют в своей основе требования API 5L или европейского стандарта ISO 3183-3-2006 к трубам соответствующей категории прочности (например, по API 5L - это Х80). В связи с отсутствием нормативно-технической документации на стали класса прочности К70, специалистами ЦНИИ КМ «Прометей», ЦНИИ-чермет им. И.П.Бардина, ОАО «Северсталь» и ЗАО ИТЗ были разработаны ТУ, регламентирующие основные параметры металлопроката.
Композиция химического состава стали класса прочности К70 отличается дополнительным микро-
опроводов: состояние и тенденции развития // Металлург. 2006.
Таблица 1. Допустимая загрязненность стали неметаллическими включениями
Тип включений Вне осевой зоны В осевой зоне
средний балл максимальный балл средний балл максимальный балл
Сульфиды Оксиды:
строчечные (ОС) точечные (ОТ) Силикаты: хрупкие (СХ) пластичные (СП) недеформируемые (СН)
1,0
2,0 2,0
2,0 2,0 2,0
1,5
2,5 2,5
2,5 2,5 2,5
3,0
3,0 3,0
3,0 3,0 3,0
3,5
3,5 3,5
3,5 3,5 3,5
Таблица 2. Механические характеристики проката
Механические характеристики Нормируемое значение для сталей
К65 К70
Временное сопротивление ств, МПа 640-760 690-910
Предел текучести стт, МПа, не менее 565 590
Отношение предела текучести к временному сопротивлению, не более 0,92 0,92
Доля вязкой составляющей в изломе образца ИПГ при -20 °С, %, не менее 155 85 85 значения факультативно
Примечания: 1. Работу удара определяют как среднеарифметическое значение по результатам испытаний трех образцов. 2. На одном образце допускается снижение значения работы удара меньше норм табл. 4 не более чем на 20 Дж.
легированием хромом и несколько пониженным содержанием ниобия. Передовые сталеплавильные технологии обеспечивают высокую чистоту металла: [Б] <0,004% и [Р] <0,010%. Для выполнения таких требований используется марганцево-никелевая композиция с микролегированием ниобием, титаном и молибденом.
Влияние малых добавок карбо- и нитридообра-зующих элементов на свойства стали определяется, в основном, тремя факторами:
- измельчением зерна аустенита и феррита;
- дисперсионным твердением;
- изменением строения продуктов превращения аустенита.
Эффекты изменения прочностных и пластических свойств при суммарном действии этих факторов в ходе горячей пластической деформации и ускоренного охлаждения взаимно накладываются, и определить долю влияния каждого их этих факторов на формирование структуры и свойства металла нередко затруднительно.
Требования по максимальной загрязненности проката неметаллическими включениями и нормируемые значения механических характеристик представлены 2 в табл. 1 и 2.
о
? Необходимый уровень прочностных характе-
^ ристик стали с пониженным содержанием углерода
• ([С] = 0,04^0,07%) может быть обеспечен путем фор-
| мирования структуры металла с мелким зерном, а так-
< же путем увеличения доли дисперсионного, дислока-
2 ционного и субструктурного упрочнения. Указанные
характеристики обеспечиваются микроструктурой стали феррито-бейнитного типа, а ее наиболее перспективной разновидностью является микроструктура игольчатого феррита. Основной механизм упрочнения стали такого типа - зернограничное упрочнение, которое реализуется при использовании технологии контролируемой прокатки.
Технологическая цепочка производства штрипсо-вого проката класса прочности К70 на ЧерМК ОАО «Северсталь» включает в себя следующие переделы.
• Выплавка стали в конвертере: садка плавки составляла 400 т, в том числе 325 т чугуна и 25 т стали. В завалку при необходимости присаживали никель и медь; продувку в конвертере осуществляли кислородом с чистотой по азоту 0,03% с промежуточным скачиванием шлака для снижения содержания в стали фосфора.
Внепечную обработку проводили на установке доводки металла (УДМ) и установке ковш-печь (УКП). Разливку стали осуществляли на двухручьевых МНЛЗ криволинейного типа в кристаллизатор сечением 315x1850 мм с применением «мягкого» обжатия.
При конвертерном производстве для снижения содержания в стали серы производят десульфурацию чугуна, также применяют вакуумирование стали. За счет этого обеспечивается улучшение качества слябов, уменьшение содержания серы, водорода и неметаллических включений.
Для производства опытной партии проката было выплавлено две плавки и проведена качественная и количественная оценка неметаллических включений в стали (табл. 3).
Т, "С
400-450
315 мм
Н=3-4 к листа
15-30 мм V = 20 °С/с
315 мм
15-30 мм
V = 40 "С/с
Рис. 1. Температурно-деформационная схема производства:
а - контролируемая прокатка + ускоренное охлаждение; б - закалка с прокатного нагрева + высокий отпуск
• Прокатка слябов на толстолистовом реверсивном стане 5000 в листы толщиной 15; 23,2 и 27 мм.
Непрерывнолитые заготовки (НЛЗ) нагревали до температуры аустенитизации, при достижении которой их выдерживали для выравнивания температуры металла по сечению. Нагретые НЛЗ подвергали многоходовой прокатке с промежуточным подстуживани-ем на толщине, равной трех-четырехкратной конечной толщине проката - для режима контролируемой прокатки (КП) и без промежуточного подстуживания -для режима закалки с прокатного нагрева (ЗПН).
Прокатанные штрипсы подвергали ускоренному охлаждению (УО) водой для фиксации мелкозернистой диспергированной структуры (рис. 1).
Механические характеристики проката толщиной 23,2 и 27 мм опытной партии, произведенной по режимам КП+УО, полностью соответствуют требованиям ТУ (табл. 4). Листы обладают высокой ударной вязкостью и хладостойкостью при ИПГ.
Листы толщиной 15 мм, произведенные по режиму КП+УО, показали повышенные значения коэффициента пластичности (ст /ст ).
Анализ хладостойкости опытной стали (рис. 2) показал, что листы, прокатанные по Толщину режиму контролируемой прокатки с ускорен- мм
ным охлаждением в УКО, обеспечивают значительный запас по количеству вязкой составляющей в изломе во всем диапазоне температур испытания.
Листы, изготовленные с применением закалки с прокатного нагрева с последующим отпуском (О), испытывали пока только в диапазоне рабочих температур. Освоение технологии ЗПН + О будет продолжено, планируется корректировка режимов охлаждения и температуры отпуска.
Исследование структуры показало, что преобладающей структурой центральной части листового металла является бейнит дисперсного строения с наличием участков (строчек) с полигонизированными зернами феррита (рис. 3, а). Микроструктура поверхностной зоны листового металла, находящейся в условиях более сильно
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.