Научная статья на тему 'Разработка и освоение технологии производства рулонного проката классов прочности х60-х70 толщиной более 12 мм для изготовления труб'

Разработка и освоение технологии производства рулонного проката классов прочности х60-х70 толщиной более 12 мм для изготовления труб Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
323
90
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Салганик Виктор Матвеевич, Денисов Сергей Владимирович

The controlled rolling technology is developed for niobium steel bars with strength of X60-X70 and more than 12 mm thick. It is suggested to use microalloyed steels with carbonitride elements with carbon content less than 0. 2 %, manganese 1. 2-1. 8, silicium 0. 15-0. 60 %. The efficient regimes of controlled rolling process with speeded bars cooling and different chemical content are established due to the mathematical modeling. Finally, a concrete chemical composition is chosen taking into account the chemical content requirements, modeling results in accordance with API 5L. The corresponding standard is worked out for the implementation of the developed technology STO Magnitogorsk Iron and Steel Works 242-00. Table 6. Bibliogr. 6 names.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Салганик Виктор Матвеевич, Денисов Сергей Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The development and implementation of technology for the production of coil stock units with X60-X70 strength and more than 12 mm thick for pipes producing

The controlled rolling technology is developed for niobium steel bars with strength of X60-X70 and more than 12 mm thick. It is suggested to use microalloyed steels with carbonitride elements with carbon content less than 0. 2 %, manganese 1. 2-1. 8, silicium 0. 15-0. 60 %. The efficient regimes of controlled rolling process with speeded bars cooling and different chemical content are established due to the mathematical modeling. Finally, a concrete chemical composition is chosen taking into account the chemical content requirements, modeling results in accordance with API 5L. The corresponding standard is worked out for the implementation of the developed technology STO Magnitogorsk Iron and Steel Works 242-00. Table 6. Bibliogr. 6 names.

Текст научной работы на тему «Разработка и освоение технологии производства рулонного проката классов прочности х60-х70 толщиной более 12 мм для изготовления труб»

вибровозбудителя, учитывающим только изнашивание трущейся поверхности контртела.

Точность математических моделей разработанного вибровозбудигеля была доказана в ходе экспериментальных исследований на установке, показанной на рис. 8, при этом теоретически время безотказной работы составляет 4320 ч, что примерно на 30% превышает время безотказной работы у аналогичных машин.

Рассмотренный универсальный роторный виб-ровозбудигель повышенной мощности, по сравне-нию с дебалансными и простыми роторными системами, обладает следующими преимуществами: возможностью раздельного регулирования частоты колебаний в диапазоне 0... 3000 Гц и ам-

плигуды колебаний в диапазоне 0...30 мм; сниженными на 20% нагрузками на опорные узлы; повышенной долговечностью; возможностью управления двумя и более колебательными системами с раз личными характеристиками; простотой конструкции и настройки.

В связи с этим широкая универсальность виб ро воз б удите лей с широкими технологиче -скими возможностями позволяет использовать их в качестве источников колебаний в вибрационных машинах различного назначения и мощности с повышением производительности работ и качества выпускаемой продукции

Библиографический список

1. Сергеев, С.В. Повышение эффективности вибрационных процессов при механической обработке различных материалов: монография / С.В. Сергеев. Челябинск: Изд-воЮУрГУ, 2004. 262 с.

2. А.с. 1664412 Российская Федерация, МПК7 В 06 В 1/16. Способ возбуждения круговых колебаний и устройство для его осуществления / С.Г. Лакирев, Я.М. Хилькевич, С.В. Сергеев. № 4414912/24-28; заявл. 24.04.1988; опубл. 23.07.1991, Бюл. № 27. 5 с.

3. Пат. 2213618 Российская Федерация, М ПК7 В 02 С 19/00. Способ и устройство измельчения материалов / С.В. Сергеев,

Р.Г. Закиров, Е.Н. Гордеев, Б.А. Решетников. № 2002102797/03; заявл. 31.01.2002; опубл. 10.10.2003, Бюл. № 28. 6 с.

4. Иванов, М .Н. Детали машин: учебник для студентов высших техн. учебных заведений / М .Н. Иванов. 5-е изд., перераб.

М.: Высш. шк., 1991. 383 с.

УДК 669.462

Салганик В.М., Денисов С.В.

РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РУЛОННОГО ПРОКАТА КЛАССОВ ПРОЧНОСТИ Х60-Х70 ТОЛЩИНОЙ БОЛЕЕ 12 ММ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ

Для расширения рынков сбыта стали для трубной промышленности как в России, так и за рубежом в ОАО «ММК» приступили к разработ-ке технологии производства полос класса прочности Х60, Х65 и Х70 толщиной более 12 мм.

Требования по химическому составу к прокату классов прочности X60, Х65 и Х70 представлены в табл. 1 [1].

Требуемые механические свойства проката класса прочности Х60, Х65 и Х70 представлены в табл. 2 [1].

Большой объем производства проката для трубной промышленности вызывает необходимость при разработке состава сталей для этого назначения ориентироваться на дешевые и неде-фицигные легирующие элементы. Технология же изготовления металла должна быть относительно простой и экономичной (табл. 3) [2].

Таким образом, для обеспечения конкуренго-

способности конструкционного проката его необ-ходимо производить методом контролируемой прокатки в сочетании с ускоренным охлаждением.

Технология контролируемой прокатки включает следующие основные этапы: выбор соответствующего химического состава стали; нагрев слябов с контролируемой температурой, обеспе-чивающей оптимальную степень растворения кар-бонигридов и относительно мелкое и однородное зерно аустенигной фазы перед прокаткой; измельчение зерен аустенигной фазы за счет многократной предварительной деформации и рекристаллизации; междеформационная пауза с охлаждением (желательно ускоренным) до температуры, при которой существенно заторможены процессы рекристаллизации аустенига; финальная деформация аустенига с суммарным обжатием 50-80% при температурах ниже температуры его рекристалли-

зации; деформация в у-а-области; регулируемое охлаждение после прокатки [3].

Упрочнение за счет увеличения содержания углерода связано с повышением в стали объемной доли перлита. Последнее сопровождается уменьшением отношения От/Ов, поскольку происходит более быстрый рост временного сопротив-

Таблица 1

Требования по химическому составу к прокату классов прочности Х60, Х65 и Х70

Класс прочности М ассовая доля химических элементов, %

С Мп Б Р

не более

Х60 0,22 1,4 0,015 0,025

Х65 0,22 1,45 0,015 0,025

Х70 0,22 1,65 0,015 0,025

Примечания по массовойдолехимических элементов:

Для каждого уменьшения на 0,01% ниже заданного максимального содержания углерода разрешается увеличение вы шезаданного содержания марганца на 0,05% вплоть домаксимальной величины 1,65% для проката классов прочности Х60, Х65 и до 2,0% для проката класса проч-ностиХ 70.

Могут использоваться ниобий, ванадий ититан.

Суммарное содержание ниобия, ванадия и титана не должно превышать 0,15%.

По согласованию между покупателем и изготовителем может поставляться сталь и другого химического состава при условии соблюдения пределов по суммарному содержанию ниобия, ванадия и титана и приведенного в таблице содержания фосфора и серы.

Таблица 2

Требуемые механические свойства проката классов прочности Х60, Х65 и Х70

Класс прочности От ав 55, % КУ°, Дж Количество вязкой составляю -щей в изломе образца, %

Н/мм2 не менее

Х60 414-565 517-758 22 27 60

Х65 448-600 531-758 22 27 60

Х70 483-621 565-758 21 27 60

Таблица 3

Дополнительные затраты на производство листов толщиной 20 мм в сравнении с горячей прокаткой

Процесс Затраты, $/т

Нормализация 19,5

Термомеханическая прокатка 0

Термомеханическая прокатка + ускоренное охлаждение 3,5

ления по сравнению с пределом текучести.

В результате повышения содержания углерода снижаются пластические и вязкие свойства [4].

С увеличением содержания углерода, особенно выше 0,20%, существенно ухудшается способность к сварке и холодной деформации. Ударная вязкость стали, в первую очередь при минусовых температурах, снижается [4].

Марганец является основным легирующем компонентом в конструкционных низколегированных сталях. Его содержание составляет 1,41,7% [5].

Кремний обеспечивает повышение прочности и вязкости при легировании не более 0,5%.

Содержание фосфора и особенно серы ограничивают 0,02%. Сера уменьшает сопротивляемость стали динамическим нагрузкам при низких темпе -ратурах. Она образует сульфвды марганца, которые , будучи пластичными, при температурах горячей прокатки расплющиваются и вытягиваются в продолговатые включения. При низких температурах вследствие своей хрупкости эти включения существенно снижают ударную вязкость поперек направления прокатки. Анизотропия вязких свойств в готовых листах вследствие этого может быть весьма значительной - вязкие свойства листов в попе -речном направлении могут быть в 1,5-2,0 раза ниже, чем в продольном. Повышению вязких свойств и уменьшению анизотропии способствуют добавки циркония, церия и редкоземельных элементов, которые , растворяясь в сульфвдах, понижают их пла-стичность при горячей деформации Это способствует сохранению сульфвдами формы, близкой к глобулярной [5].

Отличительной особенностью химического состава сталей, подвергаемых контролируемой прокатке, является микролегирование карбониг-ридообразующими элементами (ниобием, ванадием, титаном и др.) в сотых, реже в десятых долях процента. Микролегирование осуществляют для того, чтобы избежать экспоненциального роста зерна аустенига при нагреве под прокатку. Добавки ванадия и алюминия в сталь задерживают аномальный рост зерна до температур 1000-1100°С, добавки ниобия - до 1150°С, титан образует весьма стойкий нигрвд Т№, тормозящий рост зерна при 1200°С и выше.

Исходя из проведенного анализа, для повышения конкурентоспособности и удовлетворения требований потребителей прокат должен поставляться после контролируемой прокатки или контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением , с содержанием углерода менее 0,20%, марганца в пределах 1,2-1,8%, кремния 0,15-0,60%, с низким содержанием серы и с микролегирова-

нием карбонитрвдообразующими элементами (ниобием, ванадием, титаном и др.).

По нашему мнению, наиболее близко к вы -шеперечисленным критериям подходят четыре варианта химического состава стали (табл. 4).

Прокатный передел на ШСГП начинается с нагрева слябов до температур около 1180-1220°С для обеспечения более полного растворения микролегирующих элементов в стали, при этом появляется возможность избежать подстуживания раската перед чистовой стадией контролируемой про -катки и повысить производительность стана.

Успешное проведение черновой стадии прокатки требует высоких единичных обжатий (е = 15-20%, не менее 5 обжатий) во всех последовательных клетях черновой подгруппы для обеспе -чения полной рекристаллизации металла [5].

Особенностью проведения чистовой стадии прокатки на ШСГП является ограниченное число обжатий в последовательных клетях, что при прокатке высокопрочных сталей может вызывать перегрузку клетей по усилию. Целью чистовой ста -дии контролируемой прокатки является получение деформированных («оладьеобразных») зерен ау-стенига, а также полос деформации в зернах, что повышает удельную эффективную поверхность аустенига и позволяет получить большое число мест зарождения зерен феррита и, следовательно, существенно измельчить зерно феррита.

Решающее влияние на механические свойства сталей при контролируемой прокатке оказывают ее температурно-деформационные ус -ловия на стадии чистовой прокатки: температура начала и конца прокатки, суммарная деформация и распределение ее по проходам. Понижение температуры окончания прокатки до температуры Аг3

приводит к измельчению зерна феррита в структуре, в связи с чем прочность, вязкость и сопротивление хрупкому разрушению сталей значительно повышаются. Большое значение для получения высокого комплекса механических свойств имеет обеспечение суммарного обжатия доста -точной величины в заключительной фазе прокатки Увеличение степени обжатия влияет аналогично снижению температуры конца прокатки,

способствуя повышению прочности и снижению критической температуры хрупкости. Например, в работе [4] показано, что увеличение суммарной степени деформации при температуре ниже 900°С с 10 до 70% в малоперлитной стали с титаном позволило снизить критическую температуру хрупкости с 0 до -50°С. Измельчение зерна феррита и соответственно улучшение комплекса механических свойств за счет деформации в нижней части аустенигной области достигает предельной величины при обжатии 70-75% [3].

Наиболее эффективным способом измельчения зерна при приемлемой стоимости является процесс, который объединяет контролируемую прокатку и ускоренное охлаждение. Свойства, полученные в результате этого процесса, не могут быть достигнуты только термической обработкой. При снижении температуры смотки с 650 до 550°С повышается предел текучести на 80 Н/мм2 без снижения хладостойкости металлопроката [2].

С помощью комбинированной математической модели [6] проведено исследование процесса контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением полос с различными вариантами химического состава (см. табл. 4). Результаты моделирования процесса контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением полос представлены в табл. 5.

Анализируя результаты проведенного мате -матического моделирования процесса контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением

Таблица 4

Варианты химического состава стали

Вари- М ассовая доля химических элементов, %

ант С Мп Бі АІ Nb Ті V

1 0,11-0,14 1,25-1,40 0,40-0,55 0,02-0,05 0,030-0,045 0,015-0,035 -

2 0,10-0,14 1,40-1,80 0,25-0,50 0,02-0,05 0,040-0,070 0,005-0,020 -

3 0,14-0,20 1,20-1,40 0,30-0,60 0,01-0,04 - 0,010-0,040 0,05-0,14

4 0,09-0,12 1,55-1,75 0,15-0,30 0,02-0,05 0,020-0,050 0,010-0,035 0,08-0,12

Таблица 5

Результаты моделирования процесса контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением полос

Вариант химического состава стали Сэ - углеродный эквивалент От ав, 55 ИПГ К№, Дж

Н/мм2 %

1 0,35-0,42 430-520 547-610 21-27 69-86 51-83

2 0,37-0,43 455-530 566-620 21-27 69-82 69-87

3 0,39-0,44 455-560 540-640 17-21 43-67 38-47

4 0,41-0,43 515-580 590-670 23-27 94-100 76-119

Примечание:

Сэ = С + М п/6 + (Сг + Мо + У)/5 + (Си + N0/15 + 15В.

Суммарная степень деформации в чистовой группе клетей 70%. Температура конца прокатки 1180-1220, смотки - 800-840°С.

Таблица 6

Механические свойства проката класса прочности

Х60, Х65 и Х70

Клазс прочности Толщина полос, мм От, ав, 56 ИПГ0 KV0, Дж

Н/мм2 %

Х60 12,1-16,0 455-485 550-590 25-27 100 49-76

Х65 12,1-15,9 485-510 600-620 26-27 100 54-89

Х70 12,1-15,0 510-570 600-650 23-25 100 61-91

полос, предназначенных для трубной промышленности, можно сделать следующие выводы:

1. Прокат классов прочности Х60, Х65 и Х70 возможно производить, только используя вариант №4 химического состава стали

2. Прокат категории прочности X60 возможно производить, используя все варианты химического состава стали (с 1 по 4). Однако прокат , произведенный из стали по варианту № 3 химического состава, менее пластичен (относительное удлинение ожвдается в интервале 17-21%), что ниже требований АР1 5Ь, и поэтому указанный вариант не рекомендуется к ис польз ованию.

3. При вариантах легирования № 1 и 2 прогнозируется получение практически одинакового комплекса свойств. Однако в варианте легирования № 1 (при одинаковом содержании углерода в стали) используется меньше легирующих элементов, чем в варианте легирования № 2.

4. Наибольшей хладостойкостью обладает прокат с химическим составом стали по варианту № 4.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В итоге, учитывая требования по химическому составу стали по АР1 5Ь и результаты моде-

лирования, материалом для производства проката категорий прочности X65 и Х70 был выбран вариант №4. Для производства проката категории прочности X60 был выбран вариант легиро-вания № 1. Для поставки рулонного проката в соответствии с требованиями АР1 5Ь в ОАО «ММК» был разработан ставдарт СТО ММК 242-2000 «Прокат горячекатаный листовой и рулонный из углеродистой качественной и низколегированной стали для электросварных труб с требованиями по АР1 5Ь».

С помощью моделирования были найдены основные температурно-деформационные параметры прокатки полос толщиной до 14 мм на ШСГП для классов прочности:

Х60

температура нагрева слябов, °С суммарная степень деформации в чистовой группе клетей, % температура конца прокатки, °С температурасмотки полос, ° С скорость охлаждения полос на отводящем рольганге, °С/с

1180-1220

70-80

770-810

570-610

2,5-4,8

Х65, Х70 1180-1220

70-80

780-840

560-600

2,8-5,3

Достигнутые механические свойства проката соответствовали требованиям потребителя для всех классов прочности (табл. 6).

В настоящее время по разработанной технологии успешно произведено около 5000 т проката категорий прочности X60, Х65 и Х70 толщиной более 12 мм.

Таким образом, можно заключить, что в ОАО «ММК» создана эффективная технология произ-водства проката категорий прочности Х60, Х65 и Х70 в соответствии с API 5L.

Библиографический список

1. Техническиеусловия натрубы для трубопроводов 51_ (АР1 51_). Срок введения 2000 год.

2. Ниобийсодержащие низколегированные стали / Ф.Хайстеркамп, К.Хулка, Ю.И.Матросов, Ю.Д.Морозов и др. М.: СП. Интермет Инжиниринг, 1999. 90 с.

3. Потемкин В.К., Пешков ВА. Контролируемая прокатка. Термомеханическая обработка листов. М.: ВИНИТИ, 1986. С. 3-55.

4. Матросов Ю.И. Пути повышения прочности, вязкости и хладостойкости низколегированных сталей для газопроводных труб большого диаметра // Бюл. НТИ. Черная металлургия. 1981. № 11 (895). С. 16-26.

5. Матросов Ю.И., Литвиненко Д.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных трубопроводов. М.: Металлургия, 1989. 288 с.

6. Денисов С.В., Карагодин Н.Н., Кутуева Р.Я. Методика определения основных технологических параметров контролируемой прокатки, обеспечивающих получение требуемых потребительских свойств // Прогрессивные толстолистовые стали для газонефтепроводных труб большого диаметра и металлоконструкций ответственного назначения: Сборник докладов. М.: М егаллургиздат, 2004. С. 111-115.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.