Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Товароведение arrow Анализ качества толстого листа

Анализ качества толстого листа


Анализ качества толстого листа

Для удовлетворения высоких требований газовой промышленности к прочности, вязкости и сопротивлению хрупкому разрушению сталей, предназначенных для изготовления труб большого диаметра, созданы малоперлитные низколегированные стали, обладающие заданным комплексом свойств. Концепция создания этих сталей с временным сопротивлением разрыву 550 - 590 МПа предусматривала [1]: минимизацию содержания неметаллических включений путем проведения десульфурации и ковшевой обработки для получения концентрации серы не более 0,005%; уменьшение доли перлита путем уменьшения содержания углерода менее 0,1%, что положительно сказывается на вязкости и свариваемости стали; измельчение зерна в сочетании с дисперсионным и дислокационным упрочнением путем применения специальных температурно-деформационных режимов прокатки микролегированного сильными карбонитридообразующими элементами металла. При рациональном микролегировании эти элементы, кроме упрочняющего воздействия, способствуют смещению в сторону отрицательных температур перехода в хрупкое состояние и улучшению вязкости стали в области температур вязко-хрупкого разрушения.

На опытном заводе Уральского института металлов в 60-кг индукционной печи были проведены четыре опытные плавки с базовым химическим составом (массовые доли, %): 0,07 С; 1,5 Мп; 0,29 Si; 0,003 S; 0,005 Р; 0,035 А1; 0,010 N. Содержание варьируемых элементов в плавках было следующим: А - 0% V; Б - 0,05% V; В - 0,10% V; Г - 0,05% V и 0,02% Nb. Металл разливали на 12-кг слитки, которые проковывали на заготовку сечением 60x60 мм, а ее в свою очередь прокатывали на пластины толщиной 12 мм. Технология включала: нагрев заготовок до 1250°С и выдержку в течение 30 мин; прокатку за три прохода до толщины 32 мм с частным обжатием -20%; выдержку на воздухе и затем прокатку до конечной толщины за четыре прохода с температурой окончания 950, 850 и 750°С. Пластины остывали в установке ускоренного охлаждения со скоростью 10°С/с до температуры -600°С и далее на воздухе. Пластины, прокатанные с температурой окончания 850°С, охлаждались также только на спокойном воздухе (2°С/с). Из пластин поперек направления прокатки изготовили образцы для определения механических свойств и исследования микроструктуры.

Результаты испытаний показали, что снижение температуры окончания прокатки от 950 до 750°С привело к упрочнению опытных сталей (например, значение ат с 439 -480 до 483 - 506 МПа, ав с 598 - 600 до 610 - 623 МПа) и к незначительному снижению пластичности и ударной вязкости (или к их сохранению на прежнем уровне). Этим изменениям свойств соответствовало формирование мелкозернистой феррито-перлитной структуры (7-9 мкм). Известно, что уровень механических свойств малоуглеродистой микролегированной стали в значительной степени определяется размером ферритного зерна и дисперсионным упрочнением [2], причем прочность, особенно предел текучести, - расстоянием между дисперсными частицами V(CN) в феррите: она возрастает с увеличением содержания ванадия в стали и, следовательно, количества этих выделений в структуре.

Увеличение скорости охлаждения пластин после прокатки от 2 до 10°С/с повышает предел текучести на 35 -50 МПа, а изменение вязкости неоднозначно. Это связано, по-видимому, с тем, что при интенсивном охлаждении выделяется большая доля более мелких частиц (порядка 10 нм) и уменьшается расстояние между частицами, что дает более эффективное дисперсионное упрочнение [2]. В то же время изменение условий охлаждения пластин приводит к появлению в структуре бейнитной составляющей (до 7%), которая существенно влияет на уровень как прочности, так и ударной вязкости.

Введение ниобия в сталь с 0,05% V повышает на 6 -10% уровень прочностных характеристик без ухудшения ее пластичности и вязкости. Температурный интервал выделения дисперсных частиц карбонитрида ниобия находится выше, чем в случае V(CN), и в большей степени захватывает аустенитную область [3].

Таким образом, из ряда исследованных составов комплекс механических свойств (высокая прочность, хорошая пластичность и достаточно высокая вязкость при отрицательных температурах) получен у стали с 0,05% V и у стали с 0,05% V + 0,02% Nb после прокатки с окончанием при 850°С и последующего ускоренного охлаждения (-10°С/с).

Опытно-промышленное опробование производства толстого листа категории Х60 осуществлено по следующей схеме: выплавка стали из ванадиевого чугуна без применения металлолома дуплекс-процессом конвертер - конвертер, разливка стали на МНЛЗ на слябы сечением 240x1250 мм и прокатка слябов в клети 1300 универсально-балочного стала на лист толщиной 22 и 32 мм. Универсально-балочный стан НТМК, имеющий основной сортамент - двутавровые балки и специальные фасонные профили, производит для внутренних нужд комбината и толстый листовой прокат в первой группе универсальных клетей. Поскольку стан не имеет устройств ускоренного охлаждения металла, наряду с прокаткой по рекомендуемому режиму с температурой окончания 850°С был опробован режим термомеханической обработки с окончанием прокатки при более низкой температуре.

Сталь выплавляли в 160-т конвертере по технологии дуплекс-процесса: на первой стадии в конвертере получили углеродистый полупродукт и товарный ванадиевый шлак. Во время выпуска полупродукта в ковше вводили известь, плавиковый шпат и алюминий, одновременно продувая металл аргоном.

Далее ковш с металлом передали на установку ковш-печь, где его подвергли десульфурирующей обработке, затем после перелива в передаточный ковш отсекли шлак с помощью шиберного затвора. На второй стадии в другом конвертере углеродистый полупродукт продували до получения стального полупродукта без добавок металлолома. После конвертирования в стальной полупродукт во время выпуска ввели часть ферросплавов, затем провели вакуум-углеродное раскисление металла в вакууматоре RH, далее металл обработали на установке ковш-печь и разлили на МНЛЗ. Примененная технология выплавки обеспечила низкое содержание в стали меди, никеля, хрома и примесей цветных металлов (Sn, As, Sb и др.). Технологические операции и изменение состава металла по ходу выплавки, разливки, а также химический состав готового проката приведены в табл. 1.

Сталь разлили через два ручья со скоростью 0,7 м/мин на слябы сечением 240x1250 мм и длиной 3,85 м. Температура стали в промежуточном ковше составила 1549 и 1544°С. Слябы охлаждали в стопе. Макроструктура была удовлетворительной. Ликвация элементов незначительна, отклонения в содержании элементов по сечению сляба (контроль проведен в 30 точках) не превышали погрешности определения.

Перед прокаткой трех слябов их распустили пополам вдоль по всей длине до получения размера 625х240х х3850 мм. В первых двух проходах все заготовки обжали на ребре для получения ширины 560 мм, а далее металл прокатали на две толщины - 32 мм (за 15 проходов) и 22 мм (за 18 проходов) по двум режимам (температура начала прокатки 1050°С): без подстуживания с окончанием деформации соответственно при 900 и 840°С; с двойным подстуживанием между проходами (сляб прокатали до толщины 120 мм, охладили на рольганге до 850°С со слабым покачиванием и прокатали до 60 мм, далее раскат охладили до 750°С и прокатали до толщины 32 и 22 мм).

После прокатки без подстуживания (табл. 2, режимы 1 и 3) значения предела текучести были ниже требований технической документации для листов обеих толщин (в пределах от 372 до 376 МПа), а пластичность и ударная вязкость удовлетворяли нормам. Снижение температуры окончания прокатки (режимы 2 и 4) позволило заметно повысить уровень прочностных характеристик (табл. 2, рис. 1): предел текучести увеличился на 27 - 29%, временное сопротивление разрыву - на 10 - 12%, возросла ударная вязкость, несколько уменьшились значения пластичности, но остались в пределах норм.

Результаты сериальных испытаний показали (рис. 2), что сталь с ванадием имеет достаточно высокие значения ударной вязкости при низких температурах после всех исследованных обработок, с понижением температуры окончания прокатки порог хладостойкости проката обеих толщин смещается в область более низких температур по сравнению с обычной прокаткой. Как видно из результатов испытаний образцов на изгиб свободно падающим грузом (табл. 3), после прокатки с высокой температурой окончания доля вязкой составляющей в изломе образцов обеих толщин при -20°С составляет всего 5 - 10%, тогда как снижение температуры окончания прокатки приводит к ее увеличению до 85-100%, причем вязкий излом сохраняется и при более низких температурах.

Структура листа толщиной 32 мм, прокатанного без подстуживания, состоит в основном из феррита (до 70%), a,; at, МПа.

по ГОСТ 5639 (рис. 4, о). Бейнитных участков практически не наблюдается. Доля ферритной составляющей 70%.

При исследовании тонкой структуры выявили участки, в которых цементитные пластины достаточно деформированы, а в некоторых участках и скоагулированы (рис. 4, б). В феррите перлита дисперсных частиц V(CN) не наблюдается. Избыточный феррит имеет субзеренную структуру. На рис. 4, в видно, как одна из субграниц «зацепилась» за включение. Границы субзерен представляют собой упорядоченные дислокационные построения. Внутри субзерен плотность дислокаций меньше относительно наблюдаемой при прокатке без подстуживания (порядка 1,2 * 1010 см 2). В отдельных местах, где контраст от частиц не перекрывается контрастом от дислокаций, на субграницах и внутри субзерен видны дисперсные частицы, по-видимому, карбонитрида ванадия (размером -10 - 15 нм).

Исследование изменения структуры по толщине показало (табл. 4), что вблизи поверхности листа после прокатки без подстуживания (режимы 1 и 3) структура представляет собой ферритно-перлитную смесь с небольшим количеством бейнита. Доля феррита ~70%, перлитные и бейнитные участки распределены равномерно по всему полю. Структура вблизи осевой зоны листа имеет те же составляющие, но перлитные и бейнитные участки располагаются в виде отдельных полос. Размер ферритного зерна при смещении от поверхности к осевой зоне практически не меняется (10,8 -10,9 нм). После прокатки с подстуживанием (режимы 2 и 4) в структуре листа толщиной 32 мм наблюдаются ферритные (основная доля) и перлитные зерна значительно меньшего размера. Изменения структуры по толщине листов аналогичны; отличие заключается лишь в несколько более мелком зерне феррита в 32-м листе после обычной прокатки и в меньшей доле бейнита (табл. 4, рис. 5).

При исследовании загрязненности опытных листов по ГОСТ 1778 (метод Ш4) выявили типичные включения алюминатов размером, как правило, не более 10 мкм, с примесями кремния и кальция. Более крупные включения, определяемые стандартом как «силикаты недеформирующие-ся», оцениваются в основном баллом 3 - 4 и имеют экзогенную природу. Углеродный эквивалент опытной стали Сэ = 0,40% свидетельствует о том, что ее свариваемость находится в пределах установленной технической документацией для этого класса прочности нормы (Сэ < 0,43%), т.е. сталь данного состава должна удовлетворительно свариваться.

Заключение

Оптимальное сочетание показателей прочности и вязкости получено у малоуглеродистой стали полупромышленного производства с добавкой 0,05% V и 0,02% Nb. Несколько меньший, но также достаточно высокий уровень прочности при сохранении высокой вязкости достигнут у стали с 0,05% V без ниобия. Комплекс высоких механических свойств достигается при прокатке с окончанием при 850°С и с последующим ускоренным охлаждением.

В условиях НТМК опробованы выплавка, внепечная обработка и разливка малоуглеродистой ванадийсодержащей стали 09Г2Ф повышенной чистоты по вредным примесям и газам и прокатка ее на лист толщиной 32 и 22 мм. Требуемый категорией Х60 уровень механических свойств получен у листов опытной стали обеих толщин после прокатки с подстуживанием. В стали формируется мелкозернистая ферритно-перлитная структура (-70% феррита с субзеренной структурой) с дисперсными выделениями карбонитрида ванадия.

Библиографический список

Матросов Ю.И., Морозов Ю.Д., Болотов А.С. и др. II Сталь. 2001. №4. С. 58 - 62.

Лагнеборг Р., Сивецки Т., Заяц С, Хатчинсон Б.II Роль ванадия вмикролегированных сталях. - Екатеринбург: ГНЦ РФ «Уральскийинститут металлов», 2001. С. 108.

3. Матросов Ю.И., Литвиненко Д.А., Голованенко С.А. II Сталь для магистральных газопроводов. - М.: Металлургия, 1989. - 288 сISSN 0038-920Х. «Сталь». №2. 2004 г.

сталь ванадий ниобий качество

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
 
Предметы
Банковское дело
Бухучет и аудит
География
Журналистика
Информатика
История
Культурология
Литература
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Охрана труда
Педагогика
Политология
Право
Психология
Религиоведение
Сельское хозяйство
Социология
Спорт
Техника
Товароведение
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее