Влияние режимов термомеханической обработки на формирование ферритно-бейнитной микроструктуры и свойства рулонного проката из низколегированных трубных сталей (стр. 3 )

Таким образом, основным структурным фактором, ухудшающим хладостойкость полосы в условиях прокатки с повышенной температурой задачи подката в группу чистовых клетей стана 2000, следует признать наличие разнозернистости матрицы и наличие структурных составляющих с реечной морфологией (БФ), что является следствием частичной рекристаллизации аустенита в начальной стадии прокатки в чистовой группе клетей НШС ГП 2000. Технологическими способами улучшения хладостойкости рулонного проката в условиях стана 2000 является увеличение содержания ниобия в стали до максимально допустимого значения (до 0,10-0,11%) и (или) подстуживание подката.

Пятая глава посвящена представлению результатов промышленного опробования в производства рулонного проката с применением разработанных технологических решений.

Разработана технология производства рулонного проката из стали К60 (Х70) толщиной 12-16 мм с гарантией уровня механических свойств и хладостойкости применительно к условиям НШС ГП 2000 . Основные положения представленной технологии предусматривают:

- использование стали типа 06Г2НДБ с пониженным содержанием углерода (0,05-0,07%), добавками Ni+Cu для формирования бейнитной составляющей микроструктуры при невысоких скоростях УО, повышенным содержанием Nb (0,06-0,08% и до 0,10%) для максимально возможного расширения температуры отсутствия рекристаллизации горячедеформированного аустенита;

- нагрев слябов до температур, минимально достаточных для перевода Nb в твердый раствор и предупреждения огрубления зерна - ≈1220±20 оС;

- завершение прокатки в черновой группе клетей у нижней границы области полной рекристаллизации аустенита - ≈1020±20 оС;

- подстуживание подката максимально возможной толщины (55-60 мм) до температуры Тнчп ≤ (TNR - 20 оС), соответствующей для стали типа 06Г2НДБ ≈ 960-980 оС;

- завершение прокатки в чистовой группе клетей (Ткп≈800±20 оС) и начало УО в нижней части однофазной γ-области;

- УО проката с завершением охлаждения на первой стадии (Т1) ниже температуры Bsэ = (Bs расч. – (20-25 оС)) для устойчивого формирования бейнитной составляющей в микроструктуре проката (КвПФ+ИФ) и последующим охлаждением на 2-й стадии до середины бейнитной области. Для стали типа 06Г2НДБ рекомендуются значения Т1≈ 600-620 °C и Tсм = 500-540 °C. Для более легированных вариантов состава Х70 – типа 08Г2НДФБ, для предотвращения переупрочнения необходимо получение большей доли ПФ и КвПФ, для чего рекомендуется Т1 ≈ 630 оС и Тсм ≈ 540 оС;

- для предотвращения образования выделений цементита и огрубления частиц карбонитридов Nb(C,N), NbC (или (Nb,V)(C,N), (Nb,V)C при наличии в стали V) рекомендуется внедрение ускоренного охлаждения рулонов.

Указанные технологические решения могут быть применены для производства рулонного проката в условиях других станов типа 2000.

С использованием разработанных технологических решений в условиях стана 2000 было произведено опробование производства проката толщиной 16 мм из стали К60 (Х70) типа 06Г2НДБ и 08Г2НДФБ, а также толщиной 10,3 мм и 12,3 мм из стали 10Г2ФБЮ (К60) с гарантией механических свойств.

Разработанные режимы ТМО были использованы при промышленном опробовании производства рулонного проката толщиной 16 мм, предназначенного для прямошовных труб класса прочности К60 (Х70) ( трубный завод»), получаемых сваркой токами высокой частоты (ТВЧ). Составы стали (06Г2НДБ и 08Г2НДФБ) имели пониженное содержание углерода, что способствовало уменьшению осевой сегрегации в полосе и было благоприятно для обеспечения качества сварных соединений таких труб. Благодаря управлению структурообразованием стали в ходе УО была получена мелкодисперсная ферритно-бейнитная микроструктура проката, обеспечившая комплекс высоких прочностных свойств, ударной вязкости и хладостойкости при ИПГ (табл. 3).

Таблица 3. Механические свойства рулонного проката из стали К60 толщиной 16 мм

Сталь	σт, Н/мм2	σв, Н/мм2	σт/ σв	δ5, %	KCV-20, Дж/см2 (средние)	В(ИПГ-20), %
06Г2НДБ	500-520	590-600	0,86-0,89	26-27	295-329	95
08Г2НДФБ	570-590	650-670	0,87-0,89	21-22	183-232	95-100
Требования	480-590	590-700	≤ 0,90	≥ 20	≥ 63	≥ 85

Путем исследования свариваемости сталей 06Г2НДБ и 08Г2НДФБ по методике имитации влияния термического цикла сварки на микроструктуру и свойства металла ОШЗ показано, что при охлаждении с температуры 1300 оС составы стали К60 (Х70) с пониженным содержанием углерода и добавками Ni и Cu характеризуются широкой областью формирования низкоуглеродистого бейнита, подавлением перлитного превращения и получением мартенсита только при повышенных скоростях охлаждения. Скорость охлаждения (Vохл) измеряли в диапазоне 800-700 оС. Такой характер микроструктуры обеспечивает сопротивляемость образованию холодных трещин в металле ОШЗ при Vохл. ≤140оС/с для 06Г2НДБ и Vохл. ≤ 110 оС/с для 08Г2НДФБ по критериям критической доли мартенсита [М] ≥ 15% и твердости 350HV10. Также достигается высокая ударная вязкость металла ОШЗ с обеспечением значения KCV-40 ≥ 39,2 Дж/см2 (принятого для труб класса прочности К60) в широком диапазоне скоростей: для стали 06Г2НДБ - при Vохл. ≤ 300 оС/с; для стали 08Г2НДФБ - при Vохл. = 5-300 оС/с. Следует отметить, что 06Г2НДБ по сравнению с 08Г2НДФБ имела более широкую область, в которой происходило только бейнитное превращение, что обеспечило существенно более высокие значения низкотемпературной вязкости металла ОШЗ в широком диапазоне Vохл.

Перспективным составом стали для производства рулонного проката толщиной 14-16 мм является сталь 06Г2НДБ (Сэкв≈0,36%), обеспечивающая улучшенные характеристики хладостойкости основного металла и металла ОШЗ. Применение разработанных схем ТМО с интенсивным УО позволяет получить мелкодисперсную ферритно-бейнитную микроструктуру проката.

Технология производства полосы с интенсивным УО также применена при изготовлении рулонного проката класса прочности К60 из стали 10Г2ФБЮ (К60) с гарантией уровня механических свойств и хладостойкостью при ИПГ для прямошовных (двухшовных) труб . Прокат имел ферритно-бейнитную микроструктуру вместо традиционной для этой стали ферритно-перлитной микроструктуры. Микроструктура, состоявшая из смеси КвПФ+ИФ+ПФ, позволила получить вид диаграммы растяжения поперечных образцов с «вырожденной» площадкой текучести (в виде перегиба). Уровень прочностных свойств проката соответствовал требованиям класса прочности К60, но без значительного запаса по величине прочностных свойств. Однако основной металл труб имел требуемый комплекс механических свойств (табл. 4). При изготовлении труб диаметром 1020 мм было отмечено отсутствие существенного снижения величины предела текучести (эффекта Баушингера) и повышение величины временного сопротивления (табл. 5). Это объясняется закономерным уменьшением эффекта Баушингера на стали, имеющей диаграмму растяжения без протяженной площадки текучести, и превалирующим действием деформационного упрочнения.

Таблица 4. Механические свойства основного металла труб из стали 10Г2ФБЮ

Толщина стенки трубы, мм	σ0,5, Н/мм2	σв, Н/мм2	σт/ σв	δ5, %	KCV-20, Дж/см2	В(ИПГ-20), %
10,3	481-550 519,6	610-670 645	0,77-0,86 0,80	21,5-26,0 22,9	134-187 164	100-100 100
12,3	490-520 510	630-650 639	0,77-0,83 0,80	21-27 24,2	150-196 166	100-100 100
Требования	≥460	≥590	≤ 0,90	≥ 20	≥ 69,5	≥ 80

Примечание: в числителе – пределы изменения параметра (мин. – макс.); в знаменателе – среднее значение параметра

Таблица 5. Средние значения изменения механических свойств стали 10Г2ФБЮ при трубном переделе (труба-лист)

Толщина стенки трубы, мм	∆σ 0,2 МПа	∆σв, МПа	∆δ5, %	∆КСV-20, Дж/см2	∆В(ИПГ -20), %
10,3	14,73	50,37	-5,28	-81,38	0…1
12,3	-11,80	34,60	-3,20	-29,40	1…2

Общие Выводы

1. Исследовано влияние режимов чистовой стадии контролируемой прокатки и ускоренного охлаждения в условиях непрерывного широкополосного стана горячей прокатки 2000 (НШС ГП 2000) на структурообразование и механические свойства рулонного проката толщиной 10-16 мм из низколегированной стали класса прочности К60 (Х70). Определены условия устойчивого формирования однородной ферритно-бейнитной микроструктуры для сталей с различным уровнем легирования; разработаны научно-обоснованные рекомендации по совершенствованию технологии, реализованные в условиях стана 2000 металлургический комбинат».

2. Выявлены закономерности формирования микроструктуры низколегированной стали К60 (Х70) при ускоренном охлаждении (УО), производимом в две стадии, что соответствует условиям охлаждения толстых полос (10-16 мм) на отводящем рольганге НШС ГП 2000 при смотке полос на моталки 2-й (дальней) группы, состоящие в том, что температура завершения охлаждения на первой стадии (Т1) в основном определяет тип, морфологию и долю структурных составляющих ферритной матрицы, а температура конца УО на второй стадии (Ткуо ≈ Тсм) - тип и морфологию углеродсодержащей фазы (перлит, вырожденный перлит, верхний бейнит).

3. Показано, что для получения значительной доли игольчатого феррита (более 20-40%), обеспечивающей упрочнение проката, в микроструктуре низколегированной стали К60 (Х70) с добавками Ni и Cu при двухстадийной схеме УО необходимо обеспечить завершение УО на первой стадии при Т1 ≤ Bsэ = (Bsрасч. – (20-25 оС)), а также конец УО (смотку) при температуре в средней части области бейнитного превращения (Тсм ≈ 540оС), при этом понижение Тсм в интервале от 580оС до 500 оС способствует увеличению доли игольчатого феррита. Понижение Тсм при высоких значениях Т1 ≥ Bsэ позволяет получить ограниченное количество игольчатого феррита (≤ 20%), так как его формирование происходит на заключительной стадии УО. Снижение Тсм обеспечивает уменьшение полосчатости микроструктуры, повышение дисперсности углеродсодержащей фазы и изменение ее типа от перлита к вырожденному перлиту и верхнему бейниту дисперсной морфологии, что объясняется уменьшением диффузионной активности углерода с понижением температуры.

4. Выявлены структурные факторы, ответственные за снижение величины ударной вязкости и хладостойкости при ИПГ рулонного проката толщиной 12-16 мм: разнозернистость матрицы из КвПФ и ПФ с долей зерен размером ≥ 10 мкм более 15%, а также объемная доля областей из продуктов бейнитного превращения реечной морфологии в границах бывших аустенитных зерен более 10-15%.

5. Показано, что причиной неоднородности микроструктуры является частичная рекристаллизация аустенита в начальной стадии прокатки в чистовой группе клетей стана при Тнчп ≥ TNR, приводящая к разнозернистости аустенита и наследуемая при фазовом превращении. Поэтому необходимым условием получения высокой хладостойкости рулонного проката, производимого в условиях НШС ГП 2000, является начало прокатки в группе чистовых клетей в температурной области отсутствия рекристаллизации аустенита при Тнчп ≤ (TNR - 20оС). Это может достигаться путем увеличения содержания ниобия в стали до максимально допустимого значения (до 0,10-0,11%) и (или) подстуживания подката.

6. Разработаны режимы УО полос толщиной 12-16 мм из стали К60 для получения прочностных свойств проката в пределах требований класса прочности К60 (Х70) для сталей с разным уровнем легирования. Полосы из экономно легированной стали (Сэкв≈0,36%) целесообразно охлаждать по режиму с пониженной Т1 ≈ 600-620 оС и Тсм ≈ 500-540 оС для получения большой доли игольчатого феррита в микроструктуре стали. Для стали с повышенным уровнем легирования (Сэкв≈0,43%) рекомендуются режимы с Т1≈630 оС и Тсм≈540 оС, так как интенсивное УО приводит к переупрочнению стали.

7. Разработанные рекомендации использованы при опробовании производства рулонного проката из сталей 06Г2НДБ и 08Г2НДФБ толщиной 16 мм и 10Г2ФБЮ (К60) толщиной 10,3 и 12,3 мм с гарантией уровня механических свойств и хладостойкости при ИПГ в условиях стана 2000 металлургический комбинат». Применение усовершенствованной технологии ТМО позволило получить в рулонном прокате толщиной до 16 мм сочетание высоких показателей прочности (σт ≥ 500 Н/мм2, σв ≥ 600 Н/мм2), ударной вязкости (KCV-20 ≥ 150 Дж/см2) и хладостойкости (Т50 ≤ -80 оС, Т90 (ИПГ) ≤ -30…-40 оС), что достигнуто благодаря формированию мелкодисперсной ферритно-бейнитной микроструктуры стали.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. , , Разработка режимов ускоренного охлаждения полосы для формирования ферритно-бейнитной микроструктуры проката из низколегированной стали Х70 // Сталь. 2012. № 4. С. 50-57.

2. , , Влияние температуры начала чистовой прокатки на параметры микроструктуры и хладостойкость рулонной стали Х70 // Металлург. 2012. № 7. С. 57-62.

3. , , Обеспечение равномерности свойств и хладостойкости при ИПГ в рулонном и листовом прокате из стали Х70 со стана 2000 // Металлург. 2009. № 8. С. 57-61.

4. , Исследование процесса структурообразования в рулонном прокате из стали Х70 при двустадийном ускоренном охлаждении на отводящем рольганге стана 2000 горячей прокатки / В сборнике: труды конференции «Прочность неоднородных структур» («ПРОСТ-2012»), Москва, 17-19 апреля 2012. М.: НИТУ «МИСиС», Изд-во «Альянс Пресс». 2012. С. 221.

5. Разработка режимов ускоренного охлаждения полосы для формирования ферритно-бейнитной микроструктуры проката из низколегированной стали Х70 / В сборнике: тезисы III конференции «Перспективы развития металлургических технологий», 14-15 декабря 2011 г., Москва. М.: ЦНИИчермет им. . 2011. С. 10-11.

6. Влияние параметров ускоренного охлаждения полосы на формирование микроструктуры и комплекс свойств рулонного проката класса прочности К60 толщиной 16 мм / В сборнике: тезисы II конференции «Перспективы развития металлургических технологий», 8-9 декабря 2010 г., Москва. М.: ЦНИИчермет им. . 2010. С. 38-39.