EA019610B1

EA019610B1 - Способ изготовления бесшовных труб

Info

Publication number: EA019610B1
Application number: EA201171189A
Authority: EA
Inventors: Кейити КОНДО; Тосихару Абе; Кунио КОНДО; Юити Яно; Юдзи АРАИ
Original assignee: Сумитомо Метал Индастриз, Лтд.
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-04-30
Also published as: US8696834B2; BRPI1012228A2; AR075976A1; UA101743C2; WO2010113953A1; EA201171189A1; MX2011010385A; CA2752741A1; EP2415884B1; EP2415884A1; EP2415884A4; AU2010231626A1; JP4632000B2; ES2721473T3; CN102365376B; US20120042992A1; JPWO2010113953A1; CN102365376A; CA2752741C; AU2010231626B2

Abstract

Предлагается способ изготовления бесшовных стальных труб, в котором заготовку, имеющую следующий состав, мас.%: 0,15-0,35 С; 0,05-0,5 Si; 0,1-1,5 Mn; 0,2-1,5 Cr; 0,1-1,5 Мо; 0,005-0,50 Ti и 0,001-0,50 Al, остальное-Fe и примеси, причем примеси включают 0,1% Ni или менее; 0,04% Р или менее; 0,01% S или менее, 0,01% N или менее и 0,01% О или менее, подвергают прошивке в горячем состоянии и горячей прокатке, а затем выполняют термическую обработку, при которой горячекатаную стальную трубу подвергают непосредственной закалке от температуры не ниже температуры превращения Ar; после чего стальную трубу подвергают термической обработке при температуре не ниже 450°С и не выше температуры превращения Acв оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством для выполнения непосредственной закалки; и затем стальную трубу, прошедшую термическую обработку, подвергают повторному нагреву, закалке от температуры не ниже температуры превращения Аси отпуску при температуре не выше температуры превращения Ac. Можно препятствовать таким видам замедленного разрушения, как образование трещин из-за ударов и образование трещин при хранении, без оказания неблагоприятного влияния на характеристики продукции.

Description

Настоящее изобретение относится к способу изготовления бесшовных труб из низколегированной стали. В частности, оно относится к способу изготовления бесшовных труб из низколегированной стали, которые обладают превосходной ударной вязкостью при непосредственной закалке или проводимой в технологической линии термической обработке, а также к подобному способу, позволяющему предотвратить замедленное разрушение в процессе изготовления. Термин проводимая в технологической линии термическая обработка относится к процессу, содержащему: а) дополнительный нагрев горячекатаных стальных труб в дополнительной печи для выдерживания до температуры выше температуры Аг₃ без этапа охлаждения после горячей прокатки и Ь) последующую закалку труб сразу после выхода из дополнительной печи для выдерживания. Ниже термин этап проводимой в технологической линии термической обработки относится к этапу дополнительного нагрева и последующей закалки, а термин способ проводимой в технологической линии термической обработки относится к способу такой обработки.

Уровень техники

С точки зрения надежности, бесшовные стальные трубы широко используются, главным образом, в качестве трубчатых изделий для нефтегазовых применений (ОСТС. 011 Соиийу ТиЬи1аг Сообх). магистральных труб и подобного, от которых требуется наличие высокой коррозионной стойкости и ударной вязкости. В этих областях используются бесшовные трубы, изготовленные из различных типов низколегированных сталей. При изготовлении бесшовных стальных труб, в целях улучшения прочностных свойств и ударной вязкости, стальные трубы часто подвергают такой термической обработке после горячей прокатки, такой как закалка и отпуск. В качестве способа такой термической обработки, как закалка и отпуск, на практике применяется обычный процесс повторного нагрева и закалки, при котором горячекатаные трубы сначала охлаждают, а затем повторно нагревают до температуры превращения Ас₃ или более высокой в печи для внешней (проводимой вне этой технологической линии) термической обработки с последующей закалкой, после чего выполняют отпуск при температуре не выше температуры превращения Ас,. В то же время, в целях уменьшения числа этапов и экономии энергии, было проведено изучение и совершенствование процесса непосредственной закалки, что позволило сразу выполнять непосредственную закалку для нагретых труб, находящихся в состоянии после прокатки, от температуры превращения Аг₃ или более высокой на основе потенциально имеющейся в этих трубах теплоты, а затем выполнять отпуск.

В патентном документе 1 описан способ изготовления высокопрочных стальных труб, обладающих превосходной стойкостью к образованию трещин в результате коррозии под нагрузкой из-за наличия сульфидов, который содержит этапы создания из получаемых путем непрерывного литья заготовок из низколегированной стали, имеющей определенный состав, бесшовных стальных труб, непосредственной закалки стальных труб, повторного нагрева стальных труб до температуры в диапазоне температура превращения Ас₃ - температура превращения Ас₃+100°С и повторной закалки стальных труб от этой температуры, и этап отпуска стальных труб при температуре, не превышающей температуру превращения Ас₁. Это - способ, при котором перед этапом отпуска, входящим в состав простого процесса непосредственной закалки, добавлены повторный нагрев и закалка. При использовании этого способа за счет измельчения зерна значительно повышается стойкость к образованию трещин в результате коррозии под нагрузкой из-за наличия сульфидов по сравнению с простым процессом непосредственной закалки.

В патентном документе 2, аналогично патентному документу 1, описан способ изготовления высокопрочных стальных труб, который содержит этап повторного нагрева и закалки после непосредственной закалки, где стальные трубы подвергают непосредственной закалке и отпуску при определенных условиях в целях управления выделением карбидных фаз.

В патентном документе 3 описан способ изготовления высокопрочных бесшовных стальных труб, обладающих превосходной стойкостью к образованию трещин под нагрузкой из-за наличия сульфидов (далее называемой стойкостью к 88С), при выполнении которого заготовки из низколегированной стали, имеющей определенный состав, подвергают прошивке в горячем состоянии и горячей прокатке для получения бесшовных стальных труб. При использовании этого способа заготовки подвергают прошивке, а затем чистовой прокатке с уменьшением площади сечения на уровне 40% или более при окончательной температуре в диапазоне 800-1050°С, после чего подвергают повторному нагреву в определенных условиях до температуры в диапазоне 850-1050°С, затем стальные трубы сразу подвергают непосредственной закалке, а также отпуску при температуре не выше температуры превращения Ас₁. В этом документе также описан способ, в котором после непосредственной закалки один или два раза выполняют повторный нагрев и закалку.

Термин повторный нагрев, указанный в п.1 формулы изобретения в патентном документе 3, относится не к повторному нагреву от обычной температуры, а к повторному нагреву, выполняемому в промежутке между этапом чистовой прокатки и этапом непосредственной закалки, и поэтому соответствует дополнительному нагреву в настоящем описании. В патентном документе 3 указано, что этот повторный нагрев способствует измельчению кристаллических зерен, как при рекристаллизации. В патентном документе 3 используется термин непосредственная закалка, при этом процесс непосредственной закалки и предшествующий процесс соответствуют выполняемой в технологической линии термической

- 1 019610 обработке в настоящем описании. То есть патентный документ 3 относится к усовершенствованной технологии, выполняемой в технологической линии термической обработки, или технологии, при которой повторный нагрев и закалку объединяют с этапом выполняемой в технологической линии термической обработки.

В патентном документе 4 также описан способ изготовления бесшовных стальных труб. При использовании этого способа, после выполнения прошивки-прокатки при определенной степени деформации, трубы прокатывают при определенной средней степени деформации, при коэффициенте обжатия 40% или более и при окончательной температуре 800-1050°С, используя группу прокатных станов, в которой в непосредственной близости друг от друга расположены стан прокатки с непрерывным удлинением и стан чистовой прокатки. После этого полученные стальные трубы подвергают закалке до температуры, не превышающей температуру превращения Аг₃, со скоростью охлаждения 80°С/мин или выше, охлажденные стальные трубы подвергают повторному нагреву до 850-1000°С, а затем выполняют для них процесс последовательных закалки и отпуска.

Этот способ изготовления бесшовных стальных труб, при котором этапы выполняют с использованием последовательности непрерывных технологических линий, отличается тем, что после завершения чистовой прокатки при высокой температуре стальные трубы охлаждают до температуры, не превышающей температуру превращения Аг₃ (охлаждение прекращают на полпути), а затем подвергают повторному нагреву, что позволяет повернуть вспять превращение из ферритной фазы с объемноцентрированной кубической решеткой (ОЦК) в аустенитную фазу с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК).

Упомянутые патентные документы:

патентный документ 1: 1Р6-220536А;

патентный документ 2: 1Р2000-297344А;

патентный документ 3: 1Р8-311551 А;

патентный документ 4: 1Р9-287028А.

Сущность изобретения Проблема, решаемая изобретением

Как описано выше, рассмотрено большое число усовершенствованных технологий непосредственной закалки или выполняемой в технологической линии термической обработки (далее иногда обобщенно называемых непосредственной закалкой или т.п.), в которых повторный нагрев и закалка (или дополнительный последующий отпуск) объединены с процессом непосредственной закалки или способом выполняемой в технологической линии термической обработки.

Как указано в патентном документе 4, бесшовные стальные трубы можно эффективным образом изготавливать на непрерывной технологической линии. Однако при реализации изобретения, соответствующего патентному документу 4, возникает проблема, заключающаяся в необходимости значительных инвестиций в оборудование, и в то же время накладываются ограничения на интервал времени обработки и подобного на каждом этапе процесса из-за непрерывности технологической линии.

С другой стороны, способы, указанные в патентных документах 1-3, необязательно выполнять в непрерывном режиме. Поэтому при установке оборудования, обеспечивающего быстрое охлаждение, которое предназначено для закалки, на выходной стороне стана чистовой прокатки для труб, подвергаемых горячей прокатке, либо при установке дополнительного нагревательного оборудования перед первой закалкой на выходной стороне стана чистовой прокатки и установке оборудования, обеспечивающего быстрое охлаждение, на выходной стороне дополнительного нагревательного оборудования, данные способы можно выполнять путем добавочного использования нагревательной печи для закалки, оборудования, обеспечивающего быстрое охлаждение, для закалки и печи для отпуска, - все из которых являются внешними для технологической линии (не встроенными). Это означает, что способы, описанные в патентных документах 1-3, можно легко выполнять при частичной модификации или использовании существующего оборудования по сравнению со способом, описанным в патентном документе 4.

Однако в случае, когда этап повторного нагрева для второй закалки (повторного нагрева и закалки) и последующие этапы выполняются вне технологической линии, стальные трубы необходимо транспортировать на входную сторону внешней закалочной печи после завершения первой закалки (непосредственной закалки или т.п.), а в некоторых случаях они должны храниться до начала повторного нагрева и закалки. В этом случае возникает проблема, заключающаяся в образовании трещин из-за ударов во время транспортировки стальных труб и образовании трещин во время их хранения. Подразумевается, что образование трещин из-за ударов или образование трещин при хранении является одним из видов замедленного разрушения и может происходить в стальных трубах, находящихся в состоянии после закалки.

За счет объединения осуществляемых вне линии повторного нагрева, закалки и отпуска с непосредственной закалкой или выполняемой в технологической линии термической обработкой предотвращается увеличение зерна предшествующего аустенита, и поэтому повышается ударная вязкость. Однако в случае низколегированной стали, чтобы обеспечить закалку при выполнении непосредственной закалки, требуется быстрое охлаждение, обычно в воде. Поэтому трубы из низколегированной стали в подобном состоянии подвержены возникновению такого вида замедленного разрушения, как образование трещин

- 2 019610 из-за ударов, что может создать проблемы в процессе транспортировки к внешнему закалочному оборудованию.

Задачей настоящего изобретения является предложить способ изготовления бесшовных стальных труб, в котором после их непосредственной закалки или т.п. бесшовные стальные трубы из низколегированной стали подвергают внешней (оГПше) термической обработке путем повторного нагрева, закалки и отпуска, что позволяет предотвратить такие виды замедленного разрушения, как образование трещин изза ударов и образование трещин при хранении, без неблагоприятного влияния на характеристики продукции.

Средства решения проблемы

Авторы настоящего изобретения тщательным образом провели многочисленные исследования и эксперименты с целью изучения средств для препятствования образованию трещин из-за ударов и в результате пришли к следующим выводам.

a) Учитывая опыт работы на заводах, твердость стали на уровне 42 ИКС или ниже на стадии до повторного нагрева и закалки, предпочтительно 41 НКС или ниже, впоследствии не вызовет проблем при обычных ударах на стадии транспортировки. Более предпочтительно, чтобы твердость составляла 40 НКС или менее.

b) Чтобы обеспечить твердость стали на уровне 42 НКС или ниже, предпочтительно 41 НКС или ниже и более предпочтительно 40 НКС или ниже, на стадии до повторного нагрева и закалки, твердость бесшовной стальной трубы должна быть на уровне 42 НКС или ниже, предпочтительно 41 НКС или ниже и более предпочтительно 40 НКС или ниже во время изготовления стальных труб в условиях высокой температуры и при подвергании их непосредственной закалке, а также перед их транспортировкой с технологической линии, на которой выполняются эти процессы.

c) Широко известно, что в обычном случае твердость стали в состоянии после закалки является высокой и снижается путем отпуска. Таким образом, за счет включения этапа отпуска после непосредственной закалки и перед транспортировкой с технологической линии можно снизить твердость стали перед такой транспортировкой, что позволяет препятствовать такому виду замедленного разрушения, как образование трещин из-за ударов во время транспортировки.

б) Однако было обнаружено, что в случае, когда после непосредственной закалки выполняют обычный отпуск, внешние (оГйше, выполняемый вне технологической линии) повторный нагрев, закалка и отпуск могут благоприятствовать увеличению зерна предшествующего аустенита, и значимость внешних закалки и отпуска, объединенных с непосредственной закалкой, может быть утрачена. В случае, когда в процессе имеется несколько этапов закалки, размер зерна предшествующего аустенита относится к тому размеру, который наблюдается на стадии после завершения последнего этапа закалки.

е) Выявлено, что как уменьшение размера зерна предшествующего аустенита, так и повышение стойкости к образованию трещин из-за ударов достигаются, когда термическая обработка после непосредственной закалки выполняется в определенном диапазоне условий.

Эта термическая обработка зависит от температуры термообработки. Предпочтительно, чтобы значение РЬ выбиралось в заранее заданном диапазоне с использованием следующей формулы (1) для вычисления параметра Ларсона-Миллера, что позволяет обеспечить попадание твердости стали в удовлетворительный диапазон:

РЬ=(т+273)х[19,78+1од(1:) ] (1) где Т - температура термической обработки (°С);

ΐ - длительность термической обработки (ч) и

1од - десятичный логарифм.

Г) Выше рассмотрен случай, когда после чистовой горячей прокатки выполняют непосредственную закалку. Однако в случае, когда после чистовой горячей прокатки стальные трубы нагревают в дополнительной нагревательной печи, а затем закаливают, также можно достичь того же эффекта. То же может быть достигнуто и в случае выполнения способа встроенной термической обработки.

Настоящее изобретение создано на основе указанных выше выводов, и его основными составляющими являются способы изготовления бесшовных стальных труб, указанные далее в пп.1-7. Далее эти признаки иногда называются пп.1-7 настоящего изобретения. Также пп.1-7 иногда обобщенно называются настоящим изобретением.

1. Способ изготовления бесшовных стальных труб, в котором заготовку (в частности, биллет), имеющую следующий состав мас.%: 0,15-0,35 С; 0,05-0,5 δί; 0,1-1,5 Мп; 0,2-1,5 Сг; 0,1-1,5 Мо; 0,005-0,50 Τι и 0,001-0,50 А1, остальное - Ре и примеси, причем примеси включают 0,1% N1 или менее; 0,04% Р или менее; 0,01% δ или менее, 0,01% N или менее и 0,01% О или менее, подвергают прошивке в горячем состоянии и горячей прокатке, а затем выполняют термическую обработку, при которой горячекатаную стальную трубу подвергают непосредственной закалке от температуры не ниже температуры превращения Аг₃; после чего стальную трубу подвергают термической обработке при температуре не ниже 450°С и не выше температуры превращения Ас₁ в оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством для выполнения непосредственной закалки; и затем стальную трубу, прошедшую термическую обработку, подвергают повторному нагреву, закалке от температуры не ниже темпе

- 3 019610 ратуры превращения Ас₃ и отпуску при температуре не выше температуры превращения Ас,.

2. Способ изготовления бесшовных стальных труб, указанный в п.1, в котором температура термической обработки в оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством для выполнения непосредственной закалки, составляет не менее 450°С и не более температуры превращения Ас,, а значение РЬ, определенное по приведенной ниже формуле (1), находится в диапазоне от 14000 до 18600:

Р1>=(Т+273)Х[19,78+1од(Ё) ] (1) где Т - температура термической обработки (°С);

ΐ - длительность термической обработки (ч) и

1од - десятичный логарифм.

3. Способ изготовления бесшовных стальных труб, указанный в п.2, в котором температура термической обработки в оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством для выполнения непосредственной закалки, составляет более 500°С, но не более температуры превращения Ас₁, а значение РЬ, определенное по приведенной ниже формуле (1), находится в диапазоне от 14000 до 18600:

РЪ=(Т+273)х[19,78+1од(Ъ)] (1) где Т - температура термической обработки (°С);

ΐ - длительность термической обработки (ч) и

1од - десятичный логарифм.

4. Способ изготовления бесшовных стальных труб, в котором заготовку, имеющую следующий состав в мас.%: 0,15-0,35 С; 0,05-0,5 δΐ; 0,1-1,5 Мп; 0,2-1,5 Сг; 0,1-1,5 Мо; 0,005-0,50 Τι и 0,001-0,50 А1, остальное - Ее и примеси, причем примеси включают 0,1% N1 или менее; 0,04% Р или менее; 0,01% δ или менее, 0,01% N или менее и 0,01% О или менее, подвергают прошивке в горячем состоянии и горячей прокатке, а затем выполняют термическую обработку, при которой горячекатаную стальную трубу выдерживают при температуре не ниже температуры превращения Аг₃ и не выше 1000°С и подвергают закалке на этой технологической линии (шНпе) от температуры не ниже температуры превращения Аг₃; после чего стальную трубу подвергают термической обработке при температуре не ниже 450°С и не выше температуры превращения Ас₁ в оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством для выполнения упомянутой закалки на этой технологической линии; и затем стальную трубу, прошедшую термическую обработку, подвергают повторному нагреву, закалке от температуры не ниже температуры превращения Ас₃ и отпуску при температуре не выше температуры превращения Ас₁.

5. Способ изготовления бесшовных стальных труб, указанный в п.4, в котором температура термической обработки в оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством для выполнения упомянутой закалки на этой технологической линии, составляет не менее 450°С и не более температуры превращения Ас₁, а значение РЬ, определенное по приведенной ниже формуле (1), находится в диапазоне от 14000 до 18600:

РЬ=(Т+273)X[19,78+1од(1)] (1) где Т - температура термической обработки (°С);

ΐ - длительность термической обработки (ч) и

1од - десятичный логарифм.

6. Способ изготовления бесшовных стальных труб, указанный в п.5, в котором температура термической обработки в оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством для выполнения упомянутой закалки на этой технологической линии, составляет более 500°С, но не более температуры превращения Ас₁, а значение РЬ, определенное по приведенной ниже формуле (1), находится в диапазоне от 14000 до 18600:

РЬ=(Т+273)х[19,78+1од(С)] (1) где Т - температура термической обработки (°С);

ΐ - длительность термической обработки (ч) и

1од - десятичный логарифм.

7. Способ изготовления бесшовных стальных труб, указанный в любом из пп.1-6, в котором заготовка содержит по меньшей мере один компонент, выбранный по меньшей мере из одной из следующих групп Ι-ΙΙΙ химических элементов, вместо части Ее:

I - 0,01% В или менее;

II - 0,5% V или менее; 0,4% N6 или менее;

III - 0,005% Са или менее; 0,005% Мд или менее; 0,005% КЕМ (Каге Еайй Меΐа1, химический элемент - редкоземельный металл) или менее.

- 4 019610

Эффекты от применения изобретения

Согласно настоящему изобретению можно предложить процесс изготовления бесшовных труб из низколегированной стали, в котором стальные трубы после их непосредственной закалки или т.п. подвергают термической обработке вне технологической линии путем выполнения повторного нагрева, что позволяет предотвратить возникновение таких видов замедленного разрушения, как образование трещин из-за ударов и образование трещин при хранении, без неблагоприятного влияния на характеристики продукции.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - график, иллюстрирующий взаимосвязь между значением РЬ и твердостью после термической обработки.

Фиг. 2 - график, иллюстрирующий взаимосвязь между значением РЬ и размером зерна аустенита (γ-фазы) после повторного нагрева и закалки.

Описание вариантов реализации изобретения

Далее подробно описан способ изготовления бесшовных труб из низколегированной стали, соответствующий настоящему изобретению.

Химический состав низколегированной стали.

Способ изготовления бесшовных стальных труб, соответствующий настоящему изобретению, реализуют путем выполнения процесса, в котором заготовки из низколегированной стали, каждая из которых имеет определенный химический состав, подвергают прошивке в горячем состоянии и горячей прокатке, и прокатанную трубу затем подвергают термической обработке. Сначала рассмотрим химический состав низколегированной стали, используемой в способе изготовления стальных труб из низколегированной стали, соответствующем настоящему изобретению. Ниже символом % обозначены проценты по массе.

С: 0,15-0,35%.

С (углерод) представляет собой химический элемент, необходимый для улучшения закаливаемости стали с целью повышения ее прочности. Однако, если содержание С ниже 0,15%, эффект от закалки является небольшим и невозможно получить достаточную прочность. С другой стороны, если содержание С превышает 0,35%, заметно снижается стойкость к образованию трещин из-за ударов, и в некоторых случаях эффект от реализации настоящего изобретения не может быть достигнут. Кроме того, при выполнении только операции закалки в стальной трубе могут возникать закалочные трещины. Поэтому содержание С должно быть на уровне 0,15-0,35%. Предпочтительным является содержание С на уровне 0,20-0,30%.

δί: 0,05-0,5%.

8ί (кремний) представляет собой химический элемент, необходимый для раскисления стали, и способствует повышению стойкости к разупрочнению во время отпуска с целью улучшения стойкости к 88С. Однако избыточное его содержание может вызвать охрупчивание стали. Для раскисления и повышения стойкости к 88С необходимо содержание кремния на уровне 0,05% или более, но содержание δί, превышающее 0,5%, неблагоприятно влияет на ударную вязкость и стойкость к 88С. Поэтому содержание δί должно быть на уровне 0,05-0,5%. Предпочтительным является содержание δί на уровне 0,100,35%.

Мп: 0,1-1,5%.

Мп (марганец) включают в состав с целью раскисления и десульфурации. Однако, если содержание Мп ниже 0,1%, его влияние недостаточно. С другой стороны, содержание Мп, превышающее 1,5%, снижает ударную вязкость и стойкость стали к 88С. Поэтому содержание Мп должно быть на уровне 0,11,5%. Предпочтительным является содержание Мп на уровне 0,20-0,70%.

Сг: 0,2-1,5%.

Сг (хром) представляет собой химический элемент, который обеспечивает закаливаемость стали, улучшает ее прочность и увеличивает ее стойкость к 88С. Однако содержание Сг ниже 0,2% не может обеспечить удовлетворительного эффекта, а содержание Сг, превышающее 1,5%, наоборот, снижает ударную вязкость и стойкость к 88С. Поэтому содержание Сг должно быть на уровне 0,2-1,5%. Предпочтительным является содержание Сг на уровне 0,3-1,0%.

Мо: 0,1-1,5%.

Мо (молибден) повышает закаливаемость стали для обеспечения высокой прочности, а также повышает стойкость к разупрочнению во время отпуска. Как результат, молибден делает возможным высокотемпературный отпуск, а также эффективен с точки зрения повышения стойкости к 88С. Однако содержание Мо ниже 0,1% уменьшает эти эффекты, с другой стороны, при содержании Мо, превышающем 1,5%, эти эффекты достигают своего предела, и, наоборот, стойкость к δδС снижается из-за ликвации. Поэтому содержание Мо должно быть на уровне 0,1-1,5%. Предпочтительным является содержание Мо на уровне 0,3-0,8%.

- 5 019610

Τι: 0,005-0,50%.

Τι (титан) выделяется в виде мелких карбонитридов в процессе повышения температуры при повторном нагреве для внешней закалки и предотвращает увеличение размера кристаллических зерен и избыточный рост зерна во время повторного нагрева и закалки. Кроме того, титан связывает азот, являющийся в стали примесью. Поэтому при добавлении в сталь бора титан позволяет бору находиться в стали в виде твердого раствора во время закалки, что улучшает закаливаемость стали. Однако содержание Τι ниже 0,005% уменьшает эти эффекты, с другой стороны, содержание Τι, превышающее 0,50%, ухудшает ударную вязкость стали. Поэтому содержание Τι должно быть на уровне 0,005-0,50%. Предпочтительным является содержание Τι на уровне 0,01-0,10%.

А1: 0,001-0,50%.

А1 (алюминий) представляет собой химический элемент, эффективный при раскислении стали. Однако при содержании А1 ниже 0,001% невозможно достичь желаемого эффекта, а содержание А1, превышающее 0,50%, увеличивает количество включений, приводя к ухудшению ударной вязкости стали. Укрупнение включений снижает стойкость к 88С. Поэтому содержание А1 должно быть на уровне 0,001-0,50%.

Химический состав бесшовной стальной трубы, соответствующей настоящему изобретению, включает Ре и примеси в дополнение к указанным выше компонентам. В том виде, как он здесь используется, термин примеси относится к компонентам, которые присутствуют из-за влияния различных факторов процесса изготовления, включая состав исходных материалов, таких как железная руда и лом, когда бесшовные стальные трубы изготавливают на промышленной основе, и которые допускаются в том объеме, который не оказывает неблагоприятного влияния на настоящее изобретение.

В настоящем изобретении содержание N1, Р, 8, N и О (кислорода) в виде примесей должно быть ограничено в соответствии с указанным ниже.

Νί: 0,1% или менее.

Νί (никель) снижает стойкость стали к 88С, и, если содержание N1 превышает 0,1%, стойкость к 88С заметно снижается. Поэтому содержание N1, как примесного элемента, должно быть на уровне 0,1% или менее.

Р: 0,04% или менее.

Р (фосфор) выделяется по границам зерен, приводя к ухудшению ударной вязкости и стойкости стали к 88С, и содержание Р, превышающее 0,04%, заметно снижает ударную вязкость и стойкость к 88С. Поэтому верхним пределом содержания Р, как примесного элемента, должно быть 0,04%. Предпочтительно содержание Р составляет 0,025% или менее.

8: 0,01% или менее.

(сера) создает крупные включения, приводящие к снижению у стали ударной вязкости и стойкости к 88С. Содержание 8, превышающее 0,01%, заметно снижает ударную вязкость и стойкость к 88С. Поэтому верхним пределом содержания 8, как примесного элемента, должно быть 0,01%. Предпочтительно содержание 8 составляет 0,005% или менее.

N 0,01% или менее.

N (азот) - при его содержании в избытке, как правило, создает крупные включения вместе с А1, Τι, N6 и подобным, приводя к снижению у стали ударной вязкости и стойкости к 88С. Содержание N превышающее 0,01%, заметно снижает ударную вязкость и стойкость к 88С. Поэтому верхним пределом содержания N как примесного элемента, должно быть 0,01%. Кроме того, избыточное присутствие азота снижает эффект улучшения закаливаемости, обеспечиваемый бором. Поэтому, когда в сталь добавлен бор, желательно связывать азот титаном, чтобы он не снижал эффекта от добавления В.

О: 0,01% или менее.

О (кислород) создает включения вместе с А1, 81 и подобным, приводя к снижению у стали ударной вязкости и стойкости к 88С за счет укрупнения включений. Содержание О, превышающее 0,01%, заметно снижает ударную вязкость и стойкость к 88С. Поэтому верхним пределом содержания О, как примесного элемента, должно быть 0,01%.

В качестве необязательных компонентов вместо части Ре, если это необходимо, в химический состав бесшовной стальной трубы, соответствующей настоящему изобретению, в дополнение к указанным выше компонентам могут дополнительно входить один или более химических элементов, выбираемых из В, V, N6, Са, Мд и КЕМ (редкоземельные элементы).

В: 0,01% или менее.

В (бор) можно включать в состав при необходимости. Незначительное содержание В увеличивает закаливаемость стали и повышает ее стойкость к 88С. Однако содержание В, превышающее 0,01%, снижает у стали ударную вязкость и стойкость к 88С. Поэтому содержание В должно быть на уровне 0,01% или менее. Хотя эффект от бора может быть достигнут при содержании 0,0001% или выше, предпочтительно бора должно содержаться 0,0005% или выше, чтобы обеспечить этот эффект на устойчивом уровне. Когда содержание Τι недостаточно и азот титаном связывается недостаточно, растворенный азот соединяется с бором с образованием В№ в результате чего реальная концентрация В снижается. Добавляемое количество В необходимо определять с учетом содержания Τι и N.

- 6 019610

V: 0,5% или менее.

V (ванадий) можно включать в состав при необходимости. Если он входит в состав, ванадий выделяется в виде мелких карбидов (УС) во время отпуска, приводя к повышению стойкости к разупрочнению при отпуске и делая возможным высокотемпературный отпуск. В результате, достигается эффект улучшения стойкости к 88С. В частности, так как добавление ванадия с ниобием дает эффект увеличения у стали стойкости к образованию трещин под нагрузкой из-за наличия сульфидов, то ванадий можно включать в состав, если это необходимо. Однако содержание V, превышающее 0,5%, ухудшает ударную вязкость стали. Поэтому содержание V должно быть на уровне 0,5% или менее. Предпочтительное содержание V составляет 0,2% или менее. Чтобы обеспечить эффект от наличия V на устойчивом уровне, предпочтительное содержание V должно составлять 0,05% или более.

N6: 0,4% или менее.

N6 (ниобий) можно включать в состав при необходимости. Если он входит в состав и после чистовой прокатки выполняют дополнительный нагрев, ниобий выделяется в виде мелких карбонитридов, что предотвращает увеличение размера кристаллических зерен и избыточный рост зерна во время повторного нагрева и закалки. В дополнение к этому, растворенный ниобий выделяется в виде мелких карбонитридов во время отпуска после непосредственной закалки и обеспечивает уменьшение размера зерна предшествующего аустенита и повышение стойкости к 88С, таким образом, ниобий можно включать в состав, если это необходимо. Однако содержание N6, превышающее 0,4%, ухудшает ударную вязкость стали. Поэтому содержание N6 должно быть на уровне 0,4% или менее. Предпочтительное содержание N6 составляет 0,1% или менее. Чтобы обеспечить эффект от наличия N6 на устойчивом уровне, предпочтительное содержание N6 должно составлять 0,005% или более. Более предпочтительно, если содержание N6 составляет 0,01% или более.

Са: 0,005% или менее;

Мд: 0,005% или менее;

КЕМ: 0,005% или менее.

Эти химические элементы можно включать в состав при необходимости. Если они входят в состав, любой из этих элементов реагирует с серой, присутствующей в стали в виде примеси, с образованием сульфидов и улучшает форму включений, а также увеличивает стойкость к 88С. Поэтому по меньшей мере один из этих элементов можно включать в состав, если это необходимо. Однако, если содержание любого элемента превышает 0,005%, не только снижаются ударная вязкость и стойкость к 88С, но, кроме того, на поверхности стали возникает множество дефектов. Поэтому содержание любого из этих элементов должно быть на уровне 0,005% или менее. Предпочтительное их содержание составляет 0,003% или менее. Верхний предел суммарного содержания, в случае наличия двух или более этих элементов, составляет 0,005% или менее, предпочтительно 0,003% или менее. Чтобы обеспечить эффект от наличия этих элементов на устойчивом уровне, предпочтительное содержание любого из этих элементов должно составлять 0,0001% или более.

КЕМ - это общее название семнадцати химических элементов, где к пятнадцати элементамлантаноидам добавлены Υ и Бе, при этом в состав можно включать один или более из этих элементов. Содержание КЕМ означает общее содержание этих элементов.

Прошивка в горячем состоянии, горячая прокатка и термическая обработка.

В настоящем изобретении заготовку, состоящую из указанной выше низколегированной стали, нагревают в температурном диапазоне, позволяющем выполнять прошивку, и подвергают прошивке в горячем состоянии. Заготовка всего лишь должна иметь указанный выше химический состав, и не играет роли, получена ли она путем литья в слитки, непрерывного литья в блюмы или непрерывного литья в круглые заготовки. Температура нагрева заготовки перед прошивкой обычно находится в диапазоне 1100-1300°С. Средства для прошивки в горячем состоянии без необходимости не ограничиваются, и, например, полая гильза может быть получена путем прошивки по методу Маннесманна.

Полученную полую гильзу подвергают прокатке с большой степенью удлинения и чистовой прокатке. Удлинение представляет собой этап получения бесшовной стальной трубы, имеющей требуемые форму и размер, путем удлинения полой гильзы, полученной в результате прошивки на прошивном стане, и путем регулирования ее размера, и может выполняться с использованием, например, стана для прокатки бесшовных труб на оправке. Чистовая прокатка может выполняться с использованием калибровочного стана или т.п. Степень обработки при общем удлинении и чистовой прокатке без необходимости не ограничивается. Кроме того, требуемая температура чистовой прокатки составляет не выше 1100°С. Однако, если температура чистовой прокатки превышает 1050°С, появляется тенденция к укрупнению кристаллических зерен. Поэтому предпочтительная температура чистовой прокатки составляет 1050°С или менее. Если температура прокатки составляет 900°С или менее, при прокатке возникают некоторые трудности, связанные с увеличением сопротивления деформации.

Согласно пп.1-3 изобретения закалку выполняют вскоре после завершения горячей прокатки. Температура закалки должна быть не ниже температуры превращения Аг₃. Причина заключается в том, что при температурах ниже температуры превращения Аг₃ после непосредственной закалки невозможно обеспечить микроструктуру, состоящую, главным образом, из мартенсита, и после второй закалки не

- 7 019610 возможно обеспечить заранее заданную прочность. В качестве способа закалки по экономическим соображениям используется обычная закалка в воде. Однако может быть использован любой способ закалки, при котором происходит превращение в мартенсит, например можно применить закалку в водяном тумане.

Согласно пп.4-6 изобретения после завершения горячей прокатки горячекатаную трубу нагревают в печи, предназначенной для выдерживания, в температурном диапазоне от температуры превращения Аг₃до 1000°С. Если трубу нагревают до температуры, превышающей 1000°С, становится заметным укрупнение аустенита, в результате чего трудно уменьшить размер зерна предшествующего аустенита, даже если затем выполняют повторный нагрев и закалку.

В способах, соответствующих пп.4-6 формулы изобретения, так как трубу нагревают до температуры в указанном выше диапазоне непосредственно перед осуществляемой в технологической линии закалкой, если закалку выполняют сразу после термической обработки в печи, предназначенной для выдерживания, без проблем можно обеспечить температуру закалки не ниже температуры превращения Аг₃. Способ закалки идентичен указанному в пп.1-3 формулы изобретения.

В настоящем изобретении после указанной выше непосредственной закалки или закалки с использованием способа осуществляемой в технологической линии термической обработки трубу подвергают термической обработке при температуре не ниже 450°С и не выше температуры превращения Ас₁ в оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством, предназначенным для выполнения указанной выше непосредственной закалки или т.п.

Способ изготовления, соответствующий настоящему изобретению, отличается тем, что после указанной выше непосредственной закалки или т.п. трубу подвергают термической обработке при температуре не выше температуры превращения Ас1 в оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством, предназначенным для выполнения указанной выше непосредственной закалки или т.п. Этот этап термической обработки позволяет уменьшить твердость стали и препятствует возникновению замедленного разрушения на стадии транспортировки и при хранении перед последующей внешней термической обработкой (внешней закалкой). Таким образом, в этих целях необходимо не только выполнить термическую обработку при температуре не выше температуры превращения Ас₁, но также выполнить эту термическую обработку на оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством, предназначенным для выполнения непосредственной закалки или т.п. Таким образом, выполнение термической обработки вне технологической линии при температуре не выше температуры превращения Ас₁ является совершенно бессмысленным, так как появляется необходимость транспортировать закаленную стальную трубу для этой термической обработки, что приводит к возникновению проблемы в виде образования трещин из-за ударов на стадии транспортировки.

Целью термической обработки при температуре не выше температуры превращения Ас₁ является поддержание твердости стали на уровне 42 НЕС или ниже, предпочтительно 41 НЕС или ниже и более предпочтительно 40 НЕС или ниже. Это позволяет препятствовать таким видам замедленного разрушения стальной трубы, как образование трещин из-за ударов и образование трещин при хранении. Механизм препятствования возникновению замедленного разрушения необязательно является четко определенным. Так как при этой термической обработке также значительно повышается ударная вязкость стальной трубы, то такое повышение также может способствовать тому, чтобы препятствовать образованию трещин из-за ударов.

Если температура термической обработки ниже 450°С, трудно поддерживать твердость стали на уровне 42 НЕС или ниже во время обычной термической обработки, и для повышения стойкости к образованию трещин из-за ударов требуется чрезмерно длительный период термической обработки. Поэтому в ходе термической обработки при температуре ниже 450°С невозможно достичь удовлетворительного эффекта повышения. С другой стороны, если температура термической обработки, проводимой для разупрочнения, превышает температуру превращения Ас1, стальную трубу нагревают в зоне наличия двух фаз - феррита и аустенита, в результате чего невозможно на последующем этапе полностью завершить обратное превращение из ферритной фазы с объемно-центрированной кубической решеткой (ВСС) в аустенитную фазу с гранецентрированной кубической решеткой (ЕСС). Поэтому включение промежуточного этапа внешней закалки для полного завершения этого обратного превращения становится бессмысленным. В предпочтительном случае температура при этой термической обработке составляет не более 500°С. Далее термин разупрочняющая обработка относится к термической обработке, следующей за непосредственной закалкой или т.п. и предшествующей повторному нагреву и закалке, которую проводят для снижения твердости стальной трубы, что позволяет легко отличать эту термическую обработку от окончательного отпуска, проводимого после повторного нагрева и закалки.

Что касается периода времени, необходимого для разупрочняющей обработки, то в связи с тем, что эту обработку выполняют как продолжение предшествующего этапа в нагревательном устройстве, соединенном с закалочным устройством, расположенным на этапе непосредственной закалки или т.п., желательно выполнять эту термическую обработку в течение короткого периода времени из-за особенностей такой обработки. Хотя длительный период времени разупрочняющей обработки не исключается с точки зрения предотвращения замедленного разрушения, короткий период такой обработки требует

- 8 019610 только оборудования с небольшой производственной мощностью. Период разупрочняющей обработки предпочтительно составляет от 1 до 300 мин, более предпочтительно от 2 до 60 мин.

Эффект разупрочнения при разупрочняющей обработке зависит от температуры этой обработки. В настоящем изобретении для вычисления параметра Ларсона-Миллера можно использовать следующую формулу (1):

РЬ=(Т+273)X[19,78+1од(ί)] (1) где Т - температура термической (разупрочняющей) обработки (°С);

- длительность термической обработки (ч) и

1од - десятичный логарифм.

В этом случае предпочтительно, чтобы разупрочняющая обработка выполнялась таким образом, чтобы значение РЬ находилось в диапазоне 14000-18600. Если значение РЬ не ниже 14000, можно поддерживать твердость стали на уровне 42 ИКС или ниже, что позволяет дополнительно повысить стойкость к образованию трещин из-за ударов. Если значение РЬ не выше 18600, после повторного нагрева и закалки можно сделать размерный балл зерна γ-фазы (в соответствии со стандартом Α8ΤΜ Е-112-96, который будет применяться и далее) равным 8,5 или более, что позволяет сделать еще более отчетливой тенденцию повышения стойкости к 88С.

Более предпочтительно, чтобы разупрочняющая обработка выполнялась таким образом, чтобы значение РЬ находилось в диапазоне от 14000 до 18300. В этом случае размерный балл зерна γ-фазы после повторного нагрева и закалки может быть установлен равным 8,7 или выше.

Еще более предпочтительно, чтобы разупрочняющая обработка выполнялась таким образом, чтобы значение РЬ находилось в диапазоне от 17000 до 18000. В этом случае размерный балл зерна γ-фазы после повторного нагрева и закалки может быть установлен равным 8,8 или выше, и твердость стали можно поддерживать на уровне 40 НКС или ниже.

Таким образом, когда разупрочняющую обработку выполняют при температуре, не превышающей температуру превращения Ас₁, обнаруживается более четкая тенденция к увеличению размера зерна предшествующего аустенита после повторного нагрева и закалки по сравнению со случаем, когда такая обработка не выполняется. Детальный механизм этого необязательно является четко определенным, однако предполагается, что с повышением температуры термической (разупрочняющей) обработки и увеличением периода времени этой обработки выделяются мелкие карбонитриды Τι и N6. Считается, что в связи с тем, что карбонитриды частично образуют скопления и укрупняются в процессе повторного нагрева и закалки, эффект закрепления не доходит до завершения на стадии выдержки при температуре не ниже температуры превращения Ас₃, соответствующей повторному нагреву и закалке, и размер зерна предшествующего аустенита после окончательной закалки немного увеличивается по сравнению со случаем, когда после непосредственной закалки не выполняют разупрочняющую обработку. В случае, когда выполняют только непосредственную закалку и не выполняют разупрочняющую обработку, считается, что в связи с тем, что стальную трубу выдерживают для закалки в состоянии, при котором существует немного карбонитридов, на этой стадии карбонитриды выделяются в мелкой форме, и эффект закрепления достигается в достаточной степени. Поэтому желательно выполнять разупрочняющую обработку в условиях нагрева, соответствующих минимальному значению РЬ, необходимому для поддержания твердости стали на уровне 42 НКС или ниже, предпочтительно 41 НКС или ниже и более предпочтительно 40 НКС или ниже.

Желательно, чтобы охлаждение после термической (разупрочняющей) обработки было на воздухе.

После термической (разупрочняющей) обработки охлажденную стальную трубу подвергают повторному нагреву и закалке вне технологической линии, а затем отпуску. Повторный нагрев для внешней закалки необходимо выполнять до температуры не ниже температуры превращения Ас₃. Так как закалочную обработку необходимо выполнять из аустенитного состояния, обеспечивают температуру закалки не ниже температуры превращения Аг₃. Если температура повторного нагрева превышает температуру превращения Ас₃+100°С, зерна аустенита укрупняются. Поэтому желательно задавать температуру нагрева на уровне не выше температуры превращения Ас₃+100°С. В качестве способа закалки обычно используется закалка в воде. Однако можно применять любой способ закалки, при котором происходит превращение в мартенсит, например можно использовать закалку в водяном тумане.

Верхним пределом температуры окончательного отпуска является температура превращения Ас₁, которая является верхним пределом для предотвращения выделения аустенита. С другой стороны, нижний предел температуры отпуска может меняться в соответствии с прочностью стальной трубы, которую необходимо получить. Когда прочность снижается, температура отпуска увеличивается, а когда прочность увеличивается, температура отпуска уменьшается.

Желательно, чтобы охлаждение после окончательного отпуска было на воздухе.

Пример 1.

Стали А-С с химическим составом, приведенным в табл. 1, были использованы при литье в устройстве для непрерывного литья с целью изготовления заготовок-биллетов диаметром 310 мм. Каждая из заготовок была подвергнута прошивке в прошивном стане Маннесманна после нагрева до 1250°С. Затем,

- 9 019610 после прокатки с целью удлинения с использованием стана для прокатки на оправке и прокатки с целью уменьшения диаметра с использованием обжимного устройства была получена труба, имеющая внешний диаметр 273,05 мм, толщину стенки 19,05 мм и длину 12 м. Температура в конце горячей прокатки составляла 950°С.

Таблица 1

Химический состав в % по массе, остальное - Ее и примеси
С		Мп	Р	з	Сг	МО	Τί	А1	N	О	В	V	N6	Са	Мд	КЕМ
0,27	0,22	0,44	0,008	0,0040	1,04	0,45	0,027	0,041	0,0031	0,0008	0,0014	-	0,027	0,0012	-	-
0,27	0,26	0,42	0,010	0,0010	1,01	0,67	0,012	0,036	0,0036	0,0007	0,0011	0,09	0,026	-	-	-
0,27	0,29	0,45	0,006	0,0012	0,51	0,69	0,017	0,039	0,0044	0,0009	0,0010	0,09	0, 011	0,0004	0,0002

Горячекатаную стальную трубу подвергали:

(a) непосредственной закалке, выполняемой в воде; и (b) осуществляемой в технологической линии термической обработке, при которой сразу после завершения горячей прокатки выполнялся параллельный нагрев до 950°С в течение 10 мин, а потом вы полнялась закалка с охлаждением в воде.

Условия термической (разупрочняющей) обработки приведены в табл. 2. В этой таблице ϋφ указывает, что выполнялась непосредственная закалка по указанному выше пункту (а), а 1ЬО указывает, что выполнялась осуществляемая в технологической линии термическая обработка по указанному выше пункту (Ь).

Таблица 2

□ в	Сталь	Процесс после горячей прокатки (Прим.1)	Термическая (разупрочняюшая) обработка	Свойство перед повторным нагревом и закалкой	Условия повторного нагрева и закалки	Ра змер зерна уфазы после повторного нагрева и закалки	Значение РЬ	Замечание (Прим.3)
Температура нагрева	Период выдержки	Поглощенная энергия, Дж	Пластичное разрушение, %	Твердость, НЕС
1	А	ОО	700”с	5 мин	72,3	73,7	34	Нагрев 920°СХ20 мин, затем охлаждение в воде	8,7	18196	Изобретение
2	А	Гф	650^вС	30 мин	41,7	53	38,1	8,8	17979
	А	СО	650^0	60 мин	40,3	55, 3	37,8	8, 8	18257
4	А	со	650^сС	90 мин	50,7	61,7	37,3	8,8	18419
5	А	ПО	650^вС	120 мин	47,3	59	37,2	8,8	18535
	А	со	600*С	5 мин	48	55, 3	39,3	9	17261
	А	го	500”С	5 мин	36,3	49,7	40	9,1	14456
8	А	ГО	400^сС	5 мин	25	34	44,8	***	12586	Сравнительный
	А	ГО	зоо®с	5 мин	30,3	35,7	47,4	***	10716
10	В	го	550”С	5 мин		***	39,6	9,1	15391	Изобретение
11	А	АВ.			*“	***	***	8,4		Обычный I
12	А	ϋθ		-	28,7	25,7	47,9	9,3		Обычный II
13	А	ϋθ	-	-	как и у М 12	-	6,1 (Прим.2)		Эталонный
14	А	1Ь<2	710°С	300 мин	88,3	70,3	20,1	Нагрев 920°СХ20 мин, затем охлаждение в воде	8,3	20131	Изобретение
15	А	1Ь<5	650°С	5 мин	***	***	38,2	8,9	17261
16	А		650°С	300 мин	74,0	85,0	34,2	8,4	18902
17	А		550®С	3 0 мин	41,7	56, 3	40,7	9,1	16031
18	А	ΙΕ0	550’С	120 мин	45,7	62,7	40,3	9,0	16527
19	А	АВ	-	-	...	...	...	Нагрев 900°схбЭ мин, затем охлаждение в воде	8,2		Обычный Т
20	А	1ЬО	-	-	***	***			9,1		Обычный II
21	А	ΙΓ0	-	-	28,7	38, 6	49,8	-	5,6 (Поим.2)		Эталонный
22	С	1БС	710°С	300 мин	128,7	84	21,7	Нагрев 920°СХ20 мин, затем охлаждение в воде	8,3	20131	Изобретение
23	С		650°С	10 мин	46,3	52	39,8	8,8	17539
24	С	1П<2	650°С	60 мин	69,3	76.7	39,2	8,7	18257
25	С	ΐΕ,ς	650°С	120 мин	54	63,3	38,5	8,6	18535
26	С	1Ы2	550°С	15 мин	***	***	39,5	9,0	15783
27	С	ιι,ς		-	***	***	“*	9,0	-	Обычный II
28	С	ΙΑΚ			***	♦**	***	как и у И¹ 19	8,2	-	Обычный I
29	С	ΤΙΧ5	-	-	42,3	52, 3	49,3	-	5,8 (Поим.2)	-	Эталонный

*** Указывает, что измерение не проводилось.

Примечание 1: IX,) - непосредственная закалка; 11-0 - осуществляемая в технологической линии термическая обработка (после горячей прокатки - дополнительный нагрев и закалка); ЛК - в состоянии после прокатки (естественное охлаждение после горячей прокатки).

Примечание 2: Приведен размер зерна γ-фазы после Бф или 1Ьф.

Примечание 3: Обычный Ι-АК - затем повторный нагрев и закалка; обычный ΙΙ-Бф или П,ф. затем - повторный нагрев и закалка.

- 10 019610

Чтобы смоделировать эффект термической (разупрочняющей) обработки после непосредственной закалки или после закалки с использованием встроенной термической обработки, стальную трубу, закаленную с охлаждением в воде, разрезали на части и подвергали термической обработке при различных условиях в экспериментальной печи. Кроме того, в экспериментальной печи выполнялись закалка и отпуск, моделирующие внешние закалку и отпуск. Нагрев для закалки составлял 920°С, время выдержки составляло 20 мин, и закалка проводилась в воде. Окончательный отпуск выполнялся при температуре не ниже 680°С и не выше температуры превращения Ас₁ со временем выдержки, составлявшим от 30 до 60 мин, что позволило бы поддерживать предел текучести (Υ8, Υίοΐά 8!тепд1й) на уровне 90 тыс. фунтов/кв.дюйм (620,5 МПа) - для сталей А и В и 110 тыс. фунтов/кв.дюйм (758,5 МПа) для стали С.

В качестве пунктов исследования были проведены измерение твердости и определение ударной вязкости по Шарпи на стадии, когда после непосредственной закалки или т.п. была выполнена разупрочняющая обработка (для сравнительной стальной трубы, которая не подвергалась разупрочняющей обработке после непосредственной закалки - на стадии, когда была выполнена только эта закалка). То есть был подготовлен образец из стальных труб, которые подверглись только непосредственной закалке и подверглись разупрочняющей обработке после непосредственной закалки или т.п.

При измерении твердости измерялась твердость по шкале С (НЕС) в трех точках для каждой из следующих частей: части поблизости от внутренней поверхности, части, расположенной по толщине стенки в ее центре, и части поблизости от внешней поверхности с использованием устройства для определения твердости по Роквеллу, и вычислялось среднее значение для девяти точек.

При определении ударной вязкости по Шарпи был подготовлен образец с У-образным надрезом, имеющий ширину 10 мм, который был вырезан в направлении Ь (продольном направлении, совпадающем с направлением прокатки) в соответствии со стандартом А8ТМ Е-23.

Тест проводился при комнатной температуре, и определялись пластичное разрушение в процентах и поглощенная энергия.

Оставшаяся часть стальной трубы, из которой был подготовлен образец для указанного выше исследования, была дополнительно подвергнута описанным выше повторному нагреву, закалке и отпуску. В стальной трубе, имеющей такое окончательное состояние, были исследованы размер зерна предшествующего аустенита и стойкость к 88С.

Размер зерна предшествующего аустенита исследовался в соответствии со стандартом А8ТМ Е-112-96 путем установки образца, поперечное сечение которого было перпендикулярно направлению прокатки, в полимер и проявления границ зерен путем корродирования образца с использованием насыщенного водного раствора пикриновой кислоты (метод Беше-Божара, Весйе!-Веаи)агб).

Результаты этих исследований также приведены в табл. 2. В табл. 2 тест № 12 представляет собой обычный пример, в котором сталь А не была подвергнута термической (разупрочняющей) обработке после непосредственной закалки или т.п. и была подвергнута повторному нагреву, закалке и отпуску (в табл. 2 указан как обычный способ II). Тест № 13 представляет собой пример, приведенный, чтобы показать размер зерна предшествующего аустенита только в состоянии непосредственной закалки, что демонстрирует размер зерна предшествующего аустенита, полученный в ходе процесса, в котором после непосредственной закалки выполнялся только отпуск (в табл. 2 указан как эталонный пример). Тест № 11 представляет собой случай, когда сталь А таким же образом подвергалась прошивке и прокатке в горячем состоянии для получения трубы, трубе давали остыть до комнатной температуры, а затем закаливали в воде с предварительным выдерживанием при 920°С в течение 20 мин, после чего закаленную трубу подвергали отпуску при 695°С в течение 60 мин (т.е. случай повторного нагрева, закалки и отпуска, соответствующий известному уровню техники, в табл. 2 указан как обычный способ I), при этом размер зерна предшествующего аустенита измерялся после нагрева для закалки.

Тесты № 20 (сталь А) и № 27 (сталь С) приведены как обычные, где после осуществляемой в технологической линии термической обработки труба подвергалась повторному нагреву, закалке и отпуску без термической (разупрочняющей) обработки (в таблице 2 указан как обычный способ II). Тест № 21 (сталь А) и № 29 (сталь С) приведены как эталонные, чтобы показать размер зерна предшествующего аустенита в состоянии только закалки после встроенной термической обработки, что демонстрирует размер зерна предшествующего аустенита, полученный в ходе процесса, в котором после закалки, выполненной сразу после встроенной термической обработки, проводился только отпуск (в табл. 2 указан как эталонный пример).

Тесты № 19 (сталь А) и № 28 (сталь С) представляют собой случаи, когда заготовка подвергалась прошивке и прокатке в горячем состоянии для получения трубы, трубе давали охладиться до комнатной температуры, а затем закаливали в воде с предварительным выдерживанием при 900°С в течение 69 мин во входящей в состав промышленного оборудования печи для внешней термической обработки, и закаленную трубу подвергали отпуску при 695°С в течение 60 мин (т.е. случай повторного нагрева, закалки и отпуска, соответствующий известному уровню техники, в табл. 2 указан как обычный способ I), при этом размер зерна предшествующего аустенита измерялся после повторного нагрева и закалки.

- 11 019610

Например, как видно из табл. 2, твердость в тесте № 12, составляющая приблизительно 48 ИКС после непосредственной закалки, снижается приблизительно до 40 при термической обработке 500°Сх5 мин, являющейся разупрочняющей, после непосредственной закалки или т.п., как показано в тесте № 7. Таким образом, можно предположить, что при поддержании температуры 500°С в течение более длительного периода времени или поддержании температуры выше 500°С обеспечивается твердость не выше 41 НКС.

Фиг. 1 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь между значением РЬ и твердостью, который получен на основе результатов тестов, приведенных в табл. 2. Предполагается, что при значении РЬ не ниже 14000 можно обеспечить твердость не выше 42 НКС.

Что касается размера зерна предшествующего аустенита после повторного нагрева и закалки, в случае, когда повторный нагрев, закалка и отпуск выполняются без разупрочняющей обработки после непосредственной закалки, то, например, в тесте № 12 размерный балл зерна предшествующего аустенита составляет 9,3. В этом случае размер зерна предшествующего аустенита снижается по сравнению с размером зерна с баллом 8,4 в случае, когда заготовку подвергают прошивке и прокатке в горячем состоянии для получения трубы, а затем трубу охлаждают без непосредственной закалки и подвергают повторному нагреву, закалке и отпуску (тест № 11, обычный способ I). Однако обнаруживается тенденция к уменьшению размерного балла зерна предшествующего аустенита после окончательной закалки с увеличением температуры термической (разупрочняющей) обработки или увеличением длительности периода термической обработки.

Та же тенденция обнаруживается в случае, когда после осуществляемой в технологической линии термической обработки выполняют закалку.

Фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь между значением РЬ и размером зерна аустенита (γ-фазы) после повторного нагрева и закалки (перед окончательным отпуском), который получен на основе результатов тестов, приведенных в табл. 2. Видно, что при значении РЬ больше 19000 размерный балл зерна заметно снижается.

Таким образом, чтобы обеспечить характеристики, значительно превосходящие те, которые соответствуют обычному способу II (способ повторного нагрева и закалки), например тестам № 11, 19 и 28, размерный балл зерна должен составлять 8,5 или больше, предпочтительно 8,7 или больше. Поэтому значение РЬ должно быть 18600 или ниже, предпочтительно 18300 или ниже.

Чтобы подтвердить стойкость к 88С, для тестов № 1, 7 и 15 было проведено испытание при постоянной нагрузке с использованием образца для испытания на растяжение в форме круглого стержня, условия испытания определены в разделе МАСЕ ТМ0177 Мс11ю6 Α (ΝΑΟΕ, Ναΐίοηαΐ ΛδδοοίαΙίοη о£ Сотго8юи Епщпссгу - Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов). Образец для испытания был взят из стали, подвергнутой окончательному отпуску, таким образом, чтобы его продольное направление совпадало с направлением прокатки (направление Ь), и размеры в параллельной части образца составляли: длина 6,35 м и внешний диаметр 25,4 мм. В ходе испытания, в качестве раствора для тестов, использовался водный раствор 0,5% уксусной кислоты + 5% соли (хлорид натрия), и была приложена нагрузка, составляющая 90% от номинального минимального предела текучести (нагрузка величиной 85,5 тыс. фунтов/кв.дюйм (кы) (589,5 МПа), так как в этом испытании условия изготовления испытываемой стальной трубы были подобраны таким образом, чтобы номинальный предел текучести составлял 95 тыс. фунтов/кв.дюйм (655 МПа)) при одновременной подаче в этот раствор сероводорода под давлением 0,1 МПа. Результаты тестов приведены в табл. 3.

Таблица 3

№ теста	Термическая {разупрочняющая) обработка	Оценка
Температура нагрева, °С	Время выдержки, мин	Предел текучести, МПа	Предел прочности на растяжение, МПа	Твердость, НКС	Время до разрыва, ч
1	700	5	753,5	845	24,8	о
7	500	5	753	844,5	25,2	о
15	650	5	762,6	839,5	24,6	о

о - не было разрушения после погружения на 720 ч.

Для всех тестовых номеров было подтверждено, что в ходе 720-часового испытания при постоянной нагрузке разрыва не возникает, и не существует проблем со стойкостью к 88С.

Пример 2.

Стали Ό-Н, химический состав которых приведен в табл. 4, были использованы при литье в устройстве для непрерывного литья с целью изготовления заготовок диаметром 310 мм. Каждая из заготовок была подвергнута прошивке в горячем состоянии в прошивном стане Маннесманна после нагрева до 1250°С. Горячая прокатка была закончена при температуре чистовой прокатки, составлявшей 950°С, в

- 12 019610 результате, была получена труба, имеющая внешний диаметр 273,05 мм, толщину стенки 19,05 мм и длину 12 м. Что касается стали Ό, после завершения чистовой прокатки выполнялась непосредственная закалка с охлаждением в воде. Что касается сталей Е-Н, после завершения чистовой прокатки выполнялась встроенная термическая обработка, включающая закалку с охлаждением в воде, после параллельного нагрева до 950°С в течение 10 мин, и выполнялась последующая термическая (разупрочняющая) обработка с использованием устройства для термической обработки, соединенного с закалочным устройством, используемым на этапе встроенной термической обработки. Для сравнения, один тип стали (сталь Е) после завершения чистовой прокатки был подвергнут охлаждению в естественных условиях.

Таблица 4

	Химический состав в % по массе, остальное - Ге и примеси
Сталь	С	5Ϊ	Мп	Р	2	Сг	МО	Τΐ	А1	N	О	В	V	ыь	Са	Мд	КЕМ
ϋ	0,27	0,27	0,42	0,008	0,0055	1,03	0,45	0,027	0,044	0,0052	0,0029	0,0013	-	0,029	0,0021	-	-
Е	0,27	0,27	0,47	0,010	0,0050	1,03	0,47	0,027	0,037	0,0066	0,0008	0,0012	-	0,028	-	-
Р	0,27	0,25	0,51	0,008	0,0038	1,04	0,47	0,026	0,018	0,0010	0,0008	0,0011	-	0,029	-	-	-
С	0,26	0,29	0,46	0,007	0,0025	1,04	0,70	0,019	0,032	0,0048	0,0011	0,0011	-	0,028	0,0012	-	0,0003
н	0,26	0,28	0,46	0,011	0,0005	1,03	0,68	0,013	0,026	0,0044	0,0010	0,0011	0,09	0,013	0,0011	0,0003	-

Впоследствии все эти тестовые материалы были подвергнуты повторному нагреву в печи для внешней термической обработки, закалке (с охлаждением в воде) и последующему отпуску. Отпуск выполнялся при температуре в диапазоне от 680°С до температуры превращения Ас₁ таким образом, чтобы предел текучести можно было поддерживать на уровне 95 тыс. фунтов/кв.дюйм (655 МПа) для сталей Ό-С и 110 тыс. фунтов/кв.дюйм (758,5 МПа) для стали Н. Для всех тестовых сталей на стадии перед отпуском был измерен размер зерна аустенита при помощи того же метода, что и в примере 1.

Из стальной трубы, изготовленной при помощи описанного выше процесса, в направлении прокатки был получен образец для испытания на растяжение в форме круглого стержня, имеющий диаметр 6,36 мм в параллельной части и длину базы измерения 25,4 мм. Испытание на растяжение проводилось при нормальной температуре, а стойкость к ЗЗС оценивалась путем испытания с использованием образца в виде двухконсольной балки (ЭСВ. ОонЫе СапШеуег Веат). Образец в виде двухконсольной балки, имеющий толщину 10 мм, ширину 25 мм и длину 100 мм, был получен из каждого из тестовых материалов, и данное испытание проводилось в соответствии с разделом ЫАСЕ ТМ0177-2005 Ме1йо6 Ό. В ванне для проведения испытания был использован водный раствор 5 вес.% соли + 0,5 вес.% уксусной кислоты, имеющий нормальную температуру (24°С), который был насыщен сероводородом под давлением 1 атм (0,1 МПа). Образец погружался в данную ванну на 336 ч, и при помощи способа, указанного в упомянутом выше разделе ΝΛί'Έ ТМ0177-2005 Ме11ю6 Ό, определялся коэффициент интенсивности напряжений К_|33С (тысяч фунтов-дюйм^1/2). Результаты тестов приведены в табл. 5 вместе с условиями термической обработки.

Таблица 5

Ν' теста	Сталь	Процесс после горячей прокатки	Условия дополнительного нагрева	Условия термической (разупрочняюшей) обработка	Условия повторного нагрева и закалки	Значение ₽Ъ	Предел текучести, тысяч фунтов на кв.дюйм	Размер зерна γ-фазы после повторного нагрева и закалки	к_133С. тысяч фунтов дюйм¹''²
51	υ	Г>0	-	-	920’С, 45,8 мин		107,5	9,1	32,4
52	Е	1Ьф	950®С, 15,5 мин	560®С, 75,6 мин	900⁶С, 69 мин	16560	107,6	8,7	31,1
53	Е	1Ьф	16560	107,6	8,7	30,7
54	Р	АН	-	-	-	106, 3	8, 3	28,8
55	Г	АВ	-		-	106,7	7,6	28,1
56	с	1Ь0	950’С, 16,4 мин	560®С, 82,5 мин	16592	100,1	8,8	38,6
57	с	1Ьф	16592	100,1	8, 8	35,6
58	с	1122	16592	100,1	8,8	33,7
59	с	1Ьф	16592	100,1	8,8	31,8
60	н	1Ь<2	950°С, 16,2 мин	560°С, 67,5 мин	920°С, 68 мин	16519	113,3	9	25,5
61	н	11,0	16519	113,3	9	24,8

Примечание 1: IX,) - непосредственная закалка; 1Ьф - встроенная термическая обработка (после горячей прокатки - выдержка и закалка); АВ - в состоянии охлаждения (естественного охлаждения) после горячей прокатки).

Тесты № 52 и 53 и тесты № 56-61 представляют собой настоящее изобретение, в них после встроенной термической обработки выполнялась термическая (разупрочняющая) обработка в оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством. Размерный балл зерна γ-фазы после повторного нагрева и закалки в примерах, соответствующих настоящему изобретению, был 8,7 или выше. К_|33С составлял 30,7 тыс. фунтов-дюйм¹² или более для тестового материала, чей предел текучести был ниже 110 тыс. фунтов/кв.дюйм (758,5 МПа), и 24,8 тыс. фунтов-дюйм^1/2 или более для тестового материала, чей предел текучести был не ниже 110 тыс. фунтов/кв.дюйм (758,5 МПа). В общем случае требуется такая стойкость к ЗЗС, чтобы К_133С составлял 30 или более для предела текучести на уровне 95 тыс. фунтов/кв.дюйм (тип 95 кб) и 24 или более для предела текучести на уровне 110 тыс. фунтов/кв.дюйм (тип 110 кв1).

- 13 019610

Тест № 51 является сравнительным, в нем закалку и отпуск выполняли вне технологической линии после непосредственной закалки, при этом стойкость к 88С является превосходной, если только не возникает проблемы замедленного разрушения. Тесты № 54 и 55 относятся к обычным, в них после завершения горячей прокатки трубы в состоянии после прокатки подвергали повторному нагреву и закалке. Очевидно, что стойкость к 88С, соответствующая настоящему изобретению, является превосходной по сравнению со стойкостью при обычных способах.

Промышленная применимость

Согласно настоящему изобретению предлагается способ изготовления бесшовных труб из низколегированной стали, в котором такие трубы после их непосредственной закалки или т.п. подвергают внешней термической обработке путем повторного нагрева, закалки и отпуска, что позволяет препятствовать таким видам замедленного разрушения, как образование трещин из-за ударов и образование трещин при хранении, без неблагоприятного влияния на характеристики продукции.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ изготовления бесшовных стальных труб, в котором заготовку, имеющую следующий состав в мас.%: 0,15-0,35 С; 0,05-0,5 8ΐ; 0,1-1,5 Мп; 0,2-1,5 Сг; 0,1-1,5 Мо; 0,005-0,50 Τι и 0,001-0,50 А1, остальное - Ее и примеси, причем примеси включают 0,1% N1 или менее; 0,04% Р или менее; 0,01% 8 или менее, 0,01% N или менее и 0,01% О или менее, подвергают прошивке в горячем состоянии и горячей прокатке, а затем выполняют термическую обработку, при которой (1) горячекатаную стальную трубу подвергают непосредственной закалке от температуры не ниже температуры превращения Аг₃ или (2) горячекатаную стальную трубу выдерживают при температуре не ниже температуры превращения Агз и не выше 1000°С и подвергают закалке в этой технологической линии от температуры не ниже температуры превращения Аг₃; после чего твердость стальной трубы поддерживают на уровне 42 ИКС или ниже посредством термической обработки в оборудовании для термической обработки, соединенном с закалочным устройством для выполнения непосредственной закалки, при этом температуру термической обработки Т (°С) и длительность термической обработки ΐ (ч) устанавливают так, что значение параметра Ларсона-Миллера (РЬ), определенное по приведенной формуле (1), составляет от 14000 до 18600:

РЬ=(Т+273)X[19,78+1од(ί)] (1) причем температура Т термической обработки удерживается не ниже 450°С и не выше температуры превращения Ас_1з и затем стальную трубу подвергают повторному нагреву, закалке от температуры не ниже температуры превращения Ас3 и отпуску при температуре не выше температуры превращения Ас1.

2. Способ по п.1, в котором температуру термической обработки Т (°С) и длительность термической обработки 1 (ч), при том что температура Т термической обработки более 500°С, но не более температуры превращения Ас_ь устанавливают так, что значение параметра Ларсона-Миллера (РЬ) составляет от 14000 до 18600.

3. Способ по п.1 или 2, в котором состав заготовки дополнительно содержит по меньшей мере один химический элемент, выбранный по меньшей мере из одной из следующих групп Ι-ΙΙΙ:

I - 0,01% В или менее;

II - 0,5% V или менее, 0,4% N6 или менее;

III - 0,005% Са или менее, 0,005% Мд или менее, 0,005% КЕМ или менее, где КЕМ по меньшей мере один элемент из лантаноидов: Υ или 8с.