RU2088676C1

RU2088676C1 - Method of manufacturing tape from low-alloyed heat-resistant steel

Info

Publication number: RU2088676C1
Application number: RU95113613A
Authority: RU
Inventors: А.С. Калугин; А.А. Шебалин; В.Д. Красильников; Л.М. Чижов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-техническое предприятие "Разис"
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 1997-08-27

Abstract

FIELD: metal working. SUBSTANCE: invention concerns working of metals under pressure and can be utilized in rolling production, in particular, when manufacturing tape for spiral silvering of pipes at power plants. Method includes double-conversion cold rolling of hot- rolled plate-strips with intermediate and ultimate heat treatments. Novelty resides in that the first cold conversion is conducted with relative deformation degree 40-60% and heat treatments are carried out, respectively, in three and two steps. In the first step of intermediate heat treatment, plate-tape is maintained at 500-550 C for 4.5-5.0 h, in the second step at 800-820 C for 16-17 h, and in the third step, plate-tape is maintained in presence of water vapor with dew-point temperature 10-20 C. In the first step of ultimate heat treatment, tape is kept at 500-550 C for 2.5-3.0 h, and, after the second step, rolled tape is heated to 600-650 C with rate at least 3 C/min. EFFECT: enhanced efficiency of process. 4 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в прокатном производстве, в частности при изготовлении ленты для спирального оребрения труб энергетических установок, работающих в условиях повышенных (до 600^oC) температур.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in rolling production, in particular in the manufacture of tape for spiral ribbing of pipes of power plants operating in conditions of elevated (up to 600 ^o C) temperatures.

При спиральном оребрении труб ленту навивают ребром на поверхность трубы с заданным шагом навивки. Одновременно ленту приваривают к трубе контактным способом в момент касания ленты трубы. При навивке на трубу лента испытывает пластическую деформацию изгиба по кромкам, величина которой зависит от диаметра трубы. Так как запас пластичности ленты определяется химическим составом стали, из которой она изготовлена, то большое влияние на механические свойства ленты оказывают технологические факторы, влияющие на содержание химических элементов в стали, в частности на углерод. With spiral finning of pipes, the tape is wound ribbed onto the pipe surface with a given winding pitch. At the same time, the tape is welded to the pipe in a contact way at the moment of touching the pipe tape. When winding onto a pipe, the tape experiences plastic bending at the edges, the magnitude of which depends on the diameter of the pipe. Since the ductility margin of a tape is determined by the chemical composition of the steel from which it is made, technological factors that influence the content of chemical elements in steel, in particular carbon, have a great influence on the mechanical properties of the tape.

Существующие способы получения труб с развитой отражательной способностью для энергетических установок позволяют навивать на трубу из низколегированной термоустойчивой стали только ленту из низкоуглеродистой стали, обладающей достаточной пластичностью, но недостаточной термоустойчивостью. Existing methods for producing pipes with developed reflectivity for power plants allow you to wind on a pipe of low alloy heat-resistant steel only a strip of low-carbon steel, which has sufficient ductility but insufficient heat resistance.

Известен способ холодной многопроходной прокатки полос из нержавеющей стали, включающий прокатку полосы до суммарной степени деформации 50% с одинаковыми окружными скоростями рабочих валков и различным удельным натяжением концов полосы. Прокатку полосы с суммарной степенью деформации выше 50% до конечного размера проводят с рассогласованием окружных скоростей рабочих валков в пределах 1,02-1,07 и отношением удельных натяжений концов полосы в диапазоне 1,1-1,4 [1] ч
Известный способ не обеспечивает получение ленты для оребрения труб из материала, близкого по своим теплостойким характеристикам к материалу трубы, и в то же время имеющей высокие пластические свойства.A known method of cold multi-pass rolling of stainless steel strips, comprising rolling the strip to a total degree of deformation of 50% with the same peripheral speeds of the work rolls and different specific tension of the ends of the strip. Strip rolling with a total degree of deformation above 50% to the final size is carried out with a mismatch of the peripheral speeds of the work rolls in the range 1.02-1.07 and the ratio of the specific tension of the ends of the strip in the range of 1.1-1.4 [1] h
The known method does not provide a tape for fins of pipes from a material that is close in its heat-resistant characteristics to the material of the pipe, and at the same time having high plastic properties.

Известен способ холодной прокатки полос из жаропрочных и коррозионностойких сталей, включающий прокатку полосы в несколько проходов при одинаковых окружных скоростях валков до суммарной степени деформации 57% Прокатку полос с суммарной степенью деформации выше 57% до конечного размера проводят с рассогласованием окружных скоростей рабочих валков в диапазоне от единицы до значения коэффициента вытяжки полосы в проходе. При этом разность удельных натяжений концов полосы устанавливают в зависимости от коэффициента вытяжки полосы в проходе, удельной силы трения в очаге деформации, сопротивления металла деформации в ненаклепанном состоянии, скорости полосы в плоскости выхода из валков, толщины полосы на выходе из валков, диаметра валков и большей окружной скорости рабочего валка, а также коэффициента рассогласования скоростей рабочих валков [2]
Известный способ позволяет повысить качество поверхности полосы, но оказывается мало пригоден для получения ленты, применяемой для оребрения труб энергетических установок.A known method of cold rolling strips of heat-resistant and corrosion-resistant steels, including rolling the strip in several passes at the same peripheral roll speeds to a total degree of deformation of 57%, rolling the strips with a total degree of deformation above 57% to the final size is carried out with a mismatch of the peripheral speeds of the work rolls in the range from units to the value of the stretch coefficient of the strip in the passage. In this case, the difference in the specific tension of the ends of the strip is set depending on the coefficient of stretching of the strip in the passage, the specific friction force in the deformation zone, the resistance of the deformation metal in the non-riveted state, the speed of the strip in the plane of exit from the rolls, the thickness of the strip at the exit of the rolls, the diameter of the rolls and more peripheral speed of the work roll, as well as the mismatch coefficient of the speeds of the work rolls [2]
The known method can improve the quality of the surface of the strip, but it is of little use to obtain the tape used for the fins of pipes of power plants.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является способ производства ленты путем двухпередельной холодной прокатки горячекатаной, травленой, отожженной полосы-подката толщиной 2,1 мм. Первую холодную прокатку проводят на одноклетьевом стане в два прохода: 2,1-1,9-1,8•260 мм²; после чего проводят промежуточный светлый отжиг в электропечах при температуре 720-760^oC с регламентированной скоростью охлаждения 20^oC/ч до 650^oC и далее со снятой печью до комнатной температуры. Вторую холодную прокатку производят на одноклетьевом стане в три прохода: 1,8-1,4-1,15-1,02•260 мм². Конечный отжиг холоднокатаных рулонов в толщине 1,02 мм проводят в течение 16 ч в электропечах при температуре 720^oC. Далее проводят дрессировку ленты на толщину 1,0 мм и ее разрезку [3]
Известный способ производства ленты обеспечивает сведение к минимуму при отжиге потерь углерода. Однако приваренная к трубе лента не испытывает при работе таких нагрузок как сама труба, следовательно, нет необходимости сообщать ленте такой же высокий уровень прочности как трубе. В то же время способ-прототип не обеспечивает ленте необходимых пластических свойств (в частности относительное удлинение до 30%), что приводит при ее навивке на трубу к образованию трещин по кромке, испытывающей растягивающие напряжения, и даже обрывам ленты, что вызывает нарушение непрерывного производственного процесса.The closest set of essential features to the claimed technical solution is a method of manufacturing a tape by double-cold rolling by hot-rolled, pickled, annealed 2.1 mm thick rolled strip. The first cold rolling is carried out on a single-strand mill in two passes: 2.1-1.9-1.8 • 260 mm ² ; then carry out intermediate light annealing in electric furnaces at a temperature of 720-760 ^o C with a regulated cooling rate of 20 ^o C / h to 650 ^o C and then with the furnace removed to room temperature. The second cold rolling is performed on a single-strand mill in three passes: 1.8-1.4-1.15-1.02 • 260 mm ² . The final annealing of cold rolled coils in a thickness of 1.02 mm is carried out for 16 hours in an electric furnace at a temperature of 720 ^o C. Next, the tape is trained to a thickness of 1.0 mm and cut [3]
The known method for the production of tape ensures that the annealing of carbon losses is minimized. However, the tape welded to the pipe does not experience such loads as the pipe itself during operation; therefore, it is not necessary to give the tape the same high level of strength as the pipe. At the same time, the prototype method does not provide the tape with the necessary plastic properties (in particular, relative elongation of up to 30%), which leads to cracking along the edge experiencing tensile stresses and even breaks of the tape when it is wound onto the pipe, which causes a disruption in continuous production process.

Целью изобретения являлась разработка такого способа производства ленты из низколегированной термоустойчивой стали, который бы обеспечивал получение ленты с механическими характеристиками, исключающими образование трещин на кромке ленты при ее навивке на трубу. The aim of the invention was the development of such a method of manufacturing a tape from low alloy heat-resistant steel, which would provide a tape with mechanical characteristics that exclude the formation of cracks on the edge of the tape when it is wound on the pipe.

Цель достигается тем, что в способе производства ленты из легированной теплостойкой стали, включающем горячую прокатку заготовки, ее травление, двухстадийную холодную прокатку горячекатаной ленты-подката с промежуточным и окончательным отжигами, в отличие от известного способа-прототипа, первый холодный передел ведут с относительной степенью деформации 40-60% промежуточный и окончательный отжиги ведут соответственно в три и в две стадии, при этом на первой стадии промежуточного отжига ленту-подкат выдерживают при температуре 500-550^oC в течение 4,5-5,0 ч, на второй стадии ленту-подкат выдерживают при температуре 800-820^oC в течение 16-17 ч, а на третьей стадии промежуточный отжиг ведут в присутствии паров воды с точкой росы +10 +20^oC; на первой стадии окончательного отжига ленту выдерживают при температуре 500-550^oC в течение 2,5-3,0 ч, а после второй стадии окончательного отжига ленту охлаждают со скоростью не менее 3^oC/мин до температуры 600-650^oC. На второй стадии окончательного отжига прокатанную ленту можно выдерживать при температуре 780-850^oC в течение 3-4 ч, а после охлаждать до температуры 600-650^oC со скоростью 3-200^oC/мин, или выдерживать при температуре 850-900^oC в течение 3-4 ч, а после охлаждать до температуры 600-650^oC со скоростью 3-100^oC/мин, а можно выдерживать при температуре 900-980^oC в течение 3-4 ч и затем охлаждать до температуры 600-650^oC со скоростью 3-70^oC/мин.The goal is achieved by the fact that in the method for producing a strip of alloyed heat-resistant steel, which includes hot rolling of a billet, its etching, two-stage cold rolling of a hot-rolled strip with intermediate and final annealing, in contrast to the known prototype method, the first cold redistribution is carried out with a relative degree deformations of 40-60% intermediate and final annealing are carried out in three and two stages, respectively, while in the first stage of intermediate annealing, the strip-tack is held at a temperature of 500-550 ^o C in 4.5-5.0 hours, in the second stage, the tackle is kept at a temperature of 800-820 ^o C for 16-17 hours, and in the third stage, intermediate annealing is carried out in the presence of water vapor with a dew point of +10 +20 ^o C; at the first stage of final annealing, the tape is kept at a temperature of 500-550 ^o C for 2.5-3.0 hours, and after the second stage of final annealing, the tape is cooled at a speed of at least 3 ^o C / min to a temperature of 600-650 ^o C. In the second stage of the final annealing, the rolled strip can be maintained at a temperature of 780-850 ^o C for 3-4 hours, and then cooled to a temperature of 600-650 ^o C at a speed of 3-200 ^o C / min, or kept at a temperature of 850-900 ^o C for 3-4 hours, and then cooled to a temperature of 600-650 ^o C at a speed of 3-100 ^o C / min, and can be maintained at a temperature of 900-980 ^o C for 3-4 hours and then cooled to a temperature of 600-650 ^o C at a speed of 3-70 ^o C / min.

В отличие от режимов известного способа производства ленты, которые обеспечивали сведение к минимуму потерь углерода при отжиге, в заявляемом способе введение в качестве первой стадии промежуточного и окончательного отжигов выдержки ленты при температуре 500-550^oC приводит к возгонке углеродсодержащих продуктов прокатного производства (остатков технологической смазки, эмульсии и других веществ) и, таким образом, предохранению ленты от возможного науглероживания поверхности в процессе отжига. На третьей же стадии промежуточного отжига в присутствии паров воды с точкой росы +10 +20^oC, в отличие от способа-прототипа, происходит удаление углерода (обезуглероживание) по всему объему ленты, что ведет к повышению пластических свойств ленты. Кроме того, на второй стадии окончательного отжига при скорости охлаждения 3^oC/мин образуется благоприятная структура готовой ленты. В сочетании с выбором относительной степени деформации при первом холодном переделе в интервале 40-60% указанные выше особенности заявляемого способа приводят также к уменьшению количества и размеров выделяющихся карбидов. Увеличение относительной степени деформации при первой холодной прокатке до указанного выше интервала способствует также ускорению диффузии углерода к поверхности ленты, где он удаляется в результате взаимодействия с парами воды. Уменьшение содержания углерода в стали способствует замедлению протекания процессов коагуляции карбидной фазы и перераспределению легирующих элементов, упрочняющих твердый раствор, что благоприятно сказывается на длительной прочности ленты и сопротивлении ползучести. Снижение содержания углерода позволяет также получить более дисперсные карбиды и нитриды ванадия, исключающие появление трещин на ленте при навивке ее на трубу.In contrast to the modes of the known method of production of the tape, which minimized the loss of carbon during annealing, in the inventive method, the introduction as the first stage of intermediate and final annealing of the exposure of the tape at a temperature of 500-550 ^o C leads to the sublimation of carbon-containing products of rolling production (process residues lubricants, emulsions and other substances) and, thus, protecting the tape from possible carbonization of the surface during the annealing process. At the third stage of intermediate annealing in the presence of water vapor with a dew point of +10 +20 ^o C, in contrast to the prototype method, carbon is removed (decarburization) throughout the volume of the tape, which leads to an increase in the plastic properties of the tape. In addition, in the second stage of final annealing at a cooling rate of 3 ^o C / min, a favorable structure of the finished tape is formed. In combination with the choice of the relative degree of deformation during the first cold redistribution in the range of 40-60%, the above features of the proposed method also lead to a decrease in the number and size of precipitated carbides. An increase in the relative degree of deformation during the first cold rolling to the above interval also contributes to the acceleration of carbon diffusion to the surface of the tape, where it is removed as a result of interaction with water vapor. Reducing the carbon content in steel helps to slow down the coagulation of the carbide phase and the redistribution of alloying elements that strengthen the solid solution, which favorably affects the long-term strength of the tape and creep resistance. Reducing the carbon content also allows you to get more dispersed vanadium carbides and nitrides, eliminating the appearance of cracks on the tape when winding it onto the pipe.

Выдержка ленты менее 4,5 ч на первой стадии промежуточного отжига при температуре ниже 500^oC и на второй стадии менее 16 ч при температуре ниже 800^oC, исключение воздействия паров воды на третьей стадии приводят к тому, что не происходит снижение содержания углерода в ленте, меняется структура материала ленты и пластичность ленты оказывается недостаточной для исключения трещин при ее навивке на трубу. Такой же результат получают при выдержке ленты менее 2,5 ч на первой стадии окончательного отжига при температуре ниже 500^oC.Exposure of the tape is less than 4.5 hours at the first stage of intermediate annealing at a temperature below 500 ^o C and at the second stage less than 16 hours at a temperature below 800 ^o C, the exclusion of water vapor in the third stage leads to the fact that there is no decrease in carbon content in the tape, the structure of the material of the tape changes and the ductility of the tape is insufficient to exclude cracks when it is wound on the pipe. The same result is obtained by holding the tape for less than 2.5 hours in the first stage of the final annealing at a temperature below 500 ^o C.

Выдержка ленты при температуре выше 550^oC на первой стадии промежуточного и окончательного отжигов соответственно более 5,0 и 3,0 ч, а на второй стадии при температуре выше 820^oC при промежуточном отжиге и выше 980^oC при окончательном отжиге в течение соответственно более 17 и 3,0 ч, снижение скорости охлаждения ниже 3^oC/мин приводит к значительному росту зерна в ленте, что отрицательно сказывается на механических свойствах готовой ленты.The exposure of the tape at a temperature above 550 ^o C in the first stage of the intermediate and final annealing is more than 5.0 and 3.0 hours, respectively, and in the second stage at a temperature above 820 ^o C during the intermediate annealing and above 980 ^o C during the final annealing for respectively more than 17 and 3.0 hours, a decrease in the cooling rate below 3 ^o C / min leads to a significant increase in grain in the tape, which negatively affects the mechanical properties of the finished tape.

Заявляемый способ производства ленты из низколегированной термоустойчивой стали для спирального оребрения труб энергетических установок осуществляют следующим образом. Исходным материалом для производства ленты служила горячекатаная травленая полоса-подкат стали 12Х1МФ сечением 3,65•205 мм². Химический состав стали 12Х1МФ приведен в табл.1.The inventive method for the production of tape from low alloy heat-resistant steel for spiral finning of pipes of power plants is as follows. The starting material for the production of the tape was a hot-rolled etched strip-rolled steel 12Kh1MF with a section of 3.65 • 205 mm ² . The chemical composition of steel 12X1MF is given in table 1.

Первую холодную прокатку проводили на четырехвалковом стане "Кварто" 400 (2/200) с 3,65 мм на 1,66 мм в 5 проходов: 3,65-3,05-2,5-2,15-2,05-2,0•205 мм². В последнем проходе производили распушевку рулонов путем вматывания между витками проволочных спиралей. Далее проводили промежуточный отжиг рулонов ленты-подката в колпаковой электропечи. Отжиг вели в три стадии. На третьей стадии в подмуфельное пространство подавали пары воды. Вторую холодную прокатку осуществляли на черытехвалковом стане "Кварто" 400 (2/200) по схеме: 2,0-1,5-1,35-1,3•205 мм². Далее проводили окончательный отжиг прокатанных рулонов. Отжиг ленты проводили в колпаковых электропечах в две стадии в атмосфере защитного газа с точкой росы -20 -40^oC. Охлаждение вели сначала с контролируемой скоростью, а далее под муфелем со снятой печью. Полученную ленту разрезали на требуемую ширину с помощью дисковых ножниц. Всего было прокатано 6 образцов при различных режимах термообработки. Конкретные режимы термообработки для каждого образца приведены в табл.2 (под N 7 приведены режимы способа прототипа).The first cold rolling was carried out on a four-roll mill "Quarto" 400 (2/200) from 3.65 mm to 1.66 mm in 5 passes: 3.65-3.05-2.5-2.15-2.05- 2.0 • 205 mm ² . In the last pass, the rolls were fluffed up by winding between turns of wire spirals. Next, an intermediate annealing of rolls of tackle tape was carried out in a bell-type electric furnace. Annealing was carried out in three stages. At the third stage, water vapor was fed into the muffle space. The second cold rolling was carried out at the Quarto 400 black rolling mill (2/200) according to the scheme: 2.0-1.5-1.35-1.3 • 205 mm ² . Next, the final annealing of the rolled rolls was carried out. The tape was annealed in bell-type electric furnaces in two stages in a protective gas atmosphere with a dew point of -20 -40 ^o C. Cooling was carried out first at a controlled speed, and then under a muffle with the furnace removed. The resulting tape was cut to the required width using disc scissors. A total of 6 samples were rolled under various heat treatment modes. The specific heat treatment modes for each sample are given in table 2 (under N 7 shows the modes of the prototype method).

Механические характеристики и структура полученных образцов ленты приведена в табл.3. The mechanical characteristics and structure of the obtained samples of the tape are given in table.3.

Полученные образцы ленты навивались и приваривались к трубам. Результаты навивки образцов ленты приведены в табл.4. The obtained tape samples were wound and welded to the pipes. The results of winding tape samples are given in table 4.

Как видно из данных, приведенных в таблице 4, образцы ленты, прокатанные в условиях заявленных интервалов температур нагрева, длительности выдержки и скорости охлаждения промежуточного и окончательного отжигов, имеют механические характеристики, обеспечивающие наварку ленты на трубы без образования трещин на наружной кромке и ее разрывов. As can be seen from the data given in table 4, the tape samples rolled under the conditions of the declared ranges of heating temperatures, the exposure time and the cooling rate of the intermediate and final annealing have mechanical characteristics that ensure the tape is welded onto the pipes without cracking at the outer edge and its breaks.

Claims

1. A method of manufacturing a strip of low alloy heat-resistant hot rolled steel, including cold rolling, intermediate annealing, repeated cold laying and final annealing, characterized in that the first cold rolling is carried out with a degree of relative deformation of 40-60%, the heating under intermediate annealing is carried out in three stages: first up to 500 - 550 ^o С with a holding time of 4.5 5.0 hours, then up to 800 820 ^o С with holding 16 - 17 hours and in the third stage to an annealing temperature with holding in the presence of water vapor with a dew point of 10 20 ^o С, final annealing lead in two stages, first up to 500,550 ^o With a shutter speed of 2.5 to 3.0, and then to the annealing temperature and from this temperature carry out cooling to a temperature of 600 650 ^o With a speed of at least 3 ^o C / min

2. The method according to claim 1, characterized in that in the second stage, heating for the final annealing is carried out to 780 850 ^o C with a holding time of 2 3 hours and cooled to 600 650 ^o C at a speed of 3 200 ^o C / min.

3. The method according to claim 1, characterized in that in the second stage, the heating under final annealing is carried out up to 850 900 ^o C with a holding time of 3 4 hours and cooled to 600 650 ^o C at a speed of 3 100 ^o C / min.

4. The method according to claim 1, characterized in that in the second stage, heating for the final annealing is carried out up to 900 980 ^o C with a holding time of 3 4 hours and cooled to 600 650 ^o C at a speed of 3 70 ^o C / min.