RU2244756C1 - Способ производства стали, сталь и изделия из нее - Google Patents
Способ производства стали, сталь и изделия из нее Download PDFInfo
- Publication number
- RU2244756C1 RU2244756C1 RU2004105830/02A RU2004105830A RU2244756C1 RU 2244756 C1 RU2244756 C1 RU 2244756C1 RU 2004105830/02 A RU2004105830/02 A RU 2004105830/02A RU 2004105830 A RU2004105830 A RU 2004105830A RU 2244756 C1 RU2244756 C1 RU 2244756C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- boron
- aluminum
- nitrogen
- calcium
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 124
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 124
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 31
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 22
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 18
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 16
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 11
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 23
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 claims description 11
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 6
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 4
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 abstract 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 abstract 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 8
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000746 Structural steel Inorganic materials 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical class [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000009972 noncorrosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000161 steel melt Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical compound S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству горячекатаного стального проката стали и изделий из нее. Сущность способа состоит в производстве стали, включающей выплавку в сталеплавильном агрегате (СПА) стали основного состава, содержащей углерод, марганец, кремний, железо; выпуск в ковш, ввод в донную зону ковша компонентов для микролегирования и раскисления в виде смеси, состоящей из алюминия, кальция и бора при одновременной продувке азотом через донную фурму, одновременное завершение ввода смеси и продувки азотом, разливку стали в изложницы, получение стали в слитке при следующем соотношении компонентов в мас.%: углерод 0,12-0,42; кремний 0,17-1,10; марганец 0,5-1,8; кальций 0,001-0,02; алюминий 0,02-0,05; нитрид алюминия 0,01-0,04; бор 0,0001-0,0005; нитрид бора 0,0001-0,0005; азот 0,005-0,012; железо и примеси - остальное; извлечение слитка, его горячую прокатку до заданных размеров проката и термическое упрочнение проката. При необходимости получения дополнительных свойств проката, например повышенных ударной вязкости, предела прочности, износостойкости, сталь дополнительно легируют хромом, никелем, медью, молибденом и/или ванадием. Из проката получают изделия, имеющие высокие механические свойства, например штанги нефтяных насосов диаметром 15-40 мм и длиной до 8,5 м. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству слитков, горячекатаного проката и изделий из стали, например штанг нефтяных насосов.
Известен способ производства стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате (СПА), слив расплава стали в ковш, раскисление и легирование стали при одновременной продувке азотом [1] до получения стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, ванадий и железо, которая после горячей прокатки имеет предел текучести не менее 500 МПа, предел прочности на растяжение не менее 600 МПа и относительное удлинение не менее 14%.
Для полученного содержания компонентов данная сталь имеет механические свойства, недостаточные для изделий, работающих в условиях пульсирующих нагрузок, в коррозионной среде, при значительных перепадах температуры окружающей среды. Кроме того, эта сталь имеет прокаливаемость, недостаточную для получения высоких механических свойств по всему сечению изделия после упрочняющей термической обработки.
Известна сталь конструкционная, имеющая высокие прочностные свойства, пластичность, хорошую прокаливаемость термоулучшаемых заготовок, содержащая в мас.%: углерод 0,18-0,24; марганец 0,90-1,30; кремний 0,17-0,37; ванадий 0,01-0,08; титан 0,01-0,04; алюминий 0,02-0,06; бор 0,0005-0,0050; азот 0,005-0,015, железо - остальное [2]. В данной стали для обеспечения прокаливаемости путем защиты бора от связывания в нитриды и сохранения более 50% эффективного бора, требуется выполнение соотношения элементов:
Данное сочетание компонентов стали и традиционный способ ее производства позволяют после термоупрочнения (закалка от 950°С с последующим отпуском от температуры не ниже 620°С) получить мелкодисперсную структуру мартенсита отпуска и недостаточные показатели прокаливаемости, относительного сужения и ударной вязкости.
Известна также сталь “КАРТЭКС 400”, используемая для изготовления деталей, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре не ниже минус 40°С, содержащая следующие компоненты в мас.%: углерод 0,14-0,20; марганец 1,3-1,7; кремний 0,2-0,7; хром 0,3-0,8; никель 0,1-0,3; медь 0,1-0,3; кальций 0,0065-0,075; алюминий 0,014-0,042; бор 0,0005-0,005; азот 0,007-0,014; железо - остальное [3]. Сталь такого состава имеет недостаточный уровень ударной вязкости, обусловленный избыточным содержанием кальция, бора и азота, а также отсутствием гарантированной защиты бора от связывания в нитрид бора и образования цепочек боридов.
Близкой к предлагаемой по химическому составу и функциональному назначению является сталь, содержащая в мас.%: углерод 0,25-0,45; марганец 0,6-1,2; кремний 0,17-0,37; хром 0,6-1,2; медь 0,04-0,40; ванадий 0,02-0,12; кальций 0,0008-0,005; алюминий 0,02-0,06; бор 0,0008-0,005; азот 0,005-0,012; титан 0,015-0,05; барий 0,0008-0,005; железо - остальное [4].
Обладая высокими пределами прочности и текучести после закалки и отпуска, данная сталь имеет низкий уровень ударной вязкости, обусловленный традиционным способом ее производства (выплавка стали, разливка, изготовление слитка, горячая прокатка, термическое упрочнение проката).
Известны требования ГОСТ 13877-96, в соответствии с которым изготавливают насосные штанги, работающие в некоррозионных условиях - из сталей 20Н2М, 15Х2НМФ, 15Х2ГМФ, а в высококоррозионных условиях - из стали 15НЗМ. Термоупрочнение проката из этих сталей - нормализация или нормализация и высокий отпуск - не обеспечивают высокие значение пределов прочности и текучести, а также ударной вязкости, коме того, являются дорогостоящими.
Известны штанги нефтяных насосов, изготавливаемые из прутка диаметром 16-40 мм, термоупрочненного при охлаждении на воздухе с температуры горячей прокатки из стали со следующим содержанием компонентов в мас.%: углерод 0,08-0,14; марганец 0,9-1,6; хром 2,0-3,2; ванадий 0,05-0,30; азот 0,006-0,10; железо - остальное [5]. Данная сталь не обеспечивает высокой износостойкости насосных штанг в условиях абразивного изнашивания при работе в нефтяной скважине и имеет повышенную стоимость вследствие высокого содержания хрома.
Основная техническая задача изобретения состоит в создании способа производства стали, обеспечивающего равномерное распределение легирующих элементов и высокий уровень механических свойств по всему сечению и объему проката, пониженную стоимость изделий за счет снижения доли дорогостоящих компонентов в составе стали, высокую коррозионную стойкость и износостойкость поверхности насосной штанги.
Задача решается при способе производства стали, включающем выплавку в СПА стали основного состава, содержащей углерод, марганец, кремний, железо и неизбежные примеси, выпуск в ковш до его наполнения, ввод в донную зону ковша компонентов для микролегирования и раскисления в виде смеси, состоящей из алюминия, кальция и бора при одновременной с вводом смеси продувке стали азотом через донную продувочную фурму и одновременное завершение ввода смеси и продувки азотом, разливку в изложницы и получение стали в слитке при следующем соотношении компонентов стали в мас.%: углерод 0,12-0,42; кремний 0,17-1,10; марганец 0,5-1,8; кальций 0,001-0,02; алюминий 0,02-0,05; нитрид алюминия 0,01-0,04; бор 0,0001-0,0005; нитрид бора 0,0001-0,0005; азот 0,005-0,012; железо и примеси - остальное. Для увеличения пределов прочности и текучести, а также ударной вязкости, износостойкости:
- при выплавке стали в сталеплавильный агрегат дополнительно вводят хром и получают сталь в слитке при следующем соотношении компонентов (мас.%): углерод 0,38-0,42, кремний 0,17-0,37, марганец 0,8-1,1, хром 0,6-1,1, кальций 0,001-0,02, алюминий 0,02-0,05, нитрид алюминия 0,01-0,04, бор 0,0001-0,0005, нитрид бора 0,0001-0,0005, азот 0,005-0,012, железо и примеси - остальное;
- при выплавке стали в сталеплавильный агрегат дополнительно вводят никель и медь и получают сталь в слитке при следующем соотношении компонентов (мас.%): углерод 0,12-0,20, кремний 0,8-1,1, марганец 0,8-1,1, хром 0,6-1,1, никель 0,5-0,8, медь 0,4-0,6, кальций 0,001-0,02, алюминий 0,03-0,05, нитрид алюминия 0,01-0,03, бор 0,0001-0,0003, нитрид бора 0,0002-0,0004, азот 0,005-0,012, железо и примеси - остальное;
- при выплавке стали в сталеплавильный агрегат дополнительно вводят молибден и/или ванадий и получают сталь в слитке при следующем соотношении компонентов (мас.%): углерод 0,38-0,42, кремний 0,17-0,37, марганец 0,8-1,1, хром 0,6-1,1, молибден 0,15-0,25, ванадий 0,03-0,05, кальций 0,001-0,02, алюминий 0,03-0,05, нитрид алюминия 0,01-0,03, бор 0,0001-0,0003, нитрид бора 0,0002-0,0004, азот 0,005-0,012, железо и примеси - остальное.
Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, кальций, алюминий, бор, азот, железо и примеси, произведенная способом по п.1.
Сталь дополнительно содержит хром при следующем соотношении компонентов (мас.%): углерод 0,38-0,42, кремний 0,17-0,37, марганец 0,8-1,1, хром 0,6-1,1, кальций 0,001-0,02, алюминий 0,02-0,05, нитрид алюминия 0,01-0,04, бор 0,0001-0,0005, нитрид бора 0,0001-0,0005, азот 0,005-0,012, железо и примеси - остальное.
Сталь дополнительно содержит никель и медь при следующем соотношении компонентов (мас.%): углерод 0,12-0,20, кремний 0,8-1,1, марганец 0,8-1,1, хром 0,6-1,1, никель 0,5-0,8, медь 0,4-0,6, кальций 0,001-0,02 алюминий 0,03-0,05, нитрид алюминия 0,01-0,03, бор 0,0001-0,0003, нитрид бора 0,0002-0,0004, азот 0,005-0,012, железо и примеси - остальное.
Сталь дополнительно содержит молибден и/или ванадий при следующем соотношении компонентов (мас.%): углерод 0,38-0,42, кремний 0,17-0,37, марганец 0,8-1,1, хром 0,6-1,1, молибден 0,15-0,25, ванадий 0,03-0,05, кальций 0,001-0,02, алюминий 0,03-0,05, нитрид алюминия 0,01-0,03, бор 0,0001-0,0003, нитрид бора 0,0002-0,0004, азот 0,005-0,012, железо и примеси остальное.
Изделие изготовленное из стали, произведенной способом по любому из пп.1-4.
Изделие, выполнено в виде круглого проката диаметром 15-40 мм и длиной до 10 мм.
Изделие выполнено в виде прокатанной, термически и механически обработанной штанги нефтяного насоса диаметром 15-40 мм и длиной до 8,5 м.
Рассмотрим влияние компонентов на функциональные свойства и структуру стали.
С 0,12-0,42%.
Углерод эффективно влияет на механические свойства стали. Для достижения желательных функциональных свойств предлагаемой стали содержание углерода должно быть, по меньшей мере, 0,12%. Если содержание углерода превышает 0,42%, то даже при микролегировании, обеспечивающем мелкозернистость структуры, карбиды при термоупрочнении укрупняются, снижается ударная вязкость стали, повышается склонность к образованию трещин. Несмотря на то что повышение содержания углерода в стали обеспечивает повышение ее прочности и износостойкости, следует ограничить содержание углерода в ней величиной 0,42%, чтобы не допустить существенного снижения ударной вязкости.
Si 0,17-1,10%.
Минимальное содержание кремния 0,17% обеспечивает раскисление стали, увеличивает прокаливаемость, коррозионную стойкость и в присутствии микролегирующих компонентов кремний не вызывает существенного снижения ударной вязкости до содержания в стали 1,1%.
Мn 0,5-1,8%.
Минимальное содержание марганца 0,5 устанавливается для обеспечения прокаливаемости, прочности, ударной вязкости. Содержание марганца более 1,8% вызовет снижение ударной вязкости и ухудшение хладостойкости.
Сr 0,6-1,1%.
Дополнительное введение в сталь хрома обеспечивает повышение прокаливаемости, прочности, ударной вязкости. Коррозионная стойкость возрастает с увеличением содержания хрома, никеля и меди. Содержание хрома свыше 1,1% предложенной стали вызовет укрупнение частиц карбидов и снижение ударной вязкости.
Ni 0,5-0,8%.
Никель повышает ударную вязкость и снижает склонность стали к трещинообразованию при прокатке и термообработке, снижает влияние меди на трещинообразование при горячей прокатке, увеличивает коррозионную стойкость стали. При содержании никеля в предложенной стали более 0,8% будет снижаться предел прочности стали.
Сu 0,4-0,6%.
Медь способствует повышению растворимости бора и увеличению прочности и коррозионной стойкости. При содержании в предложенной стали менее 0,4% медь окажет незначительное влияние на свойства стали, а при содержании более 0,6% проявится склонность к трещинообразованию при горячей прокатке.
Са 0,001-0,020%.
Кальций, имеющий большое сродство к кислороду и не образующий нитридов, оказывает буферное воздействие по защите алюминия и бора от окисления; усвоение алюминия и бора при микролегировании стали в присутствии кальция составляет 80-85% для алюминия и 70-75% для бора. Кроме того, микролегирование стали кальцием способствует измельчению зерна и получению глобулярной формы сульфидных, оксидных и оксисульфидных включений. При содержании кальция более 0,02% сталь загрязняется включениями оксидов кальция, что приводит к снижению пластичности и ударной вязкости. При содержании кальция менее 0,001% его положительное действие проявляется слабо.
Аl 0,02-0,05%.
Алюминий обычно добавляется в сталь как раскислитель. В присутствии азота образуется нитрид алюминия, предотвращающий рост зерна и обеспечивающий улучшение микроструктуры стали, повышение прочности и ударной вязкости. Образование нитрида алюминия способствует увеличению растворимого бора и существенному повышению прокаливаемости стали. Для эффективной защиты бора от связывания в нитрид бора минимальное содержание алюминия в предложенной стали должно быть 0,02%. Избыток алюминия может вызвать укрупнение зерна и снижение ударной вязкости стали. Максимальное содержание алюминия в предложенной стали следует ограничить до 0,05%.
В 0,0001-0,0005%.
Бор, даже в небольших количествах, существенно повышает прокаливаемость стали, предел прочности, ударную вязкость. При содержании бора менее 0,0001% его влияние незначительно. При содержании более 0,0005% проявляется влияние борокарбидов металлов Ме23(В,С)6, происходит укрупнение их зерна и снижение ударной вязкости стали. Поэтому верхний предел содержания растворимого бора в предложенной стали не должен превышать 0,0005%. Высокая химическая активность бора при температурах сталеплавильных процессов в сочетании с малым количеством вводимых легирующих элементов требует использования более сложных, чем обычно, способов раскисления и порядка введения бора при производстве стали, обеспечивающих эффективность его влияния на свойства металла и, прежде всего, на прокаливаемость.
N 0,005-0,012%.
Азот, соединяясь с нитридообразующими элементами (Аl, В, V), способствует измельчению зерна и нитридному и карбонитридному упрочнению стали. Для эффективного влияния азота на прочность и износостойкость предложенной стали необходимо его минимальное содержание 0,005%. При содержании азота более 0,012% будет проявляться снижение ударной вязкости вследствие выделения нитридов на границах зерен.
Мо 0,15-0,25%.
Молибден улучшает процессы нитридообразования, измельчает зерно, повышает прочность и износостойкость, трещиноустойчивость стали. При содержании в предложенной стали менее 0,15% влияние молибдена незначительно, а при содержании более 0,25% проявляется снижение ударной вязкости и удорожание стали.
V 0,03-0,05%.
Ванадий, введенный в сталь в небольших количествах, существенно повышает прочность стали. При содержании менее 0,03% влияние ванадия на механические свойства стали незначительно. А при содержании более 0,25% проявляется снижение ударной вязкости предложенной стали.
AlN 0,01-0,05%, BN 0,0001-0,0005%.
При переходе через критическую точку АC3 при нагреве в присутствии нитридов происходит измельчение зерна аустенита. Являясь упрочняющей фазой, нитриды повышают прочность, ударную вязкость, износостойкость стали, но их переизбыток снижает ее прочность и ударную вязкость. В зависимости от соотношения растворимого и нерастворимого бора могут улучшаться показатели прокаливаемоcти и ударной вязкости, когда необходимое для повышения прокаливаемости количество бора растворяется в матрице, а другая его часть образует нитрид бора и, сдерживая рост зерна, способствует повышению ударной вязкости. Количество растворимого и нерастворимого бора зависит от контролируемого процесса ввода и взаимодействия алюминия и бора с азотом.
В предлагаемом способе производства стали проявляется синергетический эффект влияния всех легирующих элементов на свойства стали, поэтому указанные соотношения компонентов стали и порядок их ввода в сталь, прокатка и термоупрочнение, позволяют существенно повысить ударную вязкость стали (на 50-80%) в сравнении с прототипом [5].
В марках стали, произведенных в соответствии с настоящим изобретением, образуется смешанная микроструктура, содержащая мелкодисперсный перлит и бейнит для стали с содержанием углерода 0,12-0,30% и мартенсит отпуска или троостит для сталей с содержанием углерода 0,31-0,42%. Для увеличения числа центров зарождения внутри и на границах зерен аустенита при прокатке необходимо обеспечить вытяжку за проход не менее 1,1 и суммарную вытяжку не менее 50 в температурном диапазоне 1100-800°С. Термоупрочнение нормализацией для стали с содержанием углерода 0,12-0,30% и нормализации с высоким отпуском для стали с содержанием углерода 0,31-0,42%, нормализация проводится при охлаждении стали на воздухе.
Пример выполнения способа
В мартеновской печи емкостью 120 т выплавляют стали при различном соотношении компонентов (таблица 1) и выпускают при температуре 1620°С в разливочный ковш емкостью 6 т, оборудованный устройствами для продувки жидкой стали азотом через донную продувочную фурму и для ввода порошковых смесей в виде проволоки для микролегирования стали кальцием, алюминием и бором продувку азотом ведут одновременно с вводом порошковой проволоки в донную часть ковша. Интенсивность продувки азотом - 10 м3/мин при давлении 0,2-0,3 МПа, скорость ввода порошковой проволоки - 60 м/мин; длительность продувки и ввода проволоки - 1 мин, содержание компонентов в одном метре проволоки: 0,7 кг алюминия, 0,4 кг кальция, 0,017 кг ферробора (20% FeB). Затем стали разливают в изложницы размером: 1250 мм (высота), 240×240 мм (верхнее сечение), 200×200 мм (нижнее сечение). Состав стали, разлитой в изложницы, приведен в таблице 1. После остывания слиток вынимают из изложницы, нагревают до температуры 1100°С в методической печи в течение 3-5 часов и прокатывают на пруток сначала на заготовочном, а затем на сортовом стане при вытяжке за проход 1,1-1,7 и суммарной вытяжке 150-170. Пруток нормализуют при содержании углерода в стали 0,12; 0,13% (составы 1, 5), 0,20% (состав 2) или нормализуют и проводят высокий отпуск при содержании углерода в стали 0,39-0,42% (составы 3, 4, 6).
Результаты исследования механических свойств сталей после нормализации или нормализации и высокого отпуска приведены в таблице 2.
Сравнительный анализ результатов исследований показывает, что предложенные стали превосходят известные по прокаливаемости и прочности на 6-10%, а по ударной вязкости на 50-80%. Предложенные стали на 6-10% дешевле известных сталей, используемых для изготовления насосных штанг в соответствии с ГОСТ 13877-96.
| Таблица 1 | ||||||||||||||||||||||
| № | Содержание компонентов в масс.% | |||||||||||||||||||||
| С | Mn | Si | Cr | Ni | Cu | Mo | V | B | BN | Al | AlN | Ca | S | P | ||||||||
| 1 | 0,12 | 0,57 | 0,57 | 0,72 | 0,60 | 0,48 | - | - | 0,0003 | 0,0004 | 0,05 | 0,03 | 0,001 | 0,035 | 0,028 | |||||||
| 2 | 0,20 | 0,60 | 0,59 | 0,81 | 0,52 | 0,42 | - | - | 0,0001 | 0,0002 | 0,03 | 0,01 | 0,02 | 0,030 | 0,021 | |||||||
| 3 | 0,35 | 1,30 | 0,25 | 0,65 | - | - | - | 0,05 | 0,0002 | 0,0003 | 0,05 | 0,03 | 0,01 | 0,029 | 0,025 | |||||||
| 4 | 0,42 | 0,83 | 0,22 | 1,06 | - | - | 0,22 | 0,03 | 0,0003 | 0,0004 | 0,03 | 0,01 | 0,001 | 0,031 | 0,029 | |||||||
| Сталь, произведенная без микролегирования | ||||||||||||||||||||||
| 5 | 0,12 | 0,60 | 0,89 | 0,80 | 0,59 | 0,45 | - | - | - | - | - | - | - | 0,034 | 0,020 | |||||||
| 6 | 0,42 | 0,85 | 0,29 | 1,00 | - | - | 0,25 | - | - | - | - | - | - | 0,029 | 0,026 | |||||||
| Таблица 2 | ||||||||||||||||||||||
| Механические свойства после термического упрочнения | ||||||||||||||||||||||
| Термическое упрочнение | Температура нагрева, °С | σВ, МПа | σТ, МПа | δS, % | ψ, % | KSV, Дж/см2 | ||||||||||||||||
| 1 | Нормализация | 930 | 800 | 620 | 29 | 69 | 230 | |||||||||||||||
| 2 | -“- | 920 | 810 | 630 | 25 | 67 | 215 | |||||||||||||||
| 3 | Нормализация и отпуск | 900 и 650 | 792 | 651 | 21 | 65 | 201 | |||||||||||||||
| 4 | -“- | 870 и 630 | 900 | 760 | 22 | 62 | 156 | |||||||||||||||
| Сталь, произведенная без микролегирования | ||||||||||||||||||||||
| 5 | Нормализация | 930 | 620 | 490 | 31 | 71 | 168 | |||||||||||||||
| 6 | Нормализация и отпуск | 870 и 630 | 720 | 615 | 29 | 64 | 106 | |||||||||||||||
Источники информации:
1. RU 2175359 C1, С 22 С 38/12, 27.10.2001.
2. RU 2127769 C1, С 22 С 38/14, 20.03.1999.
3. RU 2124575 C1, С 22 С 38/54, 10.01.1999.
4. RU 2025534 С1, С 22 С 38/32, 30.12.1994.
5. RU 2094519 C1, C 22 C 38/12, 27.10.1997.
Claims (11)
1. Способ производства стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск в ковш, введение в ковш компонентов для легирования и раскисления при одновременной продувке стали азотом, разливку стали в изложницы, охлаждение, извлечение остывшего слитка, нагрев слитка, горячую прокатку и термическое упрочнение проката, отличающийся тем, что после наполнения ковша в его донную часть вводят смесь компонентов для микролегирования и раскисления, состоящую из алюминия, кальция и бора, продувают сталь азотом через донную продувочную фурму и получают сталь в слитке при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,12-0,42
Кремний 0,17-1,10
Марганец 0,5-1,8
Кальций 0,001-0,02
Алюминий 0,02-0,05
Нитрид алюминия 0,01-0,04
Бор 0,0001-0,0005
Нитрид бора 0,0001-0,0005
Азот 0,005-0,012
Железо и примеси Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выплавке стали в сталеплавильный агрегат дополнительно вводят хром и получают сталь в слитке при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,38-0,42
Кремний 0,17-0,37
Марганец 0,8-1,1
Хром 0,6-1,1
Кальций 0,001-0,02
Алюминий 0,02-0,05
Нитрид алюминия 0,01-0,04
Бор 0,0001-0,0005
Нитрид бора 0,0001-0,0005
Азот 0,005-0,012
Железо и примеси Остальное
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при выплавке стали в сталеплавильный агрегат дополнительно вводят никель и медь и получают сталь в слитке при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,12-0,20
Кремний 0,8-1,1
Марганец 0,8-1,1
Хром 0,6-1,1
Никель 0,5-0,8
Медь 0,4-0,6
Кальций 0,001-0,02
Алюминий 0,03-0,05
Нитрид алюминия 0,01-0,03
Бор 0,0001-0,0003
Нитрид бора 0,0002-0,0004
Азот 0,005-0,012
Железо и примеси Остальное
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что при выплавке стали в сталеплавильный агрегат дополнительно вводят молибден и/или ванадий и медь и получают сталь в слитке при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,38-0,42
Кремний 0,17-0,37
Марганец 0,8-1,1
Хром 0,6-1,1
Молибден 0,15-0,25
Ванадий 0,03-0,05
Кальций 0,001-0,02
Алюминий 0,03-0,05
Нитрид алюминия 0,01-0,03
Бор 0,0001-0,0003
Нитрид бора 0,0002-0,0004
Азот 0,005-0,012
Железо и примеси Остальное
5. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, кальций, алюминий, бор, азот, железо и примеси, отличающаяся тем, что сталь произведена способом по п.1.
6. Сталь по п.5, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,38-0,42
Кремний 0,17-0,37
Марганец 0,8-1,1
Хром 0,6-1,1
Кальций 0,001-0,02
Алюминий 0,02-0,05
Нитрид алюминия 0,01-0,04
Бор 0,0001-0,0005
Нитрид бора 0,0001-0,0005
Азот 0,005-0,012
Железо и примеси Остальное
7. Сталь по п.6, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит никель и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,12-0,20
Кремний 0,8-1,1
Марганец 0,8-1,1
Хром 0,6-1,1
Никель 0,5-0,8
Медь 0,4-0,6
Кальций 0,001-0,02
Алюминий 0,03-0,05
Нитрид алюминия 0,01-0,03
Бор 0,0001-0,0003
Нитрид бора 0,0002-0,0004
Азот 0,005-0,012
Железо и примеси Остальное
8. Сталь по п.6, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден и/или ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,38-0,42
Кремний 0,17-0,37
Марганец 0,8-1,1
Хром 0,6-1,1
Молибден 0,15-0,25
Ванадий 0,03-0,05
Кальций 0,001-0,02
Алюминий 0,03-0,05
Нитрид алюминия 0,01-0,03
Бор 0,0001-0,0003
Нитрид бора 0,0002-0,0004
Азот 0,005-0,012
Железо и примеси Остальное
9. Изделие из стали, отличающееся тем, что оно изготовлено из стали, произведенной способом по любому из пп.1-4.
10. Изделие по п.9, отличающееся тем, что оно изготовлено в виде круглого проката диаметром 15-40 мм и длиной до 10 мм.
11. Изделие по п.9, отличающееся тем, что оно изготовлено в виде прокатанной, термически и механически обработанной штанги нефтяного насоса диаметром 15-40 мм и длиной до 8,5 м.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004105830/02A RU2244756C1 (ru) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Способ производства стали, сталь и изделия из нее |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004105830/02A RU2244756C1 (ru) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Способ производства стали, сталь и изделия из нее |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2244756C1 true RU2244756C1 (ru) | 2005-01-20 |
Family
ID=34978095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004105830/02A RU2244756C1 (ru) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Способ производства стали, сталь и изделия из нее |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2244756C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2330896C2 (ru) * | 2006-08-30 | 2008-08-10 | Открытое акционерное общество "Оскольский электрометаллургический комбинат" | Трубная заготовка из низкоуглеродистой низколегированной стали |
| RU2330895C2 (ru) * | 2006-08-30 | 2008-08-10 | Открытое акционерное общество "Оскольский электрометаллургический комбинат" | Трубная заготовка из низкоуглеродистой микролегированной стали |
| RU2335552C2 (ru) * | 2006-08-30 | 2008-10-10 | Открытое акционерное общество "Оскольский электрометаллургический комбинат" | Трубная заготовка из хромистой стали повышенной обрабатываемости резанием |
| WO2015080618A1 (ru) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | Закрытое акционерное общество "Омутнинский металлургический завод" | Конструкционная легированная сталь с повышенной прочностью и способ термоупрочнения горячекатаного проката |
| CN115798851A (zh) * | 2022-10-21 | 2023-03-14 | 宁波众海磁业有限公司 | 一种钕铁硼磁性材料及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2025534C1 (ru) * | 1992-06-02 | 1994-12-30 | Научно-исследовательский институт металлургии | Конструкционная сталь |
| RU2042734C1 (ru) * | 1993-04-20 | 1995-08-27 | Пермский машиностроительный завод им.В.И.Ленина | Конструкционная сталь |
| RU2094519C1 (ru) * | 1995-05-12 | 1997-10-27 | Леонид Михайлович Клейнер | Сталь и ее варианты |
| RU2124576C1 (ru) * | 1997-07-08 | 1999-01-10 | Крыщенко Константин Иванович | Способ обработки металлических изделий |
| RU2156312C1 (ru) * | 2000-02-29 | 2000-09-20 | Открытое акционерное общество "НОСТА" | Способ производства катаных заготовок |
| RU2175359C1 (ru) * | 2000-04-17 | 2001-10-27 | Открытое акционерное общество "Чусовской металлургический завод" (ОАО "ЧМЗ") | Арматурная горячекатаная сталь и способ выплавки стали для ее получения |
-
2004
- 2004-02-27 RU RU2004105830/02A patent/RU2244756C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2025534C1 (ru) * | 1992-06-02 | 1994-12-30 | Научно-исследовательский институт металлургии | Конструкционная сталь |
| RU2042734C1 (ru) * | 1993-04-20 | 1995-08-27 | Пермский машиностроительный завод им.В.И.Ленина | Конструкционная сталь |
| RU2094519C1 (ru) * | 1995-05-12 | 1997-10-27 | Леонид Михайлович Клейнер | Сталь и ее варианты |
| RU2124576C1 (ru) * | 1997-07-08 | 1999-01-10 | Крыщенко Константин Иванович | Способ обработки металлических изделий |
| RU2156312C1 (ru) * | 2000-02-29 | 2000-09-20 | Открытое акционерное общество "НОСТА" | Способ производства катаных заготовок |
| RU2175359C1 (ru) * | 2000-04-17 | 2001-10-27 | Открытое акционерное общество "Чусовской металлургический завод" (ОАО "ЧМЗ") | Арматурная горячекатаная сталь и способ выплавки стали для ее получения |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2330896C2 (ru) * | 2006-08-30 | 2008-08-10 | Открытое акционерное общество "Оскольский электрометаллургический комбинат" | Трубная заготовка из низкоуглеродистой низколегированной стали |
| RU2330895C2 (ru) * | 2006-08-30 | 2008-08-10 | Открытое акционерное общество "Оскольский электрометаллургический комбинат" | Трубная заготовка из низкоуглеродистой микролегированной стали |
| RU2335552C2 (ru) * | 2006-08-30 | 2008-10-10 | Открытое акционерное общество "Оскольский электрометаллургический комбинат" | Трубная заготовка из хромистой стали повышенной обрабатываемости резанием |
| WO2015080618A1 (ru) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | Закрытое акционерное общество "Омутнинский металлургический завод" | Конструкционная легированная сталь с повышенной прочностью и способ термоупрочнения горячекатаного проката |
| CN115798851A (zh) * | 2022-10-21 | 2023-03-14 | 宁波众海磁业有限公司 | 一种钕铁硼磁性材料及其制备方法 |
| CN115798851B (zh) * | 2022-10-21 | 2023-11-21 | 宁波众海磁业有限公司 | 一种钕铁硼磁性材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102745823B1 (ko) | 열간 스탬핑용 강, 열간 스탬핑 방법, 및 열간 스탬핑된 구성요소 | |
| JP4475440B1 (ja) | 継目無鋼管およびその製造方法 | |
| CN113862558B (zh) | 一种屈服强度700MPa级低成本高韧性高强调质钢及其制造方法 | |
| CN100400679C (zh) | 高强度非调质无缝钢管及其制造方法 | |
| TWI742812B (zh) | 耐磨耗鋼板及其製造方法 | |
| RU2262539C1 (ru) | Сортовой прокат круглый из легированной стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных высокопрочных крепежных деталей | |
| CN112143970B (zh) | 高强高韧非调质前轴用钢及其生产方法 | |
| RU2249626C1 (ru) | Сортовой прокат, круглый, из среднеуглеродистой борсодержащей стали для холодной объемной штамповки высокопрочных крепежных деталей | |
| CN114107822B (zh) | 一种15.9级高强度螺栓用钢及其生产方法和热处理方法 | |
| RU2277595C1 (ru) | Круглый сортовой прокат из среднелегированной стали | |
| RU2244756C1 (ru) | Способ производства стали, сталь и изделия из нее | |
| RU2295587C1 (ru) | Рельсовая сталь | |
| GB2246579A (en) | High toughness non-refined steels and method for manufacturing them | |
| CN115584428B (zh) | 一种短流程低成本冷轧dh590钢及其生产方法 | |
| CN114231703B (zh) | 一种高强度简化退火冷镦钢生产方法 | |
| RU2330895C2 (ru) | Трубная заготовка из низкоуглеродистой микролегированной стали | |
| RU2336316C2 (ru) | Сортовой прокат круглый из борсодержащей стали для холодной объемной штамповки | |
| RU2249629C1 (ru) | Сортовой прокат, круглый, из среднеуглеродистой высокопластичной стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей особо сложной формы | |
| RU2261934C1 (ru) | Среднелегированная сталь повышенной обрабатываемости резанием | |
| JP2000104116A (ja) | 強度と靱性に優れた鋼材の製造法 | |
| RU2241779C1 (ru) | Рельсовая сталь | |
| RU2541255C1 (ru) | Конструкционная легированная сталь с повышенной прочностью и способ термоупрочнения горячекатаного проката | |
| RU2840535C1 (ru) | Способ производства горячекатаного проката | |
| RU2840275C1 (ru) | Горячекатаная стальная полоса для изготовления гибких труб для колтюбинга и способ её производства | |
| RU2238338C1 (ru) | Способ производства из непрерывнолитой заготовки сортового проката со сфероидизованной структурой из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner |