RU2605037C1 - Method for production of high-strength hot-rolled steel - Google Patents

Method for production of high-strength hot-rolled steel Download PDF

Info

Publication number
RU2605037C1
RU2605037C1 RU2015149850/02A RU2015149850A RU2605037C1 RU 2605037 C1 RU2605037 C1 RU 2605037C1 RU 2015149850/02 A RU2015149850/02 A RU 2015149850/02A RU 2015149850 A RU2015149850 A RU 2015149850A RU 2605037 C1 RU2605037 C1 RU 2605037C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
manganese
strength
content
rolling
Prior art date
Application number
RU2015149850/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ирина Гавриловна Родионова
Александр Иванович Зайцев
Александр Александрович Павлов
Марина Валериевна Родионова
Антонина Игоревна Крюкова
Маргарита Абрамовна Клячко
Инна Олеговна Барсукова
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина")
Priority to RU2015149850/02A priority Critical patent/RU2605037C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2605037C1 publication Critical patent/RU2605037C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, specifically to production of high-strength hot-rolled steel, used for making articles for petrochemistry and high-speed transport operating in extreme conditions, as well as base layer of bimetallic structures. Workpiece is produced from steel containing following component ratio, wt%: carbon 0.16-0.45, silicon 0.05-0.70, manganese 0.50-1.50, sulphur 0.002-0.008, phosphorus not more than 0.015, chromium not more than 0.15, nickel not more than 0.15, copper not more than 0.15, niobium from 0.005 to less than 0.01, acid-soluble aluminium 0.02-0.05, iron and unavoidable impurities - balance, wherein content of manganese and sulphur is linked by relationship [Mn]·[S] < 0.005. Workpiece is heated to temperature within range from more than 1,250 to 1,300 °C and subjected to hot rolling.
EFFECT: obtained rolled product has high strength properties.
1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, к способам производства горячекатаной стали с высокими прочностными свойствами, предназначенной для применения в изделиях нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях, а также в качестве основного слоя биметаллических изделий указанного назначения.The invention relates to the field of metallurgy, to methods for the production of hot rolled steel with high strength properties, intended for use in oil and gas chemistry and high-speed vehicles operating in extreme conditions, as well as as the main layer of bimetallic products for this purpose.

Традиционно для этих целей используют углеродистые (Ст. 3, 20К) и низколегированные, в том числе повышенной прочности (16ГС, 09Г2С) конструкционные стали, которые обеспечивают требуемую прочность, стойкость при ударных нагрузках, технологичность при гибке, штамповке, а также высокую свариваемость.Traditionally, carbon (St. 3, 20K) and low alloyed, including high strength (16GS, 09G2S) structural steels are used for these purposes, which provide the required strength, resistance to shock loads, manufacturability during bending, stamping, and high weldability.

Требования к свойствам современных сталей постоянно растут, в частности это касается высокой прочности при сохранении высоких показателей пластичности и вязкости материала. Высокая прочность достигается благодаря сочетанию различных механизмов упрочнения, наиболее благоприятным из которых является измельчение зеренной структуры, так как при этом происходит одновременное повышение и прочности и пластичности. В свою очередь, измельчение зерна может происходить по различным механизмам. В частности, это возможно из-за наличия в исходной заготовке или из-за формирования в процессе высокотемпературного нагрева барьеров, которые будут препятствовать росту зерна аустенита, например зернограничных сегрегаций основных (марганец, кремний) или примесных (сера, фосфор) элементов, или выделений избыточных фаз с участием указанных и/или микролегирующих элементов. Второй в настоящее время наиболее важной причиной формирования мелкозернистой структуры готового проката является торможение рекристаллизации путем создания условий для выделения в процессе горячей прокатки субмикронных выделений избыточных фаз. Традиционно это достигается микролегированием стали карбонитридообразующими элементами - титаном, ниобием, ванадием, которые образуют выделения избыточных фаз, способствующих измельчению зерна, в частности путем образования в процессе горячей прокатки субмикронных частиц, тормозящих рекристаллизацию. В то же время микролегирование приводит к существенному удорожанию сталей, что ограничивает их использование.The requirements for the properties of modern steels are constantly growing, in particular, this relates to high strength while maintaining high ductility and viscosity of the material. High strength is achieved through a combination of various hardening mechanisms, the most favorable of which is the grinding of the grain structure, since this simultaneously increases both strength and ductility. In turn, grain grinding can occur by various mechanisms. In particular, this is possible due to the presence of barriers in the initial billet or due to the formation of barriers during high-temperature heating that will inhibit the growth of austenite grain, for example, grain-boundary segregations of the main (manganese, silicon) or impurity (sulfur, phosphorus) elements, or precipitates excessive phases involving these and / or microalloying elements. The second currently most important reason for the formation of a fine-grained structure of finished steel is the inhibition of recrystallization by creating conditions for the release of excess phases during sub-micron precipitation during hot rolling. Traditionally, this is achieved by microalloying steel with carbon-nitride-forming elements - titanium, niobium, vanadium, which form precipitates of excess phases that contribute to grain refinement, in particular, by the formation of submicron particles inhibiting recrystallization during hot rolling. At the same time, microalloying leads to a significant increase in the cost of steels, which limits their use.

Для сталей, не содержащих микролегирующие элементы, способом обеспечения высокой прочности является использование термической обработки - закалки с отпуском, что также приводит к удорожанию металлопродукции.For steels that do not contain microalloying elements, the method of ensuring high strength is the use of heat treatment - quenching with tempering, which also leads to an increase in the cost of metal products.

Это свидетельствует о целесообразности разработки сталей усовершенствованного состава и технологий их производства, обеспечивающих высокий комплекс свойств путем управления структурообразованием в стали, в частности, в процессе горячей прокатки, при снижении содержания в стали микролегирующих элементов.This indicates the feasibility of developing steels with an improved composition and technologies for their production, providing a high set of properties by controlling the structure formation in steel, in particular, during hot rolling, while reducing the content of microalloying elements in steel.

Известен способ изготовления листовой стали с высокой прочностью и ударной вязкостью, с пределом текучести 900 МПа, который заключается в изготовлении стали следующего химического состава (в вес. %) С 0.07~0.14, Si 0.25~0.50, Μn 1.70~2.20, Cr 0.05~0.50, Ni 0.20~0.50, Nb 0.03~0.10, V 0.03~0.10, Ti 0.01~0.0, Al 0.02~0.04, В 0.0006~0.0025, остальное - железо и неизбежные примеси (Патент CN 102337482 B, МПК С22С 38/58, B21В 37/74, опубл. 20.11.2013). Применение термомеханической контролируемой прокатки и технологии охлаждения позволяет в стали данного химического состава получить матрицу из сверхтонких пластин бейнита с пределом текучести ≥900 МПа, пределом прочности ≥980 МПа, при значении ударной вязкости Шарпи при (-20 С) более 150 Дж. Показатель предрасположенности к образованию сварных трещин такой стали Рсм≤0.25%, что свидетельствует о хорошей свариваемости.A known method of manufacturing sheet steel with high strength and impact strength, with a yield strength of 900 MPa, which consists in the manufacture of steel of the following chemical composition (in wt.%) With 0.07 ~ 0.14, Si 0.25 ~ 0.50, Μn 1.70 ~ 2.20, Cr 0.05 ~ 0.50, Ni 0.20 ~ 0.50, Nb 0.03 ~ 0.10, V 0.03 ~ 0.10, Ti 0.01 ~ 0.0, Al 0.02 ~ 0.04, V 0.0006 ~ 0.0025, the rest is iron and inevitable impurities (Patent CN 102337482 B, IPC С22С 38/58, B21B 37/74, publ. 11/20/2013). The use of thermomechanical controlled rolling and cooling technology makes it possible to obtain a matrix of ultra-thin bainite plates in steel of a given chemical composition with yield strength ≥900 MPa, tensile strength ≥980 MPa, and Charpy impact strength at (-20 С) more than 150 J. Predisposition index to the formation of welded cracks of such steel Pcm≤0.25%, which indicates good weldability.

Указанное изобретение обеспечивает высокое сочетание прочности, вязкости, свариваемости. Однако повышенное содержание легирующих и микролегирующих элементов приводит к высокой стоимости стали. Необходимость использования сложной термомеханической обработки требует высокой культуры производства.The specified invention provides a high combination of strength, toughness, weldability. However, the increased content of alloying and microalloying elements leads to a high cost of steel. The need to use complex thermomechanical processing requires a high production culture.

Известен способ получения стали с пределом прочности на разрыв по меньшей мере 900 МПа, включающий нагрев стального сляба до 950-1250°C; горячую прокатку сляба при температуре не выше 950°C при совокупной степени обжатия, составляющей по меньшей мере 25% для формирования толстолистовой стали, завершение горячей прокатки при температуре не ниже температуры фазового превращения Ar3 при охлаждении или при 700°C в зависимости от того, какое из этих значений температуры будет выше; и охлаждение толстолистовой стали от температуры не ниже 700°C со скоростью охлаждения в пределах 10-45°C/с, при замере ее в центральной зоне толстолистовой стали до тех пор, пока центральная зона толстолистовой стали не охладится до температуры не выше 450°C. Сталь содержит, мас. %: углерод 0.02-0.1, кремний не более 0.6, марганец 0.2-1,7, никель 0.2-1.2, ниобий 0.01-0.1, титан 0.005-0.03, алюминий не более 0.1, азот 0.001-0.006, медь 0-0.6, хром 0-0.8. молибден 0-0.6, ванадий 0-0.1. бор 0-0.0025, кальций 0-0.006, фосфор ≤0,015, сера ≤0,003, железо и примеси - остальное. При этом сталь содержит карбиды с размером частиц менее 5 мкм и имеет значение углеродного эквивалента Vs, равное 0.15-0.42 и определяемое по формуле Vs=С+(Μn/5)+5 Ρ-(Ni/10)-(Mo/15)+(Cu/10). Сталь имеет смешанную микроструктуру, состоящую из мартенсита и нижнего бейнита, причем смешанная структура составляет по меньшей мере 90 об.% от микроструктуры стали, нижний бейнит составляет по меньшей мере 2 об.% от смешанной структуры, а предшествующие аустенитные зерна имеют отношение длины к ширине по меньшей мере 3.A known method of producing steel with a tensile strength of at least 900 MPa, comprising heating a steel slab to 950-1250 ° C; hot rolling of a slab at a temperature not exceeding 950 ° C with a total degree of compression of at least 25% for the formation of plate steel, completion of hot rolling at a temperature not lower than the temperature of the phase transition Ar3 upon cooling or at 700 ° C, depending on which of these temperatures will be higher; and cooling the steel plate from a temperature not lower than 700 ° C with a cooling rate in the range of 10-45 ° C / s, when measuring it in the central zone of the steel plate until the central zone of the steel plate cools to a temperature not exceeding 450 ° C . Steel contains, by weight. %: carbon 0.02-0.1, silicon no more than 0.6, manganese 0.2-1.7, nickel 0.2-1.2, niobium 0.01-0.1, titanium 0.005-0.03, aluminum no more than 0.1, nitrogen 0.001-0.006, copper 0-0.6, chrome 0-0.8. molybdenum 0-0.6, vanadium 0-0.1. boron 0-0.0025, calcium 0-0.006, phosphorus ≤0.015, sulfur ≤0.003, iron and impurities - the rest. Moreover, steel contains carbides with a particle size of less than 5 μm and has a carbon equivalent value Vs equal to 0.15-0.42 and determined by the formula Vs = С + (Μn / 5) +5 Ρ- (Ni / 10) - (Mo / 15) + (Cu / 10). Steel has a mixed microstructure consisting of martensite and lower bainite, the mixed structure being at least 90 vol.% Of the microstructure of the steel, lower bainite being at least 2 vol.% Of the mixed structure, and previous austenitic grains have a length to width ratio at least 3.

Сталь обладает высокими показателями: ударной вязкостью по всей своей толщине, высоким уровнем свойств в сварных соединениях и имеет предел прочности на разрыв по меньшей мере 900 МПа.Steel has high performance: toughness over its entire thickness, a high level of properties in welded joints and has a tensile strength of at least 900 MPa.

Технический результат данного изобретения - высокие показатели прочности и ударной вязкости за счет сложной системы легирования. (Патент RU 2205245 МПК С22С 38/08, С22С 38/50, С22С 38/58, опубл. 27.05.2003).The technical result of this invention is the high strength and toughness due to the complex alloying system. (Patent RU 2205245 IPC С22С 38/08, С22С 38/50, С22С 38/58, publ. 05.27.2003).

В указанном изобретении предполагается упрочнение путем создания сдвиговых структур, а также с помощью торможения рекристализации аустенита. Измельчение аустенитного зерна в данном способе осуществляется за счет дорогостоящего легирования карбонитридообразующими элементами.In the said invention, hardening is supposed to be achieved by creating shear structures, as well as by inhibiting the recrystallization of austenite. Grinding of austenitic grain in this method is carried out due to the expensive alloying with carbonitride-forming elements.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ производства проката из конструкционной низколегированной стали 09Г2С. Данная сталь применяется для различных изделий и оборудования, в том числе нефтехимической отрасли, работающих при температуре от -70 до +425°C под давлением. Сталь содержит, мас. %: углерод до 0,12, кремний 0,5-0,8, марганец 1,3-1,7. никель до 0,3, хром до 0,3, азот до 0,008, медь до 0,3, фосфор до 0,035, сера до 0,04, железо и примеси - остальное. Прокат из такой стали имеет следующие механические свойства: в горячекатаном состоянии предел прочности 490 МПа, предел текучести 345 МПа, после нормализации предел прочности 470 МПа, предел текучести 265 МПа, после закалки с отпуском предел прочности 510 МПа, предел текучести 340 МПа. (ГОСТ 19281-89 Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия - прототип)The closest analogue of the claimed invention is a method for the production of rolled products from structural low-alloy steel 09G2S. This steel is used for various products and equipment, including the petrochemical industry, operating at temperatures from -70 to + 425 ° C under pressure. Steel contains, by weight. %: carbon up to 0.12, silicon 0.5-0.8, manganese 1.3-1.7. nickel to 0.3, chromium to 0.3, nitrogen to 0.008, copper to 0.3, phosphorus to 0.035, sulfur to 0.04, iron and impurities - the rest. Rolled steel of such steel has the following mechanical properties: in the hot-rolled state, the tensile strength is 490 MPa, the yield strength is 345 MPa, after normalization, the tensile strength is 470 MPa, the yield strength is 265 MPa, and after quenching with tempering, the tensile strength is 510 MPa and the yield strength is 340 MPa. (GOST 19281-89 Rolled steel of increased strength. General specifications - prototype)

Недостатком данной стали является то, что наиболее высокие показатели механических характеристик достигаются только за счет дополнительных технологических операций, таких как закалка с отпуском. При этом уровень прочности остается также сравнительно низким.The disadvantage of this steel is that the highest mechanical characteristics are achieved only through additional technological operations, such as quenching with tempering. At the same time, the level of strength also remains relatively low.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является оптимизация химического состава и технологии производства стали с обеспечением технического результата в виде повышения показателей прочности и пластичности стали за счет измельчения структуры во время горячей прокатки, при снижении стоимости производства стали путем упрощения технологической цепочки.The problem to which the invention is directed is to optimize the chemical composition and technology of steel production with a technical result in the form of increasing the strength and ductility of steel by grinding the structure during hot rolling, while reducing the cost of steel production by simplifying the process chain.

Технический результат достигается тем, что в способе производства высокопрочной горячекатаной стали, включающем получение заготовки из стали и горячую прокатку заготовки, согласно изобретению заготовку получают из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас. %:The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing high-strength hot-rolled steel, which includes obtaining a billet from steel and hot rolling of a billet, according to the invention, the billet is obtained from steel containing components in the following ratio, wt. %:

УглеродCarbon 0,16-0,450.16-0.45 КремнийSilicon 0,05-0,700.05-0.70 МарганецManganese 0,50-1,500.50-1.50 СераSulfur 0,002-0,0080.002-0.008 ФосфорPhosphorus не более 0,015no more than 0.015 ХромChromium не более 0,15no more than 0,15 НикельNickel не более 0,15no more than 0,15 МедьCopper не более 0,15no more than 0,15 НиобийNiobium от 0,005 до менее 0,01from 0.005 to less than 0.01 Алюминий кислоторастворимыйAcid-soluble aluminum 0,02-0,050.02-0.05 Железо и неизбежные примесиIron and inevitable impurities остальное,rest,

при этом содержание марганца и серы связано зависимостью [Mn]·[S]<0,005, нагрев заготовки перед горячей прокаткой осуществляют в диапазоне от более 1250 до 1300°С, а горячую прокатку осуществляют с обеспечением выделения в ее процессе в структуре проката субмикронных выделений частиц сульфида марганца MnS размером 0,1-0,8 мкм.while the content of manganese and sulfur is related by the dependence [Mn] · [S] <0.005, heating the preform before hot rolling is carried out in the range from more than 1250 to 1300 ° C, and hot rolling is carried out with the provision in the process of rolling submicron particle emissions manganese sulfide MnS with a size of 0.1-0.8 microns.

Сущность изобретения заключается в том, что обеспечение высоких показателей прочности достигается получением более мелкого ферритного зерна в готовом прокате, обосновывается выделением в процессе горячей прокатки субмикронных частиц избыточных фаз - в первую очередь сульфида марганца, и при данном химическом составе стали - в меньшей степени кабонитрида ниобия. Выделение указанных частиц при горячей прокатке тормозит рекристаллизационные процессы, способствуя формированию после прокатки вытянутого и мелкого аустенитного зерна с большой протяженностью границ зерен. Зарождение ферритных зерен при полиморфном превращении в процессе последующего охлаждения начинается именно на границах таких аустенитных зерен, и при увеличении протяженности границ количество центров зарождения ферритных зерен увеличивается, что и приводит к измельчению конечной структуры и к повышению прочности. В данной стали выделениями избыточных фаз, образующимися при прокатке, являются не только традиционно используемые для этой цели частицы карбонитрида ниобия, но и сульфида марганца. С повышением температуры нагрева под прокатку и при обеспечении содержания серы и марганца в стали, а также их произведения в заявленных диапазонах создаются условия для растворения в процессе высокотемпературной выдержки сравнительно крупных частиц сульфида марганца, которые присутствовали в металле литой заготовки. Переходящая при этом в твердый раствор сера (а также марганец) может влиять на измельчение конечной структуры проката, участвуя в образовании более мелких (субмикронных) выделений сульфида марганца в процессе горячей прокатки.The essence of the invention lies in the fact that the provision of high strength indicators is achieved by obtaining finer ferrite grains in the finished product, it is justified by the allocation during the hot rolling of submicron particles of excess phases - primarily manganese sulfide, and with this chemical composition of steel - to a lesser extent niobium nitride . The selection of these particles during hot rolling inhibits the recrystallization processes, contributing to the formation after rolling of elongated and small austenitic grains with a large length of grain boundaries. The nucleation of ferrite grains during polymorphic transformation during subsequent cooling begins precisely at the boundaries of such austenitic grains, and with an increase in the length of the boundaries, the number of nucleation centers of ferrite grains increases, which leads to a refinement of the final structure and an increase in strength. In this steel, the precipitates of excess phases formed during rolling are not only niobium carbonitride particles traditionally used for this purpose, but also manganese sulfide. With an increase in the heating temperature for rolling and while ensuring the content of sulfur and manganese in steel, as well as their products in the claimed ranges, conditions are created for dissolving during the high-temperature aging of relatively large particles of manganese sulfide that were present in the metal of the cast billet. Sulfur (as well as manganese) passing into the solid solution can affect the refinement of the final rolled metal structure by participating in the formation of smaller (submicron) precipitates of manganese sulfide during hot rolling.

Предлагаемое содержание серы и марганца в стали при ограничении значения их произведения и температуры нагрева под прокатку обеспечивает формирование субмикронных частиц сульфида марганца в процессе горячей прокатки, которые способствуют торможению рекристаллизационных процессов и, таким образом, формированию после прокатки вытянутого и мелкого аустенитного зерна с большой протяженностью границ зерен.The proposed content of sulfur and manganese in steel, while limiting the value of their product and the heating temperature for rolling, ensures the formation of submicron particles of manganese sulfide during hot rolling, which contribute to the inhibition of recrystallization processes and, thus, the formation of elongated and fine austenitic grains with long boundaries after rolling grains.

Ограничение нижнего и верхнего предела содержания серы (0,002-0,008 мас. %) в стали, а также верхнего допустимого значения произведения содержания марганца на содержание серы (не более 0,005%) определяется необходимостью растворения в процессе высокотемпературной выдержки крупных частиц сульфида марганца и образования достаточного количества более мелких (субмикронных) выделений сульфида марганца в процессе горячей прокатки. Дальнейшее снижение содержания серы не способствует повышению прочности, так как при этом уменьшается количество субмикронных частиц сульфида марганца, формирующихся при горячей прокатке, и снижается эффективность торможения рекристаллизации. Кроме того, дальнейшее снижение содержания серы приводит к существенному удорожанию металлопродукции. При содержании серы более 0,008% не реализуется указанный механизм упрочнения, так как в этом случае не происходит растворения сульфида марганца при нагреве под прокатку.The limitation of the lower and upper limits of sulfur content (0.002-0.008 wt.%) In steel, as well as the upper allowable value of the product of manganese content and sulfur content (not more than 0.005%) is determined by the need to dissolve in the process of high-temperature aging of large particles of manganese sulfide and the formation of a sufficient amount smaller (submicron) emissions of manganese sulfide during hot rolling. A further decrease in sulfur content does not contribute to increased strength, since this reduces the number of submicron particles of manganese sulfide formed during hot rolling, and reduces the efficiency of the inhibition of recrystallization. In addition, a further decrease in sulfur content leads to a significant increase in the cost of metal products. When the sulfur content is more than 0.008%, the indicated hardening mechanism is not realized, since in this case, manganese sulfide does not dissolve when heated under rolling.

Ограничение нижнего предела содержания марганца (0,5 мас. %) связано с необходимостью связать серу в частицы MnS, что предупреждает образование сульфида железа, присутствие которого может оказать вредное влияние на качество поверхности проката. Ограничение верхнего предела содержания марганца (1,50 мас. %) связано с необходимостью получения высоких показателей пластичности и ударной вязкости при сохранении высоких показателей прочности.The limitation of the lower limit of manganese content (0.5 wt.%) Is associated with the need to bind sulfur to MnS particles, which prevents the formation of iron sulfide, the presence of which can have a harmful effect on the surface quality of the car. The limitation of the upper limit of the manganese content (1.50 wt.%) Is associated with the need to obtain high ductility and toughness while maintaining high strength.

Содержание углерода в заявленных пределах позволяет дополнительно влиять на прочностные характеристики стали, так как оно влияет и на количество карбонитридныхThe carbon content in the stated limits allows you to further influence the strength characteristics of steel, as it affects the amount of carbonitride

выделений, и на формирование упрочняющих структурных составляющих. Более низкое содержание углерода приводит к снижению прочности. Его более высокое содержание по сравнению с заявленными пределами отрицательно влияет на пластичность.secretions, and the formation of reinforcing structural components. Lower carbon content leads to lower strength. Its higher content compared with the stated limits adversely affects ductility.

Содержание кремния (0,05-0,70 мас. %) и алюминия (0,02-0,05 мас. %) в предлагаемых пределах позволяет обеспечить требуемый уровень раскисленности стали. Кроме того, указанное содержание алюминия приводит к образованию частиц нитрида алюминия, сдерживающих рост зерна, что, в свою очередь, приводит к повышению прочности, а также вязкости. Увеличение содержания данных элементов приводит к понижению пластичности стали.The content of silicon (0.05-0.70 wt.%) And aluminum (0.02-0.05 wt.%) In the proposed range allows you to provide the required level of deoxidation of steel. In addition, the specified aluminum content leads to the formation of particles of aluminum nitride, inhibiting grain growth, which, in turn, leads to an increase in strength as well as viscosity. An increase in the content of these elements leads to a decrease in the ductility of steel.

Ограничение содержания никеля (<0,15 мас. %), меди (<0,15 мас. %) и фосфора (не более 0,015 мас. %) позволяет избежать хладноломкости данной стали, так как предупреждает формирование сегрегаций по границам зерен.The limitation of the content of nickel (<0.15 wt.%), Copper (<0.15 wt.%) And phosphorus (not more than 0.015 wt.%) Avoids cold brittleness of this steel, since it prevents the formation of segregations along grain boundaries.

Ограничение содержания хрома (<0,15 мас. %) обеспечивает высокую свариваемость стали. Повышение его содержания отрицательно влияет на показатели свариваемости и приводит к увеличению стоимости продукции.The limitation of chromium content (<0.15 wt.%) Provides high weldability of steel. An increase in its content negatively affects the weldability and leads to an increase in the cost of production.

Микролегирование стали ниобием (от 0,005 до менее 0,01 мас. %) в указанных пределах приводит к повышению прочности, вязкости и хладостойкости стали из-за выделения мелкодисперсных частиц карбонитридов и/или карбидов ниобия на заключительной стадии горячей прокатки и в процессе охлаждения смотанного рулона, а также из-за развития процессов дисперсионного твердения, повышающих прочностные характеристики.The microalloying of steel with niobium (from 0.005 to less than 0.01 wt.%) Within the indicated limits leads to an increase in the strength, toughness and cold resistance of steel due to the release of fine particles of niobium carbonitrides and / or carbides at the final stage of hot rolling and during cooling of the coiled coil , as well as due to the development of dispersion hardening processes that increase strength characteristics.

Температура нагрева металла под прокатку до температур от более 1250 до 1300°С обеспечивает в стали данного химического состава растворение сульфида марганца, а при последующем охлаждении его выделение в виде более мелких субмикронных частиц, тормозящих рекристаллизацию аустенита, а также являющихся центрами зарождения зерен полигонального феррита в процессе полиморфного превращения. Нагрев до более низкой температуры 1250°С, несмотря на получение после нагрева более мелкого зерна аустенита, не обеспечивает растворения частиц сульфида марганца, достаточного для последующего его выделения в виде субмикронных частиц, влияющих на рекристаллизацию аустенита и на формирование феррита. Нагрев до температуры более 1300°С приводит к формированию слишком крупнозернистой структуры аустенита, которая наследуется и в готовом прокате.The temperature of heating the metal for rolling to temperatures from more than 1250 to 1300 ° C ensures the dissolution of manganese sulfide in steel of this chemical composition, and upon subsequent cooling, its release in the form of smaller submicron particles inhibiting the recrystallization of austenite, as well as being the nucleation centers of polygonal ferrite grains in polymorphic transformation process. Heating to a lower temperature of 1250 ° C, despite obtaining finer austenite grain after heating, does not provide the dissolution of manganese sulfide particles, sufficient for its subsequent isolation in the form of submicron particles, affecting the recrystallization of austenite and the formation of ferrite. Heating to a temperature of more than 1300 ° C leads to the formation of a too coarse-grained structure of austenite, which is also inherited in finished products.

Примеры конкретного выполнения способа:Examples of specific performance of the method:

Пять вариантов углеродистой стали (химический состав приведен в таблице №1) были получены в лабораторных условиях. Варьируя температуры нагрева под прокатку (1150°С, 1255°С, 1300°С и 1350°С), осуществлялась горячая прокатка на лабораторном стане на толщину 3,5 мм, с последующей имитацией смотки в рулон (полученные полосы после прокатки помещали в печь, нагретую до температуры 580°С, и охлаждали с печью). Кроме испытаний на растяжение с определением предела текучести, предела прочности и относительного удлинения (результаты приведены в таблице №2), были проведены электронно-микроскопические исследования выделений сульфида марганца в готовом прокате, в зависимости от температурного режима нагрева под прокатку на сканирующем электронном микроскопе JSM-6610LV фирмы «JEOL».Five carbon steel options (chemical composition is given in table No. 1) were obtained in laboratory conditions. Varying the heating temperatures for rolling (1150 ° С, 1255 ° С, 1300 ° С and 1350 ° С), hot rolling was carried out on a laboratory mill to a thickness of 3.5 mm, followed by simulation of winding into a roll (the obtained strips after rolling were placed in an oven heated to a temperature of 580 ° C and cooled with an oven). In addition to tensile tests with the determination of yield strength, tensile strength and elongation (the results are shown in table No. 2), electron-microscopic studies of manganese sulfide precipitates in finished products were carried out, depending on the temperature of the heating for rolling using a JSM- scanning electron microscope 6610LV of the JEOL company.

Figure 00000001
Figure 00000001

Как видно из таблицы №1, химический состав плавок №1,2 соответствует формуле изобретения, в то время как для плавки №3 содержание серы, а также произведение содержания серы на содержание марганца выше, чем в формуле изобретения, для плавки №4 содержание серы ниже, чем заявлено в изобретении, а плавка №5 отличается от заявленного более высоким содержанием марганца.As can be seen from table No. 1, the chemical composition of swimming trunks No. 1,2 corresponds to the claims, while for melting No. 3, the sulfur content, as well as the product of sulfur content and manganese content is higher than in the claims, for melting No. 4, the sulfur content lower than stated in the invention, and smelting No. 5 differs from the stated higher content of manganese.

Figure 00000002
Figure 00000002

Для всех вариантов плавок режимы нагрева стали под прокатку (таблица №2) с №2, 4 соответствуют формуле изобретения. Режим №1 отличается более низкой температурой нагрева, а режим №4 более высокой температурой нагрева по сравнению с заявленными в формуле изобретения температурами нагрева под прокатку.For all smelting options, the heating modes of steel for rolling (table No. 2) with No. 2, 4 correspond to the claims. Mode No. 1 has a lower heating temperature, and mode No. 4 has a higher heating temperature in comparison with the rolling heating temperatures stated in the claims.

Как видно из данных, приведенных в таблицах №1 и №2, наиболее высокие показатели прочности (временное сопротивление не ниже 670 МПа) при сохранении пластичности (не менее 23%) имеют стали вариантов №№ 1 и 2, соответствующих формуле изобретения по химическому составу, для вариантов нагрева под прокатку до температур более 1250 до 1300°С, также соответствующих формуле изобретения.As can be seen from the data given in tables No. 1 and No. 2, the highest strength indicators (temporary resistance not lower than 670 MPa) while maintaining ductility (at least 23%) have steel options No. 1 and 2, corresponding to the claims according to the chemical composition , for heating options for rolling to temperatures above 1250 to 1300 ° C, also corresponding to the claims.

В образцах проката с предлагаемым химическим составом, полученного из заготовок, нагретых под прокатку до температур более 1250 до 1300°С, присутствуют субмикронные частицы сульфида марганца, часто на оксидах, но также субмикронного размера. В прокате из заготовок, нагретых под прокатку при более низких температурах (менее 1250°С) с тем же содержанием серы, выделения сульфида марганца расположены на более крупных сложных оксидах, часто содержащих кальций и магний. При температурах 1150°С мольная доля сульфида марганца, растворяющегося при нагреве под прокатку, а значит,In rolled samples with the proposed chemical composition, obtained from billets heated for rolling to temperatures above 1250 to 1300 ° C, submicron particles of manganese sulfide are present, often on oxides, but also of submicron size. In rolled products from billets heated for rolling at lower temperatures (less than 1250 ° C) with the same sulfur content, manganese sulfide precipitates are located on larger complex oxides, often containing calcium and magnesium. At temperatures of 1150 ° C, the molar fraction of manganese sulfide, which dissolves when heated for rolling, which means

выделяющегося в процессе прокатки, недостаточна для эффективного торможения рекристаллизации. При 1350°С превалирующее значение имеет рост аустенитного зерна в процессе нагрева под прокатку, что наследуется в готовом прокате и приводит к снижению прочности.released during the rolling process is insufficient for effective inhibition of recrystallization. At 1350 ° C, the growth of austenitic grain during heating under rolling prevails, which is inherited in finished products and leads to a decrease in strength.

Как видно из приведенных данных таблиц №1 и №2, для стали с большим содержанием марганца (более 1,5%), независимо от температуры нагрева под прокатку, отмечаются более низкие прочностные характеристики. Это связано с недостаточным растворением сульфида марганца при нагреве под прокатку. Однако стоит отметить, что при увеличении температуры нагрева стали под прокатку наблюдается незначительное увеличение пластичности за счет некоторой доли частиц. Эти данные подтверждают необходимость ограничить содержание марганца - не более 1,5%.As can be seen from the data in tables No. 1 and No. 2, for steel with a high manganese content (more than 1.5%), regardless of the heating temperature for rolling, lower strength characteristics are noted. This is due to insufficient dissolution of manganese sulfide during heating for rolling. However, it is worth noting that with an increase in the heating temperature of steel for rolling, a slight increase in ductility is observed due to a certain fraction of particles. These data confirm the need to limit the manganese content to not more than 1.5%.

При повышении содержания серы выше 0,008% (в частности до 0,010%), а также произведения содержания серы на содержание марганца (сталь варианта 3), указанный механизм измельчения зерна и повышения прочности не реализуется, так как в этом случае не происходит растворения сульфида марганца при нагреве под прокатку. Независимо от температуры нагрева под прокатку, в такой стали формируется крупнозернистая феррито-перлитная структура и низкий уровень прочностных характеристик. При низком содержании серы, менее 0,002% (для стали варианта №4 [S]=0,001%), общее количество сульфида марганца становится недостаточным для эффективного торможения рекристаллизационных процессов. Для реализации рассмотренного механизма упрочнения с участием сульфида марганца наиболее благоприятны стали с содержанием серы от 0,002 до 0,008%.If the sulfur content is increased above 0.008% (in particular, to 0.010%), as well as the product of sulfur content and the manganese content (steel of option 3), this mechanism of grinding grain and increasing strength is not implemented, since in this case manganese sulfide does not dissolve when heating for rolling. Regardless of the heating temperature for rolling, a coarse-grained ferrite-pearlite structure and a low level of strength characteristics are formed in such steel. With a low sulfur content, less than 0.002% (for steel of option No. 4 [S] = 0.001%), the total amount of manganese sulfide becomes insufficient for effective inhibition of recrystallization processes. To implement the considered hardening mechanism with the participation of manganese sulfide, steel with a sulfur content from 0.002 to 0.008% is most favorable.

Таким образом, к благоприятным типам избыточных фаз относятся выделения, формирующиеся в процессе горячей прокатки и имеющие субмикронные размеры, в основном 0,1-0,8 мкм. Их образование приводит к торможению процессов рекристаллизации горячекатаного проката, к соответствующему измельчению зерна аустенита, наследуемого в конечной структуре. К таким выделениям относятся не только карбонитридные выделения, но и выделения сульфида марганца, образование которых в процессе горячей прокатки возможно при определенном содержании серы и марганца. Очевидно, что в случае реализации механизма упрочнения, связанного с формированием частиц сульфида марганца, содержание в стали ниобия может быть уменьшено.Thus, favorable types of excess phases include precipitates formed during hot rolling and having submicron sizes, mainly 0.1-0.8 microns. Their formation leads to inhibition of the processes of recrystallization of hot-rolled steel, to the corresponding grinding of austenite grain, inherited in the final structure. Such precipitates include not only carbonitride precipitates, but also precipitates of manganese sulfide, the formation of which during hot rolling is possible with a certain content of sulfur and manganese. Obviously, in the case of the implementation of the hardening mechanism associated with the formation of particles of manganese sulfide, the content of niobium in steel can be reduced.

Результаты, приведенные в таблицах №1 и №2, подтверждают, что варианты сталей, соответствующие формуле изобретения, демонстрируют высокие показатели прочности и пластичности после горячей прокатки, без дополнительной термической обработки.The results are shown in tables No. 1 and No. 2, confirm that the steel options corresponding to the claims demonstrate high strength and ductility after hot rolling, without additional heat treatment.

Claims (1)

Способ производства высокопрочной горячекатаной стали, включающий получение заготовки из стали, горячую прокатку заготовки, отличающийся тем, что заготовку получают из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод 0,16-0,45 Кремний 0,05-0,70 Марганец 0,50-1,50 Сера 0,002-0,008 Фосфор не более 0,015 Хром не более 0,15 Никель не более 0,15 Медь не более 0,15 Ниобий от 0,005 до менее 0,01 Алюминий кислоторастворимый 0,02-0,05 Железо и неизбежные примеси - остальное,

при этом содержание марганца и серы связано зависимостью [Mn]·[S]<0,005, перед горячей прокаткой осуществляют нагрев заготовки в диапазоне от более 1250 до 1300°С, а в процессе горячей прокатки обеспечивают выделение в структуре проката субмикронных частиц сульфида марганца MnS размером 0,1-0,8 мкм.
A method for the production of high-strength hot-rolled steel, including the preparation of a billet from steel, hot rolling of a billet, characterized in that the billet is obtained from steel containing components in the following ratio, wt.%:
Carbon 0.16-0.45 Silicon 0.05-0.70 Manganese 0.50-1.50 Sulfur 0.002-0.008 Phosphorus no more than 0.015 Chromium no more than 0,15 Nickel no more than 0,15 Copper no more than 0,15 Niobium from 0.005 to less than 0.01 Acid-soluble aluminum 0.02-0.05 Iron and inevitable impurities - the rest,

the content of manganese and sulfur is related by the dependence [Mn] · [S] <0.005, before hot rolling, the workpiece is heated in the range from more than 1250 to 1300 ° C, and during hot rolling, submicron particles of manganese sulfide MnS are separated in size by size 0.1-0.8 microns.
RU2015149850/02A 2015-11-20 2015-11-20 Method for production of high-strength hot-rolled steel RU2605037C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015149850/02A RU2605037C1 (en) 2015-11-20 2015-11-20 Method for production of high-strength hot-rolled steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015149850/02A RU2605037C1 (en) 2015-11-20 2015-11-20 Method for production of high-strength hot-rolled steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2605037C1 true RU2605037C1 (en) 2016-12-20

Family

ID=58697462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015149850/02A RU2605037C1 (en) 2015-11-20 2015-11-20 Method for production of high-strength hot-rolled steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2605037C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1559797A1 (en) * 2004-01-29 2005-08-03 JFE Steel Corporation High strength steel sheet and method for manufacturing same
EP2397570A1 (en) * 2009-10-28 2011-12-21 Nippon Steel Corporation Steel plate for line pipes with excellent strength and ductility and process for production of same
EP2647730A2 (en) * 2012-04-03 2013-10-09 Rautaruukki Oy A method for manufacturing a high strength formable continuously annealed steel strip, a high strength formable continuously annealed steel strip product and a steel coil
EP2759615A1 (en) * 2011-11-01 2014-07-30 JFE Steel Corporation High-strength hot-rolled steel sheet having excellent bending characteristics and low-temperature toughness and method for producing same
EP2873747A1 (en) * 2012-09-19 2015-05-20 JFE Steel Corporation Wear-resistant steel plate having excellent low-temperature toughness and corrosion wear resistance
EP2444510B1 (en) * 2009-06-17 2015-10-21 JFE Steel Corporation High-strength hot-dip galvannealed steel sheet with excellent workability and fatigue characteristics and process for production thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1559797A1 (en) * 2004-01-29 2005-08-03 JFE Steel Corporation High strength steel sheet and method for manufacturing same
EP2444510B1 (en) * 2009-06-17 2015-10-21 JFE Steel Corporation High-strength hot-dip galvannealed steel sheet with excellent workability and fatigue characteristics and process for production thereof
EP2397570A1 (en) * 2009-10-28 2011-12-21 Nippon Steel Corporation Steel plate for line pipes with excellent strength and ductility and process for production of same
RU2478133C1 (en) * 2009-10-28 2013-03-27 Ниппон Стил Корпорейшн High-strength and ductility steel sheet for making main pipe, and method of steel sheet fabrication
EP2759615A1 (en) * 2011-11-01 2014-07-30 JFE Steel Corporation High-strength hot-rolled steel sheet having excellent bending characteristics and low-temperature toughness and method for producing same
EP2647730A2 (en) * 2012-04-03 2013-10-09 Rautaruukki Oy A method for manufacturing a high strength formable continuously annealed steel strip, a high strength formable continuously annealed steel strip product and a steel coil
EP2873747A1 (en) * 2012-09-19 2015-05-20 JFE Steel Corporation Wear-resistant steel plate having excellent low-temperature toughness and corrosion wear resistance

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10156005B2 (en) High-yield-ratio, high-strength cold rolled steel sheet and production method therefor
KR102470965B1 (en) Steel sheet having excellent toughness, ductility and strength, and manufacturing method thereof
RU2701237C2 (en) High-strength hot-rolled steel with high impact strength and yield point of not less than 800 mpa and method for production thereof
US7879163B2 (en) Method for manufacturing a high carbon hot-rolled steel sheet
US10144996B2 (en) High strength cold rolled steel sheet with low yield ratio and method of manufacturing the same
JP7018510B2 (en) Wear-resistant steel with excellent hardness and impact toughness and its manufacturing method
JP5798740B2 (en) High-strength cold-rolled steel sheet with excellent formability and manufacturing method
JP6540764B2 (en) Wear-resistant steel plate and method of manufacturing the same
US9574255B2 (en) Rolled steel bar for hot forging
CN101263239A (en) Method of producing high-strength steel plates with excellent ductility and plates thus produced
CN101460647A (en) High-strength steel sheets and processes for production of the same
EP1889937A1 (en) High tensile steel product excellent in delayed fracture resistance and method for production thereof
JP5363922B2 (en) High-strength cold-rolled steel sheet with an excellent balance between elongation and stretch flangeability
CN108315637B (en) High carbon hot-rolled steel sheet and method for producing same
JP4901623B2 (en) High-strength steel sheet with excellent punching hole expandability and manufacturing method thereof
JP2022501510A (en) High-strength cold-rolled steel sheet with high hole expansion property, high-strength hot-dip galvanized steel sheet, and manufacturing method thereof
JP2022537932A (en) Cold rolled martensitic steel and its method of martensitic steel
KR20220095237A (en) Hot rolled steel sheet and its manufacturing method
KR20190142768A (en) High strength steel sheet with excellent ductility and elongation flangeability
CN113692456B (en) Ultrahigh-strength steel sheet having excellent shear workability and method for producing same
RU2605037C1 (en) Method for production of high-strength hot-rolled steel
JP2023534180A (en) Heat-treated cold-rolled steel sheet and manufacturing method thereof
JP2023505693A (en) Heat-treated cold-rolled steel sheet and manufacturing method thereof
CN114341386B (en) Steel material excellent in strength and low-temperature impact toughness and method for producing same
RU2812417C1 (en) Method for producing high-strength steel sheet

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20171019

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181121