RU2677445C1

RU2677445C1 - Flat steel from construction cold-rolled steel manufacturing method (options)

Info

Publication number: RU2677445C1
Application number: RU2017135719A
Authority: RU
Inventors: Павел Петрович Полецков; Марина Сергеевна Гущина; Даниил Юрьевич Алексеев; Сергей Владимирович Денисов; Евгений Викторович Брайчев; Павел Александрович Стеканов
Original assignee: Публичное акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат"
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2017-10-05
Publication date: 2019-01-16

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to the field of metallurgy, in particular to the sheet mill products production from structural steels of northern execution. To improve the cold resistance and crack resistance while maintaining a sufficient level of strength and plastic properties in the mill products melting the steel containing, wt.%: carbon 0.09-0.13, manganese 1.40–1.60, silicon 0.50–0.70, aluminum 0.025–0.090, chromium 0.03–0.10, nickel 0.02–0.10, copper 0.03–0.10, molybdenum 0.002–0.050, titanium 0.004–0.025, niobium 0.001–0.01, vanadium 0.003–0.010, nitrogen 0.001–0.008, sulfur 0.001–0.005, phosphorus is 0.003–0.016, calcium is 0.0001–0.01, iron is the rest, at that, by the method first embodiment, preliminary deformation with regulated reductions is carried out at a temperature of 950–1,100 °C, and the final deformation is carried out at a temperature of 880–760 °C, then sheet mill products are slowly cooled in the stack and in air to ambient temperature. According to the method second embodiment, after the final deformation completion, the sheet mill products accelerated cooling is carried out at a rate of 5–20 °C/s to a temperature of 700–600 °C and then the sheet mill products are cooled in air.EFFECT: increase in the cold resistance and crack resistance while maintaining a sufficient level of strength and plastic properties.2 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству конструкционных сталей северного исполнения с повышенной хладостойкостью при сохранении достаточного уровня прочностных и пластических свойств и может быть использовано для изготовления элементов конструкций нефтегазопроводов, а также в судостроении, строительстве, мостостроении и других отраслях.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of structural steels of northern performance with high cold resistance while maintaining a sufficient level of strength and plastic properties and can be used for the manufacture of structural elements of oil and gas pipelines, as well as in shipbuilding, construction, bridge building and other industries.

Известен способ производства листового проката, включающий выплавку низкоуглеродистой низколегированной стали, получение заготовки, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме, контролируемое охлаждение проката, отпуск и окончательное охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды, при этом контролируемое охлаждение проката осуществляют с температуры конца деформации, находящейся в интервале (Ас₃+20)÷(Ас₃+40)°С, до температуры 530-570°С со скоростью 30-40°С/сек, а отпуск проводят при температуре 665-695°С с выдержкой 0,2-4,0 мин/мм, а сталь выплавляют следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас. %:A known method for the production of sheet metal, including the smelting of low-carbon low-alloy steel, obtaining a billet, preliminary and final deformation in reverse mode, controlled cooling of the rolled products, tempering and final cooling in air to ambient temperature, while controlled cooling of the rolled products is carried out from the temperature of the end of deformation located in the range (Ac ₃ +20) ÷ (Ac ₃ +40) ° C, to a temperature of 530-570 ° C at a speed of 30-40 ° C / s, and tempering is carried out at a temperature of 665-695 ° C with a shutter speed th 0.2-4.0 min / mm, and steel is smelted of the following chemical composition in the ratio of ingredients, wt. %:

углеродcarbon 0,07-0,150.07-0.15 кремнийsilicon 0,50-0,700.50-0.70 марганецmanganese 0,50-0,700.50-0.70 ванадийvanadium 0,04-0,120.04-0.12 хромchromium не более 0,70no more than 0,70 молибденmolybdenum не более 0,25no more than 0.25 ниобийniobium не более 0,08no more than 0.08 никельnickel не более 0,30no more than 0.30 титанtitanium не более 0,03no more than 0,03 алюминийaluminum 0,02-0,050.02-0.05 сераsulfur не более 0,005no more than 0,005 фосфорphosphorus не более 0,015no more than 0.015 железо и неизбежные примесиiron and inevitable impurities остальное (патент РФ №2430978, C21D 9/46).the rest (RF patent No. 2430978, C21D 9/46).

Основным недостатком указанного способа производства является недостаточная стабильность характеристик работоспособности листового проката толщиной 60-90 мм, в первую очередь, при испытании образцов на ударную вязкость при температурах ниже -60°С, что не позволяет использовать данный прокат для задвижек, используемых для транспортировки углеводородов в районах Крайнего Севера и Арктических морей. Другим недостатком известного способа является то, что состав имеет широкий диапазон легирующих элементов с более высоким их содержанием (ванадий, хром, молибден, ниобий, никель и титан), что приводит к увеличению себестоимости производимой продукции.The main disadvantage of this production method is the lack of stability in the performance characteristics of sheet products with a thickness of 60-90 mm, primarily when testing samples for impact strength at temperatures below -60 ° C, which does not allow the use of this product for valves used to transport hydrocarbons to areas of the Far North and the Arctic seas. Another disadvantage of this method is that the composition has a wide range of alloying elements with a higher content (vanadium, chromium, molybdenum, niobium, nickel and titanium), which leads to an increase in the cost of production.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ производства хладостойкого листового проката из стали следующего химического состава, мас. %:The closest analogue to the claimed invention is a method for the production of cold-resistant sheet metal from steel of the following chemical composition, wt. %:

углеродcarbon 0,06-0,120.06-0.12 марганецmanganese 0,60-1,200.60-1.20 кремнийsilicon 0,15-0,350.15-0.35 никельnickel 0,05-0,400.05-0.40 алюминийaluminum 0,02-0,050.02-0.05 молибденmolybdenum 0,003-0,080.003-0.08 титанtitanium 0,002-0,020.002-0.02 ниобийniobium 0,02-0,060.02-0.06 ванадийvanadium 0,02-0,050.02-0.05 азотnitrogen 0,001-0,0080.001-0.008 сераsulfur 0,001-0,0080.001-0.008 фосфорphosphorus 0,003-0,0120.003-0.012 кальцийcalcium 0,005-0,030.005-0.03 медьcopper 0,03-0,100.03-0.10

железоiron остальное.rest.

Способ производства включает выплавку стали, разливку на заготовки, аустенитизацию при температуре 1180-1210°С, предварительную деформацию с регламентированными обжатиями не менее 12%, последующее охлаждение раската на воздухе до температуры начала окончательной деформации, окончательную деформацию, ускоренное охлаждение раската с его последующим замедленным охлаждением в штабеле до температуры окружающего воздуха. При этом предварительную деформацию проводят при температуре 1000-1050°С, окончательную деформацию при температуре 880-770°С, причем каждое последующее обжатие на 1-4% больше предыдущего (пат. РФ №2432403, C21D 8/02).The production method includes steel smelting, casting onto billets, austenitization at a temperature of 1180-1210 ° C, preliminary deformation with regulated compressions of at least 12%, subsequent cooling of the roll in air to the temperature of the beginning of the final deformation, final deformation, accelerated cooling of the roll with its subsequent delayed cooling in a stack to ambient temperature. In this case, the preliminary deformation is carried out at a temperature of 1000-1050 ° C, the final deformation at a temperature of 880-770 ° C, and each subsequent compression is 1-4% more than the previous one (US Pat. RF No. 2432403, C21D 8/02).

Недостаток известного способа заключается в том, что получаемый листовой прокат имеет более низкие пластические свойства, в частности по относительному удлинению, в связи с чем не обеспечивается заданный комплекс механических свойств. Также недостаток известного способа заключается в том, что заявляемый состав имеет высокое содержание легирующих элементов (никель, молибден, ниобий, ванадий), что приводит к увеличению себестоимости продукции.The disadvantage of this method is that the resulting sheet metal has lower plastic properties, in particular in relative elongation, and therefore a specified set of mechanical properties is not provided. Also the disadvantage of this method is that the claimed composition has a high content of alloying elements (nickel, molybdenum, niobium, vanadium), which leads to an increase in the cost of production.

Техническая проблема, решаемая заявляемой группой изобретений, заключается в производстве высококачественного листового проката из конструкционной хладостойкой стали для изготовления изделий ответственного назначения, эксплуатируемых в условиях Крайнего севера.The technical problem solved by the claimed group of inventions is the production of high-quality rolled steel from structural cold-resistant steel for the manufacture of critical products operating in the Far North.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в получении экономнолегированного листового проката, обладающего повышенной хладостойкостью и трещиностойкостью при сохранении достаточного уровня прочностных и пластических свойств.The technical result provided by the invention is to obtain an economically alloyed sheet metal having high cold resistance and crack resistance while maintaining a sufficient level of strength and plastic properties.

Поставленный результат достигается тем, чтоThe set result is achieved by the fact that

- в первом варианте способа производства листового проката из конструкционной хладостойкой стали, включающем выплавку стали, разливку на заготовки, аустенитизацию при температуре 1180-1210°С, предварительную деформацию с регламентированными обжатиями не менее 12%, последующее охлаждение раската на воздухе до температуры начала окончательной деформации, окончательную деформацию, замедленное охлаждение листового проката в штабеле до температуры окружающего воздуха, согласно изобретению, выплавляют сталь следующего состава, мас. %:- in the first version of the method for the production of cold rolled structural steel sheet, including steel smelting, casting to billets, austenitization at a temperature of 1180-1210 ° C, preliminary deformation with regulated compressions of at least 12%, subsequent cooling of the sheet in air to the temperature of the beginning of the final deformation , the final deformation, delayed cooling of the rolled sheet in the stack to ambient temperature, according to the invention, steel of the following composition is melted, wt. %:

углеродcarbon 0,09-0,130.09-0.13 марганецmanganese 1,40-1,601.40-1.60 кремнийsilicon 0,50-0,700.50-0.70 алюминийaluminum 0,025-0,0900.025-0.090 хромchromium 0,03-0,100.03-0.10 никельnickel 0,02-0,100.02-0.10 медьcopper 0,03-0,100.03-0.10 молибденmolybdenum 0,002-0,0500.002-0.050 титанtitanium 0,004-0,0250.004-0.025 ниобийniobium 0,001-0,010.001-0.01 ванадийvanadium 0,003-0,0100.003-0.010 азотnitrogen 0,001-0,0080.001-0.008 сераsulfur 0,001-0,0050.001-0.005 фосфорphosphorus 0,003-0,0160.003-0.016 кальцийcalcium 0,0001-0,010.0001-0.01

железоiron остальное,rest,

при этом предварительную деформацию с регламентированными обжатиями проводят при температуре 950-1100°С, а окончательную деформацию осуществляют при температуре 760-880°С.while the preliminary deformation with regulated compression is carried out at a temperature of 950-1100 ° C, and the final deformation is carried out at a temperature of 760-880 ° C.

- во втором варианте способа производства листового проката из конструкционной хладостойкой стали, включающем выплавку стали, разливку на заготовки, аустенитизацию при температуре 1180-1210°С, предварительную деформацию с регламентированными обжатиями не менее 12%, последующее охлаждение раската на воздухе до температуры начала окончательной деформации, окончательную деформацию, ускоренное охлаждение листового проката с его последующим замедленным охлаждением в штабеле до температуры окружающего воздуха, согласно изобретению, выплавляют сталь следующего состава, мас. %:- in the second version of the method for the production of cold rolled structural steel sheet, including steel smelting, casting to billets, austenitization at a temperature of 1180-1210 ° C, preliminary deformation with regulated compressions of at least 12%, subsequent cooling of the sheet in air to the temperature of the beginning of the final deformation , final deformation, accelerated cooling of sheet metal with its subsequent delayed cooling in a stack to ambient temperature, according to the invention, t steel of the following composition, wt. %:

железоiron остальное,rest,

при этом предварительную деформацию с регламентированными обжатиями проводят при температуре 950-1100°С, окончательную деформацию проводят при температуре 760-880°С, а ускоренное охлаждение листового проката осуществляют со скоростью 5-20°С/с до интервала температур 600-700°С.pre-deformation with regulated compression is carried out at a temperature of 950-1100 ° C, final deformation is carried out at a temperature of 760-880 ° C, and accelerated cooling of sheet metal is carried out at a speed of 5-20 ° C / s to a temperature range of 600-700 ° C .

Комплекс эксплуатационных и механических свойств листового проката определяется микроструктурно-фазовым состоянием низколегированной стали, которое, в свою очередь, зависит от химического состава и деформационно-термической обработки.The complex of operational and mechanical properties of sheet metal is determined by the microstructural-phase state of low alloy steel, which, in turn, depends on the chemical composition and deformation-heat treatment.

Заявляемый химический состав стали выбран с учетом следующих особенностей.The inventive chemical composition of the steel is selected taking into account the following features.

Углерод в стали в заявляемом диапазоне выбран с целью обеспечения высокой пластичности, снижения хрупкости и исключения вероятности образования холодных трещин. Содержание углерода свыше 0,13% нецелесообразно вследствие резкого снижения пластичности и вязкости стали, что приводит к повышению хладноломкости.The carbon in the steel in the claimed range is selected in order to ensure high ductility, reduce brittleness and eliminate the likelihood of the formation of cold cracks. A carbon content in excess of 0.13% is impractical due to a sharp decrease in the ductility and toughness of steel, which leads to an increase in cold brittleness.

Марганец в стали в количестве 1,40-1,60% обеспечивает раскисление стали. В заявляемом количестве он растворяется в феррите, входит в карбиды в качестве легирующего элемента и тем самым обеспечивает высокую прочность стали. При содержании марганца менее 1,40% упрочняющий эффект от него недостаточен. А при содержании марганца свыше 1,6% приводит к увеличению доли перлитной составляющей без существенного изменения структуры и, следовательно, к упрочнению стали с ухудшением вязкости и хладостойкости.Manganese in steel in the amount of 1.40-1.60% provides deoxidation of steel. In the claimed amount, it dissolves in ferrite, enters carbides as an alloying element, and thereby ensures high strength of steel. When the manganese content is less than 1.40%, the strengthening effect from it is insufficient. And with a manganese content of more than 1.6%, it leads to an increase in the share of the pearlite component without a significant change in structure and, consequently, to hardening of steel with a deterioration in viscosity and cold resistance.

Кремний раскисляет сталь, упрочняет ферритную матрицу, снижает хладостойкость стали. При концентрации кремния менее 0,50% прочность стали ниже допустимой, а при концентрации более 0,70% снижается ударная вязкость и пластичность стали, что приводит к ее охрупчиванию.Silicon deoxidizes steel, strengthens the ferrite matrix, and reduces the cold resistance of steel. At a silicon concentration of less than 0.50%, the strength of the steel is lower than permissible, and at a concentration of more than 0.70%, the toughness and ductility of steel decreases, which leads to its embrittlement.

Содержание в заявляемом диапазоне алюминия способствует получению мелкозернистой структуры. Это связано с тем, что алюминий образует нитриды алюминия, которые растворяются в аустените, способствуя измельчению аустенитного зерна, препятствуя его росту при нагреве. Алюминий - один из значимых элементов состава, повышающих вязкостные свойства стали. Ограничение его содержания в стали связано с предупреждением образования неметаллических включений.The content in the claimed range of aluminum contributes to obtaining a fine-grained structure. This is due to the fact that aluminum forms aluminum nitrides, which dissolve in austenite, contributing to the grinding of austenitic grain, inhibiting its growth during heating. Aluminum is one of the significant elements of the composition that increase the viscosity properties of steel. The limitation of its content in steel is associated with the prevention of the formation of non-metallic inclusions.

Хром является карбидообразующим элементом в стали. Содержание хрома в интервале 0,03-0,10% повышает способность сталей к термическому упрочнению, их стойкость к коррозии и окислению, обеспечивает повышение прочности при повышенных температурах.Chromium is a carbide forming element in steel. The chromium content in the range of 0.03-0.10% increases the ability of steels to heat harden, their resistance to corrosion and oxidation, provides increased strength at elevated temperatures.

Никель в наибольшей степени понижает хладноломкость стали и полностью растворим в железе, поскольку имеет близкое кристаллическое строение решетки. Данный элемент не является карбидообразующим, он находится в твердом растворе феррита или аустените. Никель упрочняет феррит, повышая его вязкость и способствуя снижению порога хладноломкости. Ограничение содержания никеля связано с его дефицитностью.Nickel to the greatest extent lowers the cold brittleness of steel and is completely soluble in iron, since it has a close crystalline lattice structure. This element is not carbide-forming, it is in a solid solution of ferrite or austenite. Nickel strengthens ferrite, increasing its viscosity and helping to reduce the cold brittleness threshold. The nickel content is limited due to its deficiency.

Добавление меди в пределах 0,03-0,10%, повышает прочность и коррозионную стойкость стали. Большее содержание меди нецелесообразно ввиду опасности возникновения красноломкости, а также дополнительных экономических затрат.The addition of copper in the range of 0.03-0.10%, increases the strength and corrosion resistance of steel. A higher copper content is impractical due to the danger of red cracking, as well as additional economic costs.

Легирование молибденом применяется для снижения температуры γ→α-превращения и дополнительного измельчения зерна феррита за счет образования дисперсной α-фазы при прохождении превращения в неравновесных условиях. Кроме того, это вносит вклад в реализацию зернограничного упрочнения, что снижает склонность стали к отпускной хрупкости и порог хладноломкости.Doping with molybdenum is used to reduce the temperature of the γ → α transformation and additional grinding of the ferrite grain due to the formation of a dispersed α phase during the passage of the transformation under nonequilibrium conditions. In addition, this contributes to the implementation of grain boundary hardening, which reduces the tendency of steel to temper brittleness and the cold brittleness threshold.

Ниобий образует карбиды, которые располагаются по границам зерен и субзерен, тормозят движение дислокаций, тем самым упрочняя сталь. При содержании ниобия менее 0,001% его влияние недостаточно велико на прочностные свойства стали, а в количестве более 0,01% он значительно подавляет процессы рекристаллизации при деформационной обработке.Niobium forms carbides, which are located at the boundaries of grains and subgrains, inhibit the movement of dislocations, thereby strengthening steel. When the niobium content is less than 0.001%, its effect is not large enough on the strength properties of steel, and in an amount of more than 0.01%, it significantly inhibits the recrystallization processes during deformation processing.

Титан является сильным карбонитридообразующим элементом. Содержание титана ниже 0,004% не обеспечит образования достаточного количества карбонитридов и не повлияет на хладостойкость стали. При содержании титана выше 0,025% избыточное количество образующихся карбонитридов значительно упрочнит сталь и снизит пластичность.Titanium is a strong carbonitride forming element. A titanium content below 0.004% will not ensure the formation of a sufficient amount of carbonitrides and will not affect the cold resistance of steel. If the titanium content is above 0.025%, an excess of the resulting carbonitrides will significantly strengthen the steel and reduce ductility.

При заявленном содержании карбонитридообразующих элементов (ниобия, титана и ванадия) достигается наиболее эффективное действие на свойства стали. В данных диапазонах в раствор переходит упрочняющая фаза в количестве, достаточном для последующего дисперсного упрочнения, а нерастворенной остается такое ее количество, которое необходимо для создания эффективных барьеров, тормозящих рост зерен при нагреве.With the declared content of carbonitride-forming elements (niobium, titanium and vanadium), the most effective effect on the properties of steel is achieved. In these ranges, the hardening phase enters the solution in an amount sufficient for subsequent disperse hardening, and its quantity remains undissolved, which is necessary to create effective barriers that inhibit grain growth upon heating.

Таким образом, заявляемое микролегирование приводит к измельчению зерна стали, повышению ее прочностных свойств, увеличению трещиностойкости, снижению вероятности развития зернограничных сегрегаций примесных атомов, тем самым предупреждая рост зерна при технологических нагревах и термической обработке.Thus, the claimed microalloying leads to grain refinement of steel, increase its strength properties, increase crack resistance, reduce the likelihood of developing grain-boundary segregation of impurity atoms, thereby preventing grain growth during technological heating and heat treatment.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0,008% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,001% - вопросами технологичности производства. Азот в металле в сочетании с различными сильными нитридообразующими элементами - ванадием, алюминием, ниобием и титаном приводит к ванадиево-нитридному упрочнению за счет выделения мелкодисперсных нитридов ванадия, способствуя измельчению зерна. Это увеличивает прочность стали, не ухудшая ее хладостойкость.Nitrogen promotes the formation of nitrides in steel. The upper limit of nitrogen content - 0.008% is due to the need to obtain a given level of ductility and toughness of steel, and the lower limit - 0.001% - due to issues of manufacturability. Nitrogen in the metal in combination with various strong nitride-forming elements - vanadium, aluminum, niobium and titanium leads to vanadium-nitride hardening due to the release of finely dispersed vanadium nitrides, contributing to grain refinement. This increases the strength of steel without compromising its cold resistance.

Фосфор оказывают резко отрицательное действие на хладостойкость стали. Растворяясь в феррите, он заметно искажает кристаллическую решетку твердого раствора и повышает температуру перехода в твердое состояние. Охрупчивающее влияние фосфора усиливается при обогащении им межзеренных границ, благодаря развитию ликвационных процессов. Обогащение фосфором границ аустенитных зерен может также являться следствием перераспределения примесей из-за неодновременного протекания процессов превращения неравновесных структур. Обратимая отпускная хрупкость способствует не только абсолютному уменьшению уровня ударной вязкости, но и существенному повышению порога хладноломкости.Phosphorus has a sharply negative effect on the cold resistance of steel. Dissolving in ferrite, it noticeably distorts the crystal lattice of the solid solution and increases the temperature of the transition to the solid state. The embrittling effect of phosphorus is enhanced by its enrichment of grain boundaries due to the development of segregation processes. Phosphorus enrichment of austenitic grain boundaries can also be a consequence of the redistribution of impurities due to the non-simultaneous occurrence of processes of transformation of nonequilibrium structures. Reversible temper brittleness contributes not only to an absolute decrease in impact strength, but also to a significant increase in the cold brittleness threshold.

Сера практически нерастворима в феррите и присутствует в стали в виде сульфидов. Сернистые включения могут иметь вид обособленных сульфидов и в виде строчек располагаются по границам зерен. Последний вид включений особенно вреден с точки зрения хладостойкой стали, так как приводит к ослаблению границ зерен и затрудняет пластическую деформацию. При концентрации серы и фосфора не более 0,005% и не более 0,016% соответственно их отрицательное влияние на свойства стали незначительно. В то же время более глубокая десульфурация и дефосфорация стали существенно удорожают ее производство.Sulfur is practically insoluble in ferrite and is present in the form of sulfides in steel. Sulfur inclusions can take the form of isolated sulfides and in the form of lines are located along the grain boundaries. The latter type of inclusions is especially harmful from the point of view of cold-resistant steel, since it leads to weakening of grain boundaries and complicates plastic deformation. When the concentration of sulfur and phosphorus is not more than 0.005% and not more than 0.016%, respectively, their negative effect on the properties of steel is negligible. At the same time, deeper desulfurization and dephosphorization of steel significantly increase its production cost.

Модифицирование кальцием в заявляемом диапазоне способствует снижению концентрации серы, формированию более мелких трудно деформируемых неметаллических включений, имеющих глобулярную форму. При этом ударная вязкость возрастает, резко уменьшается скорость распространения усталостной трещины, повышаются характеристики вязкости разрушения. При введении в состав стали кальция в количестве менее 0,0001% его положительное влияние на структуру стали совсем не значительно, а содержание кальция более 0,01% приводит к росту количества и размеров неметаллических включений, снижению пластичности и ударной вязкости.Modification with calcium in the claimed range helps to reduce the concentration of sulfur, the formation of smaller difficultly deformed non-metallic inclusions having a globular shape. In this case, the toughness increases, the propagation speed of the fatigue crack sharply decreases, and the fracture toughness characteristics increase. When calcium is introduced into the composition of the steel in an amount of less than 0.0001%, its positive effect on the structure of the steel is not at all significant, and a calcium content of more than 0.01% leads to an increase in the number and size of non-metallic inclusions, and a decrease in ductility and impact strength.

Таким образом, заявляемый химический состав стали обеспечивает наиболее стабильный уровень хладостойкости и трещиностойкости при низких температурах (до -60°С).Thus, the claimed chemical composition of the steel provides the most stable level of cold resistance and crack resistance at low temperatures (up to -60 ° C).

Выбранные температурно-деформационные режимы обусловлены следующими особенностями. Перед прокаткой заготовку нагревают до температуры 1180-1210°С. Превышение верхней границы интервала температур приводит к аномальному росту зерна аустенита, а, следовательно, к снижению прочностных и вязкостных свойств проката. При нагреве ниже температуры 1180°С карбиды и карбонитриды ванадия, ниобия, молибдена и титана плохо растворяются в аустените, что оказывает негативное влияние на свойства стали, а именно снижается прочность.The selected temperature-strain regimes are due to the following features. Before rolling, the workpiece is heated to a temperature of 1180-1210 ° C. Exceeding the upper limit of the temperature range leads to an abnormal growth of austenite grain, and, consequently, to a decrease in the strength and viscosity properties of rolled products. When heated below 1180 ° С, carbides and carbonitrides of vanadium, niobium, molybdenum and titanium are poorly soluble in austenite, which has a negative effect on the properties of steel, namely, the strength decreases.

Предварительная высокотемпературная деформация (в диапазоне 950-1100°С) с заявленными обжатиями интенсифицирует процессы рекристаллизации деформированного аустенита, способствуя получению мелкодисперсного аустенитного зерна. Кроме того, регламентация обжатий не менее 12% позволяет в процессе динамической рекристаллизации сформировать мелкодисперсную карбидную фазу, предотвращающую прохождение собирательной рекристаллизации, и обеспечить измельчение структуры по всей толщине.Preliminary high-temperature deformation (in the range of 950-1100 ° С) with the declared compressions intensifies the processes of recrystallization of deformed austenite, contributing to the production of fine austenitic grain. In addition, the regulation of reductions of at least 12% allows the formation of a finely dispersed carbide phase during the dynamic recrystallization process, which prevents the passage of collective recrystallization, and ensures the refinement of the structure throughout its thickness.

Применение окончательной деформации при температуре 760-880°С обеспечивает формирование мелкозернистой структуры с равномерно распределенной мелкодисперсной карбидной структурой. При температуре конца деформации более 880°С возрастает неравномерность размеров аустенитных зерен, в следствие чего снижаются вязкостные и прочностные свойства листового проката. А температура конца деформации менее 760°С приводит к формированию анизотропной микроструктуры заявляемого состава стали, падению ударной вязкости ниже допустимого уровня.The use of final deformation at a temperature of 760-880 ° C provides the formation of a fine-grained structure with a uniformly distributed finely divided carbide structure. At a temperature of the end of deformation of more than 880 ° C, the size unevenness of the austenitic grains increases, as a result of which the viscosity and strength properties of sheet metal are reduced. And the temperature of the end of the deformation of less than 760 ° C leads to the formation of an anisotropic microstructure of the inventive steel composition, the drop in toughness below an acceptable level.

После окончательной деформации осуществляют охлаждение листового проката по двум вариантам.After the final deformation, sheet metal is cooled in two ways.

По первому варианту листовой прокат замедленно охлаждают в штабелях до температуры окружающего воздуха, что способствует формированию структуры состоящей из фрагментированного феррита с перлитной составляющей с размером действительного зерна 7-9 баллов.According to the first option, sheet metal is slowly cooled in stacks to ambient temperature, which contributes to the formation of a structure consisting of fragmented ferrite with a pearlite component with a real grain size of 7-9 points.

Таким образом, главными отличительными особенностями способа производства по первому варианту являются:Thus, the main distinguishing features of the production method according to the first embodiment are:

- заявляемый диапазон содержания элементов химического состава для формирования оптимальной фрагментированной микроструктуры стали с получением гарантированного уровня хладостойкости при сохранении прочностных и пластических свойств;- the claimed range of the content of elements of chemical composition for the formation of the optimal fragmented microstructure of steel with obtaining a guaranteed level of cold resistance while maintaining strength and plastic properties;

- нормализующая прокатка с температурой окончания деформации в интервале 760-880°С и последующим замедленным охлаждением в штабеле и на воздухе для обеспечения структурного состояния и механических свойств металла, эквивалентных нормализованному.- normalizing rolling with a temperature of the end of deformation in the range of 760-880 ° C and subsequent delayed cooling in the stack and in the air to ensure the structural state and mechanical properties of the metal, equivalent to normalized.

По второму варианту после окончательной деформации листовой прокат ускоренно охлаждают со скоростью 5-20°С/с до температуры 600-700°С, что способствует образованию мелкозернистой структуры. В зависимости от выбранной скорости охлаждения формируется феррито-перлитная (размер зерна феррита составляет 10,5 мкм), либо феррито-бейнитная структура (размер зерна феррита уменьшается до 7,2 мкм). А затем проводят замедленное охлаждение в штабеле, что способствует снятию термических напряжений.According to the second option, after the final deformation, the sheet metal is accelerated cooled at a speed of 5-20 ° C / s to a temperature of 600-700 ° C, which contributes to the formation of a fine-grained structure. Depending on the selected cooling rate, ferrite-pearlite (ferrite grain size is 10.5 μm) or a ferrite-bainitic structure (grain size of ferrite decreases to 7.2 μm) is formed. And then they carry out delayed cooling in a stack, which helps to remove thermal stresses.

Главными отличительными признаками способа производства по второму варианту являются:The main distinguishing features of the production method according to the second embodiment are:

- повышение температурного интервала до 1100°С на стадии предварительной деформации с регламентированными обжатиями более 12% для измельчения аустенитного зерна за счет процессов рекристаллизации и деформации;- increasing the temperature range to 1100 ° C at the stage of preliminary deformation with regulated compression of more than 12% for grinding austenitic grain due to the processes of recrystallization and deformation;

- обеспечение температуры окончания деформации в интервале температур 760-880°С для формирования мелкодисперсной структуры за счет дисперсионного упрочнения;- ensuring the temperature of the end of deformation in the temperature range 760-880 ° C for the formation of a finely dispersed structure due to dispersion hardening;

- регламентация температуры конца ускоренного охлаждения до 600-700°С для формирования равномерной феррито-перлитной или феррито-бейнитной структуры по всей толщине проката при полиморфном превращении.- regulation of the temperature of the end of accelerated cooling to 600-700 ° C for the formation of a uniform ferrite-pearlite or ferrite-bainitic structure over the entire thickness of the rolled product during polymorphic transformation.

Таким образом, заявляемые температурно-деформационные режимы производства листового проката позволяют сформировать оптимальный фазовый состав с высоким комплексом эксплуатационных и механических свойств стали.Thus, the claimed temperature-deformation conditions for the production of sheet metal allow to form the optimal phase composition with a high range of operational and mechanical properties of steel.

Требуемый комплекс свойств горячекатаных листов в состоянии поставки приведен в табл. 1.The required set of properties of hot rolled sheets in the delivery state is given in table. one.

Пример осуществления способа (по варианту 1).An example of the method (according to option 1).

При помощи индукционной плавильной печи ИСТ 0,03/0,05 И1 произвели выплавку сталей различного химического состава (табл. 2).Using an induction melting furnace IST 0.03 / 0.05 I1, steel of various chemical composition was smelted (Table 2).

Полученные слитки нагревали в камерной печи ПКМ 3.6.2/12,5 до температуры 1180-1210°С. Далее слитки высотой 300 мм осаживались на гидравлическом прессе П6334 до 60 мм по режимам нормализующей прокатки. Температура окончания деформации составляла от 760°С до 880°С. Далее полученные раскаты подвергались замедленному охлаждению в штабеле до температуры окружающего воздуха.The resulting ingots were heated in a chamber furnace PKM 3.6.2 / 12.5 to a temperature of 1180-1210 ° C. Further, 300 mm high ingots were deposited on a P6334 hydraulic press up to 60 mm according to normalizing rolling modes. The temperature of the end of deformation ranged from 760 ° C to 880 ° C. Further, the resulting peals were subjected to delayed cooling in a stack to ambient temperature.

Механические свойства определяли на поперечных образцах по стандартным методикам:The mechanical properties were determined on transverse samples according to standard methods:

- испытания на растяжение осуществляли на цилиндрических образцах типа II диаметром 10 мм по ГОСТ 1497;- tensile tests were carried out on cylindrical specimens of type II with a diameter of 10 mm according to GOST 1497;

- испытания на ударный изгиб проводили в соответствии с ГОСТ 9454 на образцах с V-образным надрезом при температуре -60°С;- impact bending tests were carried out in accordance with GOST 9454 on samples with a V-shaped notch at a temperature of -60 ° C;

- испытание на изгиб проводились в соответствии с ГОСТ 14019.- bending tests were carried out in accordance with GOST 14019.

Результаты испытаний, представленные в таблице 3, показали, что в листовой стали, полученной по предложенному способу (опыты №3, №6), достигается сочетание необходимых прочностных, пластических и вязкостных свойств. В случаях отклонений от заявленных параметров (опыт №1), а также при использовании способа-прототипа не обеспечивается заявленный комплекс механических свойств.The test results presented in table 3 showed that in the sheet steel obtained by the proposed method (experiments No. 3, No. 6), a combination of the necessary strength, plastic and viscosity properties is achieved. In cases of deviations from the declared parameters (experiment No. 1), as well as when using the prototype method, the claimed complex of mechanical properties is not provided.

Пример осуществления способа (по варианту 2).An example implementation of the method (option 2).

Полученные слитки нагревали в камерной печи ПКМ 3.6.2/12,5 до температуры 1180-1210°С. Предварительная деформация осуществлялась при температуре от 950 до 1100°С. Слитки высотой 300 мм осаживались до 180 мм и дальнейшее межфазное охлаждение до температуры 880±20°С проводилось на воздухе. Далее слитки обжимались до толщины 60,0 мм, температура конца окончательной деформации при этом составляла от 880 до 760°С. Полученные раскаты подвергались ускоренному охлаждению в УКО (устройство контролируемого охлаждения) со скоростью 5-20°С/с до температуры 700-600°С, а затем - замедленному охлаждению в штабеле до температуры окружающего воздуха.The resulting ingots were heated in a chamber furnace PKM 3.6.2 / 12.5 to a temperature of 1180-1210 ° C. Preliminary deformation was carried out at a temperature of from 950 to 1100 ° C. Ingots 300 mm high were deposited up to 180 mm and further interfacial cooling to a temperature of 880 ± 20 ° C was carried out in air. Further, the ingots were crimped to a thickness of 60.0 mm, and the temperature of the end of the final deformation was from 880 to 760 ° С. The resulting peals were subjected to accelerated cooling in a UCO (controlled cooling device) at a speed of 5-20 ° C / s to a temperature of 700-600 ° C, and then to slow cooling in a stack to ambient temperature.

- испытания на ударный изгиб проводили в соответствии с ГОСТ 9454 на образцах с V-образным надрезом при температуре - 60°С;- impact bending tests were carried out in accordance with GOST 9454 on samples with a V-shaped notch at a temperature of -60 ° C;

Результаты испытаний, представленные в таблице 4, показали, что в листовой стали, полученной по предложенному способу (опыты №2, №4, №5), достигается сочетание необходимых прочностных, пластических и вязкостных свойств. В случаях отклонений от заявленных параметров (опыт №7), а также при использовании способа-прототипа не обеспечивается заявленный комплекс механических свойств.The test results presented in table 4 showed that in the sheet steel obtained by the proposed method (experiments No. 2, No. 4, No. 5), a combination of the necessary strength, plastic and viscosity properties is achieved. In cases of deviations from the declared parameters (experiment No. 7), as well as when using the prototype method, the claimed complex of mechanical properties is not provided.

На основании вышеизложенного заявляемая группа изобретений обеспечивает достижение требуемого технического результата - получение экономнолегированного толстолистового проката с повышенной хладостойкостью при сохранении достаточного уровня прочностных и пластических свойств: условный предел текучести σ_т не менее 315 Н/мм², временное сопротивление разрыву σ_в=480-700 Н/мм²; пластических - относительное удлинение δ₅ не менее 25%; вязких - ударная вязкость KCV^-60 не менее 185 Дж/см².Based on the foregoing, the claimed group of inventions achieves the desired technical result - obtaining sparingly rolled plates with increased cold resistance while maintaining an adequate level of strength and plastic properties: yield strength σ _m of at least 315 N / mm ^2, tensile strength σ _B = 480-700 N / mm ² ; plastic - elongation δ ₅ not less than 25%; viscous - impact strength KCV ^-60 not less than 185 J / cm ² .

Способ производства листового проката из конструкционной хладостойкой стали (варианты)Method for the production of sheet metal from structural cold-resistant steel (options)

Claims

1. Method for the production of cold rolled structural steel sheet, including steel smelting, casting to billets, austenitization at a temperature of 1180-1210 ° C, preliminary deformation with regulated reductions of at least 12%, subsequent cooling of the sheet in air to the temperature of the beginning of the final deformation, final deformation, delayed cooling of sheet metal in the stack to ambient temperature, characterized in that the steel of the following composition is melted, wt.%:

carbon 0.09-0.13 manganese 1.40-1.60 silicon 0.50-0.70 aluminum 0.025-0.090 chromium 0.03-0.10 nickel 0.02-0.10 copper 0.03-0.10 molybdenum 0.002-0.050 titanium 0.004-0.025 niobium 0.001-0.01 vanadium 0.003-0.010 nitrogen 0.001-0.008 sulfur 0.001-0.005 phosphorus 0.003-0.016 calcium 0.0001-0.01 iron rest,

while the preliminary deformation with regulated compression is carried out at a temperature of 950-1100 ° C, and the final deformation is carried out at a temperature of 760-880 ° C.

2. A method for the production of cold rolled structural steel sheet, including steel smelting, casting to billets, austenitization at a temperature of 1180-1210 ° C, preliminary deformation with regulated reductions of at least 12%, subsequent cooling of the sheet in air to the temperature of the beginning of the final deformation, final deformation, accelerated cooling of sheet metal with its subsequent delayed cooling in a stack to ambient temperature, characterized in that the steel is melted following remaining, wt.%:

while the preliminary deformation with regulated compression is carried out at a temperature of 950-1100 ° C, the final deformation is carried out at a temperature of 760-880 ° C, and accelerated cooling of sheet metal is carried out at a speed of 5-20 ° C / s to a temperature of 600-700 ° C.