RU2735308C1 - Thermomechanical processing method - Google Patents

Thermomechanical processing method Download PDF

Info

Publication number
RU2735308C1
RU2735308C1 RU2019123272A RU2019123272A RU2735308C1 RU 2735308 C1 RU2735308 C1 RU 2735308C1 RU 2019123272 A RU2019123272 A RU 2019123272A RU 2019123272 A RU2019123272 A RU 2019123272A RU 2735308 C1 RU2735308 C1 RU 2735308C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
cooling
rate
steels
heating
Prior art date
Application number
RU2019123272A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Альфредович Хотинов
Владимир Михайлович Фарбер
Ольга Николаевна Полухина
Анна Николаевна Морозова
Ольга Владимировна Селиванова
Геннадий Валерьевич Щапов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2019123272A priority Critical patent/RU2735308C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2735308C1 publication Critical patent/RU2735308C1/en

Links

Images

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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/02Hardening articles or materials formed by forging or rolling, with no further heating beyond that required for the formation
    • 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
    • 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

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, particularly, to thermomechanical treatment of sheet and section rolled stock from low- and medium-carbon structural steels. To increase mechanical and functional properties of articles and structures, method includes controlled non-recrystallization rolling and post-deformation cooling at arbitrary speed to ambient temperature, as well as repeated induction heating at a rate of more than 90 °C/s to temperature t = Ac3 − (20–40) °C, holding at a given temperature for at least 10 minutes and subsequent accelerated cooling at a rate greater than 5 °C/s.
EFFECT: level of mechanical properties of the article can be adjusted by varying duration of holding at selected temperature and rate of subsequent cooling.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу термомеханической обработки листового и сортового проката из низко- и среднеуглеродистых конструкционных сталей, и может использоваться для повышения конструктивной прочности изделий (конструкций) из них. The invention relates to metallurgy, in particular to a method for thermomechanical processing of sheet and long products made of low and medium carbon structural steels, and can be used to increase the structural strength of products (structures) made of them.

В последнее десятилетие все больший объем металлопродукции изготавливается из высокопрочных сверхнизкоуглеродистых строительных сталей нового поколения. Благодаря высокой чистоте по вредным примесям и неметаллическим включениям, ультрадисперсной структуре (dз = 3…5 мкм), отсутствию перлита, сбалансированным механизмам дисперсионного (за счет выделений специальных карбидов MeC) и агрегатного (безуглеродистым бейнитом/мартенситом) упрочнений ферритной матрицы такие стали обладают высоким комплексом механических свойств: σт > 550 МПа, σв > 650 МПа, δ > 25 %, KCV-40 > 2,5 МДж/м2 (Эфрон Л.И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. М.: Металлургия, 2012. 696 с.). In the last decade, an increasing volume of metal products is made from new generation high-strength ultra-low-carbon building steels. Due to the high purity of harmful impurities and non-metallic inclusions, ultradispersed structure (d s = 3 ... 5 microns), the absence of pearlite, balanced mechanisms of dispersion (due to precipitation of special MeC carbides) and aggregate (carbon-free bainite / martensite) strengthening of the ferrite matrix, such steels have complex high mechanical properties: σ m> 550 MPa, σ B> 650 MPa, δ> 25%, KCV -40> 2,5 MJ / m 2 (Efron LI metallurgy in the "large" Tubular steel metallurgy. m. .: Metallurgy, 2012.696 p.).

Достижение повышенной прочности данных сталей в сочетании с высокой пластичностью и хладостойкостью возможно за счет диспергирования ферритной матрицы и упрочняющих структурных составляющих, что определяется выбором оптимальных параметров деформационно-термической обработки (контролируемой прокатки). При контролируемой прокатке (КП) регламентируются температуры начала и конца горячей деформации, её степень, дробность, распределение по температурным областям и т.д. Achievement of increased strength of these steels in combination with high ductility and cold resistance is possible due to the dispersion of the ferrite matrix and strengthening structural components, which is determined by the choice of optimal parameters of deformation-heat treatment (controlled rolling). In controlled rolling (CC), the temperatures of the beginning and end of hot deformation, its degree, fractionality, distribution over temperature regions, etc. are regulated.

Наибольшее диспергирование структуры происходит при безрекристаллизационной КП, когда деформация заканчивается в аустенитной области в температурном диапазоне 900°C…Ar3, где Ar3 – критическая температура, соответствующая началу выделения феррита при охлаждении. В этом случае сильные карбидообразующие элементы (Nb+Ti+V ≤ 0,15 %) тормозят рекристаллизацию аустенита за счет выделения карбонитридных частиц. В таких условиях в аустените протекает только процесс полигонизации, который приводит к образованию при охлаждении большого количества мест для возникновения зародышей феррита и упрочняющих структурных составляющих (бейнита, мартенсита), и, соответственно, к максимальному измельчению конечной структуры.The greatest dispersion of the structure occurs at non-recrystallization CP, when deformation ends in the austenitic region in the temperature range 900 ° C ... Ar 3 , where Ar 3 is the critical temperature corresponding to the onset of ferrite precipitation upon cooling. In this case, strong carbide-forming elements (Nb + Ti + V ≤ 0.15%) inhibit the recrystallization of austenite due to the release of carbonitride particles. Under such conditions, only the polygonization process takes place in austenite, which leads to the formation, upon cooling, of a large number of places for the formation of ferrite nuclei and strengthening structural components (bainite, martensite), and, accordingly, to the maximum refinement of the final structure.

Известен способ термомеханической обработки толстого листа из низкоуглеродистых микролегированных сталей (Пат. 2502820. Российская Федерация, МПК C22C 38/14, C21D 8/02, C21D 9/46. Толстостенный высокопрочный горячекатаный стальной лист с превосходной низкотемпературной ударной вязкостью и способ его получения / Ками Т., Наката Х., Накагава К. ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН, опубл. 20.09.2013, бюл. № 26), согласно которому высокий комплекс механических свойств листов после контролируемой прокатки определяется композицией стали и параметрами ускоренного последеформационного охлаждения (скорость и температура окончания охлаждения).A known method of thermomechanical processing of a thick sheet of low-carbon microalloyed steels (Pat. 2502820. Russian Federation, IPC C22C 38/14, C21D 8/02, C21D 9/46. Thick-walled high-strength hot-rolled steel sheet with excellent low-temperature impact toughness and the method of its production / Kami T., Nakata H., Nakagawa K. JFE STEEL CORPORATION, publ. 20.09.2013, bul. No. 26), according to which a high set of mechanical properties of sheets after controlled rolling is determined by the composition of steel and the parameters of accelerated post-deformation cooling (rate and temperature of the end of cooling).

Однако изготавливаемый из таких сталей толстый лист или фасонный прокат обладает рядом недостатков, унаследованных от безрекристаллизационной КП:However, a thick sheet or structural steel made from such steels has a number of disadvantages inherited from non-recrystallization CP:

- высокое отношение предела текучести к временному сопротивлению σтв > 0,95, способствующее пониженной деформируемости сталей (низкий уровень относительного удлинения δ и сужения ψ, показателя деформационного упрочнения n и др.);- a high ratio of the yield strength to the ultimate strength σ t / σ at > 0.95, contributing to a reduced deformability of steels (a low level of relative elongation δ and narrowing ψ, an index of work hardening n, etc.);

- повышенная склонность к деформационному старению, что может явиться причиной охрупчивания металла при монтаже и эксплуатации конструкции и, как следствие, к ее преждевременному разрушению;- an increased tendency to deformation aging, which can cause embrittlement of the metal during installation and operation of the structure and, as a result, to its premature destruction;

- наличие слоевой структуры, ответственной за анизотропию свойств;- the presence of a layered structure responsible for the anisotropy of properties;

- формирование расщеплений в металле изделий.- the formation of splits in the metal of the products.

Надежность конструкций при эксплуатации определяется в значительной степени трещиностойкостью металла, которую оценивают по результатам специальных испытаний, например на статическую трещиностойкость, либо по запасу вязкости (KCV) и температуре вязко-хрупкого перехода (tхр) при испытаниях на ударный изгиб.The reliability of structures during operation is determined to a large extent by the crack resistance of the metal, which is assessed by the results of special tests, for example, for static crack resistance, or by the margin of viscosity (KCV) and the temperature of ductile-brittle transition (t xp ) during impact bending tests.

Известен способ термомеханической обработки (Пат. 2519343. Российская Федерация, МПК B21B 1/26, C21D 9/46, C21D 8/02, B21B 45/00, C21D 1/42. Способ термомеханической обработки / Грилль Р., Эггер Р., Штингедер К. ФОЕСТАЛЬПИНЕ ГРОББЛЕХ ГМБХ, опубл. 10.06.2014, бюл. № 16), при котором для повышения вязкости лист из низкоуглеродистой стали подвергают сначала контролируемой прокатке при t > Ar3 и последующему ускоренному охлаждению до температуры чуть ниже Ar1, а затем повторному индукционному нагреву в аустенитную область до t > Ac3, где Ас3 – критическая температура, соответствующая концу растворения феррита при нагреве, и деформации в ней.The known method of thermomechanical processing (Pat. 2519343. Russian Federation, IPC B21B 1/26, C21D 9/46, C21D 8/02, B21B 45/00, C21D 1/42. The method of thermomechanical treatment / Grill R., Egger R., Stingeder K. FESTALPINE GROBBLEH GMBH, publ. 10.06.2014, bul. No. 16), in which, to increase the toughness, a sheet of low-carbon steel is first subjected to controlled rolling at t> Ar3 and subsequent accelerated cooling to a temperature slightly below Ar1, and then re-induction heating in the austenitic region to t> Ac3where Ac3 - the critical temperature corresponding to the end of dissolution of ferrite during heating, and deformation in it.

Предложенная технология была опробована для толстых листов из низкоуглеродистых трубных сталей типа 06Г2М и 03Г2С, в результате чего было достигнуто снижение температуры вязко-хрупкого перехода металла на ~ 40°С. Однако приведенные результаты не содержат информации о других механических свойствах и их анизотропии, а также склонности металла к деформационному старению и появлению расщеплений. Кроме того введение дополнительной термомеханической обработки (повторной КП) усложняет технологический процесс – необходим контроль температуры начала и конца деформации, её степени и дробности, распределения по температурным областям, а в описанном выше способе не указано влияния этих параметров на комплекс механических свойств обработанных сталей. The proposed technology was tested for thick sheets of low-carbon pipe steels of the 06G2M and 03G2S types, as a result of which a decrease in the ductile-brittle transition temperature of the metal by ~ 40 ° C was achieved. However, the presented results do not contain information on other mechanical properties and their anisotropy, as well as the tendency of the metal to strain aging and the appearance of splitting. In addition, the introduction of additional thermomechanical treatment (repeated CP) complicates the technological process - it is necessary to control the temperature of the beginning and end of deformation, its degree and fraction, distribution over temperature regions, and the method described above does not indicate the effect of these parameters on the complex of mechanical properties of the treated steels.

Таким образом, склонность к деформационному старению и образованию расщеплений, анизотропия механических свойств вследствие формирования полосовой структуры при КП привели к необходимости отыскания способов термообработки горячекатаного листа в линии стана, перспективным из которых представляется нагрев в область повышенных температур вплоть до Ac3, с последующим ускоренным охлаждением. Thus, the tendency to deformation aging and the formation of splits, the anisotropy of mechanical properties due to the formation of a strip structure during CP led to the need to find methods for heat treatment of hot-rolled sheet in the mill line, the most promising of which seems to be heating to the region of elevated temperatures up to Ac 3 , followed by accelerated cooling. ...

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ термомеханической обработки толстолистовых низкоуглеродистых сталей, разработанный компанией JFE Steel Corporation (Пат. 2502820. Российская Федерация, МПК C22C38/14, C21D8/02. Толстолистовая сталь, характеризующаяся низким соотношением между пределом текучести и пределом прочности, высокой прочностью и высоким равномерным относительным удлинением, и способ ее изготовления / Симамура Д., Исикава Н., Сиканаи Н. ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН, опубл. 27.12.2013, бюл. № 36), в котором предложен способ снижения отношения σтв до 0,85 и ниже.The closest in technical essence to the proposed method is a method of thermomechanical processing of heavy plate low-carbon steels, developed by JFE Steel Corporation (Pat. 2502820. Russian Federation, IPC C22C38 / 14, C21D8 / 02. Plate steel, characterized by a low ratio between the yield strength and ultimate strength, high strength and high uniform elongation, and the method of its manufacture / D. Simamura, N. Ishikawa, N. Shikanai JFE STEEL CORPORATION, publ. 12/27/2013, bul. No. 36), which proposes a method for reducing the ratio σt/ σin up to 0.85 and below.

Способ заключается в выполнении следующих операций:The method consists in performing the following operations:

- нагрев заготовки (листа, трубы и т.д.) до температур 1000…1300°С;- heating the workpiece (sheet, pipe, etc.) to temperatures of 1000 ... 1300 ° C;

- контролируемая прокатка с температурой ее окончания в диапазоне 900°С…Ar3;- controlled rolling with a temperature of its end in the range of 900 ° C ... Ar 3 ;

- последеформационное охлаждение со скоростью более 5°С/с до температур 680…500°С;- post-deformation cooling at a rate of more than 5 ° С / s up to temperatures of 680 ... 500 ° С;

- повторный нагрев со скоростью более 2°С/с в диапазон температур 550…750°С;- reheating at a rate of more than 2 ° C / s in the temperature range 550 ... 750 ° C;

- выдержка при заданной температуре в течение τ ≤ 30 мин;- holding at a given temperature for τ ≤ 30 min;

- последеформационное охлаждение на воздухе.- post-deformation air cooling.

В патенте сообщается, что в результате термомеханической обработки по предложенной схеме листы из низкоуглеродистых микролегированных сталей типа 05Г2С обладают низкой склонностью к деформационному старению. Так, до и после нагрева при 250°С в течение 30 минут уровень предела текучести для всех предложенных композиций и режимов обработки был более 517 МПа, отношение σтв не превышало 0,85, равномерное относительное удлинение составляло не менее 6 % при достаточно высоком уровне ударной вязкости как основного металла, так и зоны термического влияния трубы. The patent says that as a result of thermomechanical treatment according to the proposed scheme, sheets of low-carbon microalloyed steels of the 05G2S type have a low tendency to deformation aging. Thus, before and after heating at 250 ° C for 30 minutes, the yield stress level for all proposed formulations and processing conditions was over 517 MPa, the ratio of σ r / σ to not exceed 0.85, uniform elongation is not less than 6% a sufficiently high level of impact toughness of both the base metal and the heat-affected zone of the pipe.

Однако использование данного способа термомеханической обработки не позволяет устранить следующие отрицательные моменты:However, the use of this method of thermomechanical treatment does not eliminate the following negative aspects:

- анизотропию механических свойств вдоль и поперек направления прокатки;- anisotropy of mechanical properties along and across the rolling direction;

- слоевую структуру, приводящую к вероятному образованию в металле изделий вторичных (очаговых) трещин – расщеплений, и, следовательно, к снижению сопротивления растрескиванию под напряжением; - layered structure, leading to the possible formation of secondary (focal) cracks in the metal of products - splitting, and, consequently, to a decrease in resistance to stress cracking;

- получить изделия более высокого класса прочности без потери деформируемости.- to obtain products of a higher strength class without loss of deformability.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в использовании термомеханической обработки металлопродукции из низко- и среднеуглеродистых сталей по такой технологической схеме, которая позволит сформировать в металле однородную гетерофазную ультрадисперсную смесь структурных составляющих и, тем самым, позволит устранить анизотропию механических свойств и слоевую структуру, а также склонность к деформационному старению, то есть существенно повысить комплекс его механических и функциональных свойств. The technical problem solved by the proposed invention consists in the use of thermomechanical processing of metal products from low and medium-carbon steels according to such a technological scheme that will allow the formation of a homogeneous heterophase ultradispersed mixture of structural components in the metal and, thereby, will eliminate the anisotropy of mechanical properties and layer structure, and also the tendency to deformation aging, that is, to significantly increase the complex of its mechanical and functional properties.

Решение поставленной задачи обеспечивается за счет использования после контролируемой прокатки и последующего охлаждения с нерегламентированной скоростью до температуры не ниже температуры Mн, где Mн – критическая температура, соответствующая началу мартенситного превращения при охлаждении, повторного индукционного нагрева со скоростью более 90°С/с до температуры t = Ас3 – (20…40)°С, выдержки при заданной температуре в течение не менее 10 мин и последующего ускоренного охлаждения со скоростью более 5°С/с. При этом уровень механических свойств изделия можно регулировать за счет варьирования продолжительности выдержки при t = Ас3 – (20…40)°С и скорости последующего охлаждения.The solution to this problem is ensured by using, after controlled rolling and subsequent cooling at an unregulated rate to a temperature not lower than the temperature M n , where M n is the critical temperature corresponding to the onset of martensitic transformation during cooling, repeated induction heating at a rate of more than 90 ° C / s to temperature t = Ac 3 - (20 ... 40) ° C, holding at a given temperature for at least 10 minutes and subsequent accelerated cooling at a rate of more than 5 ° C / s. In this case, the level of mechanical properties of the product can be regulated by varying the holding time at t = Ac 3 - (20 ... 40) ° C and the rate of subsequent cooling.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.The invention is illustrated in the following drawings.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемой термомеханической обработки, которая включает в себя нагрев 1 до температур 1000…1300°С, безрекристаллизационную контролируемую прокатку 2 с температурой ее окончания в диапазоне 900°С…Ar3, последеформационное охлаждение 3 по нерегламентированному режиму до температуры не ниже температуры Mн, повторный индукционный нагрев 4 со скоростью более 90°С/с до температуры t = Ас3 – (20…40)°С, выдержку 5 при заданной температуре в течение не менее 10 мин и последующее ускоренное охлаждение 6 со скоростью не менее 5°С/с.FIG. 1 shows a diagram of the proposed thermomechanical treatment, which includes heating 1 to temperatures of 1000 ... 1300 ° C, non-recrystallization controlled rolling 2 with an end temperature in the range of 900 ° C ... Ar 3 , post-deformation cooling 3 in an ad hoc mode to a temperature not lower than the temperature M n , repeated induction heating 4 at a rate of more than 90 ° C / s to a temperature t = Ac 3 - (20 ... 40) ° C, holding 5 at a given temperature for at least 10 minutes and subsequent accelerated cooling 6 at a rate of at least 5 ° C / s.

Последеформационное охлаждение 3 изделия проводится по нерегламентированному режиму, то есть с произвольной скоростью, например на спокойном воздухе и/или путем спрейерного воздушного охлаждения – с целью ускорения технологического режима. Post-deformation cooling 3 of the product is carried out in an ad hoc mode, that is, at an arbitrary speed, for example, in calm air and / or by means of spray air cooling in order to accelerate the technological mode.

Температура конца последеформационного охлаждения не должна быть ниже температуры начала мартенситного превращения Mн, поскольку в структуре помимо квазиполигонального феррита и бейнита должно присутствовать определенное количество непревращенного аустенита. The temperature of the end of post-deformation cooling should not be lower than the temperature of the beginning of the martensitic transformation M n , since in the structure, in addition to quasi-polygonal ferrite and bainite, a certain amount of unconverted austenite should be present.

Температура повторного нагрева в верхнюю область межкритического интервала температур t = Ас3 – (20…40)°С выбрана исходя из следующих соображений:The reheating temperature in the upper area of the intercritical temperature range t = Ac 3 - (20 ... 40) ° С was selected based on the following considerations:

- нагрев ниже температуры Ас1, где Ас1 – критическая температура, соответствующая превращению перлита в аустенит при нагреве, из-за отсутствия перекристаллизации не приводит к снятию слоевой структуры, а, следовательно, к устранению анизотропии механических свойств; кроме того, сохраняющиеся в феррите карбонитридные частицы – стопоры дислокаций, определяют высокий уровень σтв, и не способствуют полному устранению эффекта деформационного старения;- heating below the temperature Ac 1 , where Ac 1 is the critical temperature corresponding to the transformation of pearlite into austenite upon heating, due to the absence of recrystallization does not lead to the removal of the layer structure, and, consequently, to the elimination of the anisotropy of mechanical properties; In addition, persisting in ferrite carbonitride particles - dislocations detents define high level σ m / σ in and do not contribute to the complete elimination of the effect of strain aging;

- нагрев в нижнюю область межкритического интервала температур до t = Ас1 + (20…40)°С приводит к неполной перекристаллизации стали и частичному снижению анизотропии свойств, однако сопровождается значительным охрупчиванием металла вследствие зернограничного эффекта: на границах зерен возникают насыщенные по углероду первые аустенитные зерна, которые при последующем охлаждении с любой скоростью превращаются в мартенсит; появление таких хрупких составляющих на границах исходных зерен приводит к смене механизма разрушения с внутризеренного на межзеренный и снижению энергоемкости распространения магистральной трещины; - heating to the lower region of the intercritical temperature range up to t = Ac 1 + (20 ... 40) ° C leads to incomplete recrystallization of steel and a partial decrease in the anisotropy of properties, however, it is accompanied by significant embrittlement of the metal due to the grain-boundary effect: at the grain boundaries, carbon-saturated first austenitic grains that, upon subsequent cooling, at any rate turn into martensite; the appearance of such brittle components at the boundaries of the original grains leads to a change in the mechanism of destruction from intragranular to intergranular and a decrease in the energy intensity of the propagation of the main crack;

- нагрев выше температуры Ас3 приводит к полной перекристаллизации и отсутствию анизотропии свойств, однако не позволяет устранить эффект деформационного старения.- heating above the temperature Ac 3 leads to complete recrystallization and the absence of anisotropy of properties, but does not allow to eliminate the effect of strain aging.

Выдержка 5 при заданной температуре повторного нагрева должна составлять не менее 10 мин с целью выравнивания температуры по толщине проката, а также для формирования в структуре металла определенного количества аустенита и «старого» феррита, рафинированного по углероду. Увеличение продолжительности выдержки приводит к коагуляции карбонитридных частиц, что дает возможность регулировать уровень прочностных свойств конечного изделия за счет изменения вклада дисперсионного упрочнения. Exposure 5 at a given reheating temperature should be at least 10 minutes in order to equalize the temperature across the thickness of the rolled product, as well as to form a certain amount of austenite and "old" ferrite refined with respect to carbon in the metal structure. An increase in the holding time leads to the coagulation of carbonitride particles, which makes it possible to regulate the level of strength properties of the final product by changing the contribution of precipitation hardening.

Скорость последующего охлаждения 6 должна быть не менее 5°С/с и выбирается таковой с целью получения наиболее высокого класса прочности проката при требуемом уровне вязко-пластических характеристик за счет варьирования типа и доли низкотемпературных продуктов распада переохлажденного аустенита (бейнита и/или мартенсита).The rate of subsequent cooling 6 should be at least 5 ° C / s and is chosen such in order to obtain the highest strength class of rolled products at the required level of visco-plastic characteristics by varying the type and proportion of low-temperature decomposition products of supercooled austenite (bainite and / or martensite).

Действие предложенного способа термомеханической обработки показано на примере низкоуглеродистых микролегированных сталей двух производителей типа 08Г2Б, используемых для производства сварных труб высокого давления диаметром 1420 мм класса прочности X80. Листы данных сталей толщиной 27,7 мм подвергались безрекристаллизационной контролируемой прокатке с ускоренным охлаждением в промышленных условиях, а вырезанные из них заготовки – повторному нагреву со скоростями 0,3-90°С/с в лабораторных условиях до температур 500-1000°С, выдержке в течение 30 минут с последующим ускоренным охлаждением (в масле).The action of the proposed method of thermomechanical treatment is shown on the example of low-carbon microalloyed steels of two manufacturers, type 08G2B, used for the production of high-pressure welded pipes with a diameter of 1420 mm, strength class X80. Sheets of these steels with a thickness of 27.7 mm were subjected to non-recrystallization controlled rolling with accelerated cooling in industrial conditions, and the blanks cut out of them were reheated at rates of 0.3-90 ° C / s in laboratory conditions to temperatures of 500-1000 ° C, holding within 30 minutes, followed by accelerated cooling (in oil).

Требования к механическим свойствам труб класса прочности Х80 регламентируются стандартом API-5L (API Spec 5L-2018, 46 издание, 2018. Трубы для трубопроводов. Технические условия). Кроме того, к уровню вязкости таких сталей выдвигаются более жесткие требования со стороны потребителя. Так, уровень ударной вязкости трубы диаметром 1420 мм класса прочности Х80, согласно стандарту, должен составлять KCV ≥ 68 Дж/см2 при температуре испытания 0°С, тогда как по требованию ОАО «Газпром» – KCV ≥ 250 Дж/см2 при t = –40°C (Технические требования для магистрального газопровода Бованенково – Ухта. Утверждено Заместителем Председателя Правления ОАО «ГАЗПРОМ» А.Г.Ананенковым 23.05.2007).Requirements for the mechanical properties of pipes of strength class X80 are regulated by the API-5L standard (API Spec 5L-2018, 46th edition, 2018. Pipes for pipelines. Specifications). In addition, more stringent consumer requirements are imposed on the viscosity of such steels. Thus, the level of impact toughness of a pipe with a diameter of 1420 mm of strength class X80, according to the standard, should be KCV ≥ 68 J / cm 2 at a test temperature of 0 ° C, while at the request of OAO Gazprom - KCV ≥ 250 J / cm 2 at t = –40 ° C (Technical requirements for the Bovanenkovo - Ukhta main gas pipeline. Approved by the Deputy Chairman of the Management Board of JSC GAZPROM A. G. Ananenkov on 23.05.2007).

На фиг. 2-7 приведены механические свойства сталей Х80 в зависимости от температуры повторного нагрева. Темными значками обозначены механические характеристики стали производителя 1, светлыми значками – производителя 2, требования к механическим свойствам показаны пунктирными линиями, межкритический интервал температур выделен жирными линиями, при этом критические температуры Ас1 = 770°С и Ас3 = 915°С были определены с помощью дилатометрического анализа для скорости нагрева 90°С/с, что соответствовало скорости нагрева в индукторе. FIG. 2-7 show the mechanical properties of steels X80 depending on the reheating temperature. Dark icons indicate the mechanical characteristics of steel from manufacturer 1, light icons indicate manufacturer 2, the requirements for mechanical properties are shown by dashed lines, the intercritical temperature range is highlighted by bold lines, while the critical temperatures Ac 1 = 770 ° C and Ac 3 = 915 ° C were determined with using dilatometric analysis for a heating rate of 90 ° C / s, which corresponded to the heating rate in the inductor.

На фиг. 2 приведена зависимость предела текучести σт0,5 от температуры нагрева. Согласно стандарту API Spec 5L-2018, предел текучести сталей Х80 должен находиться в диапазоне 555 МПа ≤ σт0,5 ≤ 705 МПа. Соответствию этим требованиям отвечает сталь 2 (σт = 660 МПа), тогда как сталь 1 (σт = 730 МПа) находится выше верхней границы этого диапазона. Нагрев вплоть до 450°С не изменяет эту картину. При повышении температуры нагрева величина σт0,5 падает и при t = 730°С выходит за пределы нижней границы требований, достигая минимума при t = Аc1 + (20…30)°С. При температуре t = Аc3 – (20…40)°С уровень σ0,5 = 565-590 МПа с небольшим запасом соответствует требованиям API Spec 5L-2018.FIG. 2 shows the dependence of the yield point σ t0.5 on the heating temperature. According to API Spec 5L-2018, the yield point of X80 steels should be in the range 555 MPa ≤ σ t0.5 ≤ 705 MPa. Steel 2 (σ t = 660 MPa) meets these requirements, while steel 1 (σ t = 730 MPa) is above the upper limit of this range. Heating up to 450 ° C does not change this picture. With an increase in the heating temperature, the value of σ t0.5 falls and at t = 730 ° C it goes beyond the lower limit of the requirements, reaching a minimum at t = Ac 1 + (20 ... 30) ° C. At a temperature of t = Аc 3 - (20 ... 40) ° С, the level of σ 0.5 = 565-590 MPa with a small margin complies with the requirements of API Spec 5L-2018.

На фиг. 3 приведена зависимость предела прочности σв от температуры нагрева. Согласно стандарту API Spec 5L-2018, предел прочности сталей Х80 должен находиться в диапазоне 625 МПа ≤ σв ≤ 825 МПа. В состоянии после КП обе стали обладают соответствующим уровнем σв. Нагрев вплоть до температуры Аc1 не изменяет ситуации. При этом повышение величины σв на ~ 80-100 МПа при t ≥ 730°С не приводит к выходу за пределы требуемого диапазона. При температуре t = Аc3 – (20…40)°С уровень σв = 740-770 МПа с хорошим запасом соответствует требованиям API Spec 5L-2018.FIG. 3 shows the dependence of the ultimate strength σ in on the heating temperature. According to API Spec 5L-2018, the tensile strength of X80 steels should be in the range of 625 MPa ≤ σ to ≤ 825 MPa. In the state after CP, both steels have a corresponding level of σ c . Heating up to temperature Ac 1 does not change the situation. In this case, an increase in the value of σ in by ~ 80-100 MPa at t ≥ 730 ° C does not lead to going beyond the required range. When the temperature t = Ac 3 - (20 ... 40) ° C in level σ = 740-770 MPa with a good margin meets API Spec 5L-2018.

На фиг. 4 приведена зависимость отношения предела текучести к пределу прочности σт0,5в от температуры нагрева. Величина σт0,5в является одним из главный показателей для оценки склонности стали к деформационному старению. Появление этого эффекта при σт0,5в > 0,9 приводит к существенному упрочнению, особенно на пределе текучести, и снижению вязко-пластических свойств сталей. Согласно стандарту API Spec 5L-2018, для сталей Х80 отношение σт0,5в ≤ 0,93. Из фиг. 4 видно, что в сталях Х80 в состоянии после КП наблюдается σт0,5в → 1,0. Нагрев вплоть до 700°С не приводит существенному падению этой величины, и только дальнейшее повышение температуры устраняет этот эффект. При температуре t = Аc3 – (20…40)°С уровень σт0,5в = 0,73-0,74 для обеих сталей соответствует требованию API Spec 5L-2018 и свидетельствует о низкой склонности к деформационному старению и высокой деформируемости.FIG. 4 shows the dependence of the ratio of the yield stress to the ultimate strength σ t0.5 / σ in on the heating temperature. The value of σ t0.5 / σ in is one of the main indicators for assessing the tendency of steel to deformation aging. The appearance of this effect at σ т0.5 / σ в > 0.9 leads to significant strengthening, especially at the yield point, and a decrease in the visco-plastic properties of steels. According to the standard API Spec 5L-2018 steels X80 t0,5 ratio σ / σ a ≤ 0,93. From FIG. 4 it can be seen that in steels X80 in the state after CP, σ t0.5 / σ in → 1.0 is observed. Heating up to 700 ° C does not lead to a significant drop in this value, and only a further increase in temperature eliminates this effect. When the temperature t = Ac 3 - (20 ... 40) ° C t0,5 level σ / σ in = 0,73-0,74 both steels corresponds request API Spec 5L-2018 and indicates a low tendency to strain aging and high deformability.

На фиг. 5 приведена зависимость относительного удлинения δ от температуры нагрева. Согласно стандарту API Spec 5L-2018, величина относительного удлинения трубных сталей определяется площадью поперечного сечения соответствующего образца для испытания на растяжение и классом прочности трубы и составляет для сталей Х80 δ ≥ 16 % (при растяжении использовались стандартные цилиндрические образцы с диаметром рабочей части dо = 10 мм). Относительное удлинение обеих сталей в состоянии после КП на 7-8 % превышает требуемый уровень, и последующий нагрев не снижает этого запаса пластичности. При температуре t = Аc3 – (20…40)°С уровень δ = 22-23 % с хорошим превышением соответствует требованию API-5L.FIG. 5 shows the dependence of the relative elongation δ on the heating temperature. According to API Spec 5L-2018, the value of the relative elongation of pipe steels is determined by the cross-sectional area of the corresponding tensile test specimen and the pipe strength class and is δ ≥ 16% for X80 steels (during tension, standard cylindrical specimens with a working section diameter d о = 10 mm). The relative elongation of both steels in the state after CP is 7-8% higher than the required level, and subsequent heating does not reduce this plasticity margin. At temperature t = Аc 3 - (20 ... 40) ° С, the level of δ = 22-23% with a good excess corresponds to the API-5L requirement.

На фиг. 6 приведена зависимость ударной вязкости KCV-40 от температуры нагрева. Согласно техническим требованиям Газпром, величина ударной вязкости при температуре испытания t = –40°С должна составлять KCV-40 ≥ 250 Дж/см2. Стали Х80 в состоянии после КП обладают высоким запасом вязкости (KCV-40 = 290-300 Дж/см2), который для обеих сталей соответствует необходимому минимуму. Нагрев вплоть до температуры 700°С практически не изменяет уровень KCV-40. При температурах чуть выше или ниже Аc1 наблюдается резкое падение ударной вязкости, а при дальнейшем повышении температуры нагрева значения KCV-40 восстанавливаются, и при температуре t = Аc3 – (20…40)°С уровень KCV-40 = 265-270 Дж/см2 с небольшим запасом соответствует требованиям API-5L.FIG. 6 shows the dependence of the impact strength KCV-40 on the heating temperature. According to the technical requirements of Gazprom, the value of the impact strength at the test temperature t = –40 ° С should be KCV-40 ≥ 250 J / cm2... Steel X80 in the state after KP have a high margin of viscosity (KCV-40 = 290-300 J / cm2), which for both steels corresponds to the required minimum. Heating up to a temperature of 700 ° C practically does not change the KCV level-40... At temperatures slightly above or below Ac1 a sharp drop in impact toughness is observed, and with a further increase in the heating temperature, the values of KCV-40 are restored, and at a temperature t = Аc3 - (20 ... 40) ° С KCV level-40 = 265-270 J / cm2 meets API-5L requirements with a small margin.

На фиг. 7 приведена зависимость овальности d/D, характеризующей анизотропию свойств, от температуры нагрева, где d – малая ось овала, D – большая ось овала, оцениваемые в шейке разрушенного при растяжении образца. Низкое значение d/D свидетельствует о большой овальности шейки и, следовательно, о значительной анизотропии свойств вдоль направления прокатки: большая ось D вдоль направления прокатки, а малая d – перпендикулярна ей. Видно, что обе стали в состоянии после КП обладают высокой анизотропией (d/D = 0,77-0,81). Нагрев вплоть до температуры 700°С не приводит к исправлению анизотропии – овальность d/D сохраняется примерно на том же уровне. Рост величины d/D, соответствующий снижению анизотропии, начинается в межкритическом интервале температур, и при температуре t = Аc3 – (20…40)°С d/D → 1, что свидетельствует об устранении анизотропии свойств.FIG. 7 shows the dependence of the ovality d / D, which characterizes the anisotropy of properties, on the heating temperature, where d is the minor axis of the oval, D is the major axis of the oval, estimated in the neck of the specimen destroyed by tension. A low d / D value indicates a large ovality of the neck and, therefore, a significant anisotropy of properties along the rolling direction: the major axis D is along the rolling direction, and the small d axis is perpendicular to it. It can be seen that both steels in the state after CP have high anisotropy (d / D = 0.77-0.81). Heating up to a temperature of 700 ° C does not lead to anisotropy correction - the ovality d / D remains at approximately the same level. An increase in d / D corresponding to a decrease in anisotropy begins in the intercritical temperature range, and at a temperature t = Аc 3 - (20 ... 40) ° С d / D → 1, which indicates the elimination of anisotropy of properties.

Таким образом, предлагаемый способ термомеханической обработки листового и сортового проката из низко- и среднеуглеродистых конструкционных сталей позволяет реализовать в них улучшение следующих функциональных свойств изделий (конструкций): Thus, the proposed method for thermomechanical processing of sheet and long products made of low and medium-carbon structural steels makes it possible to improve the following functional properties of products (structures):

- устранить эффект деформационного старения, что повышает надежность конструкции;- to eliminate the effect of deformation aging, which increases the reliability of the structure;

- свести к минимуму анизотропию структуры и механических свойств;- to minimize the anisotropy of the structure and mechanical properties;

- регулировать в широком диапазоне уровень конструкционной прочности сталей – соотношение прочностных и вязко-пластических характеристик, за счет варьирования продолжительности выдержки при повторном нагреве и скорости последующего охлаждения;- to regulate in a wide range the level of structural strength of steels - the ratio of strength and viscous-plastic characteristics, by varying the holding time during reheating and the rate of subsequent cooling;

- упростить технологический процесс за счет исключения регламентации скорости охлаждения после контролируемой прокатки.- to simplify the technological process by eliminating the regulation of the cooling rate after controlled rolling.

Claims (1)

 Способ термомеханической обработки металлопродукции из конструкционных сталей, включающий нагрев заготовки до температуры 1000-1300°С, контролируемую прокатку с температурой ее окончания в диапазоне 900°С…Ar3, где Ar3 – критическая температура, соответствующая началу выделения феррита при охлаждении, и последеформационное охлаждение изделия, а затем повторный ускоренный нагрев со скоростью более 90°С/с, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что последеформационное охлаждение изделия проводят до температуры не ниже Mн, где Mн – критическая температура, соответствующая началу мартенситного превращения при охлаждении, а его повторный нагрев осуществляют до температуры t = Ас3 – (20-40)°С, где Ас3 – критическая температура, соответствующая концу растворения феррита при нагреве, с выдержкой при данной температуре не менее 10 мин и последующим охлаждением со скоростью не менее 5°С/с.A method of thermomechanical processing of metal products from structural steels, including heating the billet to a temperature of 1000-1300 ° C, controlled rolling with a temperature of its end in the range of 900 ° C ... Ar 3 , where Ar 3 is the critical temperature corresponding to the onset of ferrite precipitation during cooling, and post-deformation cooling the product, and then repeated accelerated heating at a rate of more than 90 ° C / s, holding and cooling, characterized in that the post-deformation cooling of the product is carried out to a temperature not lower than M n , where M n is the critical temperature corresponding to the onset of martensitic transformation upon cooling, and its reheating is carried out to a temperature t = Ac 3 - (20-40) ° C, where Ac 3 is the critical temperature corresponding to the end of the dissolution of ferrite when heated, with holding at this temperature for at least 10 minutes and subsequent cooling at a rate of at least 5 ° C / s.
RU2019123272A 2019-07-24 2019-07-24 Thermomechanical processing method RU2735308C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123272A RU2735308C1 (en) 2019-07-24 2019-07-24 Thermomechanical processing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123272A RU2735308C1 (en) 2019-07-24 2019-07-24 Thermomechanical processing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2735308C1 true RU2735308C1 (en) 2020-10-29

Family

ID=73398380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019123272A RU2735308C1 (en) 2019-07-24 2019-07-24 Thermomechanical processing method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2735308C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU763478A1 (en) * 1978-10-30 1980-09-15 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Стали И Сплавов Method of thermomechanical treatment of structural steel rolled material
DE3274812D1 (en) * 1981-06-11 1987-02-05 Florin Stahl Walzwerk Method for the thermo-mechanical treatment of hot rolled steel
RU2138344C1 (en) * 1995-06-29 1999-09-27 Хоговенс Стал Б.В. Method for making steel strip
KR100276340B1 (en) * 1996-12-24 2000-12-15 이구택 The manufacturing method of vacuum evaporation used low carbon cold rolling steel sheet
RU2498904C2 (en) * 2008-07-18 2013-11-20 Эйрбас Оперэйшнз Лимитед Stiffener with inclined section, device and method for its production
RU2502820C1 (en) * 2009-09-30 2013-12-27 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Plate steel characterised by low ratio between yield point and ultimate strength, high strength and high uniform relative elongation, and method for its manufacture

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU763478A1 (en) * 1978-10-30 1980-09-15 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Стали И Сплавов Method of thermomechanical treatment of structural steel rolled material
DE3274812D1 (en) * 1981-06-11 1987-02-05 Florin Stahl Walzwerk Method for the thermo-mechanical treatment of hot rolled steel
RU2138344C1 (en) * 1995-06-29 1999-09-27 Хоговенс Стал Б.В. Method for making steel strip
KR100276340B1 (en) * 1996-12-24 2000-12-15 이구택 The manufacturing method of vacuum evaporation used low carbon cold rolling steel sheet
RU2498904C2 (en) * 2008-07-18 2013-11-20 Эйрбас Оперэйшнз Лимитед Stiffener with inclined section, device and method for its production
RU2502820C1 (en) * 2009-09-30 2013-12-27 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Plate steel characterised by low ratio between yield point and ultimate strength, high strength and high uniform relative elongation, and method for its manufacture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5040197B2 (en) Hot-rolled thin steel sheet with excellent workability and excellent strength and toughness after heat treatment and method for producing the same
JP5776398B2 (en) Low yield ratio high strength hot rolled steel sheet with excellent low temperature toughness and method for producing the same
JP6306711B2 (en) Martensitic steel with delayed fracture resistance and manufacturing method
JP5605527B2 (en) Hot-rolled steel sheet and manufacturing method thereof
US20180100212A1 (en) Cold-rolled steel sheet and manufacturing method therefor
MXPA97008775A (en) Process to produce steel pipe without seams of great strength having excellent resistance to the fissure by tensions by sulf
JP5640931B2 (en) Medium carbon cold-rolled steel sheet excellent in workability and hardenability and its manufacturing method
JP2009007652A (en) Thick hot-rolled steel sheet excellent in workability and excellent in strength and toughness after heat-treatment, and method for producing the same
JPH01230713A (en) Production of high-strength and high-toughness steel having excellent stress corrosion cracking resistance
JP2005336514A (en) Steel sheet having excellent fatigue crack propagation resistance and its production method
Kaijalainen et al. The effects of finish rolling temperature and niobium microalloying on the microstructure and properties of a direct quenched high-strength steel
CN109477181B (en) High-strength steel sheet and method for producing same
JP2017214618A (en) Production method of low yield ratio high strength hot rolled steel sheet excellent in low temperature toughness
JPS63241114A (en) Manufacture of high toughness and high tension steel having superior resistance to stress corrosion cracking
RU2615667C1 (en) Method of producing hot-rolled sheets of low-alloyed steel of k65 strength grade for longitudinal electric-welded pipes
JP2008189973A (en) Method for producing high-toughness and high-tension steel sheet excellent in strength-elongation balance
JP4193757B2 (en) Steel sheet for ultra-high-strength line pipe, manufacturing method thereof and welded steel pipe
Kumar Akela et al. Hole expansion test and characterization of high-strength hot-rolled steel strip
RU2735308C1 (en) Thermomechanical processing method
RU2383633C1 (en) Method of production strips for pipes of mains
RU2654121C1 (en) Method for manufacture of plate-rolled product with high deformation capacity, plate-rolled product
JP2003129175A (en) High strength hot-rolled steel sheet for architectural metallic-fitting superior in workability and galvanizing property
KR101657812B1 (en) Hot rolled steel plate having excellent pipe expansibility and method for manufacturing the same
US20210310091A1 (en) Electric resistance welded steel pipe or tube
JP2013007080A (en) Thermal refining type low yield ratio thick steel sheet having excellent sour resistance and method for manufacturing the same