RU2747083C1 - Method for production of electro-welded pipe made of low-carbon steel, resistant to hydrogen cracking (options) - Google Patents
Method for production of electro-welded pipe made of low-carbon steel, resistant to hydrogen cracking (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2747083C1 RU2747083C1 RU2020136139A RU2020136139A RU2747083C1 RU 2747083 C1 RU2747083 C1 RU 2747083C1 RU 2020136139 A RU2020136139 A RU 2020136139A RU 2020136139 A RU2020136139 A RU 2020136139A RU 2747083 C1 RU2747083 C1 RU 2747083C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- pipe
- calcium
- ladle
- aluminum
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING 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
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING 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
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Группа изобретений относится к металлургии, а именно к способам производства электросварных труб из низкоуглеродистых сталей, стойких против водородного растрескивания, которые могут быть использованы для транспортировки агрессивных в коррозионном отношении сред, содержащих, в частности, сероводород.The group of inventions relates to metallurgy, namely to methods of producing electric-welded pipes from low-carbon steels resistant to hydrogen cracking, which can be used for transporting corrosively corrosive media containing, in particular, hydrogen sulfide.
Уровень техникиState of the art
Стойкость низколегированных трубных сталей в средах, содержащих H2S, определяется комплексным взаимодействием различных факторов, основополагающими из которых являются химический состав стали и технология ее производства.The durability of low-alloy pipe steels in environments containing H 2 S is determined by the complex interaction of various factors, the fundamental of which are the chemical composition of the steel and the technology of its production.
Оптимальный химический состав стали способствует обеспечению необходимой коррозионной стойкости при сохранении прочностных и пластических свойств труб, а также их лучшей свариваемости. Регламентирование технологии внепечной обработки жидкой стали обеспечивает, с одной стороны, низкий уровень ее загрязненности неблагоприятными неметаллическими включениями, а, с другой стороны, способствует формированию при кристаллизации сляба благоприятных с точки зрения стойкости в H2S-содержащих средах неметаллических включений. При этом, наряду с обеспечением всех вышеуказанных требований к продукции, важным является снижение себестоимости ее производства за счет повышения выхода годного.The optimal chemical composition of steel contributes to ensuring the required corrosion resistance while maintaining the strength and plastic properties of pipes, as well as their better weldability. The regulation of the technology of out-of-furnace treatment of liquid steel ensures, on the one hand, a low level of its contamination with unfavorable non-metallic inclusions, and, on the other hand, contributes to the formation of non-metallic inclusions favorable from the point of view of resistance in H 2 S-containing media during the crystallization of the slab. At the same time, along with ensuring all the above requirements for products, it is important to reduce the cost of production by increasing the yield.
Известна сталь повышенной коррозионной стойкости и электросварные трубы, выполненные из нее, раскрытые в патенте РФ №2520170 (опубл. 20.06.2014). Электросварные трубы изготавливают из стали, содержащей (в мас. %): углерод 0,03÷0,08; марганец 0,5÷1,1; кремний 0,01÷0,5; хром 0,6÷1,2; никель 0,05÷0,3; медь 0,05÷0,3; фосфор не более 0,015; серу не более 0,005; алюминий 0,01÷0,05; кальций 0,0001÷0,006; ниобий 0,01÷0,05; лантан и/или церий 0,001÷0,5; железо и неизбежные примеси - остальное, при этом она имеет феррито-перлитную структуру с полосчатостью не выше 2 балла, а максимально допустимое значение плотности коррозионно-активных неметаллических включений (КАНВ) в стали NКАНВ определяется в зависимости от содержания ниобия в соответствии с условием: 
Данная сталь обладает удовлетворительными показателями стойкости против локальной коррозии, в том числе в условиях агрессивных хлорсодержащих сред, однако при содержании кальция менее 0,001 мас. % и/или серы более 0,002 мас. % возможно проявление склонности рассматриваемой стали к водородному растрескиванию. Кроме того, указанный диапазон по содержанию в стали редкоземельных металлов (РЗМ) несет в себе риск повышенной запороченности труб поверхностными дефектами типа «плена» и «пузырь-вздутие». Технология производства труб, описанная в указанном патенте, не является достаточной в части регламентации параметров выплавки стали и ее внепечной обработки, что несет в себе риск получения стали с низкой стойкостью против водородного растрескивания.This steel has satisfactory indicators of resistance to local corrosion, including in aggressive chlorine-containing environments, but with a calcium content of less than 0.001 wt. % and / or sulfur more than 0.002 wt. %, the tendency of the considered steel to hydrogen cracking is possible. In addition, the specified range for the content of rare earth metals (REM) in steel carries the risk of increased pipe clogging by surface defects such as "captivity" and "bubble-swelling". The pipe production technology described in the aforementioned patent is not sufficient in terms of regulating the parameters of steel smelting and its out-of-furnace treatment, which carries the risk of obtaining steel with low resistance to hydrogen cracking.
Известен способ производства низкоуглеродистой стали для производства полосового проката с повышенной коррозионной стойкостью, раскрытый в патенте РФ №2679375 (опубл. 07.02.2019). Способ включает выплавку металла в сталеплавильном агрегате, выпуск жидкого металла в сталеразливочный ковш, ковшовую обработку жидкого металла на установках печь-ковш и вакуумирования стали, разливку стали. При выпуске металла в сталеразливочный ковш производят его раскисление и легирование, а в процессе вакуумирования стали осуществляют дополнительный ввод раскислителя в виде алюминия и легирующих в виде марганца, феррохрома, ферротитана и ферросилиция. Содержание алюминия в металле перед обработкой на установке печь-ковш устанавливают не более 0,04%, а после окончания обработки - не более 0,03%, количество алюминия, вводимого по ходу вакуумирования, не превышает 0,045%, а в конце вакуумирования содержание алюминия в металле устанавливают не более 0,02%. Ферротитан вводят не менее чем за 15 минут до окончания обработки на установке вакуумирования в количестве, достаточном для получения в металле перед разливкой содержания титана не менее 0,015%. Затем осуществляют введение кальция в количестве не менее 20 г на тонну стали при содержании серы не более 0,002%. Продолжительность обработки на установке вакуумирования составляет 70÷100 минут.A known method for the production of low-carbon steel for the production of strip products with increased corrosion resistance, disclosed in the patent of the Russian Federation No. 2679375 (publ. 07.02.2019). The method includes smelting metal in a steel-smelting unit, discharge of liquid metal into a steel-pouring ladle, ladle processing of liquid metal in a ladle furnace and steel evacuation, and steel casting. When the metal is tapped into the steel-pouring ladle, it is deoxidized and alloyed, and in the process of evacuating the steel, an additional deoxidizer is introduced in the form of aluminum and alloyed in the form of manganese, ferrochrome, ferrotitanium and ferrosilicon. The aluminum content in the metal before processing at the ladle furnace is set not more than 0.04%, and after the end of processing - not more than 0.03%, the amount of aluminum introduced during the evacuation does not exceed 0.045%, and at the end of the evacuation the aluminum content in metal, no more than 0.02% is set. Ferrotitanium is introduced not less than 15 minutes before the end of processing at the evacuation unit in an amount sufficient to obtain a titanium content of not less than 0.015% in the metal before pouring. Then, calcium is introduced in an amount of at least 20 g per ton of steel with a sulfur content of not more than 0.002%. The duration of processing on the evacuation unit is 70 ÷ 100 minutes.
Данный способ производства не является достаточным в части обеспечения высокой стойкости стали к водородному растрескиванию. Исследования показывают, что основными причинами низкой стойкости стали труб к водородному растрескиванию являются не только включения на основе алюмомагниевой шпинели, но и включения на основе сульфида марганца, а также эндогенные и экзогенные оксидно-сульфидные включения сложного состава. Для снижения загрязненности стали вышеперечисленными неметаллическими включениями необходимо проведение дополнительных мероприятий по внепечной обработке стали. Особенно это необходимо при разливке на тонкослябовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в условиях литейно-прокатных комплексов. Кроме того, указанное минимальное значение количества кальция, применяемого для модифицирования стали (20 г на тонну), является недостаточным для исключения формирования в непрерывнолитом слябе сульфидов марганца даже при условии низкого содержания серы. При этом не оговаривается верхняя граница по количеству применяемого кальция, а повышенный его расход может приводить к снижению коррозионной стойкости проката за счет формирования в жидкой стали включений оксисульфидов кальция, также являющихся инициаторами водородного растрескивания и причиной так называемых «блистеров», т.е. вспучиваний на поверхности образцов после их испытаний на водородное растрескивание.This production method is not sufficient in terms of ensuring high resistance to hydrogen cracking of steel. Studies show that the main reasons for the low resistance of pipe steel to hydrogen cracking are not only inclusions based on aluminum-magnesium spinel, but also inclusions based on manganese sulfide, as well as endogenous and exogenous oxide-sulfide inclusions of complex composition. To reduce the contamination of steel with the above-mentioned non-metallic inclusions, it is necessary to carry out additional measures for out-of-furnace steel processing. This is especially necessary when casting on thin-slab continuous casting machines (CCM) in conditions of casting and rolling complexes. In addition, the specified minimum value of the amount of calcium used for the modification of steel (20 g per ton) is insufficient to exclude the formation of manganese sulfides in the continuously cast slab even under the condition of a low sulfur content. At the same time, the upper limit on the amount of calcium used is not stipulated, and its increased consumption can lead to a decrease in the corrosion resistance of rolled products due to the formation of calcium oxysulfide inclusions in liquid steel, which are also initiators of hydrogen cracking and the cause of the so-called "blisters", i.e. swelling on the surface of samples after their tests for hydrogen cracking.
Известен способ производства углеродистой или низколегированной стали для электросварных труб повышенной коррозионной стойкости, раскрытый в патенте РФ №2184155 (опубл. 27.06.2002). Способ включает выплавку стали, ее внепечную обработку, непрерывную разливку в слябы, горячую прокатку на полосы или листы и охлаждение. В соответствии с технологией, описанной в данном патенте, прямошовные трубы получают формовкой полученного горячекатаного проката и сваркой токами высокой частоты. При этом выплавляют сталь следующего состава (в мас. %): углерод 0,05÷0,25; марганец 0,20÷1,70; кремний 0,20÷0,80; хром 0,01÷1,00; никель 0,01÷0,60; медь 0,01÷0,50; фосфор не более 0,035; сера не более 0,025; алюминий 0,01÷0,06; железо и неизбежные примеси - остальное, а содержание серы и марганца соответствует условию (Mn)⋅(S)<0,015, где (Mn) и (S) - содержание марганца и серы, соответственно выраженное в мас. %. Внепечную обработку стали проводят при температуре не ниже 1580°С. В процессе внепечной обработки сталь продувают порошком, содержащим кальций, или вводят проволоку, содержащую кальций, для обеспечения содержания кальция в готовом прокате в количестве 0,0001÷0,008%, а также осуществляют продувку жидкой стали инертным газом, причем продолжительность продувки назначают в зависимости от количества введенного в сталь кальция в соответствии с соотношением Т>(18⋅Са+7,5)±20, где Т - продолжительность продувки, мин, Са - количество кальция, введенного в сталь в процессе внепечной обработки, т. Прокатку слябов на полосы или листы закачивают в интервале температур 800÷950°С.A known method for the production of carbon or low-alloy steel for electric-welded pipes of increased corrosion resistance, disclosed in the patent of the Russian Federation No. 2184155 (publ. 27.06.2002). The method includes steel smelting, its out-of-furnace treatment, continuous casting into slabs, hot rolling into strips or sheets, and cooling. In accordance with the technology described in this patent, longitudinal seam pipes are obtained by forming the obtained hot-rolled steel and welding with high frequency currents. When this steel is melted with the following composition (in wt.%): Carbon 0.05 ÷ 0.25; manganese 0.20 ÷ 1.70; silicon 0.20 ÷ 0.80; chromium 0.01 ÷ 1.00; nickel 0.01 ÷ 0.60; copper 0.01 ÷ 0.50; phosphorus not more than 0.035; sulfur not more than 0.025; aluminum 0.01 ÷ 0.06; iron and inevitable impurities - the rest, and the content of sulfur and manganese corresponds to the condition (Mn) ⋅ (S) <0.015, where (Mn) and (S) - the content of manganese and sulfur, respectively, expressed in wt. %. Out-of-furnace processing of steel is carried out at a temperature not lower than 1580 ° C. In the process of out-of-furnace treatment, the steel is blown with a powder containing calcium, or a wire containing calcium is introduced to ensure the calcium content in the finished rolled metal in an amount of 0.0001 ÷ 0.008%, and also blowing liquid steel with an inert gas, and the duration of blowing is assigned depending on the amount of calcium introduced into the steel in accordance with the ratio T> (18⋅Ca + 7.5) ± 20, where T is the duration of the purge, min, Ca is the amount of calcium introduced into the steel during the out-of-furnace treatment, t. Rolling slabs into strips or the sheets are pumped in the temperature range 800 ÷ 950 ° C.
К недостаткам данного способа можно отнести то, что не во всех указанных диапазонах по содержанию легирующих элементов возможно обеспечение высокой стойкости стали против водородного растрескивания, особенно в условиях литейно-прокатных комплексов. Кроме того, указанные особенности обработки жидкой стали кальцием направлены в первую очередь на обеспечение чистоты стали по КАНВ, однако широкий диапазон указанного содержания кальция (0,0001÷0,008 мас. %), а также отсутствие модифицирования РЗМ не гарантирует стабильной стойкости стали против водородного растрескивания.The disadvantages of this method can be attributed to the fact that not in all the indicated ranges for the content of alloying elements, it is possible to provide high resistance of steel against hydrogen cracking, especially in conditions of casting and rolling complexes. In addition, the specified features of the treatment of liquid steel with calcium are primarily aimed at ensuring the steel purity according to KANV, however, a wide range of the specified calcium content (0.0001 ÷ 0.008 wt.%), As well as the absence of REM modification, does not guarantee stable steel resistance against hydrogen cracking. ...
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей заявленной группы изобретений является разработка свободных от недостатков аналогов способов производства электросварной трубы из низкоуглеродистой стали, стойкой против водородного растрескивания.The task of the claimed group of inventions is the development of methods for the production of an electric-welded pipe from low-carbon steel, resistant to hydrogen cracking, free from the disadvantages of analogues.
Техническим результатом является повышение стойкости материала электросварных труб против водородного растрескивания при сохранении его прочности, вязкости и свариваемости.The technical result is to increase the resistance of the material of electric-welded pipes against hydrogen cracking while maintaining its strength, toughness and weldability.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложен способ производства электросварной трубы из низкоуглеродистой стали, стойкой против водородного растрескивания, содержащей (в мас. %): углерод 0,045÷0,060, марганец 0,50÷1,00, кремний 0,17÷0,40, хром 0,50÷1,00, медь не более 0,25, ниобий 0,020÷0,045, алюминий 0,01÷0,04, азот не более 0,008, серу не более 0,002, фосфор не более 0,010, кальций 0,001÷0,005 при выполнении условий: Mn/Si>2,5, Cr/Si=2,0÷3,5, где Mn, Si и Cr означают содержание соответствующих химических элементов в стали (в мас. %), включающий стадию изготовления материала трубы, включающую выплавку стали, ее внепечную обработку и разливку, последующую горячую прокатку полученного стального материала и охлаждение полученной горячекатаной стальной полосы; стадию изготовления трубы, включающую валковую формовку упомянутой горячекатаной стальной полосы в трубную заготовку, последующую сварку кромок сформованной трубной заготовки токами высокой частоты, локальную термическую обработку сварного соединения и объемную термическую обработку трубы, причем полученная труба соответствует соотношению d/t<30, где d - наружный диаметр трубы (в мм), t - толщина стенки трубы (в мм). При этом на стадии изготовления материала трубы:To solve the problem and achieve the specified technical result in the first object of the present invention, a method is proposed for the production of an electric-welded pipe made of low-carbon steel, resistant to hydrogen cracking, containing (in wt%): carbon 0.045 ÷ 0.060, manganese 0.50 ÷ 1.00, silicon 0.17 ÷ 0.40, chromium 0.50 ÷ 1.00, copper no more than 0.25, niobium 0.020 ÷ 0.045, aluminum 0.01 ÷ 0.04, nitrogen no more than 0.008, sulfur no more than 0.002, phosphorus no more than 0.010, calcium 0.001 ÷ 0.005 under the following conditions: Mn / Si> 2.5, Cr / Si = 2.0 ÷ 3.5, where Mn, Si and Cr mean the content of the corresponding chemical elements in steel (in wt% ), including the stage of manufacturing the pipe material, including smelting steel, its out-of-furnace processing and casting, subsequent hot rolling of the obtained steel material and cooling the obtained hot-rolled steel strip; a stage of pipe production, including roll forming of said hot-rolled steel strip into a pipe billet, subsequent welding of the edges of the formed pipe billet with high-frequency currents, local heat treatment of the welded joint and volumetric heat treatment of the pipe, and the resulting pipe corresponds to the ratio d / t <30, where d is outer pipe diameter (in mm), t - pipe wall thickness (in mm). Moreover, at the stage of manufacturing the pipe material:
- выпуск жидкой стали из сталеплавильного агрегата в сталеразливочный ковш осуществляют при содержании в ней растворенного кислорода не более 1250 ppm;- the release of liquid steel from the steel-making unit into the steel-pouring ladle is carried out when the content of dissolved oxygen in it is not more than 1250 ppm;
- в процессе обработки стали на установке ковш-печь присадку в ковш шлакообразующих материалов и ферросплавов проводят с их порционной отдачей, причем количество шлакообразующих материалов в порции составляет не более 2,5 кг/т стали, а количество ферросплавов в порции - не более 1,5 кг/т стали;- in the process of steel processing at the ladle-furnace installation, the addition of slag-forming materials and ferroalloys to the ladle is carried out with their batch output, and the amount of slag-forming materials in a portion is not more than 2.5 kg / t of steel, and the amount of ferroalloys in a portion is not more than 1, 5 kg / t of steel;
- вакуумную обработку стали на установке вакуумной дегазации осуществляют в течение 15÷20 мин при давлении в камере менее 0,133 кПа;- vacuum treatment of steel on a vacuum degassing unit is carried out for 15 ÷ 20 minutes at a pressure in the chamber less than 0.133 kPa;
- после проведения вакуумной обработки стали в нее вводят алюминий, затем кальций, а затем РЗМ, при этом алюминий вводят с расчетом получения его содержания в стали перед разливкой на МНЛЗ 0,01÷0,04 мас. %, кальций в сталь вводят через 3÷5 мин после отдачи в ковш алюминия, причем скорость ввода кальция составляет 22÷26 кг/мин, а расход кальция - 200÷225 г/т стали, продувку стали после ввода в нее кальция осуществляют инертным газом при его расходе не более 150 л/мин, РЗМ в сталь вводят через 3÷5 мин после отдачи в ковш кальция, причем расход РЗМ составляет 7,5÷9,0 г/т стали, а продувку стали после ввода в нее РЗМ осуществляют инертным газом в течение 9÷14 мин при его расходе не более 100 л/мин. При этом на стадии изготовления трубы ее объемную термическую обработку проводят посредством нагрева до температуры выше точки Ас3, закалкой и последующим отпуском.- after vacuum treatment of steel, aluminum is introduced into it, then calcium, and then REM, while aluminum is introduced with the expectation of obtaining its content in steel before casting on the continuous casting machine 0.01 ÷ 0.04 wt. %, calcium is introduced into the steel 3 ÷ 5 minutes after the aluminum is fed into the ladle, and the rate of calcium input is 22 ÷ 26 kg / min, and the calcium consumption is 200 ÷ 225 g / t of steel, the steel is purged after calcium is injected into it inert gas at a flow rate of not more than 150 l / min, REM is introduced into the steel 3 ÷ 5 minutes after the return of calcium into the ladle, and the REM consumption is 7.5 ÷ 9.0 g / t of steel, and the purge of steel after REM is introduced into it carried out with an inert gas for 9-14 minutes at a flow rate of not more than 100 l / min. At the same time, at the stage of pipe manufacturing, its volumetric heat treatment is carried out by heating to a temperature above the Ac3 point, quenching and subsequent tempering.
Для решения той же задачи и достижения того же технического результата во втором объекте настоящего изобретения предложен способ производства электросварной трубы из низкоуглеродистой стали, стойкой против водородного растрескивания, содержащей (в мас. %): углерод 0,045÷0,060, марганец 0,50÷1,00, кремний 0,17÷0,40, хром 0,50÷1,00, медь не более 0,25, ниобий 0,020÷0,045, алюминий 0,01÷0,04, азот не более 0,008, серу не более 0,002, фосфор не более 0,010, кальций 0,001÷0,005 при выполнении условий: Mn/Si>2,5, Cr/Si=2,0÷3,5, где Mn, Si и Cr означают содержание соответствующих химических элементов в стали (в мас. %), включающий стадию изготовления материала трубы, включающую выплавку стали, ее внепечную обработку и разливку, последующую горячую прокатку полученного стального материала и охлаждение полученной горячекатаной стальной полосы; стадию изготовления трубы, включающую валковую формовку упомянутой горячекатаной стальной полосы в трубную заготовку, последующую сварку кромок сформованной трубной заготовки токами высокой частоты, локальную термическую обработку сварного соединения и объемную термическую обработку трубы, причем полученная труба соответствует соотношению d/t≥30, где d - наружный диаметр трубы (в мм), t - толщина стенки трубы (в мм). При этом на стадии изготовления материала трубы:To solve the same problem and achieve the same technical result in the second object of the present invention, a method is proposed for the production of an electric-welded pipe made of low-carbon steel, resistant to hydrogen cracking, containing (in wt%): carbon 0.045 ÷ 0.060, manganese 0.50 ÷ 1, 00, silicon 0.17 ÷ 0.40, chromium 0.50 ÷ 1.00, copper no more than 0.25, niobium 0.020 ÷ 0.045, aluminum 0.01 ÷ 0.04, nitrogen no more than 0.008, sulfur no more than 0.002 , phosphorus not more than 0.010, calcium 0.001 ÷ 0.005 under the conditions: Mn / Si> 2.5, Cr / Si = 2.0 ÷ 3.5, where Mn, Si and Cr mean the content of the corresponding chemical elements in steel (in wt .%), including the stage of manufacturing the pipe material, including steel smelting, its out-of-furnace treatment and casting, subsequent hot rolling of the obtained steel material and cooling the obtained hot-rolled steel strip; a stage of pipe production, including roll forming of said hot-rolled steel strip into a pipe billet, subsequent welding of the edges of the formed pipe billet with high-frequency currents, local heat treatment of the welded joint and volumetric heat treatment of the pipe, and the resulting pipe corresponds to the ratio d / t≥30, where d is outer pipe diameter (in mm), t - pipe wall thickness (in mm). Moreover, at the stage of manufacturing the pipe material:
- выпуск жидкой стали из сталеплавильного агрегата в сталеразливочный ковш осуществляют при содержании в ней растворенного кислорода не более 1250 ppm;- the release of liquid steel from the steel-making unit into the steel-pouring ladle is carried out when the content of dissolved oxygen in it is not more than 1250 ppm;
- в процессе обработки стали на установке ковш-печь присадку в ковш шлакообразующих материалов и ферросплавов проводят с их порционной отдачей, причем количество шлакообразующих материалов в порции составляет не более 2,5 кг/т стали, а количество ферросплавов в порции - не более 1,5 кг/т стали;- in the process of steel processing at the ladle-furnace installation, the addition of slag-forming materials and ferroalloys to the ladle is carried out with their batch output, and the amount of slag-forming materials in a portion is not more than 2.5 kg / t of steel, and the amount of ferroalloys in a portion is not more than 1, 5 kg / t of steel;
- вакуумную обработку стали на установке вакуумной дегазации осуществляют в течение 15÷20 мин при давлении в камере менее 0,133 кПа;- vacuum treatment of steel on a vacuum degassing unit is carried out for 15 ÷ 20 minutes at a pressure in the chamber less than 0.133 kPa;
- после проведения вакуумной обработки стали в нее вводят алюминий, затем кальций, а затем РЗМ, при этом алюминий вводят с расчетом получения его содержания в стали перед разливкой на МНЛЗ 0,01÷0,04 мас. %, кальций в сталь вводят через 3÷5 мин после отдачи в ковш алюминия, причем скорость ввода кальция составляет 22÷26 кг/мин, а расход кальция - 200÷225 г/т стали, продувку стали после ввода в нее кальция осуществляют инертным газом при его расходе не более 150 л/мин, РЗМ в сталь вводят через 3÷5 мин после отдачи в ковш кальция, причем расход РЗМ составляет 7,5÷9,0 г/т стали, а продувку стали после ввода в нее РЗМ осуществляют инертным газом в течение 9÷14 мин при его расходе не более 100 л/мин. При этом на стадии изготовления трубы ее объемную термическую обработку проводят посредством нагрева до температуры ниже точки Ac1 с последующим охлаждением на воздухе.- after vacuum treatment of steel, aluminum is introduced into it, then calcium, and then REM, while aluminum is introduced with the expectation of obtaining its content in steel before casting on the continuous casting machine 0.01 ÷ 0.04 wt. %, calcium is introduced into the steel 3 ÷ 5 minutes after the aluminum is fed into the ladle, and the rate of calcium input is 22 ÷ 26 kg / min, and the calcium consumption is 200 ÷ 225 g / t of steel, the steel is purged after calcium is injected into it inert gas at a flow rate of not more than 150 l / min, REM is introduced into the steel 3 ÷ 5 minutes after the return of calcium into the ladle, and the REM consumption is 7.5 ÷ 9.0 g / t of steel, and the purge of steel after REM is introduced into it carried out with an inert gas for 9-14 minutes at a flow rate of not more than 100 l / min. At the same time, at the stage of pipe manufacturing, its volumetric heat treatment is carried out by heating to a temperature below the Ac1 point, followed by cooling in air.
Кроме того, предусмотрены частные варианты реализации способа, относящиеся к обоим заявленным вариантам, согласно которым:In addition, there are specific options for implementing the method related to both declared options, according to which:
- десульфурацию стали в процессе ее обработки на установке ковш-печь проводят до содержания в стали серы не более 0,001 мас. %;- Desulfurization of steel during its processing at the ladle-furnace unit is carried out until the sulfur content in the steel is not more than 0.001 wt. %;
- перед вакуумированием стали обеспечивают содержание в ней алюминия не менее 0,04 мас. %;- before evacuating the steel, ensure the aluminum content in it is not less than 0.04 wt. %;
- длительность нахождения стали в ковше от выпуска плавки из сталеплавильного агрегата до начала разливки составляет не более 240 мин.- the duration of the stay of steel in the ladle from tapping the melt from the steelmaking unit to the start of casting is no more than 240 minutes.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Указанный технический результат достигается при реализации заявленных вариантов способа за счет следующих факторов.The specified technical result is achieved when implementing the claimed method options due to the following factors.
Содержание углерода и марганца в заявленных пределах (0,045÷0,060 и 0,50÷1,00 мас. %, соответственно) позволяет обеспечить повышенную стойкость стали против водородного растрескивания, а также требуемый уровень прочности и высокую свариваемость стали. Меньшее их содержание приводит к снижению прочностных характеристик стали, при этом обеспечение содержания углерода менее 0,045 мас. % также экономически нецелесообразно. Более высокое содержание данных элементов в стали приводит к снижению ее стойкости против водородного растрескивания по причине увеличения степени их ликвации в осевой зоне заготовки, при этом также снижается свариваемость стали.The content of carbon and manganese within the stated limits (0.045 ÷ 0.060 and 0.50 ÷ 1.00 wt.%, Respectively) allows to provide increased resistance of steel against hydrogen cracking, as well as the required level of strength and high weldability of steel. Their lower content leads to a decrease in the strength characteristics of steel, while ensuring a carbon content of less than 0.045 wt. % is also economically impractical. A higher content of these elements in steel leads to a decrease in its resistance against hydrogen cracking due to an increase in the degree of their segregation in the axial zone of the workpiece, while the weldability of the steel also decreases.
Содержание в стали кремния и алюминия в заявленных пределах (0,17÷0,40 и 0,01÷0,04 мас. %, соответственно) позволяет обеспечить необходимый уровень ее раскисленности. Введение в сталь алюминия приводит к образованию частиц нитрида алюминия, сдерживающих рост зерна, что, в свою очередь, повышает прочность и вязкость стали. При содержании в стали алюминия более 0,04 мас. % происходит формирование алюмомагниевой шпинели, являющейся одной из причин низкой стойкости стали против водородного растрескивания. Увеличение содержания кремния более 0,40 мас. % сопровождается возрастанием количества силикатных включений, снижающих ударную вязкость и свариваемость стали.The content of silicon and aluminum in the steel within the stated limits (0.17 ÷ 0.40 and 0.01 ÷ 0.04 wt.%, Respectively) makes it possible to ensure the required level of its deoxidation. The introduction of aluminum into steel leads to the formation of aluminum nitride particles, which inhibit grain growth, which, in turn, increases the strength and toughness of the steel. When the content of aluminum in steel is more than 0.04 wt. %, an aluminum-magnesium spinel is formed, which is one of the reasons for the low resistance of steel against hydrogen cracking. An increase in the silicon content of more than 0.40 wt. % is accompanied by an increase in the number of silicate inclusions, which reduce the impact strength and weldability of steel.
Содержание в стали хрома в заявленных пределах (0,50÷1,00 мас. %) обеспечивает прочностные свойства и положительно сказывается на коррозионной стойкости стали. Увеличение содержания хрома более 1,00 мас. % сопровождается ухудшением свариваемости стали и увеличением себестоимости продукции.The content of chromium in steel within the stated limits (0.50 ÷ 1.00 wt.%) Provides strength properties and has a positive effect on the corrosion resistance of steel. The increase in the chromium content is more than 1.00 wt. % is accompanied by a deterioration in the weldability of steel and an increase in the cost of production.
Заявленное ограничение по содержанию в стали меди (не более 0,25 мас. %) обусловлено, тем, что при большем ее содержании в осевой зоне проката образуются мелкие выделения сульфидов меди, оказывающие негативное влияние на стойкость стали против водородного растрескивания.The stated limitation on the content of copper in steel (not more than 0.25 wt.%) Is due to the fact that, with a higher content of copper in the axial zone of the rolled products, small precipitates of copper sulfides are formed, which have a negative effect on the resistance of steel against hydrogen cracking.
Микролегирование стали ниобием в заявленных пределах (0,020÷0,045 мас. %) способствует повышению прочности и вязкости стали, при этом не приводит к снижению стойкости стали против водородного растрескивания и увеличению плотности КАНВ. При более высоком содержании ниобия возможно снижение стойкости стали против водородного растрескивания за счет формирования в осевой зоне проката карбонитридов ниобия.Microalloying of steel with niobium within the stated limits (0.020 ÷ 0.045 wt.%) Contributes to an increase in the strength and toughness of steel, while it does not lead to a decrease in the resistance of steel against hydrogen cracking and an increase in the density of KANV. At a higher niobium content, it is possible to reduce the resistance of steel against hydrogen cracking due to the formation of niobium carbonitrides in the axial zone of the rolled metal.
Заявленное ограничение по содержанию в стали азота (не более 0,008 мас. %) обусловлено, тем, что при большем его содержании повышается вероятность формирования нитридов/карбонитридов ниобия, что приводит к снижению стойкости стали против водородного растрескивания.The stated limitation on the content of nitrogen in steel (not more than 0.008 wt.%) Is due to the fact that with its higher content, the likelihood of the formation of niobium nitrides / carbonitrides increases, which leads to a decrease in the steel resistance against hydrogen cracking.
Сера и фосфор являются вредными примесями, снижающими вязкостные свойства стали и ее стойкость против водородного растрескивания. При содержании в стали серы не более 0,002 мас. % и фосфора не более 0,010 мас. % их негативное воздействие проявляется слабо.Sulfur and phosphorus are harmful impurities that reduce the toughness of steel and its resistance to hydrogen cracking. When the sulfur content in steel is not more than 0.002 wt. % and phosphorus not more than 0.010 wt. % their negative impact is weak.
Кальций является модифицирующим элементом. Кроме того, он связывает серу в глобулярные сульфиды, повышая стойкость стали против водородного растрескивания. При содержании кальция менее 0,001 мас. % его действие проявляется слабо. Увеличение содержания кальция более 0,005 мас. % увеличивает количество и размеры неметаллических включений, ухудшает стойкость стали против водородного растрескивания.Calcium is a modifying element. In addition, it binds sulfur into globular sulphides, increasing the resistance of steel against hydrogen cracking. When the calcium content is less than 0.001 wt. % its effect is weak. An increase in the calcium content of more than 0.005 wt. % increases the number and size of non-metallic inclusions, worsens the resistance of steel against hydrogen cracking.
Обеспечение содержания в стали Mn, Cr и Si в концентрациях, соответствующих заявленным условиям (Mn/Si>2,5 и Cr/Si=2,0÷3,5), позволяет обеспечить оптимальную свариваемость труб за счет исключения формирования при сварке трудноудаляемых окислов металла и тем самым повысить стойкость сварного шва против водородного растрескивания.Ensuring the content of Mn, Cr and Si in steel in concentrations corresponding to the stated conditions (Mn / Si> 2.5 and Cr / Si = 2.0 ÷ 3.5), allows to ensure optimal weldability of pipes by eliminating the formation of hard-to-remove oxides during welding metal and thereby increase the resistance of the weld against hydrogen cracking.
Заявленное ограничение по содержанию в стали растворенного кислорода перед ее выпуском из сталеплавильного агрегата (не более 1250 ppm) обеспечивает повышенную чистоту стали по оксидным неметаллическим включениям перед проведением ее внепечной обработки. Большее содержание растворенного кислорода в стали сопровождается увеличенным расходом раскислителей (в частности, алюминия, как наиболее эффективного) и, как следствие, приводит к повышенной загрязненности стали глиноземсодержащими включениями (Al2O3), а также включениями герцинита (FeAl2O4). Повышенная загрязненность стали данными включениями приводит к нарушению оптимального шлакового режима в ходе внепечной обработки, что в свою очередь может привести к некачественно проведенному режиму рафинирования жидкой стали. Наряду с этим, герцинитсодержащие включения по своей морфологии являются одними из наиболее трудноудаляемых из жидкой стали. Наличие данных включений в стали способствует снижению ее стойкости против водородного растрескивания.The stated limitation on the content of dissolved oxygen in the steel before it is discharged from the steelmaking unit (no more than 1250 ppm) provides an increased purity of the steel in terms of oxide non-metallic inclusions before its out-of-furnace treatment. A higher content of dissolved oxygen in steel is accompanied by an increased consumption of deoxidizers (in particular, aluminum, as the most effective) and, as a result, leads to increased contamination of steel with alumina-containing inclusions (Al 2 O 3 ), as well as inclusions of hercynite (FeAl 2 O 4 ). Increased contamination of steel with these inclusions leads to a violation of the optimal slag regime during out-of-furnace treatment, which, in turn, can lead to poor-quality refining of liquid steel. Along with this, hercynite-containing inclusions in their morphology are among the most difficult to remove from liquid steel. The presence of these inclusions in steel contributes to a decrease in its resistance to hydrogen cracking.
Ограничение порционности ввода шлакообразующих материалов и ферросплавов заявленными пределами (количество шлакообразующих материалов в порции - не более 2,5 кг/т стали, количество ферросплавов в порции - не более 1,5 кг/т стали) обусловлено тем, что при большем их расходе в жидкой стали происходит образование объемных областей со значительной температурно-концентрационной неоднородностью. Это стимулирует, как сохранение в стали уже присутствующих выделений, так и формирование значительного количества новых мелких трудноудаляемых включений, а не рост уже присутствующих выделений и облегчение удаления их в шлаковую фазу. Включения, оставшиеся в стали, впоследствии служат концентраторами напряжений, снижающими стойкость против водородного растрескивания.The limitation of the portioning of the introduction of slag-forming materials and ferroalloys to the stated limits (the amount of slag-forming materials in a portion is not more than 2.5 kg / t of steel, the amount of ferroalloys in a portion is not more than 1.5 kg / t of steel) In liquid steel, volumetric regions with significant temperature-concentration inhomogeneity are formed. This stimulates both the preservation of already present precipitates in the steel and the formation of a significant amount of new small hard-to-remove inclusions, rather than the growth of already present precipitates and facilitating their removal into the slag phase. The inclusions remaining in the steel subsequently serve as stress concentrators that reduce the resistance against hydrogen cracking.
Десульфурация стали на установке ковш-печь до содержания в стали серы не более 0,001 мас. % позволяет дополнительно уменьшить негативное влияние данного элемента на свойства материала трубы.Desulphurization of steel in a ladle furnace to a sulfur content of no more than 0.001 wt. % allows to further reduce the negative effect of this element on the properties of the pipe material.
Обеспечение содержания алюминия в стали перед процессом вакуумирования в количестве не менее 0,04 мас. % (преимущественно в диапазоне 0,04÷0,05 мас. %) позволяет снизить его расход после проведения вакуумной обработки и, как следствие, дополнительно уменьшить загрязненность стали оксидными включениями.Ensuring the aluminum content in steel before the evacuation process in an amount of at least 0.04 wt. % (mainly in the range of 0.04 ÷ 0.05 wt.%) allows to reduce its consumption after vacuum treatment and, as a consequence, to further reduce the contamination of steel with oxide inclusions.
Ограничения по величине давления в камере установки вакуумной дегазации (менее 0,133 кПа) и продолжительности вакуумной обработки (15÷20 мин) обеспечивают содержание в стали водорода и азота в допустимых концентрациях, что положительно влияет на стойкость стали против водородного растрескивания.Limitations on the pressure in the chamber of the vacuum degassing unit (less than 0.133 kPa) and the duration of vacuum treatment (15–20 min) ensure the content of hydrogen and nitrogen in the steel in permissible concentrations, which has a positive effect on the resistance of steel against hydrogen cracking.
Наличие в стали включений сульфидов марганца - одна из основных причин ее низкой стойкости против водородного растрескивания, поэтому одним из определяющих направлений при разработке способа являлось исключение формирования данного типа включений. Применение кальция для этой цели общеизвестно. Однако, при использовании данного модифицирующего элемента в сталеплавильной практике существует множество нюансов, включающих в себя определение оптимального количества кальция, а также условий его ввода в сталь и последующей продувки жидкой стали инертным газом, направленных на исключение случаев формирования сульфидов марганца.The presence of manganese sulfide inclusions in steel is one of the main reasons for its low resistance to hydrogen cracking; therefore, one of the defining directions in the development of the method was the elimination of the formation of this type of inclusions. The use of calcium for this purpose is well known. However, when using this modifying element in steelmaking practice, there are many nuances, including the determination of the optimal amount of calcium, as well as the conditions for its introduction into steel and subsequent purging of liquid steel with an inert gas, aimed at eliminating the formation of manganese sulfides.
Кальций преобразует включения твердого оксида алюминия (Al2O3) в алюминат кальция с более низкой температурой плавления, что помогает предотвратить засорение разливочного стакана при разливке стали на МНЛЗ. Однако, когда кальций добавляют в сталь, он также реагирует с кислородом и серой и модифицирует сульфидные включения. Если содержание серы в стали высокое (что не характерно для условий производства сталей с требованиями по стойкости против водородного растрескивания), то кальций прореагирует с серой с образованием твердого CaS, который может вызвать засорение разливочного отверстия при непрерывной разливке. Термодинамически, если сера или кислород растворены в стали в умеренном количестве, или если в стали присутствуют включения Al2O3, то кальций прореагирует с ними. Кальций будет реагировать с кислородом или серой до тех пор, пока содержание этих элементов не будет очень низким (менее 2 ррт). Один из главных вопросов заключается в том, станет ли кальций, добавленный в сталь, реагировать с серой с образованием CaS или превратит Al2O3 в жидкий алюминат кальция. Образование сульфида кальция возможно только при достаточно высоком содержании кальция и серы. Так как кальций имеет более высокое сродство к кислороду, чем к сере, добавление кальция сначала приводит к более или менее ярко выраженному превращению оксида алюминия в алюминаты кальция до того момента, когда при дальнейшем добавлении кальция начинают образовываться сульфиды кальция. Сульфиды кальция при температурах разливки стали находятся в твердом состоянии и, как и оксид алюминия, приводят к засорению разливочного стакана. Превращение оксида алюминия в алюминат кальция происходит до того момента, когда все включения в стали оказываются только в жидкой форме. При дальнейшем добавлении кальция происходит образование твердого сульфида кальция. Содержание кальция, при котором все оксиды уже находятся в жидком состоянии, а образование твердых сульфидов при температуре внепечной обработки стали 1550÷1600°С еще не произошло, считается «оптимальным окном» при обработке кальцийсодержащим модификатором. Достижение этого «оптимального окна» и является целью при обработке кальцием. Его точное местоположение зависит от содержания серы и общего содержания кислорода в стали. Таким образом, основной целью модифицирующей обработки при производстве сталей с требованием по стойкости против водородного растрескивания является не только перевод в легкоудаляемое состояние оксидов алюминия, но и последующее эффективное связывание серы для предотвращения образования при кристаллизации сляба в его осевой зоне сульфидов марганца, являющихся очагами образования трещин водородного растрескивания.Calcium converts solid alumina inclusions (Al 2 O 3 ) into calcium aluminate with a lower melting point, which helps prevent nozzle clogging when casting steel in a continuous casting machine. However, when calcium is added to steel, it also reacts with oxygen and sulfur and modifies sulfide inclusions. If the sulfur content of the steel is high (which is not typical of steel production conditions with requirements for resistance to hydrogen cracking), then calcium will react with sulfur to form solid CaS, which can cause clogging of the pouring hole during continuous casting. Thermodynamically, if sulfur or oxygen is dissolved in steel in a moderate amount, or if Al 2 O 3 inclusions are present in the steel, then calcium will react with them. Calcium will react with oxygen or sulfur until the content of these elements is very low (less than 2 ppm). One of the main questions is whether the calcium added to steel will react with sulfur to form CaS or will convert Al 2 O 3 to liquid calcium aluminate. The formation of calcium sulfide is possible only with a sufficiently high content of calcium and sulfur. Since calcium has a higher affinity for oxygen than for sulfur, the addition of calcium first leads to a more or less pronounced conversion of alumina to calcium aluminates until calcium sulfides begin to form upon further addition of calcium. Calcium sulphides are solid at casting temperatures and, like alumina, lead to clogging of the nozzle. The transformation of aluminum oxide into calcium aluminate occurs until the moment when all inclusions in the steel are only in liquid form. With further addition of calcium, solid calcium sulfide is formed. The calcium content, at which all oxides are already in a liquid state, and the formation of solid sulfides at the out-of-furnace steel treatment temperature of 1550 ÷ 1600 ° C has not yet occurred, is considered the "optimal window" for treatment with a calcium-containing modifier. Achieving this "optimal window" is the goal of calcium treatment. Its exact location depends on the sulfur content and the total oxygen content of the steel. Thus, the main purpose of the modifying treatment in the production of steels with the requirement for resistance against hydrogen cracking is not only the transfer of aluminum oxides to an easily removable state, but also the subsequent effective binding of sulfur to prevent the formation of manganese sulfides in its axial zone, which are the centers of cracking hydrogen cracking.
Ввод в жидкую сталь алюминия с расчетом получения его содержания в стали перед разливкой на МНЛЗ в заявленных пределах (0,01÷0,04 мас. %), позволяет обеспечить формирование в стали неметаллических включений благоприятного химического состава и морфологии (жидких глобулярных алюминатов кальция с оболочкой из сульфида кальция), что впоследствии обеспечивает стабильную стойкость стали против водородного растрескивания за счет подавления механизма формирования при кристаллизации сляба сульфидов марганца, являющихся концентраторами напряжений.The introduction of aluminum into liquid steel with the calculation of obtaining its content in steel before casting on a continuous casting machine within the stated limits (0.01 ÷ 0.04 wt.%), Makes it possible to ensure the formation in steel of non-metallic inclusions of a favorable chemical composition and morphology (liquid globular calcium aluminates with shell of calcium sulfide), which subsequently ensures stable resistance of steel against hydrogen cracking by suppressing the mechanism of formation of manganese sulfides, which are stress concentrators, during the crystallization of a slab.
Предложенная технология доводки жидкой стали по кальцию, а именно регламентирование его расхода (200÷225 г/т стали), скорости ввода (22÷26 кг/мин), порядок ввода алюминия и кальция, а также длительность выдержки между вводом алюминия и кальция (кальций в сталь вводят через 3÷5 мин после отдачи в ковш алюминия) позволяет добиться необходимого эффекта от процесса модифицирования стали кальцием, в результате чего сера связывается в мелкодисперсные сульфиды кальция, исключив тем самым образование сульфидов марганца. При меньшем расходе кальция возрастает вероятность формирования при кристаллизации сульфидов марганца, при более высоком - сталь загрязняется оксидно-сульфидными включениями сложного состава на основе кальция. Более низкие и слишком высокие скорости ввода кальция в сталь приводят к снижению эффективности процесса модифицирования, а также к ухудшению технологичности процесса доводки (выплескам металла). Продувка стали после ввода кальция с расходом инертного газа, в частности, аргона более заявленного предела (т.е. более 150 л/мин) способствует вторичному окислению металла и, соответственно, загрязнению жидкой стали неблагоприятными оксидными неметаллическими включениями, что приведет к снижению стойкости против водородного растрескивания.The proposed technology for finishing liquid steel with calcium, namely, regulating its consumption (200-225 g / t of steel), input rate (22-26 kg / min), the procedure for introducing aluminum and calcium, as well as the duration of holding between the input of aluminum and calcium ( calcium is introduced into steel 3 ÷ 5 minutes after recoil into the aluminum ladle) allows to achieve the necessary effect from the process of steel modification with calcium, as a result of which sulfur is bound into finely dispersed calcium sulfides, thereby eliminating the formation of manganese sulfides. At a lower calcium consumption, the probability of the formation of manganese sulfides during crystallization increases; at a higher calcium consumption, the steel becomes contaminated with oxide-sulfide inclusions of a complex composition based on calcium. Lower and too high rates of calcium introduction into steel lead to a decrease in the efficiency of the inoculation process, as well as to a deterioration in the manufacturability of the finishing process (metal splashes). Purging steel after introducing calcium with a flow rate of an inert gas, in particular, argon over the stated limit (i.e., more than 150 l / min) promotes secondary oxidation of the metal and, accordingly, contamination of liquid steel with unfavorable oxide nonmetallic inclusions, which will lead to a decrease in resistance against hydrogen cracking.
Повышение стойкости стали против водородного растрескивания также достигается за счет использования РЗМ, например, церия и/или лантана. Положительное влияние РЗМ на полноту связывания серы при затвердевании металла проявляется двумя путями. Во-первых, РЗМ участвует, наряду с кальцием, в связывании серы с образованием комплексных оксисульфидов кальция и РЗМ, а, во-вторых, РЗМ способствуют образованию сульфидов кальция, понижая активность кислорода в металле. За счет предложенной схемы модифицирования (выдержка между вводом кальция и РЗМ 3÷5 мин, расход РЗМ 7,5÷9,0 г/т стали, интенсивности и длительности продувки стали инертным газом после ввода РЗМ, соответственно, с расходом инертного газа не более 100 л/мин в течение 9÷14 мин) происходит формирование мелких оксидов РЗМ, которые являются подложкой для осаждения на них CaS, препятствуя тем самым ликвации серы в осевую зону заготовки при ее затвердевании. При меньшем расходе РЗМ его эффективность на стойкость стали против водородного растрескивания проявляться не будет, при более высоком расходе повышается загрязненность стали тугоплавкими неметаллическими включениями, ухудшающими стойкость против водородного растрескивания, а также повышается запороченность труб поверхностными дефектами металлургического происхождения («плена», «пузырь-вздутие»). Продувка стали после ввода РЗМ с расходом инертного газа, в частности, аргона более 100 л/мин приводит к вторичному окислению металла и, соответственно, загрязнению жидкой стали неблагоприятными оксидными неметаллическими включениями.An increase in the resistance of steel against hydrogen cracking is also achieved through the use of rare earth metals, for example, cerium and / or lanthanum. The positive effect of REM on the completeness of the binding of sulfur during solidification of the metal is manifested in two ways. Firstly, REM participates, along with calcium, in the binding of sulfur to form complex oxysulfides of calcium and REM, and, secondly, REMs promote the formation of calcium sulfides, reducing the activity of oxygen in the metal. Due to the proposed modification scheme (holding between calcium inlet and REM 3 ÷ 5 min, REM consumption 7.5 ÷ 9.0 g / t of steel, intensity and duration of blowing steel with inert gas after REM injection, respectively, with inert gas consumption no more than 100 l / min for 9-14 min), small REM oxides are formed, which are the substrate for CaS deposition on them, thereby preventing the segregation of sulfur into the axial zone of the workpiece during its solidification. At a lower consumption of rare earth metals, its effectiveness on the resistance of steel against hydrogen cracking will not manifest itself; at a higher flow rate, the contamination of steel with refractory non-metallic inclusions increases, which worsen the resistance against hydrogen cracking, and also the blockage of pipes with surface defects of metallurgical origin ("captivity", "bubble bloating "). Purging steel after introducing rare-earth metals with a flow rate of an inert gas, in particular argon, more than 100 l / min leads to secondary oxidation of the metal and, accordingly, contamination of liquid steel with unfavorable oxide nonmetallic inclusions.
Ограничение длительности нахождения стали в ковше от выпуска плавки из сталеплавильного агрегата до начала разливки (не более 240 мин) направлено на снижение степени размыва футеровки ковша и его шлакового пояса и, соответственно, дополнительное уменьшение загрязненности стали, в частности, магнийсодержащими включениями.Limiting the duration of the stay of steel in the ladle from tapping the melt from the steelmaking unit to the start of casting (no more than 240 minutes) is aimed at reducing the degree of erosion of the ladle lining and its slag belt and, accordingly, further reducing the contamination of steel, in particular, magnesium-containing inclusions.
При производстве трубы, соответствующей соотношению d/t≥30, где d - наружный диаметр трубы (в мм), t - толщина стенки трубы (в мм), ее объемная термическая обработка проводится посредством нагрева до температуры ниже точки Ac1 с последующим охлаждением на воздухе. Данный вариант объемной термической обработки позволяет получить мелкодисперсную структуру основного металла трубы, обеспечивающую повышенную стойкость против водородного растрескивания.When producing a pipe corresponding to the ratio d / t≥30, where d is the outer diameter of the pipe (in mm), t is the wall thickness of the pipe (in mm), its volumetric heat treatment is carried out by heating to a temperature below the Ac1 point, followed by cooling in air ... This variant of volumetric heat treatment makes it possible to obtain a finely dispersed structure of the base metal of the pipe, which provides increased resistance against hydrogen cracking.
При производстве трубы, соответствующей соотношению d/t<30, где d - наружный диаметр трубы (в мм), t - толщина стенки трубы (в мм), ее объемная термическая обработка проводится посредством нагрева до температуры выше точки Ас3, закалкой и последующим отпуском. Данный вариант объемной термической обработки также позволяет сформировать мелкодисперсную структуру основного металла трубы, при этом дополнительно уменьшить внутренние напряжения, возникающие при формовке трубной заготовки, что обеспечивает повышенную стойкость против водородного растрескивания.When producing a pipe corresponding to the ratio d / t <30, where d is the outer diameter of the pipe (in mm), t is the wall thickness of the pipe (in mm), its volumetric heat treatment is carried out by heating to a temperature above the Ac3 point, quenching and subsequent tempering ... This variant of volumetric heat treatment also allows the formation of a finely dispersed structure of the base metal of the pipe, while further reducing the internal stresses arising during the forming of the pipe billet, which provides increased resistance against hydrogen cracking.
Применение различных видов объемной термической обработки обусловлено необходимостью обеспечения требуемых свойств материала трубы в зависимости от ее сортаментных характеристик (диаметра трубы и толщины стенки).The use of various types of volumetric heat treatment is due to the need to ensure the required properties of the pipe material, depending on its assortment characteristics (pipe diameter and wall thickness).
Заявленная группа изобретений поясняется примерами реализации при производстве электросварных труб диаметром 273 и 530 мм и толщиной стенки 10 мм из низколегированной стали марки 05ХГБ в условиях АО «ВМЗ».The claimed group of inventions is illustrated by examples of implementation in the production of electric-welded pipes with a diameter of 273 and 530 mm and a wall thickness of 10 mm from low-alloy steel grade 05HGB in the conditions of JSC "VMZ".
В условиях литейно-прокатного комплекса производились непрерывнолитые заготовки трех плавок, химический состав стали которых приведен в таблице 1. При этом сталь выплавляли в электросталеплавильной печи, выпускали ее в сталеразливочный ковш с предварительным раскислением, легированием, наведением первичного шлака, после чего осуществляли внепечную обработку на установке печь-ковш и установке вакуумирования стали. Далее сталь разливали на тонкослябовой МНЛЗ (толщина сляба 90 мм) в заготовку, которую разрезали на мерные длины. Условия проведения плавок приведены в таблице 2.In the conditions of the casting and rolling complex, continuously cast billets of three heats were produced, the chemical composition of the steel of which is given in Table 1. At the same time, the steel was melted in an electric steel-melting furnace, released into a steel-pouring ladle with preliminary deoxidation, alloying, induction of primary slag, after which out-of-furnace treatment was carried out on a ladle furnace and a steel evacuation unit. Next, the steel was poured on a thin-slab continuous casting machine (slab thickness 90 mm) into a billet, which was cut into cut lengths. The conditions for carrying out heats are given in table 2.
Полученные непрерывнолитые заготовки подогревали в проходной туннельной печи и передавали для прокатки в черновую, а затем чистовую группу клетей непрерывного широкополосного стана 1950. Полученную горячекатаную полосу охлаждали и сматывали в рулон.The obtained continuously cast billets were heated in a continuous tunnel furnace and transferred for rolling to the roughing and then finishing group of stands of the continuous broad-strip mill 1950. The obtained hot-rolled strip was cooled and coiled into a coil.
Рулонный прокат задавался в линию непрерывного трубоэлектросварочного стана. Трубы изготавливались путем валковой формовки проката с последующей сваркой продольных кромок способом высокочастотной сварки и дальнейшей локальной термической обработкой сварного шва. Из проката плавки 1 изготавливались трубы диаметром 273 мм и толщиной стенки 10 мм, из проката плавки 2 - трубы диаметром 530 мм и толщиной стенки 10 мм, а из проката плавки 3 изготавливались как трубы диаметром 273 мм с толщиной стенки 10 мм, так и трубы диаметром 530 мм с аналогичной толщиной стенки. Объемная термическая обработка труб плавки 1 проводилась посредством их нагрева в закалочной печи с шагающими балками до температуры выше точки Ас3, последующей закалкой труб водой в радиальном спрейере, после чего осуществляли повторный нагрев труб в отпускной печи с шагающими балками до температуры ниже точки Ac1 и последующее охлаждение труб на воздухе. Объемная термическая обработка труб плавки 2 проводилась посредством их нагрева в проходной секционной печи до температуры ниже точки Ac1 с последующим охлаждением на воздухе. Объемная термическая обработка труб плавки 3 не проводилась.Coils were put into the line of a continuous electric tube mill. Pipes were manufactured by roll forming of rolled stock, followed by welding of longitudinal edges by high-frequency welding and further local heat treatment of the welded seam. Pipes with a diameter of 273 mm and a wall thickness of 10 mm were made from rolled smelt 1, pipes with a diameter of 530 mm and a wall thickness of 10 mm were made from rolled smelt 2, and pipes with a diameter of 273 mm with a wall thickness of 10 mm and pipes were made from rolled smelt 3. with a diameter of 530 mm with the same wall thickness. Volumetric heat treatment of pipes for melting 1 was carried out by heating them in a quenching furnace with walking beams to a temperature above the Ac3 point, followed by quenching the pipes with water in a radial sprayer, after which the pipes were reheated in a tempering furnace with walking beams to a temperature below the Ac1 point and then cooled pipes in the air. Volumetric heat treatment of pipes of melting 2 was carried out by heating them in a continuous sectional furnace to a temperature below the Ac1 point, followed by cooling in air. Volumetric heat treatment of pipes of melting 3 was not carried out.
Условия проведения объемной термической обработки труб, а также результаты их испытаний против водородного растрескивания приведены в таблице 3.The conditions for carrying out the volumetric heat treatment of pipes, as well as the results of their tests against hydrogen cracking are shown in Table 3.
Свариваемость труб всех трех плавок признана удовлетворительной. Результаты механических испытаний (прочностные и вязкостные показатели) стали труб всех трех плавок соответствовали установленным требованиям.The weldability of pipes in all three heats was found to be satisfactory. The results of mechanical tests (strength and viscosity indicators) of steel pipes of all three heats met the established requirements.
Оценку стойкости стали изготовленных труб против водородного растрескивания определяли в соответствии с требованиями стандарта NACE ТМ0284 путем погружения трех одинаковых образцов из исследуемой стали в раствор (5% NaCl + 0,5% СН3СООН) в дистиллированной воде, насыщенной сероводородом при температуре 25°С; рН раствора = 3÷3,5. Испытания осуществляли в течение 96 ч, после испытаний образцы разрезали на четыре части, каждую часть в месте реза полировали и травили. Сопротивление водородному растрескиванию оценивали по величине показателей, характеризующих растрескивание, инициируемое водородом, - по длине (CLR) и толщине (CTR) трещин.The assessment of the resistance of steel pipes against hydrogen cracking was determined in accordance with the requirements of the NACE TM0284 standard by immersing three identical samples of the steel under study in a solution (5% NaCl + 0.5% CH3COOH) in distilled water saturated with hydrogen sulfide at a temperature of 25 ° C; solution pH = 3 ÷ 3.5. The tests were carried out for 96 hours, after the tests, the samples were cut into four parts, each part was polished and etched at the cut point. The resistance to hydrogen cracking was evaluated by the value of the indicators characterizing the cracking initiated by hydrogen - the length (CLR) and thickness (CTR) of the cracks.
На образцах, отобранных от трубы типоразмером 273×10 мм плавки 1, параметры производства которой соответствовали первому варианту заявленного способа, получены удовлетворительные результаты по стойкости против водородного растрескивания (трещин не получено, коэффициенты длины и толщины трещин составили, соответственно, CLR=0%, CTR=0%). Аналогичные результаты получены и при испытании образцов, отобранных от трубы типоразмером 530×10 мм плавки 2, параметры производства которой соответствовали второму варианту заявленного способа. При этом на образцах, отобранных как от трубы типоразмером 273×10 мм, так и от трубы типоразмером 530×10 мм плавки 3, параметры производства которых не соответствовали заявленным вариантам способа, получены неудовлетворительные результаты по стойкости против водородного растрескивания.On samples taken from a pipe with a standard size of 273 × 10 mm of melt 1, the production parameters of which corresponded to the first version of the claimed method, satisfactory results were obtained in resistance against hydrogen cracking (no cracks were obtained, the coefficients of length and thickness of cracks were, respectively, CLR = 0%, CTR = 0%). Similar results were obtained when testing samples taken from a pipe with a standard size of 530 × 10 mm of melt 2, the production parameters of which corresponded to the second version of the claimed method. At the same time, on samples taken both from a pipe with a standard size of 273 × 10 mm and from a pipe with a standard size of 530 × 10 mm of melt 3, the production parameters of which did not correspond to the declared method variants, unsatisfactory results were obtained in resistance against hydrogen cracking.
Claims (36)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020136139A RU2747083C1 (en) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Method for production of electro-welded pipe made of low-carbon steel, resistant to hydrogen cracking (options) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020136139A RU2747083C1 (en) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Method for production of electro-welded pipe made of low-carbon steel, resistant to hydrogen cracking (options) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2747083C1 true RU2747083C1 (en) | 2021-04-26 |
Family
ID=75584896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020136139A RU2747083C1 (en) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Method for production of electro-welded pipe made of low-carbon steel, resistant to hydrogen cracking (options) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2747083C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1632988A1 (en) * | 1989-01-23 | 1991-03-07 | Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности | Process for producing welded pipes |
| US5653899A (en) * | 1994-08-05 | 1997-08-05 | Nkk Corporation | Method of making a steel pipe by electric resistance heating of opposing edges of a sheet prior to laser welding |
| JP3823906B2 (en) * | 2002-09-26 | 2006-09-20 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Manufacturing method of ERW steel pipe for high-strength line pipe with excellent hydrogen cracking resistance and toughness |
| RU2360013C2 (en) * | 2004-02-24 | 2009-06-27 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Hot-rolled steel sheet for high-strength pipe, manufactured by means of contact welding, allowing resistance against impact of sulfur dioxide gas and exceptional impact resistance, and method of such steel sheet manufacturing |
| RU2618987C2 (en) * | 2012-06-28 | 2017-05-11 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | High-strength steel tube welded by electric resistance welding, having exceptional resistance to softening for long time in intermediate temperatures range and method of manufacturing such pipe |
| RU2667943C1 (en) * | 2015-03-06 | 2018-09-25 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | High test steel pipe produced by electrical welding by resistance method and method of manufacturing thereof |
-
2020
- 2020-11-02 RU RU2020136139A patent/RU2747083C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1632988A1 (en) * | 1989-01-23 | 1991-03-07 | Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности | Process for producing welded pipes |
| US5653899A (en) * | 1994-08-05 | 1997-08-05 | Nkk Corporation | Method of making a steel pipe by electric resistance heating of opposing edges of a sheet prior to laser welding |
| JP3823906B2 (en) * | 2002-09-26 | 2006-09-20 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Manufacturing method of ERW steel pipe for high-strength line pipe with excellent hydrogen cracking resistance and toughness |
| RU2360013C2 (en) * | 2004-02-24 | 2009-06-27 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Hot-rolled steel sheet for high-strength pipe, manufactured by means of contact welding, allowing resistance against impact of sulfur dioxide gas and exceptional impact resistance, and method of such steel sheet manufacturing |
| RU2618987C2 (en) * | 2012-06-28 | 2017-05-11 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | High-strength steel tube welded by electric resistance welding, having exceptional resistance to softening for long time in intermediate temperatures range and method of manufacturing such pipe |
| RU2667943C1 (en) * | 2015-03-06 | 2018-09-25 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | High test steel pipe produced by electrical welding by resistance method and method of manufacturing thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2433189C2 (en) | Method for obtaining steel for steel pipes with excellent resistance in acid medium | |
| CN100587098C (en) | Micro-alloying steel for oil gas transport seamless pipeline and its preparation method | |
| CN113846260B (en) | Production method of high-strength steel plate for engineering machinery | |
| CN109136738B (en) | High-strength low-temperature-resistant hull structure steel plate and preparation method thereof | |
| JP7219882B2 (en) | Steel material for pressure vessel and its manufacturing method | |
| CN112853209B (en) | Zr-containing welding wire steel hot-rolled wire rod and production process thereof | |
| WO2008018242A1 (en) | Two-phase stainless steel | |
| CN114480974B (en) | Production method of high-strength fatigue-resistant sucker rod steel | |
| CN110408842B (en) | Duplex stainless steel having excellent low-temperature toughness | |
| JP5708349B2 (en) | Steel with excellent weld heat affected zone toughness | |
| RU2747083C1 (en) | Method for production of electro-welded pipe made of low-carbon steel, resistant to hydrogen cracking (options) | |
| KR100361846B1 (en) | Steel for thin sheet excellent in workability and method for deoxidation thereof | |
| RU2221875C2 (en) | Method of production of seamless tubes from carbon steel or low-alloy steel of high corrosion resistance | |
| JP3156523B2 (en) | Method of manufacturing steel for hydrogen-induced cracking | |
| JP2729458B2 (en) | Melting method of low nitrogen steel using electric furnace molten steel. | |
| JP7533817B1 (en) | Steel plate, its manufacturing method, and steel pipe | |
| JP7533816B1 (en) | Steel plate, its manufacturing method, and steel pipe | |
| JP7533815B1 (en) | Steel plate, its manufacturing method, and steel pipe | |
| JP7530447B2 (en) | Precipitation hardening martensitic stainless steel with excellent fatigue resistance | |
| CN117568706B (en) | Seamless low-temperature tee joint, seamless steel for hot bending pipe and production method thereof | |
| JPH05302112A (en) | Method for smelting sheet steel by magnesium | |
| RU2807799C1 (en) | Fireproof steel production method | |
| CN115362274B (en) | Steel sheet and method for producing same | |
| WO2024209921A1 (en) | Steel material | |
| RU2328535C1 (en) | Round milled bar with special treated surface out of medium carbon steel |