Исследование влияния углерода на центральную химическую и структурную неоднородность и комплекс свойств низколегированных трубных сталей
|
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 14
1.1. Формирование макроструктуры непрерывнолитых слябов и методы воздействия на процессы ликвации, протекающие в них при затвердевании 14
1.1.1. Формирование структурных зон непрерывнолитого сляба и химической неоднородности 14
1.1.2. Факторы, оказывающие влияние на центральную химическую и структурную неоднородность 19
1.1.3. Методы и способы уменьшения интенсивности центральной химической и структурной неоднородности 24
1.2. Структурные факторы, оказывающие влияние на стойкость малоуглеродистых низколегированных сталей против растрескивания в сероводородсодержащих средах 34
1.2.1. Механизм инициируемого водородом растрескивания 36
1.2.2. Адсорбция водорода 36
1.2.3. Контроль образования неметаллических включений 37
1.2.4. Предотвращение образования ликвации 38
1.3. Влияние базового состава и микролегирующих элементов на
свариваемость малоуглеродистых низколегированных сталей 41
Заключение по главе 44
Глава II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 46
2.1. Обоснование выбора исследуемых сталей 46
2.2. Методы лабораторных и промышленных исследований 52
2.2.1. Методы изучения центральной химической и структурной неоднородности металла опытных плавок 52
2.2.2. Определение механических свойств готового проката 55
2
2.2.3. Методы испытаний сталей на стойкость против разрушения в сероводородсодержащих средах 55
2.2.4. Методы изучения свариваемости опытных сталей 62
Глава III. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ ХИМИЧЕСКУЮ И СТРУКТУРНУЮ НЕОДНОРОДНОСТЬ В НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБАХ И ЛИСТАХ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ 67
3.1. Влияние содержания углерода на макроструктуру слябов и готовых листов из низколегированных трубных сталей 67
3.2. Зависимость центральной химической неоднородности базовых элементов в слябах и листах от общего содержания углерода в стали 72
3.3. Изучение структуры и свойств зоны центральной сегрегационной химической неоднородности в зависимости от содержания
углерода 79
Выводы по главе 88
Глава IV. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ СТОЙКОСТИ ПРОТИВ РАСТРЕСКИВАНИЯ В СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ, С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА 89
4.1. Исследование стойкости против водородного растрескивания (в.р.)...90
4.2. Изучение сопротивления сероводородному растрескиванию под
напряжением (с.р.н.) 92
Выводы по главе 101
Глава V. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ СВАРИВАЕМОСТИ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
УГЛЕРОДА 102
5.1. Построение термокинетических диаграмм превращения аустенита при охлаждении после сварочного нагрева, сопоставление микроструктур
з
ОШЗ, изучение сопротивления разрушению ОШЗ низколегированных
трубных сталей с различным содержанием углерода 105
Выводы по главе 119
Глава VI. РАЗРАБОТКА СТАЛИ КАТЕГОРИИ ПРОЧНОСТИ К52 (Х60) С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА, МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ НИОБИЕМ, ИЗГОТАВЛИВАЕМОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОКАТКИ, КАК АЛЬТЕРНАТИВЫ ТРАДИЦИОННОЙ СТАЛИ 17Г1С-У 120
6.1. Разработка химического состава 120
6.2. Разработка технологии производства, в частности термомеханической прокатки, на толстолистовом стане 3600 124
6.3. Исследование комплекса свойств, микроструктуры и центральной химической неоднородности трубной стали 08Г1Б 130
6.4. Исследование свойств металла газопроводных труб диаметром 720 мм,
изготовленных на ОАО «ВМЗ» 149
Выводы по главе 153
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 154
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 157
Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 14
1.1. Формирование макроструктуры непрерывнолитых слябов и методы воздействия на процессы ликвации, протекающие в них при затвердевании 14
1.1.1. Формирование структурных зон непрерывнолитого сляба и химической неоднородности 14
1.1.2. Факторы, оказывающие влияние на центральную химическую и структурную неоднородность 19
1.1.3. Методы и способы уменьшения интенсивности центральной химической и структурной неоднородности 24
1.2. Структурные факторы, оказывающие влияние на стойкость малоуглеродистых низколегированных сталей против растрескивания в сероводородсодержащих средах 34
1.2.1. Механизм инициируемого водородом растрескивания 36
1.2.2. Адсорбция водорода 36
1.2.3. Контроль образования неметаллических включений 37
1.2.4. Предотвращение образования ликвации 38
1.3. Влияние базового состава и микролегирующих элементов на
свариваемость малоуглеродистых низколегированных сталей 41
Заключение по главе 44
Глава II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 46
2.1. Обоснование выбора исследуемых сталей 46
2.2. Методы лабораторных и промышленных исследований 52
2.2.1. Методы изучения центральной химической и структурной неоднородности металла опытных плавок 52
2.2.2. Определение механических свойств готового проката 55
2
2.2.3. Методы испытаний сталей на стойкость против разрушения в сероводородсодержащих средах 55
2.2.4. Методы изучения свариваемости опытных сталей 62
Глава III. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ ХИМИЧЕСКУЮ И СТРУКТУРНУЮ НЕОДНОРОДНОСТЬ В НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБАХ И ЛИСТАХ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ 67
3.1. Влияние содержания углерода на макроструктуру слябов и готовых листов из низколегированных трубных сталей 67
3.2. Зависимость центральной химической неоднородности базовых элементов в слябах и листах от общего содержания углерода в стали 72
3.3. Изучение структуры и свойств зоны центральной сегрегационной химической неоднородности в зависимости от содержания
углерода 79
Выводы по главе 88
Глава IV. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ СТОЙКОСТИ ПРОТИВ РАСТРЕСКИВАНИЯ В СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ, С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА 89
4.1. Исследование стойкости против водородного растрескивания (в.р.)...90
4.2. Изучение сопротивления сероводородному растрескиванию под
напряжением (с.р.н.) 92
Выводы по главе 101
Глава V. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ СВАРИВАЕМОСТИ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
УГЛЕРОДА 102
5.1. Построение термокинетических диаграмм превращения аустенита при охлаждении после сварочного нагрева, сопоставление микроструктур
з
ОШЗ, изучение сопротивления разрушению ОШЗ низколегированных
трубных сталей с различным содержанием углерода 105
Выводы по главе 119
Глава VI. РАЗРАБОТКА СТАЛИ КАТЕГОРИИ ПРОЧНОСТИ К52 (Х60) С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА, МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ НИОБИЕМ, ИЗГОТАВЛИВАЕМОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОКАТКИ, КАК АЛЬТЕРНАТИВЫ ТРАДИЦИОННОЙ СТАЛИ 17Г1С-У 120
6.1. Разработка химического состава 120
6.2. Разработка технологии производства, в частности термомеханической прокатки, на толстолистовом стане 3600 124
6.3. Исследование комплекса свойств, микроструктуры и центральной химической неоднородности трубной стали 08Г1Б 130
6.4. Исследование свойств металла газопроводных труб диаметром 720 мм,
изготовленных на ОАО «ВМЗ» 149
Выводы по главе 153
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 154
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 157
Одним из наиболее перспективных направлений в развитии черной металлургии является производство толстолистового проката для электросварных газопроводных труб большого диаметра. На протяжении многих лет наблюдается постоянный рост требований газовой и трубной промышленности к комплексу механических и технологических свойств газопроводных труб большого диаметра и листовой стали для их изготовления. Некоторые из ранее разработанных сталей не в полной мере удовлетворяют современным требованиям в отношении величины ударной вязкости при температурах эксплуатации трубопроводов, сопротивления хрупкому разрушению, сегрегационной химической и структурной однородности. В новых требованиях большая роль отводится также улучшению свариваемости металла в заводских и полевых условиях.
Общая тенденция совершенствования низколегированных сталей для труб магистральных газопроводов включает в себя ряд металловедческих и технологических принципов, таких как создание мелкозернистой структуры готового проката, использование эффекта дисперсионного упрочнения, создание структуры с повышенной плотностью дислокаций, использование в качестве микролегирующей добавки ниобия, применение термомеханической прокатки, снижение содержания вредных примесей.
Большой вклад в создание высокопрочных низколегированных сталей для изготовления газопроводов внесли труды Д.А. Литвиненко, С.А. Голованенко, В.Н. Зикеева, П.Д. Одесского, Л.И. Эфрона, Ю.Д. Морозова и др. ученых.
Одним из наиболее перспективных и до настоящего времени недостаточно использованных путей совершенствования отечественных трубных сталей представляется снижение содержания в них углерода и замена упрочнения за счет перлита на более прогрессивные механизмы повышения прочности, прежде всего измельчение зерна и дисперсионное упрочнение, позволяющие
в комплексе с другими мерами обеспечивать одновременное повышение ударной вязкости, пластичности, сопротивления хрупкому разрушению и свариваемости. Снижение содержания углерода в трубных сталях должно способствовать уменьшению сегрегационной химической и структурной неоднородности, требования в отношении которой в последнее время вводят в спецификации на поставку стальных листов для изготовления труб наиболее ответственных магистральных газопроводов.
Целью настоящей работы является установление закономерностей влияния снижения содержания углерода на сегрегационную химическую и структурную неоднородность, структуру и свойства непрерывнолитых, микролегированных ниобием сталей, изготавливаемых с применением термомеханической прокатки и предназначенных для изготовления газопроводных труб большого диаметра.
Актуальность исследований, проведенных в работе, обусловлена большой научной и практической значимостью проблемы снижения центральной сегрегационной неоднородности толстолистового проката, предназначенного для изготовления электросварных газопроводных труб большого диаметра.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
• исследовать влияние углерода на центральную химическую и структурную неоднородность непрерывнолитых слябов и листов из трубных сталей различных систем легирования;
• оценить влияние снижения содержания углерода и повышения при этом сегрегационной однородности проката на показатели стойкости против растрескивания в сероводородсодержащих средах;
• оценить поведение и свойства околошовной зоны (ОШЗ) при сварке трубных сталей в зависимости от содержания углерода;
• на основе концепции, предусматривающей снижение содержания углерода и замену перлитного упрочнения на более прогрессивные механизмы повышения прочности, создать новую высокоэффективную
трубную сталь категории прочности К52, предназначенную для замены морально устаревшей стали 17Г1С-У.
Объектом исследований служили низколегированные стали для электросварных газопроводных труб большого диаметра, производимые на «МК Азовсталь». Для решения поставленной в диссертационной работе задачи в качестве материала исследования были выбраны стали, существенно отличающиеся между собой содержанием углерода: от 0,19% С в стали 17Г1С-У до 0,03% С в стали 03Г1Б. Опытные стали относятся к двум группам: 1 - углеродмарганцовистые стали 17Г1С-У и 13Г1С-У; 2 - микролегированные добавками ниобия, ванадия и титана стали 10Г2ФБ, 08Г2ФБ и 03Г1Б. Исследованные стали дополнительно можно классифицировать как изготавливаемые с применением термической обработки (нормализации) - сталь 17Г1С-У, и изготавливаемые без применения термической обработки, прокатываемые по технологии термомеханической (контролируемой) прокатки - стали, 13Г1С-У, 10Г2ФБ, 08Г2ФБ и 03Г1Б.
Предметом исследования служило установление химической и структурной неоднородности в слябах и листах опытных сталей, изготавливаемых с применением непрерывной разливки, обусловленной центральной сегрегацией углерода, марганца, серы, фосфора, ниобия и ванадия. В процессе выполнения работы использовали широкий спектр современных методов исследования, включая различные методы оценки макроструктуры непрерывнолитых слябов, химической неоднородности, металлографической оценки макро- и микроструктуры сегрегационной зоны, определения коэффициентов сегрегации химических элементов.
Испытания механических свойств опытных сталей предусматривали оценку временного сопротивления, ударной вязкости, сопротивления хрупкому разрушению, измерение микротвердости структурных составляющих.
Изучали влияние химического состава опытных сталей с различным содержанием углерода на сопротивление растрескиванию в сероводородсодержащих средах.
Значительное внимание было уделено исследованию влияния содержания углерода на характеристики свариваемости трубных сталей.
Диссертация содержит шесть глав и основные выводы.
Первая глава представляет собой литературный обзор, посвященный вопросу формирования макроструктуры непрерывнолитых слябов и методов снижения химической неоднородности. Рассмотрены различные методы уменьшения интенсивности центральной химической и структурной неоднородности, используемые на современных металлургических предприятиях, такие как электромагнитное перемешивание расплава в зоне вторичного охлаждения, импульсное воздействие ультразвуком, ударным импульсом или механической вибрацией на кристаллизующийся металл, введение в расплав микро- и макрохолодильников, «мягкое» обжатие. В тоже время отмечено недостаточное использование эффекта снижения содержания углерода до уровня <0,09%, при котором не наблюдается перитектическая реакция, на уменьшение ликвационной неоднородности непрерывнолитого металла.
Вторая глава посвящена обоснованию выбора исследуемых сталей, обоснованию и описанию методов лабораторных и промышленных исследований, проведенных автором при выполнении настоящей диссертационной работы, в том числе методов:
• изучения центральной химической и структурной неоднородности металла опытных плавок;
• испытаний на стойкость против разрушения в сероводородсодержащих средах;
• изучения свариваемости.
В третьей главе изложены результаты исследований влияния углерода на центральную химическую и структурную неоднородность в непрерывнолитых слябах и листах из низколегированных трубных сталей.
Общая тенденция совершенствования низколегированных сталей для труб магистральных газопроводов включает в себя ряд металловедческих и технологических принципов, таких как создание мелкозернистой структуры готового проката, использование эффекта дисперсионного упрочнения, создание структуры с повышенной плотностью дислокаций, использование в качестве микролегирующей добавки ниобия, применение термомеханической прокатки, снижение содержания вредных примесей.
Большой вклад в создание высокопрочных низколегированных сталей для изготовления газопроводов внесли труды Д.А. Литвиненко, С.А. Голованенко, В.Н. Зикеева, П.Д. Одесского, Л.И. Эфрона, Ю.Д. Морозова и др. ученых.
Одним из наиболее перспективных и до настоящего времени недостаточно использованных путей совершенствования отечественных трубных сталей представляется снижение содержания в них углерода и замена упрочнения за счет перлита на более прогрессивные механизмы повышения прочности, прежде всего измельчение зерна и дисперсионное упрочнение, позволяющие
в комплексе с другими мерами обеспечивать одновременное повышение ударной вязкости, пластичности, сопротивления хрупкому разрушению и свариваемости. Снижение содержания углерода в трубных сталях должно способствовать уменьшению сегрегационной химической и структурной неоднородности, требования в отношении которой в последнее время вводят в спецификации на поставку стальных листов для изготовления труб наиболее ответственных магистральных газопроводов.
Целью настоящей работы является установление закономерностей влияния снижения содержания углерода на сегрегационную химическую и структурную неоднородность, структуру и свойства непрерывнолитых, микролегированных ниобием сталей, изготавливаемых с применением термомеханической прокатки и предназначенных для изготовления газопроводных труб большого диаметра.
Актуальность исследований, проведенных в работе, обусловлена большой научной и практической значимостью проблемы снижения центральной сегрегационной неоднородности толстолистового проката, предназначенного для изготовления электросварных газопроводных труб большого диаметра.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
• исследовать влияние углерода на центральную химическую и структурную неоднородность непрерывнолитых слябов и листов из трубных сталей различных систем легирования;
• оценить влияние снижения содержания углерода и повышения при этом сегрегационной однородности проката на показатели стойкости против растрескивания в сероводородсодержащих средах;
• оценить поведение и свойства околошовной зоны (ОШЗ) при сварке трубных сталей в зависимости от содержания углерода;
• на основе концепции, предусматривающей снижение содержания углерода и замену перлитного упрочнения на более прогрессивные механизмы повышения прочности, создать новую высокоэффективную
трубную сталь категории прочности К52, предназначенную для замены морально устаревшей стали 17Г1С-У.
Объектом исследований служили низколегированные стали для электросварных газопроводных труб большого диаметра, производимые на «МК Азовсталь». Для решения поставленной в диссертационной работе задачи в качестве материала исследования были выбраны стали, существенно отличающиеся между собой содержанием углерода: от 0,19% С в стали 17Г1С-У до 0,03% С в стали 03Г1Б. Опытные стали относятся к двум группам: 1 - углеродмарганцовистые стали 17Г1С-У и 13Г1С-У; 2 - микролегированные добавками ниобия, ванадия и титана стали 10Г2ФБ, 08Г2ФБ и 03Г1Б. Исследованные стали дополнительно можно классифицировать как изготавливаемые с применением термической обработки (нормализации) - сталь 17Г1С-У, и изготавливаемые без применения термической обработки, прокатываемые по технологии термомеханической (контролируемой) прокатки - стали, 13Г1С-У, 10Г2ФБ, 08Г2ФБ и 03Г1Б.
Предметом исследования служило установление химической и структурной неоднородности в слябах и листах опытных сталей, изготавливаемых с применением непрерывной разливки, обусловленной центральной сегрегацией углерода, марганца, серы, фосфора, ниобия и ванадия. В процессе выполнения работы использовали широкий спектр современных методов исследования, включая различные методы оценки макроструктуры непрерывнолитых слябов, химической неоднородности, металлографической оценки макро- и микроструктуры сегрегационной зоны, определения коэффициентов сегрегации химических элементов.
Испытания механических свойств опытных сталей предусматривали оценку временного сопротивления, ударной вязкости, сопротивления хрупкому разрушению, измерение микротвердости структурных составляющих.
Изучали влияние химического состава опытных сталей с различным содержанием углерода на сопротивление растрескиванию в сероводородсодержащих средах.
Значительное внимание было уделено исследованию влияния содержания углерода на характеристики свариваемости трубных сталей.
Диссертация содержит шесть глав и основные выводы.
Первая глава представляет собой литературный обзор, посвященный вопросу формирования макроструктуры непрерывнолитых слябов и методов снижения химической неоднородности. Рассмотрены различные методы уменьшения интенсивности центральной химической и структурной неоднородности, используемые на современных металлургических предприятиях, такие как электромагнитное перемешивание расплава в зоне вторичного охлаждения, импульсное воздействие ультразвуком, ударным импульсом или механической вибрацией на кристаллизующийся металл, введение в расплав микро- и макрохолодильников, «мягкое» обжатие. В тоже время отмечено недостаточное использование эффекта снижения содержания углерода до уровня <0,09%, при котором не наблюдается перитектическая реакция, на уменьшение ликвационной неоднородности непрерывнолитого металла.
Вторая глава посвящена обоснованию выбора исследуемых сталей, обоснованию и описанию методов лабораторных и промышленных исследований, проведенных автором при выполнении настоящей диссертационной работы, в том числе методов:
• изучения центральной химической и структурной неоднородности металла опытных плавок;
• испытаний на стойкость против разрушения в сероводородсодержащих средах;
• изучения свариваемости.
В третьей главе изложены результаты исследований влияния углерода на центральную химическую и структурную неоднородность в непрерывнолитых слябах и листах из низколегированных трубных сталей.
1. Изучено влияние химического состава на центральную сегрегацию в слябах и листах из непрерывнолитых низколегированных сталей различных систем легирования для газопроводных труб большого диаметра. Установлены закономерности формирования сегрегационной химической и структурной неоднородности непрерывнолитых слябов и полученных из них листов. На основе выявленных закономерностей разработана современная высокоэффективная сталь марки 08Г1Б с повышенной хладостойкостью, свариваемостью и стойкостью против растрескивания в среде H2S- содержащего природного газа. Новая сталь опробована в металлургическом и трубном производстве и рекомендована в качестве материала для газопроводных труб большого диаметра категории прочности К52, эксплуатируемых при температурах до - 20°С.
2. Установлено значительное снижение центральной химической сегрегационной неоднородности химических элементов по мере снижения общего содержания углерода в стали. Для оценки интенсивности центральной сегрегационной химической неоднородности слябов и листов дополнительно к общепринятым критериям предложена оценка коэффициентов сегрегации химических элементов К(С), K(Mn), K(Nb), K(S), К(Р) и др., соответствующих отношению содержания данного элемента в центральной сегрегационной зоне к его содержанию в ковшевой пробе. При переходе от стали 17Г1С-У с 0,19% С к стали 03Г1Б с 0,03%С коэффициенты сегрегации отдельных химических элементов в слябах уменьшились: K(S) ~ в 3 раза, К(Р) ~ в 2 раза, K(Nb), К(С), К(Мп) ~ в 1,5 раза.
3. Установлено, что по степени склонности к центральной сегрегации в слябах и листах исследованных сталей химические элементы располагаются в последовательности: Мп -»V С -> Nb Р -> S.
4. Структурная неоднородность, выраженная с помощью коэффициента К(Н), равного отношению средних микротвердостей осевой зоны и
154
основного металла в исследованных сталях, снижается по мере уменьшения содержания углерода от значения 1,79 (сталь 17Г1С-У) до 1,06 (сталь 03Г1Б). Это обусловлено снижением интенсивности сегрегации химических элементов за счет ускорения процессов гомогенизации, протекающих при нахождении металла в области 5-феррита со скоростями на несколько порядков большими, чем при нахождении металла в области аустенита. Дополнительным фактором является изменение типа микроструктуры в осевой зоне.
5. Стойкость исследованных сталей против разрушения в серово-дородсодержащей среде (CLR и б720ПОр.) существенно улучшается при снижении содержания углерода и серы, уменьшении степени химической и структурной неоднородности листов, а также при определенных схемах прокатки толстого листа.
6. Снижение содержания углерода от 0,19% до 0,03% в низколегированных трубных сталях расширяет температурный интервал скоростей охлаждения при сварке, при которых твердость имитированной околошовной зоны (ОШЗ) не достигает критической величины Нкр = 350HV, выше которой наблюдается образование сварочных трещин и водородное охрупчивание. Критическая скорость охлаждения не должна превышать 15°С/с для стали 17Г1С-У и 100°С/с для стали 08Г1 Б; для стали марки 03Г1Б она составляет больше 300°С/с. После охлаждения по режиму, соответствующему автоматической и ручной дуговой сварки, происходит расширение области гарантированного вязкого разрушения металла имитированной ОШЗ (в скобках - для ручной сварки) в сторону пониженных температур: для стали 17Г1С-У > +20°С (+20°С), для 08Г1Б > 0°С (- 5°С), для 03Г1Б > - 30°С (- 40°С).
7. Разработаны рекомендации по содержанию углерода, марганца и серы в трубных сталях, обеспечивающие повышенную химическую и структурную
155
однородность, хладостойкость, свариваемость и стойкость к сероводородному растрескиванию: < 0,08 % С; 1,25-1,55 % Мп; <0,003 % S.
8. Разработана новая толстолистовая сталь 08Г1Б для газопроводных труб категории прочности К52. Сталь отличается пониженным содержанием углерода (< 0,09%) и серы (< 0,008%), микролегирована ниобием (0,015-
0, 035%). Листы производятся по технологии термомеханической прокатки. На ОАО «МК «Азовсталь» отработана технология производства и изготовлена промышленная партия листов толщиной 19 мм, из которых на Выксунском металлургическом заводе изготовлены газопроводные трубы диаметром 720 мм. Разработаны и оформлены технические условия ТУ 14-1- 5443-2002 «Прокат толстолистовой категории прочности К52 из низколегированной стали марки 08Г1Б для сварных прямошовных труб магистральных газонефтепроводов».
9. Новая сталь 08Г1Б характеризуется следующими свойствами: бв = 510 -г- 545 Н/мм2; бт= 435 ч- 460 Н/мм2; 5(2”) = 32-48 %; KCV при -20 °С = 233 -364 Дж/см2; Сэ= 0,28 - 0,31%; РСМ = 0,13 - 0,16%; % В на образцах ИПГ (DWTT) при -20°С = 80-100%. Разработанная сталь обладает повышенной стойкостью к растрескиванию в среде НгЭ-содержащего природного газа: CLR не более 6%; CTR не более 3%; ап720 не менее 0,6ат.
2. Установлено значительное снижение центральной химической сегрегационной неоднородности химических элементов по мере снижения общего содержания углерода в стали. Для оценки интенсивности центральной сегрегационной химической неоднородности слябов и листов дополнительно к общепринятым критериям предложена оценка коэффициентов сегрегации химических элементов К(С), K(Mn), K(Nb), K(S), К(Р) и др., соответствующих отношению содержания данного элемента в центральной сегрегационной зоне к его содержанию в ковшевой пробе. При переходе от стали 17Г1С-У с 0,19% С к стали 03Г1Б с 0,03%С коэффициенты сегрегации отдельных химических элементов в слябах уменьшились: K(S) ~ в 3 раза, К(Р) ~ в 2 раза, K(Nb), К(С), К(Мп) ~ в 1,5 раза.
3. Установлено, что по степени склонности к центральной сегрегации в слябах и листах исследованных сталей химические элементы располагаются в последовательности: Мп -»V С -> Nb Р -> S.
4. Структурная неоднородность, выраженная с помощью коэффициента К(Н), равного отношению средних микротвердостей осевой зоны и
154
основного металла в исследованных сталях, снижается по мере уменьшения содержания углерода от значения 1,79 (сталь 17Г1С-У) до 1,06 (сталь 03Г1Б). Это обусловлено снижением интенсивности сегрегации химических элементов за счет ускорения процессов гомогенизации, протекающих при нахождении металла в области 5-феррита со скоростями на несколько порядков большими, чем при нахождении металла в области аустенита. Дополнительным фактором является изменение типа микроструктуры в осевой зоне.
5. Стойкость исследованных сталей против разрушения в серово-дородсодержащей среде (CLR и б720ПОр.) существенно улучшается при снижении содержания углерода и серы, уменьшении степени химической и структурной неоднородности листов, а также при определенных схемах прокатки толстого листа.
6. Снижение содержания углерода от 0,19% до 0,03% в низколегированных трубных сталях расширяет температурный интервал скоростей охлаждения при сварке, при которых твердость имитированной околошовной зоны (ОШЗ) не достигает критической величины Нкр = 350HV, выше которой наблюдается образование сварочных трещин и водородное охрупчивание. Критическая скорость охлаждения не должна превышать 15°С/с для стали 17Г1С-У и 100°С/с для стали 08Г1 Б; для стали марки 03Г1Б она составляет больше 300°С/с. После охлаждения по режиму, соответствующему автоматической и ручной дуговой сварки, происходит расширение области гарантированного вязкого разрушения металла имитированной ОШЗ (в скобках - для ручной сварки) в сторону пониженных температур: для стали 17Г1С-У > +20°С (+20°С), для 08Г1Б > 0°С (- 5°С), для 03Г1Б > - 30°С (- 40°С).
7. Разработаны рекомендации по содержанию углерода, марганца и серы в трубных сталях, обеспечивающие повышенную химическую и структурную
155
однородность, хладостойкость, свариваемость и стойкость к сероводородному растрескиванию: < 0,08 % С; 1,25-1,55 % Мп; <0,003 % S.
8. Разработана новая толстолистовая сталь 08Г1Б для газопроводных труб категории прочности К52. Сталь отличается пониженным содержанием углерода (< 0,09%) и серы (< 0,008%), микролегирована ниобием (0,015-
0, 035%). Листы производятся по технологии термомеханической прокатки. На ОАО «МК «Азовсталь» отработана технология производства и изготовлена промышленная партия листов толщиной 19 мм, из которых на Выксунском металлургическом заводе изготовлены газопроводные трубы диаметром 720 мм. Разработаны и оформлены технические условия ТУ 14-1- 5443-2002 «Прокат толстолистовой категории прочности К52 из низколегированной стали марки 08Г1Б для сварных прямошовных труб магистральных газонефтепроводов».
9. Новая сталь 08Г1Б характеризуется следующими свойствами: бв = 510 -г- 545 Н/мм2; бт= 435 ч- 460 Н/мм2; 5(2”) = 32-48 %; KCV при -20 °С = 233 -364 Дж/см2; Сэ= 0,28 - 0,31%; РСМ = 0,13 - 0,16%; % В на образцах ИПГ (DWTT) при -20°С = 80-100%. Разработанная сталь обладает повышенной стойкостью к растрескиванию в среде НгЭ-содержащего природного газа: CLR не более 6%; CTR не более 3%; ап720 не менее 0,6ат.
Подобные работы
- Исследование влияния углерода на центральную химическую и структурную неоднородность и комплекс свойств низколегированных трубных сталей
Диссертации (РГБ), технология конструкционных материалов. Язык работы: Русский. Цена: 500 р. Год сдачи: 2003 - ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ДЕФОРМАЦИОННОГО
СТАРЕНИЯ И ЕГО ВЛИЯНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
СТАЛЕЙ ТИПА 08Г2Б С УЛЬТРАДИСПЕРСНОЙ СТРУКТУРОЙ
Диссертация , материаловедение . Язык работы: Русский. Цена: 5780 р. Год сдачи: 2019