RU2759106C1

RU2759106C1 - Method for manufacturing hot-rolled sheets from cryogenic steel (variants)

Info

Publication number: RU2759106C1
Application number: RU2020138499A
Authority: RU
Inventors: Виталий Васильевич Ваурин; Артем Викторович Митрофанов; Татьяна Сергеевна Вархалева; Сергей Германович Якушев; Петр Александрович Мишнев; Руслан Рафкатович Адигамов; Филипп Иосифович Мезин; Николай Валентинович Нечаев; Евгений Сергеевич Федотов; Василий Алексеевич Рябков
Original assignee: Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь")
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2021-11-09

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to the field of metallurgy, namely to manufacture of thick sheets from extra cold-resistant structural steels used for manufacturing equipment intended for storage and transportation of liquefied natural gas. The method for manufacturing hot-rolled sheets from cryogenic steel includes heating of continuously cast workpieces, rough rolling thereof, finishing rolling and cooling. The continuously cast workpieces are produced from steel containing, wt.%: C 0.03 to 0.10, Si no more than 0.45, Mn 0.20 to 0.80, Al 0.02 to 0.06, Cr no more than 0.20, Ni 6.5 to 11.0, Cu no more than 0.20, Nb no more than 0.020, Ti no more than 0.020, V no more than 0.02, Mo no more than 0.30, S no more than 0.005, P no more than 0.010, N no more than 0.010, B no more than 0.008, Sn no more than 0.015, Sb no more than 0.015, As up to 0.005, Ca up to 0.003 and/or REM up to 0.005, Fe and unavoidable impurities the rest. The continuously cast workpieces are heated to a temperature of 1,100 to 1,250°C, rough rolling thereof is executed at a temperature not lower than 950°C to a thickness of at least 2 thicknesses of the finished sheet with relative reduction per pass of at least 10%, finishing rolling begins at a temperature of the rolling product of 850 to 920°C and finished at a temperature of 760 to 830°C, subsequent accelerated cooling is executed, followed by heating the sheets to a temperature of 520 to 620°C and cooling in air to room temperature. In the second variant of implementation of the method, after rolling, the subsequent cooling from a temperature of 760 to 830°C is executed in air, then the sheets are heated to a temperature of 770 to 830°C and subjected to accelerated cooling, followed by heating the sheets to a temperature of 520 to 620°C and cooling in air to room temperature.

EFFECT: production of high-strength cryogenic steel with an improved complex of mechanical properties characterised by high values of impact strength in the temperature range down to minus 196°C with the maintained high strength characteristics is provided.

16 cl, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству толстых листов из особо хладостойких конструкционных сталей, используемых для изготовления оборудования, предназначенного для хранения и транспортировки сжиженного природного газа.The invention relates to the field of metallurgy, namely the production of thick sheets of particularly cold-resistant structural steels used for the manufacture of equipment for storage and transportation of liquefied natural gas.

Известен способ изготовления стального листа с добавлением никеля, включающий изготовление сляба из никельсодержащей стали, его нагрев до температуры 1250-1380°С, выдержку в течение 8-50 часов, последующую горячую прокатку с регулированием температуры перед конечным проходом 800-1200°С, последующее воздушное охлаждение до 300°C, нагрев раската до 900-1270°С, последующую горячую прокатку раската с регулированием температуры перед конечным проходом 660-900°С, охлаждение, повторный нагрев до температуры 780-900°С, термообработку готового листа путем нагрева до температуры 600-750°С с последующим охлаждением, после чего лист повторно нагревают до температуры 500-650°С и производят окончательное охлаждение. Сталь имеет следующий состав: 0,03-0,10% С; 0,02-0,40% Si; 0,3-1,2% Mn; 5,0-7,5 Ni; 0,4-1,5% Cr; 0,02-0,4% Мо; 0,01-0,08% Al; 0,0001-0,0050% TO; P≤0,01%; S≤0,0035%; N≤0,007%; по меньшей мере один из элементов: Cu≤1,0%; Nb≤0,05%; Ti≤0,05%; V≤0,05%; В≤0,05%; Ca≤0,004%; Mg≤0,004%; а также REM≤0,004%, Fe и неизбежные примеси – остальное (Патент JP 4975888, 20.04.2012 г.).A known method of manufacturing a steel sheet with the addition of nickel, including making a slab of nickel-containing steel, heating it to a temperature of 1250-1380 ° C, holding for 8-50 hours, subsequent hot rolling with temperature control before the final pass 800-1200 ° C, followed by air cooling to 300 ° C, heating the rolled stock to 900-1270 ° C, subsequent hot rolling of the rolled stock with temperature control before the final pass 660-900 ° C, cooling, reheating to a temperature of 780-900 ° C, heat treatment of the finished sheet by heating to temperatures of 600-750 ° C, followed by cooling, after which the sheet is reheated to a temperature of 500-650 ° C and final cooling is performed. The steel has the following composition: 0.03-0.10% C; 0.02-0.40% Si; 0.3-1.2% Mn; 5.0-7.5 Ni; 0.4-1.5% Cr; 0.02-0.4% Mo; 0.01-0.08% Al; 0.0001-0.0050% TO; P≤0.01%; S≤0.0035%; N≤0.007%; at least one of the elements: Cu≤1.0%; Nb 0.05%; Ti≤0.05%; V≤0.05%; B≤0.05%; Ca≤0.004%; Mg≤0.004%; and also REM≤0.004%, Fe and inevitable impurities - the rest (Patent JP 4975888, 20.04.2012).

Наиболее близким по технической сущности является способ производства проката с превосходной прочностью и низкотемпературной ударной вязкостью, включающий изготовление сляба из никельсодержащей стали, его нагрев до 1100-1350°C, горячую прокатку с температурой конца прокатки 800-950°С, последующее охлаждение, повторный нагрев и выдержку в течение не менее 30 минут при температуре 600-750°C. Сталь имеет следующий состав 0,01-0,10% C, 0,01-0,50% Si, 0,3-1,8% Mn, 0,05-0,50% Mo, 7,5-10,5% Ni, 0,01-0,07% Al, P≤0,010%, S≤0,010%, один или несколько элементов группы: Cu≤0,50%, Cr<0,50%, 0,005-0,05% Ti, Fe и неизбежные примеси – остальное (Патент JP 4039268, 30.01.2008 г.).The closest in technical essence is a method for the production of rolled products with excellent strength and low-temperature impact strength, including making a slab of nickel-containing steel, heating it to 1100-1350 ° C, hot rolling with a rolling end temperature of 800-950 ° C, subsequent cooling, reheating and holding for at least 30 minutes at a temperature of 600-750 ° C. The steel has the following composition 0.01-0.10% C, 0.01-0.50% Si, 0.3-1.8% Mn, 0.05-0.50% Mo, 7.5-10, 5% Ni, 0.01-0.07% Al, P≤0.010%, S≤0.010%, one or more elements of the group: Cu≤0.50%, Cr <0.50%, 0.005-0.05% Ti, Fe and inevitable impurities - the rest (Patent JP 4039268, 01/30/2008).

Недостатком известной стали являются нестабильный уровень прочностных характеристик (предел текучести, предел прочности), не удовлетворяющий требованиям Европейского стандарта EN 10028-4 для никелевых сталей (предел текучести не менее 585МПа при толщине ≤ 30 мм, не менее 575МПа при толщине от 30 до 50 мм и предел прочности 690-820 МПа).The disadvantage of the known steel is the unstable level of strength characteristics (yield strength, tensile strength), which does not meet the requirements of the European standard EN 10028-4 for nickel steels (yield strength is not less than 585 MPa with a thickness of ≤ 30 mm, not less than 575 MPa with a thickness of 30 to 50 mm and ultimate strength 690-820 MPa).

Технический результат изобретения – получение высокопрочной криогенной стали, обладающей улучшенным комплексом механических свойств, характеризующихся высокими значениями ударной вязкости (в диапазоне температур до минус 196°С), при сохранении высоких прочностных характеристик, удовлетворяющих требования EN 10028-4.The technical result of the invention is to obtain high-strength cryogenic steel with an improved set of mechanical properties, characterized by high values of impact strength (in the temperature range up to minus 196 ° C), while maintaining high strength characteristics that meet the requirements of EN 10028-4.

Технический результат достигается тем, что способ производства горячекатаных листов из криогенной стали включает нагрев непрерывнолитой заготовки до температуры 1100-1250°С, ее черновую прокатку при температуре не ниже 950°С на толщину, составляющую не менее 2 толщин готового листа, с относительными обжатиями за рабочий проход не менее 10%, чистовую прокатку начинают при температуре проката 850-920°С и заканчивают при температуре 760-830°С, последующее охлаждение на воздухе, далее листы нагревают до температуры 770-830°С и подвергают ускоренному охлаждению, после чего листы нагревают до температуры 520-620°С и охлаждают на воздухе до комнатной температуры.The technical result is achieved by the fact that the method for the production of hot-rolled sheets of cryogenic steel includes heating a continuously cast billet to a temperature of 1100-1250 ° C, its rough rolling at a temperature of at least 950 ° C to a thickness of at least 2 thicknesses of the finished sheet, with relative reductions for working pass is at least 10%, finishing rolling begins at a rolling temperature of 850-920 ° C and ends at a temperature of 760-830 ° C, subsequent cooling in air, then the sheets are heated to a temperature of 770-830 ° C and subjected to accelerated cooling, after which the sheets are heated to a temperature of 520-620 ° C and cooled in air to room temperature.

Технический результат достигается также тем, что после нагрева до температуры 770-830°С листы ускоренно охлаждают в роликозакалочной машине или баке. Листы нагревают до температуры 770-830°С с выдержкой не менее 2 мин/мм.The technical result is also achieved by the fact that after heating to a temperature of 770-830 ° C, the sheets are rapidly cooled in a roller hardening machine or tank. The sheets are heated to a temperature of 770-830 ° C with a holding time of at least 2 min / mm.

Во втором варианте изобретения технический результат достигается тем, что способ производства горячекатаных листов из криогенной стали заключается в том, что осуществляют нагрев непрерывнолитой заготовки до температуры 1100-1250°С, ее черновую прокатку при температуре не ниже 950°С на толщину, составляющую не менее 2 толщин готового листа, с относительными обжатиями за рабочий проход не менее 10%, чистовую прокатку начинают при температуре проката 850-920°С и заканчивают при температуре 760-830°С, последующее ускоренное охлаждение, после чего листы нагревают до температуры 520-620°С и охлаждают на воздухе до комнатной температуры.In the second embodiment of the invention, the technical result is achieved in that the method for the production of hot-rolled sheets of cryogenic steel consists in the fact that the continuously cast billet is heated to a temperature of 1100-1250 ° C, its rough rolling at a temperature of at least 950 ° C to a thickness of at least 2 thicknesses of the finished sheet, with relative reductions per working pass of at least 10%, finishing rolling begins at a rolling temperature of 850-920 ° C and ends at a temperature of 760-830 ° C, followed by accelerated cooling, after which the sheets are heated to a temperature of 520-620 ° C and cooled in air to room temperature.

Технический результат также достигается тем, что листы нагревают до температуры 520-620°С с выдержкой не более 5 мин/мм. После ускоренного охлаждения проводят промежуточную термообработку путем нагрева листов до температуры 640-680°С и ускоренного охлаждения с выдержкой не менее 1 мин/мм. Ускоренное охлаждение осуществляют в роликозакалочной машине или баке.The technical result is also achieved by the fact that the sheets are heated to a temperature of 520-620 ° C with an exposure time of no more than 5 min / mm. After accelerated cooling, intermediate heat treatment is carried out by heating the sheets to a temperature of 640-680 ° C and accelerated cooling with a holding time of at least 1 min / mm. Accelerated cooling is carried out in a roller hardening machine or tank.

Технический результат достигается тем, что непрерывнолитая заготовка выполнена из стали, содержащей 0,03-0,10% C; Si ≤0,45%; 0,20-0,80% Mn; 0,02-0,06% Al; Cr ≤ 0,20%; 6,5-11,0% Ni; Cu ≤ 0,20%; Nb ≤ 0,020%; Ti ≤ 0,020%; V < 0,020%; Mo < 0,30%; S ≤ 0,005%; P ≤ 0,010%; N ≤ 0,010%; B ≤ 0,008%; Sn ≤ 0,015%; Sb ≤ 0,015%; As < 0,005%; Fe и неизбежные примеси – остальное. Сталь может дополнительно содержать Ca < 0,003%; РЗМ < 0,005%.The technical result is achieved in that the continuously cast billet is made of steel containing 0.03-0.10% C; Si ≤0.45%; 0.20-0.80% Mn; 0.02-0.06% Al; Cr ≤ 0.20%; 6.5-11.0% Ni; Cu ≤ 0.20%; Nb ≤ 0.020%; Ti ≤ 0.020%; V <0.020%; Mo <0.30%; S ≤ 0.005%; P ≤ 0.010%; N ≤ 0.010%; B ≤ 0.008%; Sn ≤ 0.015%; Sb ≤ 0.015%; As <0.005%; Fe and inevitable impurities are the rest. The steel may additionally contain Ca <0.003%; REM <0.005%.

Технический результат достигается тем, что сталь имеет преимущественно структуру отпущенного мартенсита с содержанием остаточного аустенита не менее 5%, а средний балл неметаллических включений по каждому виду включений в стали не превышает 2,5.The technical result is achieved by the fact that the steel has predominantly the structure of tempered martensite with a retained austenite content of at least 5%, and the average score of non-metallic inclusions for each type of inclusions in steel does not exceed 2.5.

Для получения высокой хладостойкости при криогенных температурах при сохранении достаточного уровня прочностных характеристик необходимо оптимизировать технологические режимы производства и химический состав стали, соблюдать требуемый уровень неметаллических включений в стали, а также иметь структуру, обеспечивающую одновременную вязкость и жесткость стали.To obtain high cold resistance at cryogenic temperatures while maintaining a sufficient level of strength characteristics, it is necessary to optimize the technological modes of production and the chemical composition of steel, observe the required level of nonmetallic inclusions in steel, and also have a structure that provides simultaneous toughness and stiffness of steel.

Аустенизацию непрерывнолитых заготовок производят до температуры 1100-1250°C, позволяющей полностью растворить карбиды, насытить твердый раствор легирующими элементами и избежать чрезмерного роста аустенитного зерна. При пониженном температурном диапазоне нагрева заготовок под прокатку (ниже 1100°C) карбиды плохо растворяются в аустените, равномерность нагрева металла по сечению сляба не обеспечивается, что в результате всего этого ведет к анизотропии свойств в горячекатаном прокате. При выборе более высоких температур нагрева (выше 1250°C) непрерывнолитых заготовок происходит аномальный рост аустенитных зерен, что негативно сказывается на пластических и вязких свойствах металлопроката.Austenitization of continuously cast billets is carried out up to a temperature of 1100-1250 ° C, which makes it possible to completely dissolve carbides, saturate the solid solution with alloying elements and avoid excessive growth of austenite grains. At a low temperature range for heating billets for rolling (below 1100 ° C), carbides dissolve poorly in austenite, uniform heating of the metal over the slab cross section is not ensured, which as a result of all this leads to anisotropy of properties in hot rolled steel. When choosing higher heating temperatures (above 1250 ° C) of continuously cast billets, anomalous growth of austenite grains occurs, which negatively affects the plastic and ductile properties of rolled metal.

Предварительная высокотемпературная деформация (черновая прокатка) не ниже 950°С с заявленными обжатиями на толщину, составляющую не менее 2 толщин готового проката, интенсифицирует процессы рекристаллизации деформированного аустенита, способствуя получению мелкодисперсного аустенитного зерна. Кроме того, регламентация обжатий не менее 10% позволяет в процессе динамической рекристаллизации сформировать мелкодисперсную карбидную фазу, предотвращающую прохождение собирательной рекристаллизации, и обеспечить измельчение структуры по всей толщине.Preliminary high-temperature deformation (rough rolling) of at least 950 ° C with the declared reductions to a thickness of at least 2 thicknesses of the finished rolled product intensifies the recrystallization processes of deformed austenite, contributing to the production of finely dispersed austenite grains. In addition, the regulation of reductions of at least 10% allows, in the process of dynamic recrystallization, to form a finely dispersed carbide phase, which prevents the passage of collective recrystallization, and to ensure the refinement of the structure throughout the thickness.

При обжатии за проход на черновой стадии прокатки менее 10% вследствие неравномерности деформации по толщине листа формируется неоднородная зеренная структура и наблюдается плохая проработка центральных слоев раската. А отклонение от толщины раската (менее 2 крат) приведет к невозможности достижения выше перечисленных преимуществ.When the reduction per pass at the rough stage of rolling is less than 10%, due to uneven deformation across the sheet thickness, an inhomogeneous grain structure is formed and poor working out of the central layers of the roll is observed. A deviation from the thickness of the roll (less than 2 times) will lead to the impossibility of achieving the above advantages.

Чистовую прокатку начинают при температуре 850-920°C, что способствует формированию мелкодисперсной структуры листового проката и благоприятно сказывается на обеспечении требуемого комплекса прочностных и вязких характеристик металлопроката.Finishing rolling begins at a temperature of 850-920 ° C, which contributes to the formation of a fine structure of sheet metal and favorably affects the provision of the required set of strength and toughness characteristics of rolled metal.

При температуре начала чистовой прокатки выше 920°С происходит формирование более крупного размера зерна, а также не обеспечивается заданный интервал температуры конца чистовой прокатки. При температуре начала чистовой прокатки ниже 850°С невозможно вести прокатку с максимальными единичными обжатиями за проход ввиду ограничения по энергосиловым параметрам.When the finish rolling start temperature is higher than 920 ° C, a coarser grain size is formed, and the predetermined temperature range for the finish rolling end is also not ensured. At the temperature of the beginning of finishing rolling below 850 ° C, it is impossible to carry out rolling with the maximum unit reductions per pass due to the limitation on power parameters.

Применение окончательной деформации при температуре 760-830°С обеспечивает формирование мелкозернистой структуры с равномерно распределенной мелкодисперсной карбидной структурой. При температуре конца чистовой прокатки более 830°С возрастает неравномерность размеров аустенитных зерен, в следствие чего снижаются вязкие и прочностные свойства листового проката. А температура конца чистовой прокатки менее 760°С приводит к формированию анизотропной микроструктуры заявляемого состава стали, падению ударной вязкости ниже допустимого уровня.The use of final deformation at a temperature of 760-830 ° C ensures the formation of a fine-grained structure with a uniformly distributed fine-dispersed carbide structure. At a finish rolling temperature of more than 830 ° C, the unevenness of the austenite grain size increases, as a result of which the ductility and strength properties of sheet products decrease. And the temperature of the end of finishing rolling is less than 760 ° C leads to the formation of an anisotropic microstructure of the claimed steel composition, a drop in impact strength below the permissible level.

Последующее охлаждение на спокойном воздухе позволяет обеспечить выравнивание температуры проката, как на поверхности, так и в его центральных частях.Subsequent cooling in calm air makes it possible to equalize the temperature of the rolled product, both on the surface and in its central parts.

После охлаждения на воздухе допускается нагрев листов до температуры 770-830°С с выдержкой не менее 2 мин/мм и последующее ускоренное охлаждение. При температуре нагрева более 830°С, как указывалось выше, возрастает неравномерность размеров аустенитных зерен, в следствие чего снижаются вязкие и прочностные свойства листового проката. А температура нагрева менее 770°С приводит к формированию анизотропной полосчатой микроструктуры заявляемого состава стали, падению ударной вязкости ниже допустимого уровня. Выдержка менее 2 мин/мм не обеспечит необходимую растворимость карбидных фаз, что приведет к неоднородности структуры по всему сечению проката.After cooling in air, it is allowed to heat the sheets to a temperature of 770-830 ° C with a holding time of at least 2 min / mm and subsequent accelerated cooling. At a heating temperature of more than 830 ° C, as mentioned above, the unevenness of the size of austenite grains increases, as a result of which the viscous and strength properties of sheet products decrease. A heating temperature less than 770 ° C leads to the formation of an anisotropic streaky microstructure of the claimed steel composition, a drop in impact strength below the permissible level. Exposure less than 2 min / mm will not provide the necessary solubility of the carbide phases, which will lead to heterogeneity of the structure over the entire section of the rolled product.

После нагрева до температуры 770-830°С листы ускоренно охлаждают в роликозакалочной машине или баке. При данном охлаждении формируется преимущественно низкоуглеродистый мартенсит, характеризующийся высокой прочностью проката.After heating to a temperature of 770-830 ° C, the sheets are rapidly cooled in a roller hardening machine or tank. With this cooling, predominantly low-carbon martensite is formed, which is characterized by high strength of rolled products.

После ускоренного охлаждения можно проводить промежуточную термообработку путем нагрева листов до температуры 640-680°С с выдержкой не менее 1 мин/мм и ускоренное охлаждение в роликозакалочной машине или баке. Сформированная микроструктура, состоящая из матрицы низкоуглеродистого мартенсита и вторичных фаз в виде «островков» остаточного аустенита, дает возможность получить листовой прокат высокой прочности и высокой хладостойкости.After accelerated cooling, intermediate heat treatment can be carried out by heating the sheets to a temperature of 640-680 ° C with a holding time of at least 1 min / mm and accelerated cooling in a roller hardening machine or tank. The formed microstructure, consisting of a matrix of low-carbon martensite and secondary phases in the form of "islands" of retained austenite, makes it possible to obtain sheet products of high strength and high cold resistance.

После чего листы нагревают до температуры 520-620°С с выдержкой не более 5 мин/мм и охлаждают на воздухе до комнатной температуры обеспечивая тем самым однородную отпущенную структуру и соответственно, весь комплекс требуемых физико-механических свойств готового металлопроката. Превышение по температуре выше 620°С и выдержки более 5 мин/мм приведет к снижению прочностных характеристик, а снижение температуры менее 520°С – к недостаточной пластичности стали.After that, the sheets are heated to a temperature of 520-620 ° C with a holding time of no more than 5 min / mm and cooled in air to room temperature, thereby providing a uniform tempered structure and, accordingly, the entire complex of required physical and mechanical properties of the finished rolled metal. Excess in temperature above 620 ° C and holding more than 5 min / mm will lead to a decrease in strength characteristics, and a decrease in temperature below 520 ° C will lead to insufficient ductility of steel.

Углерод в заявляемой стали определяет прочностные свойства. При содержании углерода ниже 0,03%, он не обеспечивает достаточной твердости мартенсита после закалки и, следовательно, прочности, при содержании выше 0,10% после отпуска происходит образование избыточного количества карбидной фазы, которая чрезмерно упрочняет сталь и за счет этого снижает хладостойкость.The carbon in the claimed steel determines the strength properties. When the carbon content is below 0.03%, it does not provide sufficient hardness of martensite after quenching and, consequently, strength; when the content is above 0.10%, after tempering, an excessive amount of carbide phase is formed, which excessively hardens the steel and thereby reduces cold resistance.

Кремний является упрочняющим сталь химическим элементом, однако он может оказывать неблагоприятное влияние на уровень ударной вязкости, поэтому его максимальное содержание ограничено 0,45%.Silicon is a steel-strengthening chemical element, but it can have an adverse effect on the toughness level, so its maximum content is limited to 0.45%.

Марганец повышает прочностные характеристики стали, незначительно снижая ее пластические свойства, улучшает прокаливаемость стали, способствует получению остаточного аустенита.Manganese increases the strength characteristics of steel, slightly reducing its plastic properties, improves the hardenability of steel, and contributes to the production of retained austenite.

Содержание марганца менее 0,20% снижает количество остаточного аустенита, что негативно отразится на свойствах материала. При увеличении концентрации марганца более 0,80% понижается уровень ударной вязкости, ухудшается свариваемость стали.A manganese content of less than 0.20% reduces the amount of retained austenite, which will negatively affect the properties of the material. With an increase in the concentration of manganese over 0.80%, the level of impact toughness decreases, and the weldability of steel deteriorates.

Алюминий применяется для раскисления жидкой стали, он способствует измельчению зерна, уменьшает склонность стали к старению и повышает ударную вязкость при низких температурах. Содержание алюминия более 0,06% приводит к не оправданному перерасходу алюминия на легирование и увеличению количества неметаллических включений. При содержании растворенного алюминия менее 0,02% его концентрация оказывается недостаточной для внесения вклада в характеристики стали, и механические свойства горячекатаных листов ухудшаются.Aluminum is used to deoxidize liquid steel, it promotes grain refinement, reduces the tendency of steel to age and increases toughness at low temperatures. An aluminum content of more than 0.06% leads to an unjustified excess consumption of aluminum for alloying and an increase in the number of non-metallic inclusions. When the content of dissolved aluminum is less than 0.02%, its concentration is insufficient to contribute to the characteristics of the steel, and the mechanical properties of the hot-rolled sheets deteriorate.

Никель является основным легирующим элементом, повышающим хладостойкость при температуре до -196°С. Содержание никеля 6,5-11,0% обеспечивает необходимое содержание остаточного аустенита (не менее 5%) для получения высокой хладостойкости при температуре до -196°С. При этом влияние никеля на свариваемость стали является минимальным.Nickel is the main alloying element that increases cold resistance at temperatures down to -196 ° C. The nickel content of 6.5-11.0% provides the required retained austenite content (not less than 5%) to obtain high cold resistance at temperatures down to -196 ° C. At the same time, the effect of nickel on the weldability of steel is minimal.

Содержание хрома и меди не более 0,20% каждого, а также молибдена не более 0,30% повышают прочностные характеристики проката. Легирование данными элементами свыше заявленных концентраций снижают пластичность и вязкость стали и экономически такое применение не целесообразно.The content of chromium and copper is not more than 0.20% each, as well as molybdenum is not more than 0.30% increase the strength characteristics of rolled products. Alloying with these elements in excess of the stated concentrations reduces the ductility and toughness of steel, and such an application is not economically feasible.

Ниобий, титан, ванадий являются сильными карбонитридообразующими элементами. Содержание этих элементов в количестве не более 0,02% каждый не дает образоваться избыточному количеству карбидов и карбонитридов, которые снижают хладостойкость. Аналогичное влияние оказывает азот при содержании не более 0,010%.Niobium, titanium, vanadium are strong carbonitride-forming elements. The content of these elements in an amount of not more than 0.02% each prevents the formation of an excessive amount of carbides and carbonitrides, which reduce the cold resistance. Nitrogen has a similar effect at a content of no more than 0.010%.

Содержание бора не более 0,008%, олова и сурьмы не более 0,015%, мышьяка до 0,005%, а также содержание серы не более 0,005%, фосфора не более 0,010% позволяет избежать отпускной хрупкости, что в свою очередь увеличивает хладостойкость стали.Boron content no more than 0.008%, tin and antimony no more than 0.015%, arsenic up to 0.005%, as well as sulfur content no more than 0.005%, phosphorus no more than 0.010% avoids temper brittleness, which in turn increases the cold resistance of steel.

Кальций вводят для модификации неметаллических включений на основе оксидов алюминия и магния. Содержание кальция выше 0,003% приведет к образованию большого количества включений – алюминатов кальция, что также отрицательно отразится на хладостойкости. Содержание кальция в заявленных пределах обеспечивает глубокую десульфурацию и получение сульфидов глобулярной формы, что способствует повышению уровня ударной вязкости при низких температурах.Calcium is introduced to modify non-metallic inclusions based on aluminum and magnesium oxides. Calcium content above 0.003% will lead to the formation of a large number of inclusions - calcium aluminates, which will also negatively affect the cold resistance. The calcium content within the stated limits provides deep desulfurization and the production of globular sulfides, which contributes to an increase in the level of impact strength at low temperatures.

Введение в сталь редкоземельных металлов (РЗМ) приводит к модифицированию неметаллических включений, измельчению структуры стали и к улучшению ее пластических характеристик. Повышение содержания РЗМ в стали выше 0,005% является экономически нецелесообразным.The introduction of rare earth metals (REM) into steel leads to the modification of nonmetallic inclusions, refinement of the steel structure and an improvement in its plastic characteristics. Increasing the content of rare-earth metals in steel above 0.005% is economically inexpedient.

Сталь имеет преимущественно структуру отпущенного мартенсита с содержанием остаточного аустенита не менее 5%. Содержание в структуре остаточного аустенита в количестве не менее 5% обеспечивает получение требуемых механических свойств стали (ударной вязкости).The steel has a predominantly tempered martensite structure with a retained austenite content of at least 5%. The content of residual austenite in the structure in an amount of at least 5% ensures that the required mechanical properties of steel (impact strength) are obtained.

Обеспечение среднего балла неметаллических включений в стали не более 2,5 позволяет добиться улучшения комплекса механических свойств стали: предела прочности, текучести и удлинения.Providing an average score of non-metallic inclusions in steel of no more than 2.5 makes it possible to improve the complex of mechanical properties of steel: ultimate strength, yield strength and elongation.

Пример реализации.An example of implementation.

Предложенный способ производства горячекатаных листов из конструкционной криогенной стали был реализован в ПАО «Северсталь».The proposed method for the production of hot-rolled sheets from structural cryogenic steel was implemented at PJSC "Severstal".

Пример 1.Example 1.

Из стали, содержащей С=0,055%; Si=0,39%; Mn=0,69%; P=0,009%; S=0,004%; Cr=0,18%; Ni=9,4%; Cu=0,071%; Al=0,035%; N=0,008%; Мо=0,006%; V=0,005%; Nb=0,002%; Ti=0,010%; As=0,003%; Sn=0,004%; Sb=0,001%; B=0,0003%; Ca=0,002%; РЗМ=0,003%; Fe и неизбежные примеси – остальное. Состав полученной легирующей композиции полностью соответствовал заявленному содержанию элементов.From steel containing C = 0.055%; Si = 0.39%; Mn = 0.69%; P = 0.009%; S = 0.004%; Cr = 0.18%; Ni = 9.4%; Cu = 0.071%; Al = 0.035%; N = 0.008%; Mo = 0.006%; V = 0.005%; Nb = 0.002%; Ti = 0.010%; As = 0.003%; Sn = 0.004%; Sb = 0.001%; B = 0.0003%; Ca = 0.002%; REM = 0.003%; Fe and inevitable impurities are the rest. The composition of the resulting alloying composition fully corresponded to the declared content of elements.

Непрерывнолитую заготовку толщиной 190 мм нагревали в методической печи до температуры 1200°С, при этом происходила аустенизация криогенной стали указанного состава, растворение дисперсных карбонитридных упрочняющих частиц. После выдачи заготовки из печи осуществляли ее черновую прокатку на реверсивном стане 2800. Температура начала черновой прокатки составила 960°С. Черновую прокатку проводили до толщины промежуточного подката 70 мм, равной 3,5 толщины готового листа. При этом величина частных относительных обжатий в рабочих проходах черновой прокатки составляла 10%-12%.A continuously cast billet with a thickness of 190 mm was heated in a continuous furnace to a temperature of 1200 ° C, while the cryogenic steel of the specified composition was austenitized, and dispersed carbonitride hardening particles were dissolved. After the billet was discharged from the furnace, it was roughly rolled on a 2800 reversing mill. The temperature at the beginning of rough rolling was 960 ° C. Rough rolling was carried out to an intermediate rolling stock thickness of 70 mm, equal to 3.5 of the finished sheet thickness. In this case, the value of partial relative reductions in the rough rolling passes was 10% -12%.

Начало чистовой прокатки осуществляли при температуре 860°С, а окончание – при 780°С до получения листового проката толщиной 20 мм. После прокатки листы передавали на термический участок для замедленного охлаждения с целью формирования целевой микроструктуры, что соответствует заявленному способу.Finishing rolling was started at a temperature of 860 ° C, and the end at 780 ° C until a 20 mm thick sheet was obtained. After rolling, the sheets were transferred to a thermal section for delayed cooling in order to form the target microstructure, which corresponds to the claimed method.

Далее листы нагревали до температуры 790°С с выдержкой при температуре нагрева 2 мин/мм. После чего листы ускоренно охлаждались в роликозакалочной машине (РЗМ).Next, the sheets were heated to a temperature of 790 ° C with holding at a heating temperature of 2 min / mm. After that, the sheets were rapidly cooled in a roller hardening machine (REM).

После ускоренного охлаждения листы нагревали до температуры 530°С с выдержкой при температуре нагрева 5 мин/мм и охлаждали на спокойном воздухе до комнатной температуры.After accelerated cooling, the sheets were heated to a temperature of 530 ° C with holding at a heating temperature of 5 min / mm and cooled in still air to room temperature.

Пример 2.Example 2.

Из стали, содержащей С=0,037%; Si=0,15%; Mn=0,73%; P=0,003%; S=0,003%; Cr=0,034%; Ni=7,4%; Cu=0,089%; Al=0,027%; N=0,006%; Мо=0,290%; V=0,015%; Nb=0,002%; Ti=0,0028%; Sn=0,003%; Sb=0,004%; B=0,0002%; Ca=0,001%; РЗМ=0,008%; Fe и неизбежные примеси – остальное. Состав полученной легирующей композиции полностью соответствовал заявленному содержанию элементов.From steel containing C = 0.037%; Si = 0.15%; Mn = 0.73%; P = 0.003%; S = 0.003%; Cr = 0.034%; Ni = 7.4%; Cu = 0.089%; Al = 0.027%; N = 0.006%; Mo = 0.290%; V = 0.015%; Nb = 0.002%; Ti = 0.0028%; Sn = 0.003%; Sb = 0.004%; B = 0.0002%; Ca = 0.001%; REM = 0.008%; Fe and inevitable impurities are the rest. The composition of the resulting alloying composition fully corresponded to the declared content of elements.

Непрерывнолитую заготовку толщиной 315 мм нагревали в методической печи до температуры 1150°С, при этом происходила аустенизация криогенной стали указанного состава, растворение дисперсных карбонитридных упрочняющих частиц. После выдачи заготовки из печи осуществляли ее черновую прокатку на реверсивном стане 5000. Температура начала черновой прокатки составила 1100°С. Черновую прокатку проводили до толщины промежуточного подката 140 мм, равной 2 толщины готового листа. При этом величина частных относительных обжатий в рабочих проходах черновой прокатки составляла 10-15%.A continuously cast billet with a thickness of 315 mm was heated in a continuous furnace to a temperature of 1150 ° C, while the cryogenic steel of the specified composition was austenitized, and dispersed carbonitride hardening particles were dissolved. After the billet was discharged from the furnace, it was roughly rolled on a reversing mill 5000. The temperature at the beginning of rough rolling was 1100 ° C. Rough rolling was carried out to a thickness of the intermediate rolled stock of 140 mm, equal to 2 of the thickness of the finished sheet. In this case, the value of partial relative reductions in the working passes of rough rolling was 10-15%.

Начало чистовой прокатки осуществляли при температуре 920°С, а окончание – при 800°С до получения листового проката толщиной 70 мм. После прокатки листы ускоренно охлаждались в закалочном баке, с целью формирования целевой микроструктуры, что соответствует заявленному способу.The start of finish rolling was carried out at a temperature of 920 ° C, and the end at 800 ° C to obtain sheet products with a thickness of 70 mm. After rolling, the sheets were rapidly cooled in a quenching tank in order to form the target microstructure, which corresponds to the claimed method.

Далее листы нагревали до температуры 560°С с выдержкой при температуре нагрева 6 мин/мм и охлаждали на спокойном воздухе до комнатной температуры.Next, the sheets were heated to a temperature of 560 ° C with exposure at a heating temperature of 6 min / mm and cooled in still air to room temperature.

Пример 3.Example 3.

Из стали, содержащей С=0,098%; Si=0,25%; Mn=0,26%; P=0,009%; S=0,004%; Cr=0,044%; Ni=10,6%; Cu=0,178%; Al=0,024%; N=0,007%; Мо=0,030%; V=0,002%; Nb=0,012%; Ti=0,0022%; As=0,004%; Sn=0,005%; Sb=0,009%; B=0,0003%; Fe и неизбежные примеси – остальное. Состав полученной легирующей композиции полностью соответствовал заявленному содержанию элементов.From steel containing C = 0.098%; Si = 0.25%; Mn = 0.26%; P = 0.009%; S = 0.004%; Cr = 0.044%; Ni = 10.6%; Cu = 0.178%; Al = 0.024%; N = 0.007%; Mo = 0.030%; V = 0.002%; Nb = 0.012%; Ti = 0.0022%; As = 0.004%; Sn = 0.005%; Sb = 0.009%; B = 0.0003%; Fe and inevitable impurities are the rest. The composition of the resulting alloying composition fully corresponded to the declared content of elements.

Непрерывнолитую заготовку толщиной 315 мм нагревали в методической печи до температуры 1180°С, при этом происходила аустенизация криогенной стали указанного состава, растворение дисперсных карбонитридных упрочняющих частиц. После выдачи заготовки из печи осуществляли ее черновую прокатку на реверсивном стане 5000. Температура начала черновой прокатки составила 1150°С. Черновую прокатку проводили до толщины промежуточного подката 120 мм, равной 3 толщины готового листа. При этом величина частных относительных обжатий в рабочих проходах черновой прокатки составляла 10%-15%.A continuously cast billet with a thickness of 315 mm was heated in a continuous furnace to a temperature of 1180 ° C, while the cryogenic steel of the specified composition was austenitized, and dispersed carbonitride hardening particles were dissolved. After the billet was discharged from the furnace, it was roughly rolled on a reversing mill 5000. The temperature at the beginning of rough rolling was 1150 ° C. Rough rolling was carried out to a thickness of an intermediate rolling stock of 120 mm, equal to 3 of the thickness of the finished sheet. In this case, the value of partial relative reductions in the rough rolling passes was 10% -15%.

Начало чистовой прокатки осуществляли при температуре 910°С, а окончание – при 800°С до получения листового проката толщиной 40 мм. После прокатки листы передавали на термический участок для замедленного охлаждения с целью формирования целевой микроструктуры, что соответствует заявленному способу.The start of finishing rolling was carried out at a temperature of 910 ° C, and the end at 800 ° C to obtain sheet products with a thickness of 40 mm. After rolling, the sheets were transferred to a thermal section for delayed cooling in order to form the target microstructure, which corresponds to the claimed method.

Далее листы нагревали до температуры 800°С с выдержкой при температуре нагрева 3 мин/мм. После чего листы ускоренно охлаждались в РЗМ.Then the sheets were heated to a temperature of 800 ° C with holding at a heating temperature of 3 min / mm. After that, the sheets were rapidly cooled in a REM.

После укоренного охлаждения листы подвергались промежуточной термической обработке путем нагрева листов до температуры 660°С с выдержкой при температуре нагрева 1 мин/мм и ускоренного охлаждения в РЗМ.After rooted cooling, the sheets were subjected to intermediate heat treatment by heating the sheets to a temperature of 660 ° C with holding at a heating temperature of 1 min / mm and accelerated cooling in an REM.

После ускоренного охлаждения листы снова нагревали до температуры 610°С с выдержкой при температуре нагрева 4,5 мин/мм и охлаждали на спокойном воздухе до комнатной температуры.After accelerated cooling, the sheets were again heated to a temperature of 610 ° C with exposure at a heating temperature of 4.5 min / mm and cooled in still air to room temperature.

В таблице представлены показатели механических и эксплуатационных свойств, а также параметры микроструктуры горячекатаных листов, произведенных по приведенным выше технологиям.The table shows the indicators of mechanical and operational properties, as well as the parameters of the microstructure of hot-rolled sheets produced by the above technologies.

Механические свойства готового проката определяли на поперечных образцах. Температурно-деформационный режим прокатки в совокупности с последующей термической обработкой обеспечили получение структуры, состоящей преимущественно из отпущенного мартенсита с содержанием остаточного аустенита, которая обеспечивает высокий уровень прочностных, пластических характеристик и хорошую вязкость стали при криогенных температурах.The mechanical properties of the finished rolled products were determined using transverse samples. The temperature-deformation mode of rolling in combination with subsequent heat treatment provided a structure consisting mainly of tempered martensite with a retained austenite content, which provides a high level of strength, plastic characteristics and good toughness of steel at cryogenic temperatures.

Таблицаtable

Механические и эксплуатационные свойства и результаты металлографических исследований горячекатаных термообработанных листовMechanical and operational properties and results of metallographic studies of hot-rolled heat-treated sheets

Наименование параметраParameter name Пример 1Example 1 Пример 2Example 2 Пример 3Example 3 Толщина листа, ммSheet thickness, mm 20twenty 7070 4040 Предел прочности, МПаUltimate strength, MPa 760760 720720 790790 Предел текучести, МПаYield strength, MPa 730730 690690 750750 Относительное удлинение, %Relative extension, % 2121 2424 2222 KV-196°C, ДжKV-196 ° C, J 200200 130130 180180 Содержание остаточного аустенита, %Retained austenite content,% 77 8eight 10ten Средний размер неметаллических включений, баллAverage size of non-metallic inclusions, point 2,02.0 1,51.5 2,02.0

Таким образом, предложенный способ производства позволяет получать высокопрочную конструкционную криогенную сталь толщиной до 70 мм, обладающую улучшенным комплексом механических свойств, характеризующихся высокими значениями ударной вязкости (в диапазоне температур до минус 196°С), при сохранении высоких прочностных характеристик, удовлетворяющих требования EN 10028-4, что позволяет использовать сталь для изготовления внутренней оболочки резервуаров сжиженного природного газа.Thus, the proposed production method makes it possible to obtain high-strength structural cryogenic steel up to 70 mm thick, having an improved set of mechanical properties characterized by high values of impact strength (in the temperature range up to minus 196 ° C), while maintaining high strength characteristics that meet the requirements of EN 10028- 4, which makes it possible to use steel for the manufacture of the inner shell of liquefied natural gas tanks.

Claims

1. Method for the production of hot-rolled sheets of cryogenic steel, including heating continuously cast billets, their rough rolling, finishing rolling and cooling, characterized in that continuously cast billets are obtained from steel containing, by weight. %:

C 0.03-0.10

Si no more than 0.45

Mn 0.20-0.80

Al 0.02-0.06

Cr not more than 0.20

Ni 6.5-11.0

Cu no more than 0.20

Nb not more than 0.020

Ti not more than 0.020

V not more than 0.020

Mo not more than 0.30

S no more than 0.005

P not more than 0.010

N no more than 0.010

B no more than 0.008

Sn no more than 0.015

Sb not more than 0.015

As up to 0.005

Ca up to 0.003 and / or REM up to 0.005

Fe and inevitable impurities - the rest,

the continuous cast billets are heated to a temperature of 1100-1250 ° C, their rough rolling at a temperature of at least 950 ° C to a thickness of at least 2 thicknesses of the finished sheet, with relative reductions per pass of at least 10%, finishing rolling begins at a rolling temperature of 850 -920 ° C and finished at a temperature of 760-830 ° C, subsequent cooling is carried out in air, then the sheets are heated to a temperature of 770-830 ° C and subjected to accelerated cooling, after which the sheets are heated to a temperature of 520-620 ° C and cooled in air to room temperature.

2. The method according to claim 1, characterized in that after heating to a temperature of 770-830 ° C, the sheets are rapidly cooled in a roller hardening machine or tank.

3. The method according to claim 1, characterized in that the sheets are heated to a temperature of 770-830 ° C, followed by holding at least 2 min / mm.

4. The method according to claim. 1, characterized in that the steel has a predominantly tempered martensite structure with a retained austenite content of at least 5%.

5. A method according to claim 1, characterized in that the average score of non-metallic inclusions in steel does not exceed 2.5 for each type of inclusion.

6. The method according to claim. 1, characterized in that the sheets are heated to a temperature of 520-620 ° C, followed by holding no more than 5 min / mm.

7. A method according to claim 1, characterized in that after accelerated cooling, intermediate heat treatment is carried out by heating the sheets to a temperature of 640-680 ° C and subsequent accelerated cooling.

8. The method according to claim 7, characterized in that the heating of the sheets to a temperature of 640-680 ° C is carried out with a subsequent exposure of at least 1 min / mm.

9. The method according to claim 7, characterized in that the accelerated cooling is carried out in a roller hardening machine or tank.

10. Method for the production of hot-rolled sheets of cryogenic steel, including heating continuously cast billets, their rough rolling, finishing rolling and cooling, characterized in that continuously cast billets are obtained from steel containing, by weight. %:

C 0.03-0.10

Si no more than 0.45

Mn 0.20-0.80

Al 0.02-0.06

Cr not more than 0.20

Ni 6.5-11.0

Cu no more than 0.20

Nb not more than 0.020

Ti not more than 0.020

V not more than 0.020

Mo not more than 0.30

S no more than 0.005

P not more than 0.010

N no more than 0.010

B no more than 0.008

Sn no more than 0.015

Sb not more than 0.015

As up to 0.005

Ca up to 0.003 and / or REM up to 0.005

Fe and inevitable impurities - the rest,

the continuous cast billets are heated to a temperature of 1100-1250 ° C, their rough rolling at a temperature of at least 950 ° C to a thickness of at least 2 thicknesses of the finished sheet, with relative reductions per working pass of at least 10%, finishing rolling begins at the rolling temperature 850-920 ° C and finished at a temperature of 760-830 ° C, followed by accelerated cooling, after which the sheets are heated to a temperature of 520-620 ° C and cooled in air to room temperature.

11. The method according to claim 10, characterized in that the steel has a predominantly tempered martensite structure with a retained austenite content of at least 5%.

12. A method according to claim 10, characterized in that the average score of non-metallic inclusions in steel does not exceed 2.5 for each type of inclusion.

13. The method according to claim 10, characterized in that the sheets are heated to a temperature of 520-620 ° C, followed by holding no more than 5 min / mm.

14. The method according to claim 10, characterized in that after accelerated cooling, intermediate heat treatment is carried out by heating the sheets to a temperature of 640-680 ° C and subsequent accelerated cooling.

15. The method according to claim 14, characterized in that the heating of the sheets to a temperature of 640-680 ° C is carried out with a subsequent exposure of at least 1 min / mm.

16. The method according to claim 14, characterized in that the accelerated cooling is carried out in a roller hardening machine or tank.