Низьколегована, боровмісна сталь

1 Низьколегована, боровмісна сталь, яка відрізняється тим, що має МІЦНІСТЬ на розрив щонайменше 900 МПа (130 тис фунтів/кв дюйм), ударну в'язкість, виміряну за допомогою ударного тесту з V - подібним надрізом по Шарпі при температурі -40 °С щонайменше 120 джоулей (90 футофунтів), та мікроструктуру, яка містить переважно дрібнозернистий нижчий бейніт, дрібнозернистий рейковий мартенсит або їх суміші, перетворену з, по суті, неперекристалізованих зерен аустеніту, та в якій вказана сталь містить залізо та наступні добавки , мас % від від від від від від ВІД від 0,03 до 0,10 С, 1,6 до 2,1 Мп, 0,01 до 0,10 Nb, 0,01 до 0,10 V, 0,2 до 0,5 Мо, 0,005 до 0,03 Ті, 0,0005 до 0,002 В, 0,6 Si, ВІД 0,06 АІ, при цьому значення Ceq більше або дорівнює 0,3 та менше або дорівнює 0,7, а значення Р с т менше або дорівнює 0,35 2 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1 , яка відрізняється тим, що додатково містить щонай менше одну добавку, вибрану з групи, яка складається з наступних добавок, мас % до 1,0 Си, до 1,0 Ni, до 1,0 Сг, до 0,006 Са, до 0,02 РЗМ, до 0,006 Мд 3 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1 , яка відрізняється тим, що додатково містить дрібнозернистий осад цементиту 4 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1 , яка відрізняється тим, що додатково містить частки осаду карбідів або карбонітридів ванадію, ніобію та молібдену 5 Низьколегована, боровмісна сталь за п 4, яка відрізняється тим, що загальна концентрація ванадію та ніобію більша, ніж О.Обмас % 6 Низьколегована, боровмісна сталь за п 4, яка відрізняється тим, що концентрація ванадію та концентрація ніобію більша, ніж О.ОЗмас % 7 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1 , яка відрізняється тим, що вказана мікроструктура містить переважно дрібнозернистий нижчий бейніт 8 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1 , яка відрізняється тим, що має форму смуги, товщина якої щонайменше 10мм (0,39 дюйма) 9 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1 , яка відрізняється тим, що вказана сталь містить від 0,05мас % до 0,09мас % вуглецю С 10 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1, яка відрізняється тим, що вказана сталь додатково містить від 0,2мас % до 1,0мас % нікелю Ni 11 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1, яка відрізняється тим, що вказана сталь містить від О.ОЗмас % до О.Обмас % ніобію Nb 12 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1, яка відрізняється тим, що вказана сталь містить від О.ОЗмас % до 0,08мас % ванадію V 13 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1, яка відрізняється тим, що вказана сталь містить від 0,015мас % до 0,02мас % титану Ті 14 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1, яка відрізняється тим, що вказана сталь містить від 0,0008мас % до 0,0012мас % бору В О і о> ю З 57797 4 15 Низьколегована, боровмісна сталь за п 1, яка 0,001 мас % до О.Обмас % алюмінію АІ відрізняється тим, що вказана сталь містить від Цей винахід відноситься до придатної для зварювання сталі з високою МІЦНІСТЮ та листа, що отримують з неї, а також до трубопроводу, що виготовляють з листа Більш конкретно, цей винахід відноситься до надвисокоміцних, маючих високу в'язкість, зварюваних низьколегованих сталей для трубопровідних труб, у яких втрати границі МІЦНОСТІ в зоні термічного впливу (ЗТВ) мінімізовані відносно решти частини трубопроводу, та до способу отримання стального листа, який є попередником трубопроводу Відомо, що трубопровід з найвищою границею плинності в промисловій експлуатації має границю плинності приблизно 550МПа (80 кілофунтів-на квадратний дюйм (кфн-с/кв д)) Промислове виготовляється сталь для трубопроводів, що має більш високу границю МІЦНОСТІ, зокрема, до 690МПа (100кфн-с/кв д), але, як вказують автори винаходу, вона не знайшла промислового застосування для виготовлення трубопровідної труби Крім того, як описали Ку (Коо) та Лутон (Luton) в патентах США №№5545269,5545270 та 5531842, виявлено, що практично вигідно отримувати надВИСОКОМІЦНІ сталі, що мають границі плинності, щонайменш, приблизно 830МПа (120кфн-с/кв д) та границі МІЦНОСТІ при розтягненні, щонайменше, приблизно ЭООМПа (130кфн-с/кв д), в якості попередників трубопроводної труби Границі МІЦНОСТІ сталей, що описані Ку та Лутоном в патенті США №55452269, досягаються за рахунок балансу між ХІМІЧНИМ складом сталі та способами обробки, внаслідок чого отримується, по суті, однорідна мікроструктура, яка містить первинні дрібнозернисті мартенсит та бейніт відпуску, які піддають вторинному зміцненню виділеннями Є-МІДІ та деяких карбідів або нітридів або карбонітридів ванадію, ніобію та молібдену В патенті США №5545269 Ку та Лутон описують спосіб отримання високоміцної сталі, під час якого сталь загартовують від кінцевої температури гарячої прокатки до температури, що не перевищує 400°С (752°F), з швидкістю, щонайменше,20°С в секунду (36°F в секунду), переважно-приблизно 30°С в секунду (54°F в секунду), для отримання мікроструктур первинних мартенсита та бейніта Крім того, досягнення потрібної мікроструктури та властивостей згідно винаходу, зробленому Ку та Лутоном, необхідно піддавати стальний лист процедурі вторинного зміцнення за допомогою додаткового технологічного етапу, що передбачає відпуск листа, що охолоджується в воді, при температурі, що не перевищує точку Асі фазового перетворення, тобто температуру, при якій починає утворюватися аустеніт під час нагрівання, на протязі періоду часу, достатнього для того, щоб викликати виділення S-МІДІ та деяких карбідів або нітридів або карбонітридів ванадію, ніобію та молібдену Додатковий технологічний етап відпуску після гартування значно збільшує вартість сталь ного листа Тому бажано розробити нові технологічні методології для сталі, які обходяться без етапу відпуску, але які як і раніше забезпечують бажані механічні властивості Крім того, етап відпуску, хоч і є необхідним для повторного зміцнення, яке потрібне для отримання бажаних мікроструктур та властивостей, також приводить до відношення границі плинності до границі МІЦНОСТІ на розрив, що перевищує 0,93 3 точки зору кращої конструкції трубопроводу, бажано зберігати відношення границі плинності до границі МІЦНОСТІ при розтягненні нижче, ніж приблизно 0,93, одночасно підтримуючи високі границю плинності та границю МІЦНОСТІ на розрив Існує потреба в трубопроводах з більш високими границями МІЦНОСТІ, ніж ті, що постачають в цей час, для транспортування сирої нафти та природного газу на великі відстані Ця потреба викликана необхідністю (і) збільшити ефективність транспортування шляхом використання більш високих тисків газу та (м) зменшити витрати на матеріали та прокладання шляхом зменшення товщини стінок та зовнішнього діаметру В результаті, збільшується попит на трубопровідні труби, більш МІЦНІ, ніж існуючі в цей час Отже, задача цього винаходу є в тому, щоб розробити склад сталі та варіанти обробки для отримання дешевого листа низьколегованої надвисокоміцної сталі та трубопровідної труби, що виготовляється з неї, з отриманням властивостей високої границі МІЦНОСТІ без необхідності проведення етапу відпуску для досягнення повторного зміцнення Крім того, друга задача цього винаходу є в тому, щоб розробити лист високоміцної сталі для конструкції трубопровідної труби, в якому відношення границі плинності до границі МІЦНОСТІ при розтягненні нижче, ніж приблизно 0,93 Проблема, що пов'язана з більшістю високоміцних сталей, тобто сталей, що мають границі плинності, які перевищують приблизно 550МПа (80кфн-с/кв д), полягає у знеміцненні (зм'якшенні) ЗТВ після зварювання ЗТВ може підлягати локальному фазовому перетворенню або відпалу під час термічних циклів, обумовлених зварюванням, що приводить до значного, тобто, що складає до 15 процентів та більше, знеміцненню (зм'якшенню) ЗТВ у зрівнянні з основним металом Хоч отримані над ВИСОКОМІЦНІ сталі з границями плинності 830МПа (120кфн-с/кв д) або більше, ці сталі, як правило, страждають нестачею в'язкості, необхідної для трубопровідної труби, тому що такі матеріали мають відносно високий Рст (добре відомий технічний термін, що застосовується для виражання зварюваності), як правило, перевищуючий приблизно 0,35 Таким чином, ще однією задачею цього винаходу є те, щоб розробити лист низьколегованої надвисокоміцної сталі, яка є попередником трубопроводу, що має границю плинності, щонайменше, 57797 приблизно 690МПа (ЮОкфн-с/кв д), МІЦНІСТЬ при розтягненні, щонайменше, приблизно, 900МПА, (130кфн-с/кв д) та достатню в'язкість для прикладань при низьких температурах, тобто нижче приблизно - 40°С (-40°F), з одночасним підтриманням відповідної якості продукту та мінімізацією втрат границі МІЦНОСТІ в ЗТВ під час термічного циклу, обумовленого зварюванням Додатковою задачею цього винаходу є те, щоб розробити надвисокоміцну сталь з в'язкістю та зварюваністю, достатніми для трубопроводу, та що має Рст менш, ніж приблизно 0,35 Хоч і Рст, і Ceq (вуглецевий еквівалент), інший добре відомий промисловий термін, що застосовується для виражання зварюваності, широко застосовуються у контексті зварюваності, вони також відбивають загартованість сталі, так як ними керуються під час оцінки схильності сталі до отримання твердих мікроструктур в основному металі Утому розумінні, в якому вони вживаються в цьому описі, Рст визначається наступним чином Рст=мас %С+(мас %Si)/30+(Mac %Мп+мас %Си+м ас %Сг)/20+(мас %Ni)/60+(Mac %Мо)/15+(мас %V)/ 10+5(мас %В), a Ceq визначається наступним чином Ceq=Mac %С+(мас %Мп)/6+(мас %Сг+мас %Мп+м ас %\/)/5+(мас %Си+мас %Ni)/15 СТИСЛЕ ВИКЛАДЕННЯ СУТІ ВИНАХОДУ Як описано в патенті №5545269, виявлено, що в умовах, що там описані, етап закалки в воді до температури, що не перевищує 400°С (752°F) (переважно, до температури навколишнього середовища), з наступною остаточною прокаткою надвисокоміцних сталей неможливо заміняти охолодженням на повітрі, так як в таких умовах охолодження на повітрі може викликати перетворення аустеніту в агрегати фериту і/або перліту, що приводить до втрати границі МІЦНОСТІ сталей Також встановлено, що припинення охолодження таких сталей в воді при температурах, що перевищують 400°С (752°F), може викликати незадовільне зміцнення при фазовому перетворенні під час охолодження, таким чином знижуючи МІЦНІСТЬ сталей В стальних листах, отриманих способом, що описаний в патенті США №5545269, застосовують відпуск після охолодження в воді, наприклад, шляхом повторного нагрівання до температур в діапазоні від приблизно 400°С до приблизно 700°С (752°F-1292°F) на протязі попередньо визначених інтервалів часу для отримання рівномірного зміцнення по всьому стальному листу та підвищення в'язкості сталі Добре відомим випробуванням для вимірювання в'язкості сталей є ударне випробування зразків з V-подібним надрізом по Шарпі, Одним з вимірювань, яке можливо отримати, застосовуючи ударне випробування зразків з Vподібним надрізом по Шарпі, є енергія, що поглинається під час зруйнування стального зразка (енергія удару) при заданій температурі, наприклад, енергія удару при -40°С (-40°F), (VE40) Внаслідок розробок, що описані в патенті США №5545269, зроблено відкриття, що можливо отримати надвисокоміцну сталь з високою в'язкістю без необхідності дорогого етапу остаточного відпуску Виявлено, що цього результату можливо досягти шляхом переривання гартування у конкретному температурному діапазоні, який залежить від ХІМІЧНОГО складу сталі, після чого мікроструктура, яка вміщує в якості домінуючих компонентів дрібнозернистий нижній бейніт, дрібнозернистий рейковий мартенсит, або їх суміші, створюється при температурі охолодження, що переривається, або після наступного охолодження на повітрі до температури навколишнього середовища Також зроблено відкриття, що ця нова ПОСЛІДОВНІСТЬ етапів обробки забезпечує дивний та несподіваний результат у вигляді листів сталі з ще більш високою границею МІЦНОСТІ та в'язкості, ніж досягнуті раніше Згідно З викладеними вище задачами цього винаходу, розроблена методологія обробки, що зветься тут перериваєме гартування з цементаційного нагрівання (ПЗЦН), під час якої лист низьколегованої сталі бажаного ХІМІЧНОГО складу швидко охолоджують у КІНЦІ гарячої прокатки шляхом гартування за допомогою придатного рідкого середовища, наприклад, води до температури припинення гартування (ТПГ) з наступним охолодженням на повітрі до температури навколишнього середовища для отримання мікроструктури, що вміщує в якості домінуючих компонентів дрібнозернистий нижній бейніт, дрібнозернистий рейковий мартенсит, або їх суміші В тому розумінні, в якому він застосовується в описі цього винаходу, термін «гартування» відноситься до прискореного охолодження будь-якими засобами, внаслідок чого застосовується рідке середовище, що вибирається по його схильності збільшувати швидкість охолодження сталі, у протилежність охолодженню сталі на повітрі до температури навколишнього середовища Цей винахід забезпечує сталі, що мають здатність витримувати режим швидкості охолодження та параметри (ТПГ), які сприяють забезпеченню зміцнення, для конкретного процесу гартування, який зветься ПЗЦН, з наступною фазою охолодження на повітрі для отримання мікроструктури, що містить в якості домінуючих компонентів дрібнозернистий нижній бейніт, дрібнозернистий рейковий мартенсит, або їх суміші, в готовому листі В цій галузі техніки добре відомо, що добавки малих кількостей бора, які складають десь 5-20 частин на мільйон частин складу (5-20ч/млн), можуть мати значний вплив на загартованість низьковуглецевих низьколегованих сталей, Тому добавки бора в сталь ефективно використовували в минулому для отримання твердих фаз, наприклад, мартенсита в низьколегованих сталях з низьколегованим ХІМІЧНИМ складом, тобто низьким вуглецевим еквівалентом, для дешевих високоміцних сталей з чудовою в'язкістю Однак, забезпечити відповідне регулювання бажаних невеликих добавок бора непросто Для цього необхідно технічно удосконалене сталеплавильне устаткування та «ноу-хау» Цей винахід забезпечує діапазон ХІМІЧНИХ складів сталі з добавками та без добавок бора, яку можливо оброблювати за методологією ПЗЦН для отримання бажаних мікроструктур та властивостей Згідно З ЦИМ винаходом, досягається баланс між ХІМІЧНИМ складом сталі та способом обробки, в 57797 результаті чого забезпечується виготовлення листів високоміцної сталі, що мають границю плинності, щонайменше, приблизно 690МПа (100кфн-с кв д), найкраще - щонайменше, приблизно 760МПа (НОкфн-с/кв д), а ще краще - щонайменше, приблизно 830МПа (120кфн-с/кв д), та, найкраще, відношення границі плинності до границі МІЦНОСТІ під час розтягнення менше, ніж приблизно 0,93, більш краще-менше, ніж приблизно 0,90, а ще краще-менше, ніж приблизно 0,85, з якої можливо отримати трубопровід, В цих листах сталі після зварювання в додатках, що пов'язані з трубопроводними трубами, втрати границі МІЦНОСТІ В ЗВТ менше, ніж приблизно 10%, краще менше, ніж приблизно 5%, відносно границі МІЦНОСТІ основної сталі Крім того, ці листи надвисокоміцної низьколегованої сталі, придатні для виготовленння трубопроводу, мають товщину переважно, щонайменше, приблизно 10мм (0,39 дюйма), кращещонайменше, приблизно 15мм (0,59 дюйма), а ще краще -щонайменше, приблизно 20мм (0,79 дюйма) Далі, ці листи надвисокоміцної низьколегованоі сталі або містять, або не містять доданий бор, або, в конкретних цілях, містять доданий бор в кількостях від приблизно 5 частин на мільйон частин складу (5ч/млн) до приблизно 20 частин на мільйон частин складу (20ч/млн), краще від приблизно 8 частин на мільйон частин складу (8ч/млн) до приблизно 12 частин на мільйон частин складу (12ч/млн) Якість виробів типу трубопровідних труб залишається, по суті, задовільним та, як правило, не знижується з-за водневого розтріскування Краща готова сталь має, по суті, однорідну мікроструктуру, яка краще містить в якості домінуючих компонентів дрібнозернистий нижній бейніт, дрібнозернистий рейковий мартенсит, або їх суміші Дрібнозернистий рейковий мартенсит краще містить дрібнозернистий рейковий мартенсит самовідпуску В тому розумінні, в якому він застосовується в описі цього винаходу, термін «в якості домінуючих компонентів» означає, щонайменше, 50 об'ємних процентів Інша частина мікроструктури може містити додатковий дрібнозернистий нижній бейніт, додатковий дрібнозернистий рейковий мартенсит, верхній бейніт або ферит Найкраще, мікроструктура містить, щонайменше, від приблизно 60 об'ємних процентів до приблизно 80 об'ємних процентів дрібнозернистого нижнього бейніту, дрібнозернистого рейкового мартенсита, або їх сумішей Ще краще, мікроструктура містить, щонайменше, приблизно 90 об'ємних процентів дрібнозернистого нижнього бейніту, дрібнозернистого рейкового мартенситу, або їх сумішей І нижній бейніт, і рейковий мартенсит можуть бути додатково зміцнені виділеннями карбідів або карбонітридів ванадію, ніобію та молібдену Ці виділення, особливо ті, які містять ванадій, можуть сприяти мінімізації знеміцнення (зм'якшення) ЗТВ, певно - шляхом запобігання скільки-небудь суттєвого зменшення ЩІЛЬНОСТІ дислокації в зонах, що нагріваються до температур не вище точки Асі фазового перетворення, або шляхом зміцненння, що вноситься включеннями, в зонах, які нагріваються до температур вище точки Асі фазового перетворення, або обома шляхами Лист сталі, що відповідає цьому винаходу, ви 8 готовляється шляхом звичайного отримання стального сляба та, в одному конкретному варіанті здійснення, він містить залізо та наступні легуючі елементи, КІЛЬКІСТЬ яких вказана нижче вмас % 0,03-0,10% вуглецю (С), краще 0,05-0,09%С, 0-0,6% кремнію (Si), 1,6-2,1% марганцю (Мп), 0-1,0% МІДІ (Си), 0-1,0% нікелю (Ni), краще 0,2-1,0% Ni, 0,01-0,10% ніобію (Nb), краще 0,03-0, Об% Nb, 0,01-0,10% ванадію (V), краще 0,03-0,08% V, 0,3-0,6% молібдену (Мо), 0-1,0% хрому (Сг), 0,005-0,03% титана (Ті), краще 0,015-0,02% Ті, 0-0,06% алюмінію (АІ), краще 0,001-0,06% АІ, 0-0,006% кальцію (Са), 0-0,02% рідкісноземельних металів (РЗМ), 0-0,006% магнію (Мд), а також відрізняється тим, що Ceq