Сборник научных трудов ДонГТИ

Статья

Наименование Влияние химического состава и микроструктуры трубной стали класса прочности К60 на ее хладостойкость
Авторы Куберский С. В., к. т. н., проф.
Великоцкий Р. Е., руководитель
Раздел Металлургия и материаловедение
Год 2021 Выпуск 67 Страницы 54 - 60
УДК 621.774.04
Аннотация В работе исследовано влияние углерода и микроструктуры на низкотемпературную вязкость трубной стали класса прочности К60. Установлены зависимости между содержанием углерода, морфологией цементита, перитектической реакцией и хладостойкостью. Предложен концентрационный интервал содержания углерода для стабилизации удовлетворительной хладостойкости.
Реферат Цель. Определение закономерностей влияния углерода, морфологии цементита и перитектической реакции на хладостойкость трубной стали класса прочности К60. Методы исследования. В работе представлены результаты исследований, основанные на корреляционно-регрессионном анализе и микроструктурных исследованиях. Для выполнения поставленных в работе задач было проанализировано 210 плавок стали К60 (1000 листов, 1230 слябов), произведённых на АМК в течение 10 лет. Исследуемую сталь выплавляли в кислородном конвертере комбинированного дутья емкостью 300 т и разливали на двухручьевой МНЛЗ на слябы сечением 220×1200 мм. Термомеханический контролируемый процесс производили на стане «3000» в соответствии с техническими условиями «Прокат толстолистовой из низколегированной стали классов прочности К52-К60 и Х56-Х70 для электросварных труб на рабочее давление от 5,4 до 7,4 МПа» (ТУ 14-1-5493-2004). Определение КВС образцов из стали К60 выполняли при ИПГ стандартных образцов с прессованным надрезом по ГОСТ 30456-97 при температуре -20 ºС на копре УМУ-10000. Определение химического состава образцов горячекатаной толстолистовой стали К60 выполняли спектральным методом на установке Spectrolab. Для идентификации микроструктур при металлографическом исследовании применяли оптический микроскоп Neophot-21. Микроструктуру протравленных шлифов исследуемой стали анализировали с использованием растрового электронного микроскопа ULTRA 55 фирмы Carl Zeiss. Влияние углерода на балл центральной сегрегации в непрерывнолитых слябах оценивали по критерию Маннесманна (ЦСМ).
Результаты. Негативное влияние на хладостойкость стали К60 феррито-перлитного класса углерод оказывает при его содержании 0,10-0,12 %. Причем наибольшее количество брака по этому параметру характерно содержанию углерода 0,1 %, при котором начинается реакция перитектического превращения. В этих условиях получают развитие ликвационные процессы, обусловленные увеличением микросегрегации ликватов, газов и неметаллических включений, а также захватом атомарного водорода на межфазной границе «цементит/феррит» в перлите. Установлено, что увеличение соотношения Mn/C позитивно влияет на хладостойкость, но не является основным фактором, обеспечивающим значение этого параметра на уровне ≥80 %. Пластинчатая морфология цементита выступает в роли коллекторов на межфазной границе «твёрдый раствор ОЦК-Fe — Fe3C». Поэтому изменение морфологии цементита с пластинчатой на зернистую (бейнит реечного типа) будет способствовать повышению хладостойкости.
Научная новизна. Впервые показано, что негативное влияние на хладостойкость стали К60 феррито-перлитного класса углерод оказывает при содержании ≥0,10 %, что связано с началом протекания перитектической реакции. Впервые показано, что для повышения хладостойкости стали К60 необходимо обеспечивать зернистую морфологию цементита.
Практическая значимость. Внедрение в производство результатов исследований по влиянию углерода, морфологии цементита и перитектической реакции на хладостойкость позволило устранить брак по количеству вязкой составляющей при испытании падающим грузом, а также обеспечить хладостойкость стали К60 феррито-перлитного класса в пределах 80-100 % КВС.
Ключевые слова сталь К60, хладостойкость, углерод, морфология цементита, перитектическое превращение, сегрегация, атомарный водород, феррито-перлитная структура, бейнит, коллектор.
Полный текст