Способ изготовления ленты из низколегированной теплоустойчивой, горячекатанной стали

 

Способ изготовления ленты из низколегированной теплоустойчивой стали относится к обработке металлов давлением и может быть использован в прокатном производстве, в частности при изготовлении ленты для спирального оребрения труб энергетических установок. Способ включает двухпередельную холодную прокатку горячекатанной полосы-подката с промежуточной и окончательной термообработками. Новым является то, что первый холодный передел ведут с относительной степенью деформации 40-60%, а термообработки ведут соответственно в три и две стадии, при этом на первой стадии промежуточной термообработки ленту-подкат выдерживают при температуре 500-550^oC в течение 4,5-5,0 ч, на второй стадии промежуточной термообработки ленту-подкат выдерживают при температуре 800-820^oC в течение 16-17 ч, на третьей стадии промежуточной термообработки выдержку осуществляют в присутствии паров воды с точкой росы +10 - +20^oC; на первой стадии окончательной термообработки ленту выдерживают при температуре 500-550^oC в течение 2,5-3,0 ч, а после второй стадии окончательной термообработки прокатанную ленту охлаждают до температуры 600-650^oC со скоростью не менее 3^oC/мин. 3 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в прокатном производстве, в частности при изготовлении ленты для спирального оребрения труб энергетических установок, работающих в условиях повышенных (до 600^oC) температур.

При спиральном оребрении труб ленту навивают ребром на поверхность трубы с заданным шагом навивки. Одновременно ленту приваривают к трубе контактным способом в момент касания ленты трубы. При навивке на трубу лента испытывает пластическую деформацию изгиба по кромкам, величина которой зависит от диаметра трубы. Так как запас пластичности ленты определяется химическим составом стали, из которой она изготовлена, то большое влияние на механические свойства ленты оказывают технологические факторы, влияющие на содержание химических элементов в стали, в частности на углерод.

Существующие способы получения труб с развитой отражательной способностью для энергетических установок позволяют навивать на трубу из низколегированной термоустойчивой стали только ленту из низкоуглеродистой стали, обладающей достаточной пластичностью, но недостаточной термоустойчивостью.

Известен способ холодной многопроходной прокатки полос из нержавеющей стали, включающий прокатку полосы до суммарной степени деформации 50% с одинаковыми окружными скоростями рабочих валков и различным удельным натяжением концов полосы. Прокатку полосы с суммарной степенью деформации выше 50% до конечного размера проводят с рассогласованием окружных скоростей рабочих валков в пределах 1,02-1,07 и отношением удельных натяжений концов полосы в диапазоне 1,1-1,4 [1] ч Известный способ не обеспечивает получение ленты для оребрения труб из материала, близкого по своим теплостойким характеристикам к материалу трубы, и в то же время имеющей высокие пластические свойства.

Известен способ холодной прокатки полос из жаропрочных и коррозионностойких сталей, включающий прокатку полосы в несколько проходов при одинаковых окружных скоростях валков до суммарной степени деформации 57% Прокатку полос с суммарной степенью деформации выше 57% до конечного размера проводят с рассогласованием окружных скоростей рабочих валков в диапазоне от единицы до значения коэффициента вытяжки полосы в проходе. При этом разность удельных натяжений концов полосы устанавливают в зависимости от коэффициента вытяжки полосы в проходе, удельной силы трения в очаге деформации, сопротивления металла деформации в ненаклепанном состоянии, скорости полосы в плоскости выхода из валков, толщины полосы на выходе из валков, диаметра валков и большей окружной скорости рабочего валка, а также коэффициента рассогласования скоростей рабочих валков [2] Известный способ позволяет повысить качество поверхности полосы, но оказывается мало пригоден для получения ленты, применяемой для оребрения труб энергетических установок.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является способ производства ленты путем двухпередельной холодной прокатки горячекатаной, травленой, отожженной полосы-подката толщиной 2,1 мм. Первую холодную прокатку проводят на одноклетьевом стане в два прохода: 2,1-1,9-1,8260 мм²; после чего проводят промежуточный светлый отжиг в электропечах при температуре 720-760^oC с регламентированной скоростью охлаждения 20^oC/ч до 650^oC и далее со снятой печью до комнатной температуры. Вторую холодную прокатку производят на одноклетьевом стане в три прохода: 1,8-1,4-1,15-1,02260 мм². Конечный отжиг холоднокатаных рулонов в толщине 1,02 мм проводят в течение 16 ч в электропечах при температуре 720^oC. Далее проводят дрессировку ленты на толщину 1,0 мм и ее разрезку [3] Известный способ производства ленты обеспечивает сведение к минимуму при отжиге потерь углерода. Однако приваренная к трубе лента не испытывает при работе таких нагрузок как сама труба, следовательно, нет необходимости сообщать ленте такой же высокий уровень прочности как трубе. В то же время способ-прототип не обеспечивает ленте необходимых пластических свойств (в частности относительное удлинение до 30%), что приводит при ее навивке на трубу к образованию трещин по кромке, испытывающей растягивающие напряжения, и даже обрывам ленты, что вызывает нарушение непрерывного производственного процесса.

Целью изобретения являлась разработка такого способа производства ленты из низколегированной термоустойчивой стали, который бы обеспечивал получение ленты с механическими характеристиками, исключающими образование трещин на кромке ленты при ее навивке на трубу.

Цель достигается тем, что в способе производства ленты из легированной теплостойкой стали, включающем горячую прокатку заготовки, ее травление, двухстадийную холодную прокатку горячекатаной ленты-подката с промежуточным и окончательным отжигами, в отличие от известного способа-прототипа, первый холодный передел ведут с относительной степенью деформации 40-60% промежуточный и окончательный отжиги ведут соответственно в три и в две стадии, при этом на первой стадии промежуточного отжига ленту-подкат выдерживают при температуре 500-550^oC в течение 4,5-5,0 ч, на второй стадии ленту-подкат выдерживают при температуре 800-820^oC в течение 16-17 ч, а на третьей стадии промежуточный отжиг ведут в присутствии паров воды с точкой росы +10 +20^oC; на первой стадии окончательного отжига ленту выдерживают при температуре 500-550^oC в течение 2,5-3,0 ч, а после второй стадии окончательного отжига ленту охлаждают со скоростью не менее 3^oC/мин до температуры 600-650^oC. На второй стадии окончательного отжига прокатанную ленту можно выдерживать при температуре 780-850^oC в течение 3-4 ч, а после охлаждать до температуры 600-650^oC со скоростью 3-200^oC/мин, или выдерживать при температуре 850-900^oC в течение 3-4 ч, а после охлаждать до температуры 600-650^oC со скоростью 3-100^oC/мин, а можно выдерживать при температуре 900-980^oC в течение 3-4 ч и затем охлаждать до температуры 600-650^oC со скоростью 3-70^oC/мин.

В отличие от режимов известного способа производства ленты, которые обеспечивали сведение к минимуму потерь углерода при отжиге, в заявляемом способе введение в качестве первой стадии промежуточного и окончательного отжигов выдержки ленты при температуре 500-550^oC приводит к возгонке углеродсодержащих продуктов прокатного производства (остатков технологической смазки, эмульсии и других веществ) и, таким образом, предохранению ленты от возможного науглероживания поверхности в процессе отжига. На третьей же стадии промежуточного отжига в присутствии паров воды с точкой росы +10 +20^oC, в отличие от способа-прототипа, происходит удаление углерода (обезуглероживание) по всему объему ленты, что ведет к повышению пластических свойств ленты. Кроме того, на второй стадии окончательного отжига при скорости охлаждения 3^oC/мин образуется благоприятная структура готовой ленты. В сочетании с выбором относительной степени деформации при первом холодном переделе в интервале 40-60% указанные выше особенности заявляемого способа приводят также к уменьшению количества и размеров выделяющихся карбидов. Увеличение относительной степени деформации при первой холодной прокатке до указанного выше интервала способствует также ускорению диффузии углерода к поверхности ленты, где он удаляется в результате взаимодействия с парами воды. Уменьшение содержания углерода в стали способствует замедлению протекания процессов коагуляции карбидной фазы и перераспределению легирующих элементов, упрочняющих твердый раствор, что благоприятно сказывается на длительной прочности ленты и сопротивлении ползучести. Снижение содержания углерода позволяет также получить более дисперсные карбиды и нитриды ванадия, исключающие появление трещин на ленте при навивке ее на трубу.

Выдержка ленты менее 4,5 ч на первой стадии промежуточного отжига при температуре ниже 500^oC и на второй стадии менее 16 ч при температуре ниже 800^oC, исключение воздействия паров воды на третьей стадии приводят к тому, что не происходит снижение содержания углерода в ленте, меняется структура материала ленты и пластичность ленты оказывается недостаточной для исключения трещин при ее навивке на трубу. Такой же результат получают при выдержке ленты менее 2,5 ч на первой стадии окончательного отжига при температуре ниже 500^oC.

Выдержка ленты при температуре выше 550^oC на первой стадии промежуточного и окончательного отжигов соответственно более 5,0 и 3,0 ч, а на второй стадии при температуре выше 820^oC при промежуточном отжиге и выше 980^oC при окончательном отжиге в течение соответственно более 17 и 3,0 ч, снижение скорости охлаждения ниже 3^oC/мин приводит к значительному росту зерна в ленте, что отрицательно сказывается на механических свойствах готовой ленты.

Заявляемый способ производства ленты из низколегированной термоустойчивой стали для спирального оребрения труб энергетических установок осуществляют следующим образом. Исходным материалом для производства ленты служила горячекатаная травленая полоса-подкат стали 12Х1МФ сечением 3,65205 мм². Химический состав стали 12Х1МФ приведен в табл.1.

Первую холодную прокатку проводили на четырехвалковом стане "Кварто" 400 (2/200) с 3,65 мм на 1,66 мм в 5 проходов: 3,65-3,05-2,5-2,15-2,05-2,0205 мм². В последнем проходе производили распушевку рулонов путем вматывания между витками проволочных спиралей. Далее проводили промежуточный отжиг рулонов ленты-подката в колпаковой электропечи. Отжиг вели в три стадии. На третьей стадии в подмуфельное пространство подавали пары воды. Вторую холодную прокатку осуществляли на черытехвалковом стане "Кварто" 400 (2/200) по схеме: 2,0-1,5-1,35-1,3205 мм². Далее проводили окончательный отжиг прокатанных рулонов. Отжиг ленты проводили в колпаковых электропечах в две стадии в атмосфере защитного газа с точкой росы -20 -40^oC. Охлаждение вели сначала с контролируемой скоростью, а далее под муфелем со снятой печью. Полученную ленту разрезали на требуемую ширину с помощью дисковых ножниц. Всего было прокатано 6 образцов при различных режимах термообработки. Конкретные режимы термообработки для каждого образца приведены в табл.2 (под N 7 приведены режимы способа прототипа).

Механические характеристики и структура полученных образцов ленты приведена в табл.3.

Полученные образцы ленты навивались и приваривались к трубам. Результаты навивки образцов ленты приведены в табл.4.

Как видно из данных, приведенных в таблице 4, образцы ленты, прокатанные в условиях заявленных интервалов температур нагрева, длительности выдержки и скорости охлаждения промежуточного и окончательного отжигов, имеют механические характеристики, обеспечивающие наварку ленты на трубы без образования трещин на наружной кромке и ее разрывов.

Формула изобретения

1. Способ изготовления ленты из низколегированной термоустойчивой горячекатаной стали, включающий холодную прокатку, промежуточный отжиг, повторную холодную прокладку и окончательный отжиг, отличающийся тем, что первую холодную прокатку проводят со степенью относительной деформации 40 - 60% нагрев под промежуточный отжиг ведут в три стадии: сначала до 500 - 550^oС с выдержкой 4,5 5,0 ч, затем до 800 820^oС с выдержкой 16 - 17 ч и на третьей стадии до температуры отжига с выдержкой в присутствии паров воды с точкой росы 10 20^oС, нагрев под окончательный отжиг ведут в две стадии, сначала до 500 550^oС с выдержкой 2,5 3,0, а затем до температуры отжига и с этой температуры осуществляют охлаждение до температуры 600 650^oС со скоростью не менее 3^oС/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на второй стадии нагрев под окончательный отжиг ведут до 780 850^oС с выдержкой 2 3 ч и охлаждают до 600 650^oС со скоростью 3 200^oС/мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на второй стадии нагрев под окончательный отжиг ведут до 850 900^oС с выдержкой 3 4 ч и охлаждают до 600 650^oС со скоростью 3 100^oС/мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на второй стадии нагрев под окончательный отжиг ведут до 900 980^oС с выдержкой 3 4 ч и охлаждают до 600 650^oС со скоростью 3 70^oС/мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1