1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28458
(51) C21C 7/00 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0565.1
(22) 26.04.2013
(45) 15.05.2014, бюл. №5
(72) Ахметов Абулхасим Балхиевич; Швецов
Александр Николаевич; Огурцов Евгений
Александрович; Кусаинова Гульжамал Дулатовна;
Саденова Айдана Махсутовна; Омаров Мирас
Хадырович
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Национальный
центр по комплексной переработке минерального
сырья Республики Казахстан" Комитета
промышленности Министерства индустрии и новых
технологий Республики Казахстан
(56) SU 1261964 A1, 07.10.1986
(54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ И ЛЕГИРОВАНИЯ
НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ТРУБНОЙ СТАЛИ
Х80
(57) Изобретение относится к черной металлургии,
а именно к производству низколегированной стали,
в том числе и для изготовления сварных
нефтегазовых труб большого диаметра,
предназначенных для эксплуатации в условиях
резкоконтинентального климата.
Достигаемый технический результат -
повышение служебных свойств низколегированной
трубной стали Х80 микролегированной ванадием,
ниобием и титаном за счет изменения порядка
присадки микролегирующих добавок,
обеспечивающих первоочередное образование
нитридов ванадия.
(19)KZ(13)A4(11)28458

2. 28458
2
Изобретение относится к черной металлургии, а
именно к производству низколегированной стали, в
том числе и для изготовления сварных
нефтегазовых труб большого диаметра,
предназначенных для эксплуатации в условиях
резкоконтинентального климата.
Задачей предлагаемого изобретения является
повышение служебных свойств низколегированной
стали, микролегированной ванадием, ниобием и
титаном за счет изменения порядка и соотношения
присадки раскислителей и микролегирующих
добавок, обеспечивающих первоочередное
образование в стали нитридов ванадия.
Известен способ микролегирования стали азотом
(патент RU 2266338, С21С 7/04, 20.12.2005 г., БИ
№35). По этому способу внесение в сталь азота
осуществляют в две стадии: предварительное
насыщение расплава азотом проводят за счет
присадки азотированного ферросплава, а
окончательную корректировку химического состава
металла по содержанию азота осуществляют
продувкой газообразным азотом с расходом,
определяемым специальным эмпирическим
соотношением. Применительно к
трансформаторной стали данный способ позволил
выплавить металл, содержащий 0,0059% N. Вместе
с тем для достижения в стали сравнительно
небольшой концентрации азота было израсходовано
350 кг азотированного феррохрома на 300 тонн
стали, а продолжительность последующей продувки
азотом составила 8 мин. Столь большой расход
азотсодержащего легирующего материала (~1 кг/т)
приводит к заметному удорожанию металла, а
большая продолжительность продувки увеличивает
длительность всего технологического процесса и
приводит к дополнительному снижению
температуры металла.
Наиболее близким по технической сущности
является способ производства штамповой стали
(авторское свидетельство СССР 1261964
07.10.1986), включающий расплавление шихты,
окисление примесей, диффузионное
рафинирование, ковшевое раскислении алюминием
и/или силикокальцием, легирование в печи литым
азотированным феррохромом с содержанием азота
1-2% с, введением в металл феррованадия и
модифицирование стали ферротитаном. Способ-
прототип позволяет насыщать расплав азотом до
0,024% с расходом азотированного сплава 5-10 кг/т.
Благодаря практически полному усвоению азота из
литого ферросплава удается с высокой точностью
прогнозировать получаемую концентрацию азота в
стали. Однако высокая степень усвоения в данном
способе достигается при усвоении ввода
значительного количества нитридообразующих
элементов: алюминия, ванадия, титана. При такой
технологии сталь неизбежно загрязняется большим
количеством крупных неметаллических включений
в виде нитридов алюминия и нитридов титана,
которые ухудшают эффект нитридванадиевого
упрочнения и приводят к снижению ее
механических свойств, а также не предусматривает
того, что ванадий, поданный в сталь в одно время с
конкурирующими нитридообразующими
элементами (Al, Ti, Nb) не успевает захватить
свободный азот и не образует необходимой
концентрации собственных нитридов.
Задачей предлагаемого изобретения является
создать способ выплавки и легирования
низколегированной трубной стали Х80,
обеспечивающий повышение комплекса
механических свойств, как по прочностным
показателям, так и по пластическим без
дополнительного внесения азота для образования
нитридов ванадия.
Сущность: разработанный способ раскисления и
легирования низколегированной трубной стали
категории прочности по API spec. 5L Х80 включает
ввод на УПК (установка печь-ковш) ферросплавов в
следующей последовательности: 1 - феррованадий,
2 - феррониобий, 3 - ферротитан с целью
первоочередного образования нитридов ванадия с
остаточным азотом не позволяющих
рекристаллизоваться (вырасти в размерах)
наследственно мелкозернистому аустенитному
зерну при разливке на МНЛЗ (машина
непрерывного литья заготовок). Способ позволяет
повысить уровень пластических свойств стали и
уменьшить ее загрязненность неметаллическими
включениями нитридов титана и алюминия.
Заявленный способ выплавки низколегированной
трубной стали Х80 отличается предлагаемым
порядком ввода легирующих ферросплавов в
следующей последовательности: 1- феррованадий,
2- феррониобий, 3- ферротитан и выбран исходя из
следующих условий.
Известно, что по убыванию химического
сродства к азоту раскислители можно расположить
в ряд: Ti, Al, Nb, V, из которого видно, что для
образования нитридов ванадия, обладающего самым
низким сродством к азоту, по сравнению с Ti, Al и
Nb может не хватить свободного азота в стали,
который преимущественно связывается с более
активными Ti, Al и Nb с ухудшением эффекта
нитридованадиевого упрочнения.
Поэтому ввод легирующих ферросплавов в сталь
предлагается произвести в следующей
последовательности: 1- феррованадий, 2 -
феррониобий, 3 - ферротитан, тогда большая часть
остаточного после плавки азота образует нитриды
ванадия, которые уже при малых (не более 0,10%)
концентрациях позволят получить мелкое
аустенитное зерно при разливке на машине
непрерывного литья заготовок не препятствуя
процессам рекристаллизации, а при прокатке -
мелкое ферритное зерно, так как выделение
ванадиевых фаз происходит ниже температуры
окончания прокатки и способствует измельчению
зерна.
Исходя из полученных результатов исследований
влияния последовательности присадок легирующих
на балл зерна, нами подтверждена концепция
необходимости первоочередного применения
ванадия при легировании стали в присутствии азота
(0,005%) в момент начала обработки стали, тем

3. 28458
3
самым, исключая конкурентное образование
нитридов титана и ниобия.
Таким образом, поставленная задача решается
применением определенного порядка ввода
легирующих ферросплавов в следующей
последовательности: 1 - феррованадий, 2 -
феррониобий, 3 - ферротитан, исключающем
чрезмерное раннее образование нитридов титана и
алюминия, отрицательно влияющих на качество
стали и ухудшающих эффект нитридованадиевого
упрочнения.
Предлагаемый способ легирования отличается
тем, что он уже на стадии легирования и разливки в
заготовку гарантирует получение комплекса
высоких показателей прочностных и
вязкопластичных свойств металла, сохраняющегося
до конечной стадии обработки - горячей прокатки.
Таким образом, предлагаемое изобретение по
сравнению с прототипом за счет последовательного
введения ферросплавов 1 - феррованадия, 2 -
феррониобия, 3 - ферротитана и использования
остаточного азота позволяет:
- первоочередное получение нитридов ванадия;
- предотвратить образования крупных
неметаллических включений состоящих из
нитридов титана и нитридов алюминия;
- снизить содержание неметаллических
включений;
- повысить показатели прочностных и вязких
свойств металла при горячей прокатке.
Экономическая целесообразность раскисления и
выплавки стали по предлагаемому способу
заключается в использовании остаточного азота
вместо применения дорогостоящих азотированных
ферросплавов.
Техническим результатом настоящего
изобретения является разработка способа
раскисления, легирования и микролегирования
стали, обеспечивающего производство проката, с
достаточным уровнем прочностных и пластических
характеристик, соответствующих стали категории
прочности Х80.
Пример
Выплавка производится в конвертере. Сталь
раскисляют в ковше во время выпуска плавки
алюминием, силикомарганцем, металлическим
марганцем, при этом расход алюминия составляет
такое расчетное количество, чтобы его содержание
в металле было не выше его стехиометрического
отношения к кислороду в металле на выпуске,
расчет производится по формуле:
mAl =(аO) +М)/0,9
где: mAl - масса алюминия; аO - активность
кислорода ppm; М - масса металла; 0,9 -
эмпирический коэффициент.
Присадка алюминия осуществляется совместно
со вводом легирующих материалов
(силикомарганца, металлического марганца). Для
образования жидкоподвижного шлака в ковш
присаживается известь, масса присадки
определяется по соотношению: mCaO=2mAl/0,8,
что снижает загрязнение стали оксидами алюминия.
После скачивания шлака сталь, в ковше, поступает
на установку печь-ковш, где производятся снижение
окисленности стали до <2,0 ppm введением
алюминиевой проволоки и наведение
рафинировочного шлака за счет присадок извести и
пирамидального алюминия, а так же карбида
кальция. При получении содержания серы в металле
не более 0,006%, в сталь вводят ферросплавы в
последовательности: феррованадий, а затем
феррониобий и ферротитан в количестве,
обеспечивающем следующее содержание указанных
компонентов в готовой стали V 0,02-0,05%; Nb 0,03-
0,05%; Ti 0,02-0,04% при этом присадка
микролегирующих добавок производится при
температуре стали менее 1600°С.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ выплавки и легирования
низколегированной трубной стали Х80,
включающий раскисление в ковше алюминием,
силикомарганцем, легирование феррованадием и
ферротитаном, отличающийся тем, что применяют
порядок ввода на установке печь-ковш
ферросплавов в следующей последовательности: 1 -
феррованадий, 2 - феррониобий, 3 - ферротитан с
использованием остаточного азота в стали.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч