RU2634522C1 - Method for producing plated clad steel - Google Patents
Method for producing plated clad steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2634522C1 RU2634522C1 RU2016145680A RU2016145680A RU2634522C1 RU 2634522 C1 RU2634522 C1 RU 2634522C1 RU 2016145680 A RU2016145680 A RU 2016145680A RU 2016145680 A RU2016145680 A RU 2016145680A RU 2634522 C1 RU2634522 C1 RU 2634522C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- layer
- corrosion
- rolling
- carbon
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/04—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a rolling mill
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения листовой плакированной стали, и может быть использовано при ее производстве для строительства железнодорожных мостов, а также для оборудования нефтехимической промышленности.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to methods for producing clad sheet steel, and can be used in its production for the construction of railway bridges, as well as for equipment of the petrochemical industry.
Повышение эксплуатационной надежности, сроков безаварийной и/или безремонтной эксплуатации металлоконструкций и оборудования, используемых для скоростного и высокоскоростного железнодорожного движения, в нефтехимической промышленности, других важных отраслях народного хозяйства РФ, требует использования новых материалов, обладающих уникальным сочетанием механических характеристик, коррозионной стойкости, износостойкости, других технологических и служебных свойств. Так одной из важнейших областей использования таких материалов является строительство пролетных строений железнодорожных мостов, сооружаемых в настоящее время с использованием наиболее прогрессивных металлоконструкций с так называемым балластным корытом. Металлическое балластное корыто располагается на всем протяжении моста под железнодорожными путями и помогает гасить ударные воздействия высокоскоростного транспорта, приводящие к преждевременному разрушению мостовых конструкций. В то же время в процессе эксплуатации таких конструкций возможно их разрушение в результате абразивного износа (вследствие трения щебня о металлическую поверхность), а также коррозионного воздействия окружающей среды. Для защиты от коррозии и износа и повышения срока эксплуатации в настоящее время используют защитные лакокрасочные покрытия на основе разных импортных и отечественных материалов с гарантированным сроком эксплуатации от 4-х до 15 лет. Технология их нанесения является предельно сложной, трудоемкой, требует тщательной подготовки или металлизации поверхности и, как правило, производится в два или три приема с промежуточными просушками и соблюдением жестких требований к температуре окружающей среды, металлу защищаемой конструкции, относительной влажности воздуха и обезжиренной поверхности. Еще большую проблему представляет защита сварных соединений, околошовной зоны, а также вертикальных стен конструкций. Рассматриваемые покрытия, как правило, предназначены для эксплуатации в климатических зонах с температурой окружающего воздуха не ниже минус 30°С, что далеко не перекрывает природно-климатические зоны РФ. В настоящее время для указанных целей в России применяется более 50 разных наименований защитных покрытий с толщиной слоя от 100 мкм до 6-8 мм. При этом наиболее часто используемыми являются дорогостоящие лакокрасочные изделия иностранного производства, такие как SIKA, Amercoat, WILCKENS и т.п. Не менее значимые дополнительные затраты связаны с необходимостью проведения большого объема дорожно-строительных работ и остановки движения транспорта, что связано с низким сроком безаварийной эксплуатации изделий с указанными покрытиями в рассматриваемых условиях эксплуатации. Наиболее перспективным решением проблемы повышения эксплуатационной надежности пролетных строений железнодорожных мостов является использование для изготовления балластного корыта слоистых сталей с основным слоем из высокопрочной конструкционной стали и плакирующим слоем из многофункциональной стали с повышенной коррозионной стойкостью и износостойкостью. Однако в настоящее время для этих целей опробовано только использование двухслойных сталей с основным слоем из стали марки 09Г2С и плакирующим слоем из стали марки 08Х18Н10Т, которые, с одной стороны, уступают по прочности сталям остальной конструкции и, с другой, являются слишком дорогостоящими, а следовательно, неоправданными с экономической точки зрения.Improving the operational reliability, terms of trouble-free and / or maintenance-free operation of metal structures and equipment used for high-speed and high-speed rail traffic in the petrochemical industry and other important sectors of the national economy of the Russian Federation requires the use of new materials that have a unique combination of mechanical characteristics, corrosion resistance, wear resistance, other technological and service properties. So one of the most important areas of use of such materials is the construction of spans of railway bridges, currently being constructed using the most advanced metal structures with the so-called ballast trough. A metal ballast trough is located throughout the bridge under the railroad tracks and helps to absorb the shock effects of high-speed transport, leading to premature destruction of bridge structures. At the same time, during the operation of such structures, their destruction is possible as a result of abrasive wear (due to rubble of rubble on a metal surface), as well as environmental corrosion. To protect against corrosion and wear and increase the service life, protective coatings based on various imported and domestic materials with a guaranteed service life of 4 to 15 years are currently used. The technology of their application is extremely complex, time-consuming, requires careful preparation or metallization of the surface and, as a rule, is carried out in two or three steps with intermediate drying and compliance with stringent requirements for ambient temperature, metal of the structure to be protected, relative air humidity and fat-free surface. An even bigger problem is the protection of welded joints, heat-affected zone, as well as vertical walls of structures. The considered coatings are, as a rule, intended for operation in climatic zones with an ambient temperature not lower than minus 30 ° С, which far does not cover the natural and climatic zones of the Russian Federation. Currently, for these purposes in Russia more than 50 different types of protective coatings are used with a layer thickness of 100 microns to 6-8 mm. The most commonly used are expensive foreign-made paints and varnishes, such as SIKA, Amercoat, WILCKENS, etc. No less significant additional costs are associated with the need to carry out a large amount of road construction work and stop the movement of transport, which is associated with a low trouble-free operation of products with these coatings in the considered operating conditions. The most promising solution to the problem of increasing the operational reliability of railroad bridge spans is the use of laminated steels with a base layer of high-strength structural steel and a cladding layer of multifunctional steel with increased corrosion resistance and wear resistance for the manufacture of ballast troughs. However, at present, for these purposes, only the use of two-layer steels with a base layer of steel grade 09G2S and a clad layer of steel grade 08X18H10T, which, on the one hand, are inferior in strength to the steels of the rest of the structure and, on the other hand, are too expensive, has been tested. unjustified from an economic point of view.
В связи с этим проблема разработки и использования принципиально новых слоистых материалов и способов их производства является весьма актуальной.In this regard, the problem of developing and using fundamentally new layered materials and methods for their production is very relevant.
Известен способ получения наплавкой расходуемыми электродами плакированной коррозионно-стойкой стали, состоящей из основного слоя из углеродистой или низколегированной стали и по крайней мере одного плакирующего слоя из коррозионно-стойкой хромистой стали, с прочностью сцепления слоев не ниже прочности стали основного слоя. При этом коррозионно-стойкая сталь плакирующего слоя содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01-0,08; марганец 0,20-0,80; кремний 0,5-2,5; хром 11-15; сера не более 0,007; фосфор не более 0,035; железо и неизбежные примеси остальное. Содержание хрома, кремния и углерода в указанном слое соответствует условию [Cr]+4[Si]-20[C]=16-20%. Сталь плакирующего слоя дополнительно может содержать молибден в количестве 0,5-2,5 мас.%; ниобий в количестве, определяемом из условия: 8[С]≤[Nb]≤1,5 мас.%, и титан в количестве 4[С]≤[Ti]≤1,0 мас.%. Техническим результатом изобретения является повышение коррозионной стойкости против общей и локальной коррозии при сохранении механических и технологических характеристик.A known method for producing consumable electrodes by cladding of clad corrosion-resistant steel, consisting of a base layer of carbon or low alloy steel and at least one cladding layer of corrosion-resistant chrome steel, with adhesion layers not lower than the strength of the steel of the base layer. Moreover, the corrosion-resistant steel of the cladding layer contains components in the following ratio, wt.%: Carbon 0.01-0.08; manganese 0.20-0.80; silicon 0.5-2.5; chrome 11-15; sulfur not more than 0.007; phosphorus no more than 0,035; iron and inevitable impurities rest. The content of chromium, silicon and carbon in the specified layer corresponds to the condition [Cr] +4 [Si] -20 [C] = 16-20%. The cladding steel layer may further comprise molybdenum in an amount of 0.5-2.5 wt.%; niobium in an amount determined from the condition: 8 [C] ≤ [Nb] ≤1.5 wt.%, and titanium in an amount of 4 [С] ≤ [Ti] ≤1.0 wt.%. The technical result of the invention is to increase the corrosion resistance against general and local corrosion while maintaining mechanical and technological characteristics.
(Патент RU 2225793, МПК В32В 15/48, С22С 38/34, опублик. 20.03.2004 г.)(Patent RU 2225793, IPC В32В 15/48, С22С 38/34, published. March 20, 2004)
Данное изобретение обеспечивает высокие показатели стойкости против общей и локальной коррозии.This invention provides high resistance to general and local corrosion.
Недостаток известного способа заключается в том, что сталь плакирующего слоя при указанном химическом составе имеет ферритную структуру с низкими показателями износостойкости.The disadvantage of this method is that the steel of the cladding layer at the specified chemical composition has a ferritic structure with low wear resistance.
Известен способ получения плакированного стального листа с высокими показателями ударной вязкости материала основного слоя и коррозионной стойкости стали плакирующего слоя, получаемого при меньших затратах энергии при отсутствии термообработки расплава и являющийся безвредным для окружающей среды. Плакированный слой двухслойной стали содержит, в мас.% не более 0,03% С, 0,05-1,0% Si, 0,5-7,0% Mn, не более 0,05% Р, не более 0,010% S, 0,1-5,0% Ni, 18,0-25,0% Cr, 0,05-0,30% N, 0,001-0,05% Al, а остальное железо и неизбежные примеси. Температура горячей прокатки составляет 800-970°С, что обеспечивает выделение нитрида хрома.There is a method of producing a clad steel sheet with high impact toughness of the material of the base layer and the corrosion resistance of the steel of the clad layer, obtained at lower energy costs in the absence of heat treatment of the melt and which is environmentally friendly. The clad layer of two-layer steel contains, in wt.%, Not more than 0.03% C, 0.05-1.0% Si, 0.5-7.0% Mn, not more than 0.05% P, not more than 0.010% S, 0.1-5.0% Ni, 18.0-25.0% Cr, 0.05-0.30% N, 0.001-0.05% Al, and the rest is iron and inevitable impurities. The temperature of hot rolling is 800-970 ° C, which ensures the release of chromium nitride.
(Заявка на изобретение JP 2011044735, В21В 1/22; B23K 20/04; C21D 8/02; С22С 38/00; С22С 38/58, опублик. 20.09.2012)(Application for invention JP 2011044735, B21B 1/22; B23K 20/04; C21D 8/02; C22C 38/00; C22C 38/58, published. 09/20/2012)
Недостаток данного способа заключается в том, что при заявленном химическом составе сталь плакирующего слоя имеет ферритно-аустенитную структуру с преобладанием ферритной составляющей, что не обеспечивает высокой износостойкости. Кроме того, высокое содержание хрома в стали плакирующего слоя, при сравнительно низком содержании никеля, приводит к существенному развитию процессов диффузии углерода из основного слоя в плакирующий, что снижает качество соединения слоев, а также пластичность слоистого материала в целом.The disadvantage of this method is that when the claimed chemical composition of the steel of the cladding layer has a ferritic-austenitic structure with a predominance of a ferritic component, which does not provide high wear resistance. In addition, the high chromium content in the steel of the cladding layer, with a relatively low nickel content, leads to a significant development of carbon diffusion from the base layer to the cladding, which reduces the quality of the connection of the layers, as well as the ductility of the layered material as a whole.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ изготовления двухслойных горячекатаных листов с плакирующим слоем из коррозионно-стойкой стали, включающем получение двухслойных заготовок методом электрошлаковой наплавки, их последующую прокатку на листы, при этом электрошлаковую наплавку ведут расходуемыми электродами из коррозионно-стойкой стали, содержащей, мас.%: углерод 0,02-0,12; кремний 0,2-0,8; марганец 1,3-2,5; фосфор - не более 0,040; сера - не более 0,015; хром 20-23; никель 10-14; ниобий - не более 1,5; азот - не более 0,04; железо и неизбежные примеси - остальное; минимально допустимое содержание ниобия определяют в зависимости от содержания углерода в соответствии с выражением: (Nb)=10(C), где (Nb) - содержание ниобия в стали плакирующего слоя, мас.%, (С) - содержание углерода в стали плакирующего слоя, мас.%, нагрев двухслойных заготовок под прокатку проводят ступенчато: сначала в печи с температурой 650-1000°С, обеспечивая общее время пребывания в этой печи, включая нагрев и выдержку Т1 (мин), в соответствии с выражением: Т1≥0,1 h, где h - толщина двухслойной заготовки, мм, затем производят нагрев заготовок до температуры 1160-1280°С вместе с печью, обеспечивая общее время нагрева и выдержки Т2 (мин), в соответствии с выражением: Т2≥0,9h, где h - толщина двухслойной заготовки, мм, в процессе прокатки проводят подстуживание раскатов от температуры 1070±20°С до температуры 1030±5°С, не деформируя металл в указанном интервале температур, а прокатку заканчивают при температурах не ниже 960°С.The closest analogue of the claimed invention is a method for manufacturing double-layer hot-rolled sheets with a cladding layer of corrosion-resistant steel, which includes obtaining double-layer billets by electroslag surfacing, their subsequent rolling onto sheets, while electroslag surfacing is carried out by consumable electrodes made of corrosion-resistant steel containing, by weight %: carbon 0.02-0.12; silicon 0.2-0.8; manganese 1.3-2.5; phosphorus - not more than 0.040; sulfur - not more than 0.015; chrome 20-23; nickel 10-14; niobium - not more than 1.5; nitrogen - not more than 0.04; iron and inevitable impurities - the rest; the minimum allowable niobium content is determined depending on the carbon content in accordance with the expression: (Nb) = 10 (C), where (Nb) is the niobium content in the steel of the clad layer, wt.%, (C) is the carbon content in the steel of the clad layer , wt.%, heating of two-layer billets for rolling is carried out stepwise: first in a furnace with a temperature of 650-1000 ° C, providing a total residence time in this furnace, including heating and holding T 1 (min), in accordance with the expression: T 1 ≥ 0.1 h, where h is the thickness of the two-layer billet, mm, then the billets are heated to temp temperature 1160-1280 ° С together with the furnace, providing the total heating and holding time Т 2 (min), in accordance with the expression: Т 2 ≥0,9h, where h is the thickness of the two-layer billet, mm, during rolling, the rolls are reinforced from temperature 1070 ± 20 ° C to a temperature of 1030 ± 5 ° C, without deforming the metal in the indicated temperature range, and rolling is completed at temperatures not lower than 960 ° C.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности и сплошности соединения слоев, при сохранении коррозионной стойкости и механических свойств двухслойных листов. Сопротивление срезу (прочность соединения слоев) составляет 420-430 Н/мм2.The technical result of the invention is to increase the strength and continuity of the connection layers, while maintaining corrosion resistance and mechanical properties of two-layer sheets. The shear resistance (layer bonding strength) is 420-430 N / mm 2 .
(Патент RU 2255848, МПК B23K 20/04, C21D 8/02, опубликован 10.07.02005 г. - прототип).(Patent RU 2255848, IPC B23K 20/04, C21D 8/02, published July 10, 2005 - prototype).
Недостатком прототипа является низкая прочность и, соответственно, износостойкость стали плакирующего слоя, так как при подобной системе легирования обеспечивается аустенитная структура. Дополнительно отмечается высокая стоимость производства данной стали из-за высокого содержания хрома и никеля в стали плакирующего слоя.The disadvantage of the prototype is the low strength and, accordingly, the wear resistance of the steel of the cladding layer, as with such an alloying system provides an austenitic structure. Additionally, the high production cost of this steel is noted due to the high content of chromium and nickel in the clad layer steel.
Технический результат настоящего изобретения - повышение прочности, и соответственно, износостойкости стали плакирующего слоя, а также снижение затрат на производство, при сохранении высокой прочности и сплошности соединения слоев, пластичности слоистого материала, а также высоких коррозионных свойств плакирующего слоя и хладостойкости стали основного слоя.The technical result of the present invention is to increase the strength and, therefore, the wear resistance of the steel of the clad layer, as well as reduce the cost of production, while maintaining high strength and continuity of the connection of the layers, the ductility of the layered material, as well as the high corrosion properties of the clad layer and the cold resistance of the steel of the base layer.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства листовой плакированной стали, включающем получение заготовки с поверхностным слоем из коррозионно-стойкой стали и основным слоем из углеродистой стали и горячую прокатку заготовки, согласно изобретению нагрев заготовки перед горячей прокаткой осуществляют в диапазоне температур от 1250 до 1300°С, охлаждение после прокатки ведут со скоростью не менее 7°С/с, температура конца ускоренного охлаждения не выше 600°С, а заготовку получают из стали с плакирующим слоем с ферритомартенситной структурой, которая содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:The specified technical result is achieved by the fact that in the method for the production of clad steel sheets, including the preparation of a workpiece with a surface layer of corrosion-resistant steel and the main layer of carbon steel and hot rolling of the workpiece, according to the invention, the workpiece is heated before hot rolling in the temperature range from 1250 to 1300 ° C, cooling after rolling is carried out at a speed of at least 7 ° C / s, the temperature of the end of accelerated cooling is not higher than 600 ° C, and the billet is obtained from steel with a cladding layer with fe ritomartensitnoy structure which comprises components in the following ratio, wt.%:
Сущность изобретения заключается в том, что обеспечение высоких показателей прочности и, соответственно, износостойкости плакирующего слоя достигается использованием в качестве плакирующего слоя стали заявленного химического состава, который обеспечивает упрочнение по следующим механизмам. Во-первых, в стали с заявленным содержанием аустенитообразующих (углерод, марганец, никель и азот) и ферритообразующих (кремний, хром, молибден) элементов после горячей прокатки формируется мартенситно-ферритная структура с преобладанием мартенситной составляющей, имеющей повышенную прочность, твердость и износостойкость. Кроме того, структура готового проката является дисперсной, что достигается выделением в процессе горячей прокатки субмикронных частиц избыточных фаз комплексного карбонитрида, обогащенного титаном и ниобием. Наконец, в процессе замедленного охлаждения происходит формирование наноразмерных выделений карбонитрида, обогащенного ванадием и, в некоторой степени, ниобием, что приводит к дисперсионному твердению. Необходимая коррозионная стойкость стали обеспечивается содержанием хрома, молибдена, кремния и азота в заявленных пределах.The essence of the invention lies in the fact that the provision of high strength and, accordingly, wear resistance of the cladding layer is achieved by using the claimed chemical composition as a cladding layer of steel, which provides hardening by the following mechanisms. Firstly, in steel with the declared content of austenite-forming (carbon, manganese, nickel and nitrogen) and ferrite-forming (silicon, chromium, molybdenum) elements after hot rolling, a martensitic-ferritic structure is formed with a predominance of the martensitic component, which has increased strength, hardness and wear resistance. In addition, the structure of the finished product is dispersed, which is achieved by the release of excess phases of complex carbonitride enriched in titanium and niobium during hot rolling of submicron particles. Finally, in the process of delayed cooling, the formation of nanosized precipitates of carbonitride enriched in vanadium and, to some extent, niobium occurs, which leads to dispersion hardening. The necessary corrosion resistance of steel is ensured by the content of chromium, molybdenum, silicon and nitrogen within the stated limits.
На размер и свойства переходной зоны между слоями, где получают развитие диффузионные процессы различных элементов между слоями оказывают влияние как химический состав сталей, составляющих композицию, так и параметры термодеформационной обработки двухслойной заготовки. Поэтому для обеспечения высокого качества соединения слоев в биметалле, кроме обеспечения требуемой глубины проплавления основного слоя, необходимо также предупреждение появления в переходной зоне неблагоприятных структурных составляющих, резко отличающихся по свойствам (твердости, хрупкости) от других структурных зон. Это достигается подбором благоприятных композиций основного и плакирующего слоев, ограничением диффузионных процессов путем выбора оптимальных для сталей данного химического состава режимов нагрева под прокатку (для подавления диффузии элементов замещения из плакирующего слоя в основной), уменьшения подвижности атомов углерода и азота при температуре конца ускоренного охлаждения (для подавления диффузии элементов внедрения из основного слоя в плакирующий) путем выбора оптимальной для стали данного химического состава температуры конца ускоренного охлаждения.The size and properties of the transition zone between the layers, where diffusion processes of various elements between the layers are developing, are affected by both the chemical composition of the steels that make up the composition and the parameters of thermal deformation processing of the two-layer billet. Therefore, to ensure high quality of the connection of layers in bimetal, in addition to providing the required penetration depth of the base layer, it is also necessary to prevent the appearance of unfavorable structural components in the transition zone, which differ sharply in properties (hardness, brittleness) from other structural zones. This is achieved by selecting favorable compositions of the main and cladding layers, limiting diffusion processes by choosing the optimal heating regimes for steels of a given chemical composition for rolling (to suppress the diffusion of substitution elements from the cladding layer into the main one), and reducing the mobility of carbon and nitrogen atoms at the temperature of the end of accelerated cooling ( to suppress the diffusion of interstitial elements from the base layer to the cladding one) by choosing the optimum temperature for steel of a given chemical composition end of accelerated cooling.
Снижение содержания хрома менее 14%, молибдена менее 0,01%, кремния менее 0,3% и азота менее 0,1% не обеспечивает требуемую коррозионную стойкость. Кроме того, содержание кремния в предлагаемых пределах (0,3-0,70 мас.%) позволяет обеспечить требуемый уровень раскисленности стали, а также повышает стойкость против окисления при высоких температурах.A decrease in chromium content of less than 14%, molybdenum less than 0.01%, silicon less than 0.3% and nitrogen less than 0.1% does not provide the required corrosion resistance. In addition, the silicon content in the proposed range (0.3-0.70 wt.%) Allows you to provide the required level of deoxidation of steel, and also increases the resistance to oxidation at high temperatures.
Повышение содержания хрома более 17%, молибдена более 2,5% и кремния более 0,7% приводит к формированию в структуре избыточного количества ферритной составляющей, что снижает прочность и износостойкость. К таким же последствиям приводит снижения ниже заявленного уровня содержания аустенитообразующих элементов - углерода, марганца, никеля и азота. В то же время увеличение их содержания выше заявленных верхних пределов приводит к формированию при нагреве под прокатку аустенитной структуры, что существенно ускоряет диффузию элементов замещения и плакирующего слоя в основной, способствует образованию в переходной зоне мартенситной прослойки, снижающей качество соединения слоев.An increase in the chromium content of more than 17%, molybdenum of more than 2.5% and silicon of more than 0.7% leads to the formation of an excessive amount of ferritic component in the structure, which reduces the strength and wear resistance. The same consequences are caused by a decrease below the declared level of the content of austenite-forming elements - carbon, manganese, nickel and nitrogen. At the same time, an increase in their content above the stated upper limits leads to the formation of an austenitic structure upon heating for rolling, which significantly accelerates the diffusion of substitution elements and a cladding layer in the main one, contributes to the formation of a martensitic layer in the transition zone, which reduces the quality of the connection of the layers.
Следует также учитывать, что при увеличении содержания кремния понижается пластичности стали. Содержания никеля в заявленных пределах способствует также подавлению диффузионного перераспределения углерода.It should also be borne in mind that with an increase in the silicon content, the ductility of steel decreases. Nickel content within the stated limits also contributes to the suppression of the diffusion redistribution of carbon.
Дополнительный рост износостойкости низкоуглеродистых сталей достигается за счет наноструктурирования матрицы, которое, в свою очередь, обеспечивается за счет выделения карбонитридов. Это является также одной из причин ограничения нижнего предела содержания углерода и азота. Кроме того, именно с этим связано ограничение нижнего предела содержания микролегирующих элементов - титана, ниобия и ванадия. Ограничение верхнего предела их содержания связано с тем, что их более высокое содержание не приводит к дополнительному повышению прочности, а также может приводить к ее снижению - из-за формирования более крупных частиц. Кроме того, избыточное легирование указанными элементами приводит к повышению стоимости слоистого материала.An additional increase in the wear resistance of low-carbon steels is achieved due to the nanostructuring of the matrix, which, in turn, is ensured by the release of carbonitrides. This is also one of the reasons for limiting the lower limit of carbon and nitrogen. In addition, it is precisely with this that the lower limit of the content of microalloying elements — titanium, niobium, and vanadium — is limited. The limitation of the upper limit of their content is due to the fact that their higher content does not lead to an additional increase in strength, and can also lead to its decrease due to the formation of larger particles. In addition, excessive doping with these elements leads to an increase in the cost of the layered material.
Содержание фосфора и серы в стали ограничено, так как данные элементы являются вредными примесями, приводят к охрупчиванию стали (фосфор) и к снижению коррозионной стойкости (сера).The content of phosphorus and sulfur in steel is limited, since these elements are harmful impurities, lead to embrittlement of steel (phosphorus) and to a decrease in corrosion resistance (sulfur).
Ограничение температур нагрева под прокатку в пределах 1250-1300°С обосновывается возможностью уменьшить развитие процессов диффузии элементов замещения, в первую очередь хрома и никеля, из плакирующего слоя в основной. Использование таких высоких температур нагрева под прокатку связано с тем, что при этих температурах в стали плакирующего слоя формируется двухфазная ферритоаустенитная структура, в то время как в конструкционных сталях основного слоя структура аустенитная. Этим объясняется подавление диффузии элементов замещения по сравнению с нагревом под прокатку до более низких температур (ниже 1250°С). Нагрев до температур выше 1300°С приводит к чрезмерному укрупнению зерна как в стали основного, так и в стали плакирующего слоя, что снижает прочностные характеристики, а также вязкость и хладостойкость.The limitation of heating temperatures for rolling within 1250-1300 ° C is justified by the ability to reduce the development of diffusion of substitution elements, primarily chromium and nickel, from the cladding layer to the main one. The use of such high heating temperatures for rolling is due to the fact that at these temperatures a biphasic ferritic-austenitic structure is formed in the cladding steel, while the structure is austenitic in structural steels of the main layer. This explains the suppression of the diffusion of substitution elements in comparison with heating for rolling to lower temperatures (below 1250 ° C). Heating to temperatures above 1300 ° C leads to excessive coarsening of grain in both the base steel and the cladding steel, which reduces the strength characteristics, as well as viscosity and cold resistance.
Температура конца ускоренного охлаждения должна быть не выше 600°С, что обеспечит подавление процессов диффузии углерода, которые интенсивно протекает при более высоких температурах в сталях со сравнительно низким содержанием никеля. Скорость охлаждения проката двуслойной заготовки должна быть не менее 7°С/с, за счет чего подавляется диффузия в процессе охлаждения.The temperature of the end of accelerated cooling should not be higher than 600 ° C, which will ensure the suppression of carbon diffusion processes that occur intensively at higher temperatures in steels with a relatively low nickel content. The cooling rate of rolled two-layer billet should be at least 7 ° C / s, due to which diffusion is suppressed during cooling.
Идея ускоренного охлаждения проката заключается в стремлении измельчить зерно и достичь упрочнения стали без дополнительного легирования. Упрочнение при использовании ускоренного охлаждения можно объяснить следующими факторами:The idea of accelerated cooling of rolled products is the desire to grind grain and achieve hardening of steel without additional alloying. The hardening using accelerated cooling can be explained by the following factors:
- измельчение зерна феррита;- grinding grain ferrite;
- более эффективное дисперсионное упрочнение;- more effective dispersion hardening;
- формирование более дисперсных низкотемпературных продуктов превращения аустенита;- the formation of more dispersed low-temperature products of the transformation of austenite;
- увеличенная плотность дислокаций в феррите;- increased density of dislocations in ferrite;
- пересыщение твердого раствора.- supersaturation of the solid solution.
Все перечисленные факторы обусловлены увеличением скорости охлаждения металла, и как результат, смещением начала (γ-α)-превращения в область более низких температур.All of these factors are due to an increase in the cooling rate of the metal, and as a result, a shift in the onset of the (γ-α) transformation to a region of lower temperatures.
Это приводит к повышению прочности и хладостойкости стали основного слоя.This leads to an increase in the strength and cold resistance of the steel of the base layer.
Примеры конкретного выполнения способа.Examples of specific performance of the method.
Биметаллические слитки с основным слоем из низколегированной стали типа 09Г2С, толщиной слоя 50 мм, и плакирующим слоем из ферритомартенситных сталей и аустенитной стали, которая является прототипом (состав сталей проведен в таблице 1) с толщиной слоя 10 мм были получены с применением технологии электрошлаковой наплавки. Слитки нагревали по режимам, приведенным в таблице 2, и прокатывали на листы толщиной 10 мм. В таблице №2 первая цифра в маркировке обозначает химический состав стали плакирующего слоя (номер в соответствии с таблицей 1), вторая - режим прокатки. В качестве основного слоя была выбрана сталь марки 09Г2С, наиболее часто используемая для основного слоя двухслойных сталей. Химический состав сталей №2 и 3 находится в пределах указанных в формуле изобретения. Сталь №1 обладала повышенным содержанием аустенитообразующих элементов, в отличие от стали №4, где количество аустенитообразующих элементов было ближе к нижнему пределу, заявленному в формуле изобретения, а ферритообразующих элементов - выше заявленных пределов.Bimetallic ingots with a base layer of 09G2S type low alloy steel, a layer thickness of 50 mm, and a cladding layer of ferritomartensitic steels and austenitic steel, which is the prototype (the composition of the steels is shown in Table 1) with a layer thickness of 10 mm, were obtained using electroslag surfacing technology. The ingots were heated according to the modes shown in table 2, and rolled on sheets with a thickness of 10 mm In table No. 2, the first digit in the marking indicates the chemical composition of the steel of the clad layer (number in accordance with table 1), the second - rolling mode. As the main layer, 09G2S steel was chosen, which is most often used for the main layer of two-layer steels. The chemical composition of steels No. 2 and 3 is within the limits specified in the claims. Steel No. 1 had a high content of austenite-forming elements, in contrast to steel No. 4, where the number of austenitic-forming elements was closer to the lower limit stated in the claims, and ferrite-forming elements were higher than the declared limits.
Прочность соединения слоев двухслойных листов проверяли при испытаниях на сопротивление срезу по плоскости соприкосновения основного и коррозионных слоев в соответствии с ГОСТ 10885.The bond strength of the layers of two-layer sheets was checked during tests for shear resistance along the contact plane of the main and corrosion layers in accordance with GOST 10885.
Относительное удлинение и предел прочности слоистого материала определяли при испытаниях на растяжение по ГОСТ 1497-84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение»The relative elongation and tensile strength of the layered material was determined during tensile tests according to GOST 1497-84 “Metals. Tensile Test Methods
Сплошность соединения слоев проверяли с помощью ультразвукового контроля по ГОСТ 22727.The continuity of the connection layers was checked using ultrasonic testing according to GOST 22727.
Коррозионная стойкость измерялась по ГОСТ 9.912 «Стали и сплавы коррозионно-стойкие. Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии». Оценивался базис питтингостойкости, чем выше был данный показатель, тем выше коррозионная стойкость исследуемой стали.Corrosion resistance was measured according to GOST 9.912 “Steels and alloys are corrosion-resistant. Accelerated pitting corrosion test methods. ” The basis for pitting resistance was evaluated, the higher this indicator was, the higher the corrosion resistance of the steel under study.
Переходную зону исследовали на металлографическом шлифе с помощью оптического микроскопа.The transition zone was examined on a metallographic section using an optical microscope.
Плакирующий слой испытывался на износостойкость в условиях трения скольжения со смазкой (масло индустриальное И-30) проводили при N=78-588H (нормальная нагрузка), υ=0.05 м/с (скорость скольжения), L=120 мм (путь трения), l=40 мм (длина рабочего хода). В процессе испытания определяли интенсивность изнашивания Ih=Q/(ρSL), где Q - потеря массы образца (г); ρ - плотность материала образца (г/см3); S - геометрическая площадь контакта (см2), чем выше значения данного показателя, тем хуже износостойкость материала.The plating layer was tested for wear resistance under sliding friction with lubricant (industrial oil I-30) was carried out at N = 78-588H (normal load), υ = 0.05 m / s (sliding speed), L = 120 mm (friction path), l = 40 mm (stroke length). During the test, the wear rate Ih = Q / (ρSL) was determined, where Q is the sample mass loss (g); ρ is the density of the sample material (g / cm 3 ); S is the geometric contact area (cm 2 ), the higher the value of this indicator, the worse the wear resistance of the material.
Стали с индексом 1 (2-я цифра в маркировке) были прокатаны по режиму, рекомендованному в изобретении. Как видно из таблицы 3 все образцы сталей (1-1,2-1,3-1,4-1) показали более высокие результаты по всем испытаниям. Подавления диффузионных процессов элементов замещения за счет ограничения температуры нагрева под прокатку и подавление диффузии углерода за счет ограничения температуры окончания прокатки позволили получить образцы с малой шириной переходной зоны, что положительно отражается на прочности, сплошности соединения слоев и пластичности стали. Для данных сталей была получена мелкозернистая структура, за счет малой скорости охлаждения, что положительно повлияло на показатели износостойкости, хладостойкости и коррозионной стойкости всех сталей.Steel with an index of 1 (2nd digit in the marking) was rolled according to the regime recommended in the invention. As can be seen from table 3, all steel samples (1-1.2-1.3-1.4-1) showed higher results in all tests. Suppression of the diffusion processes of substitutional elements by limiting the heating temperature for rolling and suppressing carbon diffusion by limiting the temperature of the end of rolling made it possible to obtain samples with a small transition zone width, which positively affects the strength, continuity of the connection of layers and ductility of steel. For these steels, a fine-grained structure was obtained due to the low cooling rate, which positively affected the wear, cold and corrosion resistance of all steels.
Для образцов с индексом 2 (2-я цифра в маркировке) температура нагрева под прокатку была ниже 1250°С и диффузия элементов замещения была достаточно мала, однако температура окончания прокатки была высокой, что увеличило переходную зону для всех образцов, при этом коррозионные испытаний показали, что из-за обеднения приграничной зоны плакирующего слоя легирующими элементами, определяющими коррозионную стойкость стали, класс стойкости для этих сталей получился более низкий. При существенном развитии таких процессов возможно снижение эффективной толщины плакирующего слоя, определяющей его коррозионную стойкость. Уменьшение температуры нагрева под прокатку отразилось на показателях пластичности, данные показатели оказались значительно ниже, чем для сталей с индексом 1. Медленное охлаждение отразилось на микроструктурах образцов, что в свою очередь отрицательно повлияло на показатели хладостойкости и износостойкости для всех сталей.For samples with an index of 2 (the 2nd digit in the marking), the heating temperature for rolling was lower than 1250 ° C and the diffusion of the substitution elements was quite small, however, the temperature of the end of rolling was high, which increased the transition zone for all samples, while corrosion tests showed that due to the depletion of the border zone of the clad layer with alloying elements that determine the corrosion resistance of steel, the resistance class for these steels is lower. With a significant development of such processes, it is possible to reduce the effective thickness of the cladding layer, which determines its corrosion resistance. A decrease in the heating temperature for rolling affected the ductility indices; these indices turned out to be significantly lower than for steels with index 1. Slow cooling affected the microstructures of the samples, which in turn negatively affected the cold resistance and wear resistance for all steels.
При увеличении температуры окончания прокатки и скорости охлаждения (стали с индексом 3) ширина переходной зоны значительно больше, что оказывает влияние на прочность соединения слоев из-за образования хрупких прослоек в переходной зоне двухслойного материала. Из-за медленного охлаждения в структуре было получено крупное зерно, что отрицательно отразилось на хладостойкости, износостойкости и пластичности стали.With an increase in the temperature of rolling completion and the cooling rate (steel with index 3), the width of the transition zone is much larger, which affects the strength of the connection layers due to the formation of brittle interlayers in the transition zone of the two-layer material. Due to slow cooling in the structure, coarse grain was obtained, which negatively affected the cold resistance, wear resistance and ductility of steel.
Как видно из таблиц 2 и 3, стали, которые соответствуют формуле изобретения (стали №2-1 и №3-1) показали высокие результаты прочности, сплошности соединения слоев, коррозионной стойкости плакирующего слоя и малую толщину переходной зоны, что связано с подавление диффузионных процессов элементов замещения и углерода.As can be seen from tables 2 and 3, steels that correspond to the claims (steels No. 2-1 and No. 3-1) showed high results in strength, continuity of the connection of the layers, corrosion resistance of the clad layer and a small thickness of the transition zone, which is associated with the suppression of diffusion processes of elements of substitution and carbon.
Для стали №1 с повышенным содержанием аустенитообразующих элементов прочность соединения и относительное удлинение снижалось с увеличением температуры нагрева, а также была получена более широкая переходная зона с большим количеством мартенситных прослоек при всех режимах прокатки, что в последствии может привести к расслоению материала. Как видно из таблиц 2 и 3, большое количество углерода отрицательно сказывается на коррозионной стойкости плакирующего слоя.For steel No. 1 with a high content of austenite-forming elements, the bond strength and elongation decreased with increasing heating temperature, and a wider transition zone was obtained with a large number of martensitic interlayers under all rolling conditions, which could subsequently lead to delamination of the material. As can be seen from tables 2 and 3, a large amount of carbon negatively affects the corrosion resistance of the cladding layer.
Большое количество аустенитообразующих элементов привело низким показателям пластичности и прочности сцепления слоев из-за развитой диффузии, особенно при повышенных температурах, и низкие показатели коррозионной стойкость из-за низкого хрома и молибдена.A large number of austenite-forming elements led to low ductility and adhesion of the layers due to the developed diffusion, especially at elevated temperatures, and low corrosion resistance due to low chromium and molybdenum.
Что касается стали №4, где количество аустенитообразующих элементов было ближе к нижнему пределу, заявленному в формуле изобретения, а ферритообразующих элементов - выше заявленных пределов, коррозионная стойкость данной стали была достаточно высокой, см. таблицы 2-3, однако повышенное содержание аустенита отрицательно отражается на износостойкости материала.As for steel No. 4, where the number of austenite-forming elements was closer to the lower limit stated in the claims, and ferrite-forming elements were higher than the stated limits, the corrosion resistance of this steel was quite high, see tables 2-3, however, the increased content of austenite is negatively reflected on the wear resistance of the material.
Таким образом, показано, что химический состав и режимы горячей прокатки, в пределах, указанных в формуле изобретения, обеспечивают получение биметаллического материала с благоприятным комплексом механических и служебных свойств.Thus, it is shown that the chemical composition and modes of hot rolling, within the limits indicated in the claims, provide a bimetallic material with a favorable combination of mechanical and service properties.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145680A RU2634522C1 (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Method for producing plated clad steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145680A RU2634522C1 (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Method for producing plated clad steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2634522C1 true RU2634522C1 (en) | 2017-10-31 |
Family
ID=60263612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016145680A RU2634522C1 (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Method for producing plated clad steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2634522C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2714150C1 (en) * | 2019-09-03 | 2020-02-12 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" | Method of making steel double-layer hot-rolled sheets |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2225793C2 (en) * | 2002-04-29 | 2004-03-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Clad corrosion resistant steel and an item made out of it |
| RU2255848C1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-07-10 | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") | Double-layer hot rolled sheets making method |
| EP2143816A1 (en) * | 2007-04-11 | 2010-01-13 | Nippon Steel Corporation | Hot-dip metal coated high-strength steel sheet for press working excellent in low-temperature toughness and process for production thereof |
| RU2014147317A (en) * | 2012-04-25 | 2016-06-20 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | CLADDING MATERIAL FOR PLAINED STAINLESS STEEL STEEL SHEET, PLAINED STAINLESS STEEL STEEL SHEET INCLUDING IT AND METHOD OF PRODUCING IT |
-
2016
- 2016-11-22 RU RU2016145680A patent/RU2634522C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2225793C2 (en) * | 2002-04-29 | 2004-03-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Clad corrosion resistant steel and an item made out of it |
| RU2255848C1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-07-10 | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") | Double-layer hot rolled sheets making method |
| EP2143816A1 (en) * | 2007-04-11 | 2010-01-13 | Nippon Steel Corporation | Hot-dip metal coated high-strength steel sheet for press working excellent in low-temperature toughness and process for production thereof |
| US20100104890A1 (en) * | 2007-04-11 | 2010-04-29 | Hironori Satoh | Hot dip plated high strength steel sheet for press forming use superior in low temperature toughness and method of production of the same |
| RU2014147317A (en) * | 2012-04-25 | 2016-06-20 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | CLADDING MATERIAL FOR PLAINED STAINLESS STEEL STEEL SHEET, PLAINED STAINLESS STEEL STEEL SHEET INCLUDING IT AND METHOD OF PRODUCING IT |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2714150C1 (en) * | 2019-09-03 | 2020-02-12 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" | Method of making steel double-layer hot-rolled sheets |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101341731B1 (en) | High-strength steel sheet and method for production thereof | |
| KR101340758B1 (en) | High-strength steel plate and manufacturing method thereof | |
| US10745785B2 (en) | High-performance low-alloy wear-resistant steel plate and method of manufacturing the same | |
| JP5327106B2 (en) | Press member and manufacturing method thereof | |
| JP5773098B1 (en) | Ferritic-martensitic duplex stainless steel and method for producing the same | |
| KR101635008B1 (en) | Thick-walled, high tensile strength steel with excellent ctod characteristics of the weld heat-affected zone, and manufacturing method thereof | |
| KR102198585B1 (en) | Thin steel plate and its manufacturing method | |
| JP5683327B2 (en) | Wear-resistant steel plate with excellent low-temperature toughness | |
| JP6108116B2 (en) | Steel plates for marine, marine structures and hydraulic iron pipes with excellent brittle crack propagation stopping properties and methods for producing the same | |
| KR20130025947A (en) | Wear-resistant steel sheet having excellent welded part toughness and lagging destruction resistance properties | |
| JP6265108B2 (en) | Hot-rolled steel sheet for cold-rolled steel sheet or hot-dip galvanized steel sheet and method for producing the same | |
| CA3135141A1 (en) | High-hardness steel product and method of manufacturing the same | |
| JP5114860B2 (en) | Hot-dip galvanized steel sheet and manufacturing method thereof | |
| KR20210107821A (en) | High-strength steel sheet and its manufacturing method | |
| JP6024928B2 (en) | Steel plates for marine, marine structures and hydraulic iron pipes with excellent brittle crack propagation stopping properties and methods for producing the same | |
| KR20170038071A (en) | Thick steel sheet having excellent ctod properties in multi-layer welded joints and method for producing same | |
| JP4735167B2 (en) | Method for producing wear-resistant steel sheet with excellent low-temperature toughness | |
| JP2023022159A (en) | Steel composition in accordance with api 5l psl-2 specification for x-65 grade having enhanced hydrogen-induced cracking (hic) resistance, and method of manufacturing steel thereof | |
| JP2007119850A (en) | Wear resistant steel plate with excellent low-temperature toughness, and method for manufacturing the same | |
| JP2013139591A (en) | High-strength hot-rolled steel sheet with excellent workability and method for producing the same | |
| JP6036645B2 (en) | Ferritic-martensitic duplex stainless steel with excellent low-temperature toughness and method for producing the same | |
| JP7115200B2 (en) | Steel plate for line pipe | |
| RU2695688C1 (en) | Hot-molded, air-hardened and weldable steel sheet | |
| CN113692456B (en) | Ultrahigh-strength steel sheet having excellent shear workability and method for producing same | |
| RU2634522C1 (en) | Method for producing plated clad steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20180125 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191123 |