Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Перспективы производства и применения
 высокопрочных хладостойких сталей

Л.А. Смирнов, Б.З. Беленький

ГНЦ РФ ОАО «Уральский институт металлов»
620219, г.Екатеринбург, ГСП-174,
 ул. Гагарина, 14
uim@dialup.utek.ru 

 

В последние годы наметилась заинтересованность потребителей в получении более качественного металлопроката, причем наибольшее внимание уделяется  высококачественному толстолистовому прокату. Это с одной стороны связано с постоянно растущими требованиями вагоностроителей, строителей нефте- и газопроводов, мостостроителей, ряда других отраслей к качеству листовой стали, в том числе к повышению ее прочности и  вязкости при низких температурах, с другой – экономически обоснованной необходимостью производства штрипса для труб большого диаметра. Дело в том, что российская система магистральных газопроводов состоит из труб диаметром 1420 мм, треть которых находится в эксплуатации более 20 лет, а 27% уже выработали нормативный ресурс (33 года). По оценкам ОАО «Газпром» потребность в трубах высокой прочности и хладостойкости диаметром 1420 мм в ближайшие годы может достигнуть 1 млн. т. в год для строительства новых и ремонта существующих газопроводов. Поэтому организация производства толстого листа и труб, планируемое в Н.Тагиле, позволит России повысить экономическую безопасность, получить значительную валютную экономию, создаст большое число рабочих мест. Требует внимания и повышение качества фасонного проката для ответственных конструкций. Значительное отставание технических характеристик отечественных грузовых вагонов от лучших зарубежных образцов (отношение грузоподъемности к массе тары: 6 – у зарубежных полувагонов и 3 – у отечественных) заставило Министерство путей сообщений разработать в 2000 году стандарт «Металлопрокат для кузовов грузовых вагонов нового поколения», в котором обозначены требования МПС к свойствам фасонного проката для вагоностроения, а именно повышение прочностных характеристик проката для несущих конструкций до класса прочности 500 без ухудшения пластичности и хладостойкости, повышение коррозионной стойкости для увеличения надежности и срока службы подвижного состава. Это только часть примеров, показывающих необходимость разработки новых материалов и технологий, направленных на удовлетворение повышенных требований потребителей металлопроката. Уральский институт металлов постоянно проводит работы по разработке, исследованию, промышленному опробованию и внедрению новых сталей повышенной прочности и хладостойкости, микролегированных сильными карбонитридо-образующими элементами. Разработка высокопрочных сталей проводится на основе новых металловедческих принципов, применяемых как при разработке стали, так и при ее производстве. Открытие способности микролегирующих добавок  ванадия, ниобия одновременно повышать прочностные свойства и сдвигать в сторону более низких температур область хрупкого разрушения сталей явилось одной из основ для разработки новых низколегированных высокопрочных сталей. Новые подходы  к созданию низколегированных сталей нашли своё отражение в следующих  металловедческих принципах:      

измельчение зерна феррита; уменьшение доли перлита или полная (частичная) замена его низкоуглеродистым бейнитом; замена твёрдорастворного (перлитного) упрочнения дисперсионным; использование субструктурного и дислокационного упрочнения.

В современной металлургии для производства этих сталей реализуется следующее технологическое обеспечение:

снижение содержания углерода; повышение чистоты стали от вредных примесей (сера, фосфор), газов (азот, водород) и неметаллических включений; глобуляризация сульфидных включений; микролегирование ванадием и ниобием; снижение степени развития сегрегаций в процессе непрерывной разливки стали; контролируемая прокатка в сочетании с ускоренным охлаждением; термическая обработка толстолистового проката. 

В последние годы институтом проведен большой объем исследований по оптимизации состава стали и отработке технологии производства стали и проката. Из ряда исследованных составов комплекс механических свойств, дающий сочетание высокой прочности (класс 400), хорошей пластичности и достаточно высокой вязкости при отрицательных температурах, получен на “чистой” по примесям стали с 0,07%С и 0,05-0,08% ванадия. Еще более высокая прочность (класс 500) получена на малоуглеродистой стали с молибденом, ванадием и ниобием. Часть проведенных полупромышленных исследований уже получила подтверждение по результатам производства опытно-промышленных партий в условиях металлургических предприятий.