2.4. Стали контролируемой прокатки

Теоретические основы технологии производства сталей контролируемой прокатки (СКП), т. е. прошедших термомеханическую обработку в процессе производства, разработаны давно. Влияние контролируемой прокатки на свойства и работоспособность сталей изучены подробно в России и за рубежом.

Промышленное производство СКП началось в начале 70-х годов, когда возникла острая необходимость в высоковязких, хладостойких сталях для изготовления труб диаметром 1420 мм для мощных магистральных газопроводов. В короткий срок СКП как высокоэкономичный тип сталей становятся практически основным видом проката ответственного назначения, изготавливаемого во многих странах мира. Область применения СКП быстро расширяется, но сейчас основной опыт их применения накоплен строителями магистральных газопроводов в России. В нашей стране построены (в основном из СКП) и успешно эксплуатируются в различных климатических условиях, включая районы Крайнего Севера, около 30 тыс. км газопроводов диаметром 1420 мм на давление 7,5 МПа.

В последние годы метод контролируемой прокатки усовер­шенствован и дополнен ускоренным регулируемым охлаждением (УРО), что позволяет дополнительно повысить прочность СКП до 650—700 МПа, практически не изменяя сопротивление разрушению и хладостойкость стали. По мнению ряда специалистов, для улучшения комплекса свойств листовой СКП более рационально применять УРО, чем легирование молибденом (молибден—наиболее эффективный упрочняющий элемент). УРО позволяет получить наилучший комплекс свойств при прокатке сталей с низким углеродом, поэтому и свариваемость сталей, прошедших обработку УРО, улучшается, что важно для сварных конструкций.

Как известно, упрочнение стали в результате легирования, достигается вследствие упрочнения твердого раствора и измельчения структуры. Измельчение структуры особо эффективно протекает, когда создается 2—3-фазное состояние за счет выделения карбидов, нитридов или карбонитридов. Однако в нормализованной стали влияние карбонитридного упрочнения на свойства стали ограниченно. Эффект упрочнения может быть резко повышен в результате механического дробления зерна при контролируемом деформировании горячей стали и управлении процессом выделения второй фазы, что имеет место при контролируемой прокатке.

В СКП повышение пластичности и вязкости достигается путем измельчения зерна, формирования однородной структуры и субструктуры с минимальным содержанием вредных примесей.

Однородность стали, отсутствие в ней крупных неметаллических включений затрудняют образование больших локальных напряжений, что в значительной степени препятствует зарождению в металле микротрещин — источника будущих разрушений. Для получения СКП с заданной структурой и высокими свойствами в их состав должны быть введены карбидообразующие элементы, а прокатка выполнена на мощном оборудовании, с тем, чтобы основное обжатие металла можно было выполнить при относительно низкой температуре.

В результате разработки технологии производства и соответствующего оборудования были созданы марки стали, сочетающие при ограниченном микролегировании высокие предел прочности (до 600 МПа) и предел текучести (470 МПа), стабильно высокую вязкость (KCV_-15,-20= 1—1,2 МДж/м²), хладостойкость и хорошую свариваемость.

Производство СКП — сложный комплексный процесс, который потребовал перестроить и усовершенствовать многие процессы производства и разливки стали, очистки ее от вредных примесей и практически заново разработать технологию и оборудование для прокатки. В настоящее время убедительно доказаны большие технико-экономические преимущества СКП по сравнению с другими типами сталей для труб мощных северных газопроводов. Процесс разработки технологии производства СКП еще не полностью завершен, по основа его осуществлена. Появилась реальная возможность дальнейшего повышения свойств СКП путем дополнительного ускоренного регулируемого охлаждения. Разработка УРО началась относительно недавно, но эффективность его уже доказана. Ведутся работы по удешевлению легирования СКП, максимальному исключению дефицитных легирующих элементов, Все это позволяет рассчитывать, что технико-экономические показатели СКП повысятся, расширится объем их производства и применения.

Производство малоперлитных сталей контролируемой прокатки для магистральных газопроводов почти во всех странах началось на основе легирования стали марганцем, молибденом и ниобием при содержании углерода менее 0,1 % и серы менее 0,006%.

Молибден является одним из лучших легирующих элементов для сталей контролируемой прокатки, однако его потребность относительно большая — 0,2—0,4 %. В то же время это дорогостоящий и дефицитный элемент.

Ниобий не только способствует изменению структуры и улучшению свойств стали, но и значительно повышает технологичность стали в процессе ее производства, улучшает качество поверхности листа, повышает выход годного высококачественного металла. Поэтому несмотря на дефицитность, ниобий сложнее заменить в составе стали, не ухудшая ее качество, чем молибден. Расход ниобия на 1 т стали в 10 раз меньше, чем молибдена, и составляет лишь 0,02—0,04 %.