СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ Российский патент 1994 года по МПК C21D9/46 C21D8/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к листопрокатному производству, и может быть использовано при изготовлении высокопрочных горячекатаных листов.

Известен способ производства толстых листов из высокопластичной стали с хорошей свариваемостью, включающий горячую прокат, охлаждение со скоростью 3-30^оС/c до температуры Ar_з= 500^оС и отпуск при 550-650^оС.

Недостатком известного способа является необходимость применения специального отпуска, что значительно усложняет и удорожает технологию.

Известен также способ производства листовой стали, включающий горячую прокатку полос и смотку их в рулоны при температуре Ar_з= (180-270^оС) с последующим окончательным охлаждением рулона в две стадии, сначала до температуры Ar_з= (280-420^оС) со скоростью 0,001-0,0017^оС/с, а затем со скоростью 0,02-0,6^оС/с.

Известный способ из-за нерегламентированности скорости охлаждения перед смоткой в рулон не позволяет обеспечить высокий уровень прочностных характеристик листового проката.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности являются способ производства горячекатаной высокопрочной бейнитной листовой стали, включающий горячую прокатку стали при конечной температуре Ar_з+50^оС, ускоренное охлаждение со скоростью более 80^оС/с до температуры начала бейнитного превращения, последующее охлаждение со скоростью 1-20^оС/с.

Недостатком такого способа является невозможность обеспечения в готовом прокате сочетания высокой прочности и высокой пластичности и вязкости металла, а также равномерности указанных механических характеристик при производстве листового проката методами непрерывной или полунепрерывной прокатки, так как из-за нерегламентированного и довольно интенсивного охлаждения формирующаяся в прокатке бейнитная структура будет обеспечивать лишь высокую его прочность при низких значениях пластичности и вязкости.

Цель изобретения - преодоление недостатков ранее известного способа, повышение пластичности и вязкости листового проката при сохранении его прочности.

Техническая сущность изобретения состоит в том, что после горячей прокатки при конечной температуре 800-850^оС производят ускоренное охлаждение до температуры начала бейнитного превращения со скоростью, определяемой по формуле:
v_охл. = 20-3 ,
где Т_к.п. - температура конца прокатки, после чего производят изотермическую выдержку продолжительностью 2-4 ч и окончательное охлаждение.

Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем.
Одним из способов эффективного повышения пластичности и вязкости стали может быть использование повышененной дефектности тонкой структуры для изменения при повышенных температурах морфологии карбидной фазы. То есть, использование элементов высокотемпературной термомеханической обработки - создание повышенной плотности дислокаций при прокатке с температурой окончания 800-850^оС, фиксирование пересыщенной дислокациями структуры ускоренным охлаждение до температурного интервала бейнитного превращения и использование дисклокаций как своеобразных "каналов" для ускорения процесса переноса углерода при частичной сфероидизации карбидной фазы во время изотермической выдержки.

Таким образом, в соответствии с заявляемым техническим решением формируемая при прокатке дислокационная субструктура сохраняется ускоренным охлаждением до температуры начала бейнитного превращения (для большинства высокопрочных низколегированных сталей она соответствует 550-600^оС), при которой в процессе последующей изотермической выдержки в течение 2-4 ч обеспечивается ускоренная сфероидизация карбидной фазы стали. Формирующаяся в процессе такой обработки смешанная структура мелкозернистого феррита, квазиэвтектоида и бейнита с частично сфероидизированной (до 50% ) карбидной фазой обеспечивает существенное повышение пластичности и вязкости при сохранении высокой прочности.

Однако приведенные выше закономерности не всегда могут стабильно реализовываться. Так, в силу технических особенностей прокатных станов, в прокате различной толщины не может стабильно обеспечиваться заданная температура конца прокатки. Поэтому при различной температуре конца прокатки (например, 800 и 850^оС) будет и разная скорость разупрочнения (снижение плотности дислокаций) горячедеформированной матрицы. Так, экспериментально установлено, что при температуре конца прокатки 800^оС требуемая плотность дислокаций будет сохраняться до температуры начала бейнитного превращения при охлаждении со скоростью 5^оС/с; при температуре конца прокатки 820^оС необходима уже скорость охлаждения 9-11^оС/с, а при 850^оС - 15-20^оС/с. Таким образом установлено, что для обеспечения стабильного повышения пластичности и вязкости стали, прокатанной с конечной температурой 800-850^оС, необходимо не только обеспечение скорости охлаждения от температуры конца прокатки до температуры начала бейнитного охлаждения 5-20^оС/с, но и с повышением температуры конца прокатки на каждые 10^оС увеличение скорости охлаждения в указанном интервале на 2-3^оС/с.

Изотермическая выдержка (по окончании ускоренного охлаждения) в интервале температур начала бейнитного превращения продолжительностью 2-4 ч обеспечивает для различного химического состава стали требуемый процент (около 50% ) сфероидизации карбидной фазы.

Если ускоренное охлаждение производить со скоростью менее 5^оС/с, то не обеспечивается требуемого положительного эффекта из-за преимущественного протекания процессов разупрочнения стали в процессе охлаждения, а если ускоренное охлаждение осуществлять со скоростью более 20^оС/с, то дальнейшее увеличение пластичности не происходит, однако значительно увеличивается неоднородность структуры и свойств по толщине проката.

Если с повышенной температурой конца прокатки на каждые 10^оС скорость охлаждения в указанном интервале увеличивать менее, чем на 2^оС/с, то уменьшается фиксируемая плотность дислокаций, замедляется сфероидизация карбидной фазы, снижается пластичность, не улучшается, но повышается неравномерность свойств.

Если продолжительность изотермической выдержки составляет менее 2 ч, то не обеспечивается требуемого процента сфероидизации карбидной фазы и в результате снижается пластичность и вязкость. Изотермическая выдержка продолжительностью более 4 ч приводит к снижению прочностных свойств стали.
Таким образом, совокупность существенных отличительных признаков заявляемого технического решения позволяет повысить пластичность и вязкость листового проката при сохранении его прочности.

П р и м е р. В условиях непрерывного широкополосного стана 2000 металлургического комбината провели опробование известного (заявка 59-177325) и заявляемого способов производства горячекатаной высокопрочной листовой стали марки 18Х2МБ.

При реализации известного способа литые слябы из стали 18Х2МБ после прогрева в методических печах прокатывали на широкополосном стане на полосы толщиной 5 и шириной 1200 мм со смоткой в рулоны. Температура конца прокатки составляла 820^оС. При выходе из последней чистовой клети полоса охлаждалась в первых секциях установки водяного охлаждения со скоростью 80^оС/с до температуры 580-590^оС (температура начала бейнитного превращения) и далее на отводящем рольганге - со скоростью 5^оС/с.

При реализации заявляемого способа производства горячекатаной высокопрочной листовой стали на стане также было прокатано несколько полос аналогичных размеров. При этом температура конца прокатки составляла 800-850^оС, а ускоренное охлаждение на отводном рольганге производили равномерно со скоростью от 4 до 25^оС/ с с варьированием скорости охлаждения в зависимости от температуры конца прокатки таким образом, что с повышением температуры конца прокатки на каждые 10^оС скорость охлаждения в указанном интервале увеличивали на 1-4^оС/с изменением количества подаваемого на полосу охладителя. Охлажденные таким образом полосы сматывали в рулоны при температуре начала бейнитного превращения (580-590^оС), а рулоны складировали в термосах-накопителях, где и выдерживали при указанной температуре в течение 1,5-4,5 ч, после чего их отправляли на склад для окончательного доохлаждения, порезки на полосы мерной длины, отбора проб для мехиспытаний и исследований.

Режим обработок, а также результаты исследований структуры и механических свойств представлены в таблице.

Анализ результатов механических испытаний опытных партий листового проката показал, что оптимальные режимы (табл. режимы 2, 4, 5 и 7) заявляемого способа позволяют по сравнению с известным способом (заявка 59-177325) значительно повысить пластичность (более чем в 2 раза) и ударную вязкость (в 3 раза) металла при сохранении его высоких прочностных свойств, что значительно улучшает конструктивную прочность металлопроката. (56) Заявка Японии N 59-177325, кл. C 21 D 9,46, 1985.

Использование: листопрокатное производство. Сущность изобретения: после горячей прокатки, закачивающейся при 850 . . . 800С, полосу охлаждают до температур начала бейнитного превращения (НБП) со скоростью , С/с, где T_к.п - температура конца прокатки. При температуре НБП полосу сматывают в рулоны и выдерживают при указанной температуре в течение 2 - 4 ч. Затем окончательно охлаждают. 1 табл.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ, включающий горячую прокатку при конечной температуре 800 - 850^oС, ускоренное охлаждение до температур начала бейнитного превращения и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что ускоренное охлаждение ведут со скоростью, определяемой по математической зависимости
V_охл= 20-3 , ^°C/c
где T_к.п - температура конца прокатки, ^oС,
а по окончании ускоренного охлаждения осуществляют изотермическую выдержку в течение 2 - 4 ч.