СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛОС ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ СТАЛИ Российский патент 1995 года по МПК C21D8/04 C21D9/48 

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению полос с алюмоцинковым покрытием, и может быть использовано при производстве горячекатанной малоуглеродистой листовой стали с алюмоцинковым покрытием на агрегатах непрерывного горячего алюмоцинкования.

Листовая сталь с алюмоцинковым покрытием, используемая в машиностроении, должна обладать высокой коррозионной стойкостью, штампуемостью, не допускать отслоений покрытия от основы при переработке штамповкой и характеризоваться следующими показателями качества (табл.1).

Глубина лунки по Эриксену в табл. 1 указана для листа толщиной 2,0 мм. Нарушения сплошности покрытия при этом испытании не допускаются.

Коррозионную стойкость К определяют согласно методике ТУ-14-11-247-88 по потере веса образца за 3 ч в растворе 50 г/л NaCl 0,1% Н₂О₂.

Технология производства полос с указанным в табл.1 комплексом свойств обычно включает горячую прокатку, травление, холодную прокатку, очистку, термообработку, алюмоцинкование, отпуск и дрессировку [1] При этом дополнительная операция холодной прокатки удлиняет производственный цикл, увеличивает энергозатраты, себестоимость проката и цену готовой продукции, ухудшает экологическую ситуацию.

Известен способ производства полос из малоуглеродистой стали, включающий горячую прокатку подката с температурой конца прокатки 780-820^оС, охлаждение и смотку в рулон при 620-680^оС, холодную прокатку, непрерывный отжиг по режиму: нагрев со скоростью 12-18^оС/с до 620-680^оС, выдержка при этой температуре в течение 45-66 с и последующее охлаждение вначале со скоростью 6-12^оС/c до 560-600^оС, а затем со скоростью 1-4^оС/с [2]
Недостатки известного способа состоят в том, что полоса после горячего алюмоцинкования имеет недостаточно высокое качество покрытия (вследствие отслоений и низкой коррозионной стойкости), а также плохую штампуемость.

Известен также способ производства полос из малоуглеродистой стали для лужения, включающий холодную прокатку горячекатаных полос, непрерывную термообработку с двухступенчатым нагревом: вначале до 480-520^оС, а затем со скоростью 1,5-3,5^оС/с до температуры отжига 640-680^оС, после чего полосу замедленно охлаждают со скоростью 0,9-1,7^оС/с до 480-520^оС [3]
Данный способ оказался непригоден для производства горячекатаных полос с алюмоцинковым покрытием из-за недостаточной штампуемости основы, отслоений покрытия при штамповке.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства полос из малоуглеродистой горячекатаной стали с алюмоцинковым покрытием. Способ включает непрерывную термообработку путем многоступенчатого нагрева: вначале со скоростью 25^оС/с до 480-490^оС, выдержку, затем со скоростью 8-9^оС/с до температуры отжига 710-730^оС, после чего полосу охлаждают со скоростью 4,5-5,5^оС/с до температуры горячего цинкования 460-480^оС, покрывают методом погружения в расплав металла покрытия и отпускают при 300-400^оС [4]
Недостатки способа-прототипа заключаются в том, что при использовании в качестве стальной основы холоднокатаной полосы из малоуглеродистой стали не обеспечивается требуемого качества полос с алюмоцинковым покрытием: временное сопротивление разрыву и предел текучести выше допустимых значений, относительное удлинение и глубина лунки Эриксена недостаточны. При штамповке деталей имеют место разрывы стальной основы, появления отслоений покрытия, что недопустимо.

Цель изобретения повышение качества покрытия и штампуемости полос.

Цель достигается тем, что в известном способе производства полос из малоуглеродистой горячекатаной стали с алюмоцинковым покрытием, включающем непрерывную термообработку путем многоступенчатого нагрева с регламентированными скоростями до температуры отжига 700-740^оС, охлаждение со скоростью 2,7-12^оС/с, горячее алюмоцинкование и отпуск при 300-400^оС, нагрев осуществляют со скоростью 7,9-19^оС/с до 500-600^оС, а затем со скоростью 0,7-3,3^оС/с до температуры отжига, при которой полосу выдерживают 47-94с, а охлаждение перед горячим алюмоцинкованием ведут до 500-600^оС.

Известное и предложенное технические решения имеют следующие общие признаки. Оба они являются способами производства полос из малоуглеродистой горячекатаной стали с алюмоцинковым покрытием. Оба включают непрерывную термообработку путем многоступенчатого нагрева с регламентированными скоростями до температуры отжига 700-740^оС. В обоих случаях предусмотрено охлаждение полосы со скоростью 2,7-12^оС/с, последующее горячее алюмоцинкование и отпуск полосы с покрытием при 300-400^оС.

Отличия предложенного способа состоят в том, что нагрев вначале осуществляют со скоростью 7,9-19^оС/с до 500-600^оС, тогда как в известном со скоростью 25^оС/с до 480-490^оС. В предложенном способе после достижения температуры первой ступени скорость нагрева снижают до 0,7-3,3^оС/с, тогда как в известном делают выдержку при постоянной температуре, после чего продолжают нагрев со скоростью 8-9^оС/с до температуры отжига.

В предложенном способе полосу выдерживают при температуре отжига в течение 47-94 с, что в известном способе нет. И, наконец, в предложенном способе охлаждение ведут до 500-600^оС, а в известном до 460-480^оС.

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем.

Горячекатаная малоуглеродистая сталь представляет из себя двухфазную ферритно-перлитную смесь со структурно свободным цементитом и обладает анизотропией механических свойств, обусловленной текстурой горячей деформации. Нагрев со скоростью 7,9-19^оС/с до 500-600^оС быстроохлажденной горячекатаной стали обеспечивает получение равноосных ферритных зерен, коагуляцию карбидов. Последующий нагрев со скоростью 0,7-3,3^оС/с обеспечивает равномерный рост зерен феррита, распад пластинчатого перлита и изменение его морфологии. Выдержка при температуре отжига 700-740^оС и последующее регламентированное охлаждение со скоростью 0,7-3,3^оС/с позволяют сформировать оптимальную (с точки зрения штампуемости) микроструктуру стали, увеличить благоприятную кристаллографическую ориентировку текстурыIII} а также адгезию расплава алюминия с цинком к полосе. При температуре полосы 500-600^оС в процессе горячего покрытия 300-400^оС при отпуске обеспечивается наилучшее качество горячего покрытия и завершаются процессы старения стали, что приводит к сохранению ее механических свойств при дальнейшем транспортировании, хранении и переработке.

Экспериментально установлено, что нагрев на первой ступени со скоростью 7,9-19^оС/с до 500-600^оС обеспечивает начало протекания процессов закристаллизации в местах наибольших дефектов структуры быстроохлажденного горячекатаного металла. При увеличении скорости нагрева более 19^оС или снижении температуры менее 500^оС механические свойства полос после алюмоцинкования не соответствуют заданным, что приводит к ухудшению штампуемости. Снижение скорости нагрева менее 7,9^оС/с или повышение температуры более 600^оС способствует образованию разнозернистости, ухудшению штампуемости и качества покрытия.

Скорость повторного нагрева, температура отжига и время выдержки при этой температуре определяют комплекс механических свойств полосы после алюмоцинкования, характер микроструктуры и прочность сцепления покрытия со стальной основой. Процесс горячего алюмоцинкования и последующий отпуск повышают прочность горячекатаной стали, снижают ее пластичность и штампуемость. Поэтому механические свойства стальной основы перед покрытием должны быть выше требований, обусловленных в табл.1.

При скорости повторного нагрева более 3,3^оС/с температуре отжига ниже 700^оС и времени выдержки менее 47с, как показали эксперименты, механические свойства готовой полосы неудовлетворительны: показатели прочности превышают допустимые, а пластичность и глубина лунки Эриксена менее заданных значений. Получается мелкозернистая микроструктура с 9 баллом зерна феррита, которая содержит скопления карбидов в матрице. Углерод не успевает диффундировать на большие расстояния, коагулировать, матрица не очищена. Помимо упрочнения такая сталь неудовлетворительно соединяется с алюмоцинковым покрытием.

Снижение скорости повторного нагрева менее 0,7^оС/с, увеличение температуры отжига более 740^оС или времени выдержки более 94с, как показали эксперименты, приводит к увеличению разнозернистости, ослаблению межзеренных связей, снижению штампуемости и разрывам покрытия при штамповке вследствие неравномерной деформации.

Температура металла перед горячим алюмоцинкованием помимо механических свойств определяет качество горячего покрытия. При температуре полосы ниже 500^оС качество алюмоцинкового покрытия неудовлетворительное, а при температуре полосы более 600^оС идет интенсивное взаимодействие алюминия и цинка с железом, ухудшается коррозионная стойкость покрытия, загрязняется ванна агрегата алюмоцинкования.

П р и м е р. Сляб из малоуглеродистой стали сечением 200х1400 мм следующего химического состава, мас. С 0,07 Si 0,03 Mn 0,94 Cr 0,04 Ni 0,04 Al 0,04 N₂ 0,007
разогревают в методической печи до 1280^оС и прокатывают на непрерывном широкополосном стане 1700 в полосу сечением 2 х x1350 мм. Температуру конца прокатки поддерживают равной 840^оС. Затем полосу ускоренно охлаждают водой до 630^оС и сматывают в рулон. После охлаждения рулона его устанавливают на разматыватель травильного агрегата и подвергают сернокислотному травлению для удаления окалины с одновременной обрезкой боковых кромок для получения ширины полосы 1300 мм, которую после промывки сматывают в рулон.

Затем рулон устанавливают на разматыватель агрегата непрерывного горячего алюмоцинкования (АНГА).

На АНГА осуществляют обрезку кромок до ширины полосы 1250 мм и осуществляют химическую очистку поверхности полос в щеточно-моечных машинах в водяном растворе каустической содой с тринатрийфосфатом. После очистки полосу промывают водой и сушат воздухом при 95^оС.

Очищенную полосу подают в проходную печь, где полосу нагревают ступенчато в защитно-восстановительной атмосфере, вначале со скоростью V_н.1 13,5^оС/с до Т_н.1 550^оС. Затем полосу повторно нагревают со скоростью V_н.2 2^оС/с до температуры отжига Т_о 720^оС, при которой выдерживают в течение τ_o 70с. После завершения выдержки полосу охлаждают со скоростью V_охл. 7,4^оС/с струями защитного газа до температуры Т_ц 550^оС и покрывают алюмоцинковым сплавом методом погружения в расплав следующего состава, мас.

Zn Fe Si Al
43,1 0,65 1,48 Основа
Полосу после горячего покрытия охлаждают до температуры Т_отп. отпуска 350^оС, при которой выдерживают 100 с. Отпущенную готовую полосу сматывают в рулон и транспортируют потребителю.

В табл. 2 приведены варианты реализации предложенного способа и способа-прототипа, а в табл.3 показатели качества горячекатаных полос с алюмоцинковым покрытием.

Из табл. 3 следует, что в случае реализации предложенного способа (варианты 2-4) обеспечивается повышение качества покрытия и штампуемости полос, о чем свидетельствует наилучший комплекс механических свойств и максимальная коррозионная стойкость. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты 1,5-11) имеет место снижение качества покрытия и штампуемости полос. При реализации способа-прототипа (вариант 12) качество покрытия и штампуемость полос получаются неудовлетворительной.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что нагрев вначале со скоростью 7,9-19^оС/с до 500-600^оС, повторный нагрев со скоростью 0,7-3,3^оС/с до 700-740^оС, выдержка при этой температуре 47-94с, охлаждение со скоростью 2,7-12^оС/с до 500-600^оС и отпуск металла с покрытием при 300-400^оС обеспечивают получение качественного алюмоцинкового покрытия и высокую штампуемость горячекатаных полос из малоуглеродистой стали. Это позволяет исключить из технологического цикла операцию холодной прокатки.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению полос с алюмоцинковым покрытием, и может быть использовано при получении горячекатаной малоуглеродистой листовой стали с алюмоцинковым покрытием на агрегатах непрерывного горячего алюмоцинкования. Сляб из малоуглеродистой стали сечением 200 х 1400 мм разогревают в печи до 1280°С и прокатывают в полосу сечением 2 х 1350 мм. Температуру конца прокатки поддерживают равной 840°С. Затем полосу ускоренно охлаждают водой до 630°С и сматывают в рулон. После охлаждения рулона удаляют окалину. Затем рулон устанавливают на разматыватель агрегата непрерывного горячего алюмоцинкования. Очищенную полосу направляют ступенчато в защитно-восстановительной атмосфере, вначале со скоростью 13,5°С/с до 550°С, затем со скоростью 2°С/с до 720°С и выдерживают 7°С. Охлаждение ведут со скоростью 7,4°С/с струями защитного газа до 550°С и покрывают алюмоцинковым сплавом. После горячего покрытия полосу охлаждают до температуры отпуска 350°С и выдерживают 100°С. Отпущенную полосу сматывают в рулон. 3 табл.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛОС ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ СТАЛИ, включающий ступенчатый нагрев с заданными скоростями до температуры отжига 700 740^oС, охлаждение до температуры алюмоцинкования, алюмоцинкование и отпуск при 300 400^oС, отличающийся тем, что нагрев осуществляют сначала со скоростью 7,9 19^oС/с до 500 600 ^oС, а затем со скоростью 0,8 3,3^oС/с до температуры отжига, выдержку в течение 47 - 94с, охлаждение с температуры отжига ведут со скоростью 2,7 12^oС/с до 500 600^oС.