СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОРТОВОГО ПРОКАТА Российский патент 2001 года по МПК C21D1/02 C21D8/00 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при горячей прокатке сортовой стали, в том числе круглой и полосовой.

Горячая прокатка сортовой стали осуществляется на специальных сортовых станах различной конструкции. Нередко на современных станах с целью повышения пластичности металла при одновременном его упрочнении осуществляют термомеханическую обработку проката, при которой горячая пластическая деформация металла сочетается с интенсивным охлаждением его на выходе из чистовых клетей стана.

Различные варианты термомеханической обработки (ТМО) сортового проката приведены, например, в книге П.И. Полухина и др. Прокатное производство, 3-е изд., М.: Металлургия, 1982, с. 335-340.

Известен способ обработки проката, при котором после его охлаждения до среднемассовой температуры 770-850^oC проводят выдержку в течение определенного времени, зависящего от диаметра круглого проката, а затем ведут циклическое охлаждение со скоростью 250-500^oC/с с периодом цикла 0.1-0.3 с до температуры 650-750^oC (см. а.с. СССР N 1379318). Недостаток способа - его пригодность только для круглой углеродистой стали.

Известен способ изготовления сортового проката по а.с. СССР N 1406181, кл. C 21 D (C) 1/02, опубл. БИ N 24, 1988 г.

Этот способ, используемый для изготовления сортового проката из углеродистой и легированной стали, включает горячую прокатку, охлаждение проката до температуры < Ac₁, нагрев до Ac₁ + (30...50^oC), охлаждение и характеризуется тем, что последнее ведут до температуры Ac₁ - (150...300^oC), выдерживая при Ac₁ - (30...50^oC) с последующим окончательным охлаждением. Недостатком этого способа являются относительно невысокие пластические свойства получаемого проката, что снижает его технологические возможности при последующей холодной обработке (например, штамповке).

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является известный способ изготовления сортового проката, включающий горячую прокатку углеродистой и низколегированной стали с регламентируемой температурой конца прокатки (Т_кп) и охлаждение в три этапа (см. SU 553297, МПК 7 C 21 D 8/02, 08.07.1977).

Техническим результатом изобретения является улучшение качества сортовой углеродистой и низколегированной стали за счет уменьшения склонности к трещинообразованию, увеличения прочностных и пластических свойств и повышение однородности свойств в партии.

Для достижения технического результата в известном способе, изготовления сортового проката, включающем горячую прокатку углеродистой и низколегированной стали с регламентируемой температурой конца прокатки (Т_кп) и охлаждение в три этапа, согласно изобретению горячей прокатке подвергают сталь с содержанием углерода 0,05-0,4 мас. %, кремния 0,01-0,80 мас.% и марганца 0,05-2,0 мас. %, температуру конца горячей прокатки (Т_кп) определяют из соотношения (Т_кп) = 1156C^0,0545 + 2^oC, на первом этапе охлаждение ведут с температуры конца прокатки (Т_кп) до температуры начала регламентированного охлаждения Т_нро, определяемой из соотношения Т_нро = 115C + 908^oC, на втором этапе прокат охлаждают от Т_нро до интервала температур где Т'₁ = 883-600^oC при содержании углерода в стали C ≅ 0,11, Т'₁ = 842,2-65,8^oC при 0,22 ≥ C ≥ 0,11 и T'₁ = 854,3-204,5^oC при C ≥ 0,22, a = 22 Mn + 2,7 и = 28 Mn + 4,4 при содержании марганца Mn ≅ 0,7, = 72 Mn-32 и = 70 Mn-25 при 1,0 ≥ Mn ≅ 0,7, = 6,6 Mn + 34,6 и = 7,8 Mn + 38,5 при Mn > 1,0 и = 5,3 Si^0,4 oC осуществляют со скоростью на третьем этапе охлаждение ведут со скоростью V₂ ≅ 28,5 - 15 Mn при содержании марганца Mn ≅ 0,5, V₂ ≅ 22-2 Mn при 0,5 < Mn ≅ 1,2 и V₂ ≅ 30,1 - 8,9 Mn ^oC/c при Mn > 1,2 до температуры конца регламентированного охлаждения
Все вышеперечисленные зависимости получены в результате обработки опытных данных и являются эмпирическими.

Сущность найденного технического решения заключается прежде всего в том, что температуру конца прокатки и скорости охлаждения выбирают в зависимости от конкретного содержания основных элементов в стали, кроме того, регламентируемое охлаждение проката осуществляется в три этапа: от Т_кп до Т_нро, от Т_нро до Т1...Т2 и от Т1...Т2 до Т_кро.. В результате этого за счет формирования мелкозернистой ферритной структуры, увеличения дисперсности перлита, гомогенизации твердого раствора по C и N, а также в результате образования в ряде случаев бейнитных структур повышаются пластичность металла и его ударная вязкость, а склонность к трещинообразованию при последующей холодной обработке проката значительно снижается.

Предварительные исследования были проведены в лабораторных условиях. При этом фиксировались температура нагрева и охлаждения, а также скорость охлаждения образцов круглой стали (прутков) с диаметром 5-16 мм и полос толщиной 5-15 мм с содержанием углерода в пределах 0.05...0.4%, кремния - 0.01...0.8% и марганца - 0.05...2%. После термообработки образцы испытывались на холодную осадку (до определенной конечной высоты) и на ударную вязкость.

Промышленные испытания осуществлялись на сортовых станах при прокатке круга (катанки) диаметром 6...16 мм и полосовой стали (т.е. с относительно небольшой разницей между ее шириной и толщиной) с толщиной 5...15 мм с различным содержанием C, Mn и Si (в вышеуказанных пределах).

Была также проведена опытная прокатка по известной технологии (см. выше).

Некоторые параметры опытной прокатки, при которых были достигнуты наилучшие результаты (7-13% образцов выдерживали осадку до 1/4 первоначальной высоты H, 70-82% - до 1/3 H, остальные - до 1/2 H, а выход качественных, без трещин, лонжеронов составил 92-98%) приведены в таблице.

Отклонение экспериментальных величин параметров от вычисленных по вышеприведенным математическим зависимостям не превышало 10%. При промышленных испытаниях заявляемого способа значения C и Mn брали из сопроводительной документации на поставленный для прокатки металл с выборочной проверкой по контрольному химанализу.

Была также проведена опытная прокатка с термообработкой круглой и полосовой стали по технологии, взятой в качестве ближайшего аналога. Испытания готового проката на холодную осадку показали при этом, что ни один из образцов не выдержал уменьшения высоты до 1/4 H и только 27-34% образцов выдержали осадку до 1/3 H без трещинообразования, а величина ударной вязкости была в среднем ниже на 23%, чем при испытаниях образцов от проката, изготовленного по предлагаемой технологии. Выход брака по трещинам при штамповке лонжеронов достигал 18%.

Сравнительный анализ механических свойств проката, изготовленного по опытной технологии и технологии, взятой в качестве ближайшего аналога, показал следующее. Дисперсия механических свойств по партиям снизилась в среднем на 54%. Повышение σ_в и σ_т составило в среднем 17% при одновременном увеличении относительного удлинения (δ) на 10%, а относительного сужения на 12%.

Таким образом, опыты подтвердили приемлемость заявляемого способа для решения поставленной задачи и его преимущества перед известной технологией.

При реализации предлагаемого способа сначала рассчитывают температуру конца прокатки, затем температуру начала регламентируемого охлаждения и его конца, а также скорости охлаждения, после чего осуществляют термомеханическую обработку круглой или полосовой стали.

Пример конкретного выполнения
Путем термомеханической обработки изготавливается сортовая полосовая сталь с содержанием углерода 0.22 вес.%, кремния 0.4% и марганца 1.1%.

Температура конца прокатки
Т_кп = 1156 C^0.0545 + 2 = 1156 • 0.22^0.0545 + 2 = 1056^oC.

Охлаждение металла осуществляется в три этапа:
I. От температуры Т_кп до температуры начала регламентируемого охлаждения Т_нро = 115C + 908 = 115 • 0.22 + 908 = 933^oC.

II. От температуры Т_нро до интервала температур Т1...Т2, где т.е.:
T'₁ = 842.2 - 65.8C = 842.2 - 65.8 • 0.22 = 827.7^oC;
6.6 Mn + 34.6 = 6.6 • 1.1 + 34.6 = 42.0^oC;
= 5.3 Si^0,4 = 5.3 • (0.4)^0,4 = 3.7^oC;
T₁ = 827.7 - 42.0 - 3.7 = 782^oC,
а т.е.:
= 7.8 Mn + 38.5 = 7.8 • 1.1 + 38.5 = 47.1^oC;
= 5.3 Si^0.4 = 5.3 • 0.4^0.4 = 3.7^oC или T₂ = 809.6 - 164.3 • 0.22 - 47.1 - 3.7 723^oC.

Охлаждение ведется со скоростью
III. От температуры T1. ..T2= 782...723^oC до температуры конца регламентируемого охлаждения:
co скоростью охлаждения
V₂ ≅ 22 - 2Mn = 22 - 2 • 1.1 ≅ 20^oC/c.

Принимаем V₂ = 10^oC/c.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при горячей прокатке сортовой стали, в том числе круглой и полосовой. Техническим результатом изобретения является улучшение качества сортовой углеродистой и низколегированной стали за счет уменьшения склонности к трещинообразованию. Сортовую полосовую сталь изготавливают путем термомеханической обработки. Сталь содержит углерода 0,22 мас.%, кремния 0,4 мас.% и марганца 1,1 мас. %. Прокатку ведут с регламентированной температурой конца прокатки (T_кп), которую определяют из соотношения T_кп = 1156C^0,0545 + 2^oC, охлаждение осуществляют в три этапа, при этом скорость охлаждения от T_кп до температуры начала регламентируемого охлаждения T_нро не регламентируют, охлаждение от T_нро = 115C + 908^oC до интервала температур где T'₁ = 883 - 600^oC при содержании углерода в стали ≅ 0,11%, T'₁ = 842,2 - 65,8^oC при 0,22 ≥ C ≥ 0,11% и T'₁ = 854,3 - 204,5^oC при C ≥ 0,22%, а = 22 Mn + 2,7 и = 28 Mn + 4,4 при содержании марганца ≅ 0,7%, = 72 Mn-32 и = 70 Mn-25 при 1,0 ≥ Mn ≅ 0,7%, = 6,6 Mn + 34,6 и = 7,8 Mn + 38,5 при Mn > 1,0% и = = 5,3 Si^0,4 oC осуществляют со скоростью V₁ ≥ 24,5/C^0,58 oC/с, после чего металл охлаждают со скоростью V₂ ≅ 28,5 - 15 Mn при содержании марганца ≅ 0,5%, V₂ ≅ 22 - 2 Mn при 0,5 < Mn ≅ 1,2% и V₂ ≅ 30,1 - 8,9 Mn^oC/с при Mn > 1,2% до температуры концa регламентируемого охлаждения T_кро ≅ 480/C^0,046 oC. 1 табл.

1. Способ изготовления сортового проката, включающий горячую прокатку углеродистой и низколегированной стали с регламентируемой температурой конца прокатки (Т_кп) и охлаждение в три этапа, отличающийся тем, что горячей прокатке подвергают сталь с содержанием углерода 0,05-0,4 мас.%, кремния 0,01-0,80 мас.% и марганца 0,05-2,0 мас.%, температуру конца горячей прокатки (Т_кп) определяют из соотношения Т_кп=1156С^0,0545+2°С, на первом этапе охлаждение ведут с температуры конца прокатки (Т_кп) до температуры начала регламентированного охлаждения (Т_нро), определяемой из соотношения Т_нро= 115С+908^oC, на втором этапе прокат охлаждают от Т_нро до интервала температур где T'₁=883-600^oC при содержании углерода в стали С≅0,11, T'₁= 842,2-65,8^oC при 0,22≥C≥0,11 и T'₁=854,3-204,5^oC при C≥0,22, а =22Мn+2,7 и =28 Мn+4,4 при содержании марганца Мn≅0,7, = 72 Мn-32 и =70Мn-25 при 1,0≥Mn≅0,7, =6,6Mn+34,6 и =7,8Mn+38,5 при Mn>l, 0 и =5,3 Si^0,4°C осуществляют со скоростью на третьем этапе охлаждение ведут со скоростью V₂≅28,5-15Mn при содержании марганца Мn≅0,5, V₂≅22-2Mn при 0,5≅Мn≅1,2 мас.% и V₂≅30,1-8,9 Mn°С/с при Mn>1,2 до температуры конца регламентированного охлаждения