СПОСОБ СТЫКОВОЙ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТОЙ ПОЛОСОВОЙ СТАЛИ Российский патент 2004 года по МПК B23K11/04 B23K101/16 

Предлагаемое изобретение относится к сварке металлов и может быть использовано при стыковой сварке полосовой горячекатаной стали, предназначенной для последующей холодной прокатки.

Стыковую сварку горячекатаных полос осуществляют непосредственно перед их травлением на непрерывных травильных агрегатах (НТА) для обеспечения непрерывности процесса. Технология такой сварки и оборудование для ее осуществления описаны, например, в книге А.И. Целикова и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. - М.: Металлургия, 1988, т.3, с.381 и 382.

Прочность шва при сварке должна быть равна прочности материала полосы (для исключения разрывов полос при холодной прокатке). Качественный шов обеспечивает требуемую производительность всех агрегатов цеха холодной прокатки при минимальных отходах металла. Основным показателем качества сварных швов является их “прокатываемость” на стане холодной прокатки, которая определяется (в %%) по отношению разорванных швов к их общему количеству для прокатанной партии полос.

Следует также учесть, что некачественный шов может быть разорван при прохождении металла на НТА или на других переделах цеха холодной прокатки (например, при дрессировке после отжига).

Известен способ сварки горячекатаных полос, отличительной особенностью которого является занижение толщины металла в месте сварного шва по сравнению с толщиной свариваемых полос, осуществляемое в процессе съема грата и по определенной зависимости (см. а.с. СССР №390884, кл. В 23 К 11/04, В 21 В 1/28, опубл. 13.03.74 г.). Известен также способ обработки сварного шва на подкате для холоднокатаных листов, при котором занижение толщины металла сварного шва производят от кромок полосы с равномерным увеличением глубины занижения к ее середине, с определением толщины металла шва по конкретной зависимости (см. а.с. СССР №536025, кл. В 23 К 11/04, опубл. 16.06.77 г.).

Недостатком известных способов является уменьшение (занижение) толщины металла в районе шва, что при холодной прокатке полос с повышенными натяжениями и скоростями может привести к их обрыву с отрицательными последствиями.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является технология стыковой сварки стальных полос толщиной 2-6 мм на НТА, описанный в книге Ю.Д. Железнова и др. Совершенствование производства холоднокатаной листовой стали. - М.: Металлургия, 1982, с.19 и 20, табл.6, 7 и 8.

Эта технология сварки путем непрерывного оплавления торцевых кромок полос включает постепенное сближение кромок, их сварку и осадку после сварки и характеризуется тем, что величину осадки Δ_ос изменяют в зависимости от толщины свариваемых полос “h”, в пределах: Δ_ос=(1,1...1,7) h для всех марок сталей.

Недостатком такой технологии является инвариантность величины осадки к содержанию углерода в свариваемой стали, а также к продолжительности работы электродов стыкосварочной машины (ССМ), т.е. к их износу, что не обеспечивает высокого качества (и прокатываемость) сварных швов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности агрегатов цеха холодной прокатки и снижение выхода некондиционного металла за счет улучшения прокатываемости сварных швов.

Для решения этой задачи в способе стыковой сварки углеродистой полосовой стали толщиной 2...6 мм перед травлением путем непрерывного оплавления торцевых кромок полос, включающем постепенное сближение кромок, их сварку и осадку после сварки, при содержании в стали углерода до 0,1% величину осадки Δ_ос принимают в зависимости от толщины h свариваемых полос равной: Δ_ос=(1,0...1,1) h, a при содержании углерода более 0,1% и до 0,3% - Δ_ос=(1,12...1,30) h, при этом после 32 часов работы электродов величину Δ_ос для первой группы указанных сталей принимают в пределах (1,15...1,25) h, а для второй группы сталей - Δ_ос=(1,30...1,45) h.

Сущность найденного технического решения заключается в варьировании величины осадки металла при стыковой сварке полосовой стали (осадка, т.е. сближение торцов полос, - важнейшая операция стыковой сварки) в зависимости от содержания в ней углерода, а также в изменении этой величины при износе электродов ССМ (через определенное время сварки).

Кроме того, опытным путем (см. ниже) было установлено, что величина Δ_ос/h в большинстве случаев должна быть меньше известных величин (см. табл.6-8 источника, выбранного в качестве ближайшего аналога) даже при износе электродов ССМ.

Опытную проверку заявляемого способа осуществляли на НТА листопрокатного цеха №5 ОАО “Магнитогорский меткомбинат”, оценивая результаты по прокатываемости швов на стане холодной прокатки 2500 этого цеха, а также по выходу некондиционного полосового проката и увеличению производительности агрегатов цеха.

С этой целью при сварке горячекатаной полосовой стали толщиной 2...6 мм с различным содержанием углерода перед травлением варьировали величину осадки металла на ССМ НТА в зависимости от общей продолжительности сварки (времени работы электродов).

Наилучшие результаты (увеличение прокатываемости швов на 2 абс.% - до 98% и уменьшение выхода некондиционного проката на 1,5...2,0%) получены при использовании предлагаемой технологии сварки. При этом также было отмечено увеличение производительности всех агрегатов цеха, работающих со сварной полосой, на 5...7%.

Отклонение от рекомендуемых параметров осадки металла приводило к отрицательным последствиям, в основном, из-за ухудшения микроструктуры стали. Так, при увеличении Δ_ос наблюдалась мелкозернистая структура, что в ряде случаев приводило к разрывам полос по швам. Уменьшение же Δ_ос (по сравнению с рекомендуемыми величинами) вызывало укрупнение зерна стали, что ухудшало пластические свойства металла в районе швов, также вызывая (особенно при холодной прокатке) разрывы полос.

Как было установлено в ходе металлографических исследований, отмеченные отрицательные явления были обусловлены появлением дополнительных напряжений в околошовной зоне из-за большой разницы в микроструктурах основного металла и полученного шва и “разнобалльности” структур до 2-3 баллов.

Была также проведена сварка горячекатаных полос встык на НТА по технологии, взятой в качестве ближайшего аналога (см. табл.8 в книге Ю.Д. Железнова и др.). При этом прокатываемость швов составила 94...96% с соответствующим падением производства агрегатов цеха и увеличением выхода некондиционного листа, а на ССМ НТА увеличилась на 10% длительность рабочей кампании сварочных электродов и снизился их расход.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость заявляемого технического решения для достижения поставленной цели и его преимущества перед известной технологией стыковой сварки горячекатаных полос.

По данным Центральной лаборатории контроля ОАО “ММК” внедрение разработанной технологии в листопрокатном цехе №5 комбината позволит увеличить прибыль от реализации готового листового проката (за счет уменьшения его себестоимости и увеличения производства) не менее чем на 5%.

Примеры конкретного выполнения

1. Горячекатаная полосовая сталь толщиной h=2 мм с содержанием 0,07% углерода сваривается перед травлением с Δ_ос=1,05h=1,05·2=2,1 мм. После 32 часов работы электродов ССМ величину осадки металла принимают: Δ_ос=1,2h=1,2·2=2,4 мм.

2. Аналогичная сталь толщиной h=6 мм и с содержанием 0,2% углерода подвергается стыковой сварке на НТА с Δ_ос=1,2h=1,2·6=7,2 мм, а после 32 часов работы сварочных электродов: Δ_oc=1,37h=1,37·6≅8,2 мм.

Изобретение может быть использовано при сварке полосовой горячекатаной стали, предназначенной для последующей холодной прокатки. Сваривают сталь толщиной от 2 до 6 мм перед травлением путем непрерывного оплавления торцевых кромок полос. При этом постепенно сближают кромки, проводят их сварку и осадку. Величину осадки выбирают в зависимости от толщины h свариваемых полос с учетом содержания углерода в стали. При содержании углерода до 0,1% величину осадки Δос принимают Δос=(1,0...1,1)h, а при содержании углерода более 0,1% до 0,3% - Δос=(1,12...1,3)h. После 32 часов работы электродов величину осадки увеличивают для первой группы указанных сталей до Δoc=(1,15...1,25)h, для второй группы - до Δос=(1,30...1,45)h. Способ позволяет повысить производительность агрегатов цеха холодной прокатки и снизить выход некондиционного металла за счет улучшения прокатываемости сварных швов.

Способ стыковой сварки углеродистой полосовой стали толщиной от 2 до 6 мм перед травлением путем непрерывного оплавления торцевых кромок полос, включающий постепенное сближение кромок, их сварку и осадку, величину которой выбирают в зависимости от толщины h свариваемых полос, отличающийся тем, что величину осадки выбирают с учетом содержания углерода в стали, при этом при содержании углерода до 0,1% величину осадки Δос принимают Δос=(1,0...1,1)h, при содержании углерода более 0,1 до 0,3% - Δос=(1,12...1,3)h, а после 32 ч работы электродов величину осадки увеличивают для первой группы указанных сталей до Δос=(1,15...1,25)h, для второй группы - до Δос=(1,30...1,45)h.