СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ В КОЛПАКОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 2005 года по МПК C21D9/663 C21D9/48 C21D11/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке листового стального проката, который может использоваться для штамповки деталей сложной конфигурации.

Известен способ термической обработки стальной холоднокатаной полосы с остатками прокатной смазки на поверхности полосы в рулонах, включающий загрузку рулонов в печь для термической обработки, подачу защитной атмосферы с содержанием водорода 4-10% и 90-96% азота, нагрев рулонов до температуры 620°С с одновременным контролем содержания метана в подмуфельном пространстве, увеличение содержания водорода до 15-18% для предотвращения выпадения сажи из метана, образовавшегося в процессе возгонки прокатной смазки с поверхности полосы, нагрев рулонов до 760°С, затем снижение содержания водорода до 4-10% (патент США №3531333).

Недостатком известного способа является сложность в реализации, так как для предотвращения образования сажи на поверхности отжигаемой полосы необходим непрерывный контроль содержания метана в процессе отжига, а также необходимо использование защитных сред двух типов, с содержанием водорода 4-10% и чистого водорода, для увеличения содержания водорода в подмуфельном пространстве до 15-18% в период нагрева металла от 620 до 760°С. Кроме усложнения процесса отжига ведение нагрева с увеличением содержания водорода до 18% удорожает процесс термической обработки. Кроме того, известный способ не обеспечивает получение металла с высокой штампуемостью, так как температура нагрева составляет 760°С, то есть выше точки Ac₁. Нагрев до таких температур приводит к получению перлита в структуре металла и ухудшению его штампуемости.

Наиболее близким аналогом является способ рекристаллизационного отжига холоднокатаной низкоуглеродистой стали, включающий нагрев до температуры 690-710°С с промежуточной выдержкой при температуре ниже начала рекристаллизации и дополнительной промежуточной выдержкой при температуре 640-660°С (авт. св. СССР №1337425).

Недостатком ближайшего аналога является невозможность предотвращения выделения сажи на поверхности отжигаемой полосы, так как не предусматривается регулирование удаления продуктов возгонки и разложения эмульсии. Ближайший аналог не позволяет получать отожженную полосу для особо сложной вытяжки с чистой поверхностью, без отложения сажи. Полоса с отложением сажи не пригодна для лакокрасочного покрытия на машиностроительных предприятиях, ее переводят в пониженную группу отделки поверхности, например 3 группу по ГОСТ 9045-93, что повышает издержки производства, снижает рентабельность. Кроме того, полоса получается с дефектом "излом" на отожженной полосе, т.к. задание по колпаковой термопаре устанавливают в начале отжига достаточно высоким и неизменным до конца отжига.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение холоднокатаной полосы после отжига в рулонах в одностопной колпаковой печи с высоким качеством поверхности, практически без отложения сажи дефекта "излом" и комплексом механических свойств, микроструктуры, кристаллографической текстуры, обеспечивающих высшую категорию вытяжки при штамповке детали сложной конфигурации при одновременном увеличении выхода годного, снижение расхода энергоносителей и издержек производства, повышении и рентабельности.

Поставленная задача решается тем, что в способе термической обработки стальной полосы в колпаковой печи, включающем нагрев по колпаковой и стендовой термопарам и выдержки при ступенчатом нагреве по стендовой термопаре, в отличие от ближайшего аналога термической обработке в защитной среде подвергают полосу с прокатной эмульсией на поверхности, нагрев осуществляют с промежуточной и окончательной выдержками соответственно при температуре, равной и на 90-110°С выше температуры начала рекристаллизации термообрабатываемого металла по стендовой термопаре и на 80-90°С выше точки Ас₁ нагреваемого металла по колпаковой термопаре, при этом по окончании выдержки по стендовой термопаре при температуре, равной температуре начала рекристаллизации, задание по колпаковой термопаре повышают на 30-40°С против первоначально установленной и осуществляют нагрев до достижения и завершения окончательной выдержки по стендовой термопаре при температуре на 90-110°С выше начала рекристаллизации термообрабатываемого металла, удаление продуктов возгонки и разложения эмульсии производят непрерывно от начала до окончания нагрева путем продувки подмуфельного пространства защитной средой.

Предлагаемый способ термической обработки стальной полосы в колпаковой печи для широкополосных рулонов является оптимальным. Изменение условий проведения предлагаемого способа ведет к изменению теплотехнических условий, что приводит к перерасходу теплоносителей и ухудшению качества металла с увеличением отсортировки по дефектам микроструктуры и поверхности полосы к затягиванию процесса термической обработки.

Отжигу подвергают стальную холоднокатаную полосу с прокатной эмульсией на поверхности. С продувкой подмуфельного пространства защитной средой, содержащей 4,0-7,5% Н₂, остальное азот, от начала до окончания нагрева.

Предварительная очистка полосы от эмульсии перед отжигом приведет к удорожанию процесса производства холоднокатаной полосы к снижению его рентабельности.

Отжиг полосы без продувки подмуфельного пространства защитной средой приводит к отложениям сажи на поверхности отжигаемой полосы, переводу ее в III группу отделки поверхности и во 2-ой сорт по ГОСТ 9045-93, т.е. к снижению рентабельности производства.

Отжиг осуществляют с двухступенчатым нагревом по стендовой и колпаковой термопарам.

Температура промежуточной выдержки по стендовой термопаре равна температуре начала рекристаллизации термообрабатываемого металла, окончательной выдержки на 90-110°С выше. Температура промежуточной выдержки выбрана с учетом обеспечения прогрева рулонов при наибольшей степени удаления продуктов возгонки эмульсии из межвитковых зазоров, снижении сажеобразования на металле, исключения образования дефекта "излом".

Снижение температуры промежуточной выдержки по стендовой термопаре ниже температуры начала рекристаллизации термообрабатываемого металла увеличит время пребывания отжигаемой полосы при температуре ниже начала рекристаллизации до 10 часов и более. Что не обеспечит получение текстуры рекристаллизации, обуславливающей бездефектную штамповку деталей весьма особо сложной и особо сложной вытяжки.

Повышение температуры промежуточной выдержки по стендовой термопаре выше температуры начала рекристаллизации отжигаемого металла приведет к увеличению перепада температуры по толщине намотки рулонов полосы, свариванию смежных витков рулонов, образованию дефекта "излом", к увеличению отсортировки металла в III группу отделки поверхности и 2-ой сорт по этому дефекту.

Температура первой ступени по колпаковой термопаре задают на 80-90°С выше точки Ac₁ термообрабатываемого металла. Установка задания на большую величину приводит к перегреву наружных витков отжигаемых рулонов, свариванию и повышению отсортировки металла по дефекту "излом", а также к перерасходу топлива.

Установка задания по колпаковой термопаре с превышением точки Ac₁ менее чем на 80-90°С приводит к повышению прочности, ухудшению штампуемости полосы, к снижению производительности процесса термообработки из-за увеличения времени нагрева до заданной температуры.

Проведение процесса термической обработки полосы без выполнения второй ступени по колпаковой термопаре с повышением температуры задания на 30-40°С по завершении окончательной выдержки по стендовой термопаре при температуре на 90-110°С выше начала рекристаллизации термообрабатываемого металла, или с повышением задания меньше, чем на 30°С, приводит к повышению прочности, снижению пластичности, ухудшению штампуемости металла.

Повышение температуры задания по колпаковой термопаре на второй ступени более чем на 40°С приводит из-за увеличения сваривания витков рулонов к увеличению отсортировки металла по дефекту "излом", к снижению выхода годного и увеличению расхода топлива, к снижению рентабельности производства.

Пример конкретного осуществления способа

Непрерывно-литой сляб толщиной 250 мм из стали марки 08Ю подвергли горячей прокатке до толщины 2,5 мм с температурой конца прокатки 900°С и смотки в рулон при температуре 530°С, осуществили травление горячекатаной полосы для удаления окалины, холодную прокатку до толщины 0,9 мм при ширине полосы 1250 мм с использованием эмульсии концентрации 1,5%. Полосу после холодной прокатки сматывали в рулон массой 25 тонн, внутренний диаметр рулона 610 мм, наружный 2000 мм и помещали на стенд колпаковой печи для термической обработки рекристаллизационного отжига. На стенде колпаковой печи формировали стопу из 4-х рулонов, между рулонами устанавливали конвекторные кольца для циркуляции защитной среды при нагреве и охлаждении рулонов. Стопу рулонов накрывали муфелем, устанавливали нагревательный колпак и осуществляли нагрев по колпаковой и стендовой термопарам. Нагрев начинали после холодной продувки подмуфельного пространства защитной средой, содержащей 6% водорода и 94% азота, в течение 2-х часов с расходом 20 м/час. По окончании холодной продувки начинали процесс нагрева по колпаковой и стендовой термопарам, не прекращая подачу защитной среды под муфель при открытом выхлопе до конца нагрева.

На первой ступени нагрева задание по стендовой термопаре устанавливали равным 600°С (температура начала рекристаллизации стали 08Ю): по колпаковой термопаре устанавливали задание 810°С (температура точки Ас₁ стали 08Ю 730°С+80°С) и осуществляли нагрев до достижения температуры 600°С по стендовой термопаре и завершения выдержки при 600°С, составляющей 6 часов для рулонов массой по 25 тонн при ширине полосы 1250 мм. По окончании 6 часовой выдержки при температуре 600°С по стендовой термопаре задание по колпаковой термопаре установили равным 840°С и осуществили дальнейший нагрев до достижения по стендовой термопаре температуры 690°С (на 90°С выше температуры начала рекристаллизации стали 08Ю), затем осуществили выдержку в течение 24 часов и закончили нагрев. Длительность процесса термообработки садки (стопы) рулонов составила 50 часов.

По завершении процесса нагрева стали нагревательный колпак и садку рулонов охладили в защитной среде под муфелем до температуры 120°С по стендовой термопаре. Затем муфель сняли, и рулоны охладили на складе до температуры дрессировки, т.е. до 40°С.

В процессе дрессировки оценивали качество поверхности полосы на предмет наличия или отсутствия дефекта "излом", расположения этого дефекта по ширине полосы, протяженность его по длине полосы, оценивали качество отожженного металла по объему выхода I группы отделки поверхности и отсортировки металла в пониженную группу отделки поверхности (в III группу) по ГОСТ 9045-93 или II сорт по дефекту "излом".

В результате использования предлагаемого способа колпаковой печи получен металл с более высокими потребительскими характеристиками, при одновременной экономии энергоносителей и повышении производительности колпаковой печи (см. таблицу).

Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет повысить выход металла высокой отделки поверхности (I группа по ГОСТ 9045-93), существенно снизить отсортировку по дефекту "излом" в пониженную группу отделки поверхности при одновременной экономии энергоносителей и повышении производительности колпаковой печи.

Заявляемый способ термообработки металла в колпаковой печи обеспечивает улучшение качества продукции, снижение расхода энергоносителей, повышение производительности улучшения работы по заказам, т.е. увеличение прибыли и рентабельности производства.

Таблица№№ПоказателиПо предлагаемому способуПо ближайшему аналогуНорма ГОСТ 9045-931.Предел текучести σ_т, Н/мм²1831901952.Временное сопротивление разрыву σ_B, Н/мм²298315250-3503.Относительное удлинение, σ₄, %4239364.Выход металла способности к вытяжке ОСВ, %93,588,8не нормируется5.Выход металла особо высокой отделки поверхности (I группа по ГОСТ 9045-93), %8550не нормируется6.Отсортировка металла в III группу отделки по дефекту "излом", %0,202,5не нормируется7.Отсортировка металла в II сорт отделки по дефекту "излом", %0,070,5не нормируется8.Экономия энергоносителей8%нет экономиине нормируется

Изобретение относится к области металлургии, именно к процессам термической обработки стальной полосы в колпаковой печи. Техническим результатом изобретения является повышение качества поверхности и комплекса механических свойств, микроструктуры, кристаллографической текстуры, обеспечивающих высокую категорию вытяжки при штамповке деталей слоисной категории. Способ включает нагрев по колпаковой и стендовой термопарам в соответствии с заданными температурами выдержек со ступенчатым нагревом, при этом термической обработке в защитной среде подвергают полосу с прокатной эмульсией на поверхности с промежуточной и окончательной выдержками соответственно при температуре, равной и на 90-110°С выше температуры начала рекристаллизации термообрабатываемого металла по стендовой термопаре и на 80-90°С выше точки Ac₁ нагреваемого металла по колпаковой термопаре, при этом по окончании первой выдержки по стендовой термопаре при температуре начала рекристаллизации задание по колпаковой термопаре повышают на 30-40°С против первоначально установленного и осуществляют нагрев до достижения и завершения выдержки по стендовой термопаре на 90-110°С выше начала рекристаллизации термообрабатываемого металла, удаление продуктов возгонки и разложения эмульсии производят непрерывно от начала до окончания нагрева путем продувки подмуфельного пространства защитной средой, содержащей 4,0-7,5% Н₂ и 91,5-96,0% N₂. 1 табл.

Способ термической обработки стальной полосы в колпаковой печи, включающий нагрев по колпаковой и стендовой термопарам в соответствии с заданными температурами выдержек при ступенчатом нагреве по стендовой термопаре, отличающийся тем, что термической обработке в защитной среде подвергают полосу с прокатной эмульсией на поверхности, нагрев осуществляют с промежуточной и окончательной выдержками соответственно при температуре, равной и на 90-110°С выше температуры начала рекристаллизации термообрабатываемого металла по стендовой термопаре и на 80-90°С выше точки Ac₁ нагреваемого металла по колпаковой термопаре, при этом по окончании выдержки по стендовой термопаре при температуре, равной температуре начала рекристаллизации, задание по колпаковой термопаре повышают на 30-40°С против первоначально установленного и осуществляют нагрев до достижения и завершения окончательной выдержки по стендовой термопаре при температуре на 90-110°С выше начала рекристаллизации термообрабатываемого металла, удаление продуктов возгонки и разложения эмульсии производят непрерывно от начала до окончания нагрева путем продувки подмуфельного пространства защитной средой.