СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ПОЛОС Российский патент 2006 года по МПК B21B1/26 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос.

Известен способ горячей прокатки полос, включающий горячую прокатку полос на широкополосном стане с межклетевым охлаждением и охлаждением полос водой на отводящем рольганге перед последующей смоткой в рулон (см., например. Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн.2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991. - С.542., Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995).

Недостатками известных способов является сложность обеспечения требуемого уровня механических свойств горячекатаных полос при максимальной производительности широкополосного стана горячей прокатки.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства горячекатаных полос, включающий прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей, охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон. При этом при смотке полосы на моталку устанавливают заправочную скорость не более 690 м/мин, причем температуру смотки в зависимости от марки стали задают в диапазоне 580-650°С (см. Патент РФ №2223833, БИ №5, 2004).

Недостаток известного способа заключается в отсутствии регламентации температурно-скоростных параметров прокатки и охлаждения проката, а следовательно, невозможности поддержания заданного уровня свойств проката при максимальной производительности широкополосного стана, что особенно актуально при производстве горячекатаного подката "двойной ширины" для дальнейшей его переработки в жесть.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение необходимых свойств горячекатаного подката "двойной ширины", полученного из непрерывно литого сляба, раскисленного алюминием, предназначенного для дальнейшей переработки его в жесть после роспуска подката пополам, при максимально возможной производительности широкополосного стана горячей прокатки путем регламентации температурно-скоростных параметров горячей прокатки в чистовой группе клетей стана, охлаждения и смотки горячей полосы в рулон в зависимости от конечной толщины и вида термической обработки подката при последующей переработке его в жесть.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства горячекатаных полос преимущественно подката толщиной 2-2,5 мм "двойной ширины" для последующего изготовления жести, включающем нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей, охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, согласно изобретению прокатку в клетях чистовой группы стана ведут с суммарным относительным обжатием 92-95% при одновременной регламентации величины суммарного относительного обжатия в двух последних проходах чистовой группы стана при температуре конца прокатки в диапазоне 870-900°С, после чего осуществляют дифференцированное охлаждение проката на отводящем рольганге с задержкой подачи воды на полосу, при этом температуру металла перед смоткой полос устанавливают в диапазоне 660-690°С для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах, в диапазоне 710-740°С для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в агрегатах непрерывного отжига, причем намотку переднего конца полос на барабан моталки осуществляют на заправочной скорости в диапазоне 510-570 м/мин с последующим ускорением не более 0,02 м/с², причем прирост скорости в зависимости от конечной толщины подката составляет 9-12 м/мин на каждые 0,1 мм толщины подката. Кроме того, регламентированное суммарное относительное обжатие в двух последних проходах чистовой группы стана в зависимости от конечной толщины горячекатаного подката составляет 36-52% для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в агрегатах непрерывного отжига, 29-45% - для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах, причем при дифференцированном охлаждении проката на отводящем рольганге задержка подачи воды на полосу для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах составляет 2,5-3 секунды, а для подката с последующей его переработкой в жесть с агрегатах непрерывного отжига составляет 4-4,5 секунды, при этом соотношение расхода подаваемой на поверхность горячекатаной полосы охлаждающей воды снизу над расходом воды, подаваемой сверху, устанавливают 2-2,5:1.

Отличительный признак, характеризующий суммарное относительное обжатие 92-96% при прокатке в чистовой группе широкополосного стана, известен (см., например, Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн.2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991. - С.591). Однако в известных технических решениях не обнаружено при этом одновременной регламентации величины суммарного относительного обжатия в двух последних проходах чистовой группы стана при температуре конца прокатки в диапазоне 870-900°С. В предлагаемом изобретении такая совокупность признаков направлена на возможность обеспечения в горячекатаном подкате "двойной ширины", предназначенном для дальнейшей переработки его в жесть, требуемого уровня механических свойств, а именно твердость подката (HRB) должна находиться в диапазоне 50-64 единицы, чтобы обеспечить технологическую возможность изготовления качественной жести. Для получения требуемого интервала температуры конца прокатки (ТКП) при получении подката толщиной 2-2,5 мм раскат перед чистовой группой клетей стана должен иметь толщину 30-40 мм. Именно этот диапазон толщин и определяет уровень суммарного относительного обжатия в чистовой группе клетей стана (92-95%).

При указанном химическом составе стали (подкат предназначен преимущественно для дальнейшей переработки его в жесть) решающее значение на формирование микроструктуры горячекатаных полос оказывают следующие факторы:

- величина зерна аустенита и температура конца прокатки (ТКП);

- температура полосы на момент их душирования (управляется задержкой подачи воды на полосу) и скорость охлаждения перед смоткой (управляется скоростными параметрами намотки);

- температура полос при их смотке в рулон.

Конечная величина зерна феррита зависит от величины зерна аустенита, образовавшегося на момент окончания горячей прокатки, при этом конечное зерно феррита тем мельче, чем меньше величина аустенитного зерна. В свою очередь, аустенитное зерно уменьшается с увеличением суммарной деформации, скорости прокатки и сокращением времени пауз между отдельными обжатиями. Величина и форма аустенитного зерна зависят от скорости рекристаллизации при прокатке, которая, в свою очередь, зависит от суммарной деформации в чистовой группе клетей стана, а также от скорости, температуры полосы и величины обжатия ее в последних двух проходах клети стана вследствие окончательного формирования величины зерна в однофазной области кристаллизации стали. Для этого температуру конца прокатки необходимо принимать равной 870-900°С (для обеспечения формирования микроструктуры в однофазной (аустенитной) области кристаллизации стали). Из этих условий выбрана в заявляемом способе температура конца прокатки, так как именно в указанном интервале обеспечивается получение требуемой микроструктуры, а следовательно, необходимый диапазон твердости подката (50-64 единицы по HRB) для переработки его в жесть.

Кроме того, указанными обстоятельствами также определяется заявляемая величина регламентированного суммарного относительного обжатия в двух последних проходах чистовой группы стана в зависимости от конечной толщины горячекатаного подката в диапазоне 36-52% (для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в агрегатах непрерывного отжига) и 29-45% (для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах). В известных технических решениях указанный признак - величина суммарного относительного обжатия в последних двух чистовых проходах стана - не обнаружен.

В заявляемом способе производства горячекатаных полос нижняя граница величины обжатия для обоих случаев (ε≈36% и 29% соответственно) выбрана из условия формирования равнобального зерна в микроструктуре подката, что будет влиять на механические свойства горячекатаного подката. Уровень верхней границы суммарного относительного обжатия в двух последних чистовых проходах стана выбран из условия формирования качественной геометрии подката. При обжатиях выше 52% и 45% соответственно в профиле поперечного сечения тонкого широкого подката образуется нарушение плоскостности и значительная разнотолщинность.

В заявляемом техническом решении отличительный признак, характеризующий температурный интервал смотки в зависимости от вида термообработки подката при последующей переработки его в жесть, выбран из следующего.

Душирование полосы сразу после прокатки стали с однофазной структурой приводит к равномерному распределению по границам зерен феррита мелких частиц цементита и пересыщению зерен феррита углеродом (температура начала душирования определяет размеры, форму, распределение участков цементита, характер зерен феррита). При этих условиях горячекатаный подкат имеет худшую пластичность. Поэтому необходима задержка душирования полосы за последней клетью стана. Это связано с тем, что охлаждение прокатанного металла на воздухе при температуре около 800°С ведет к небольшим образованиям перлита по границам зерен феррита, что вызывает уменьшение предела текучести, временного сопротивления, твердости и увеличение относительного удлинения. Начиная с температуры смотки 700-740°С происходит повышение предела текучести, временного сопротивления разрыву, твердости и уменьшения относительного удлинения. Это связано с особенностями формирования механических свойств стали в условиях объемноцентрированной решетки железа, а именно с окончанием полиморфных превращений γ-Fe в α-Fe.

Температура смотки прокатанных полос влияет на характер включений цементита, а также на величину и форму зерна феррита. При высоких температурах (выше 740°С) происходит выделение свободного цементита в виде крупных включений и сетки, что приводит к снижению пластичности металла. При низких температурах смотки (около 600°С) в горячекатаной стали образуется мелкое зерно феррита - до 10 баллов. Большое количество мелких образований цементита с дисперсным распределением в структуре приводит к повышению твердости металла.

По этим причинам выбран температурный порог смотки горячекатаного подката (в зависимости от вида термической обработки жести при дальнейшей переработке ее из горячекатаного подката) в интервале 660-740°С, что является оптимальным для начала ускоренного охлаждения (душирования) поверхности полосы с точки зрения формирования заданных механических свойств (например, твердости горячекатаного подката).

Если подкат изготавливают для жести, подвергаемой термической обработке в колпаковых печах, то температура смотки его должна находиться в интервале 660-690°С. При более высокой температуре смотки подката (выше 690°С) готовая жесть будет обладать повышенной пластичностью и меньшей (менее 50 единиц HRB) твердостью. При низкой температуре смотки (менее 660°С) твердость горячекатаного подката будет более 64 единиц HRB и выкатывать жесть на высокоскоростных непрерывных станах холодной прокатки будет затруднительно.

В случае изготовления подката, предназначенного для последующего изготовления жести, подвергающейся термической обработке в агрегатах непрерывного отжига, температуру смотки необходимо выбирать в интервале 710-740°С. Помимо указанных выше причин при меньшей (менее 710°С) температуре смотки по границам зерен образуются нитриды алюминия, которые в процессе термообработки жести в АНО приводят получению готовой жести с недопустимо высокой твердостью. При более высокой температуре (выше 740°С) в процессе смотки тонкого широкого проката образуется эллипсность рулонов из-за чрезмерно низкого предела текучести металла при этих температурах. Кроме того, в микроструктуре подката образуется крупный цементит, который в процессе переработки подката в жесть на высокоскоростных непрерывных станах холодной прокатки приводит к многочисленным порывам.

Заявляемый температурный интервал перед смоткой горячекатаного подката в зависимости от вида термической обработки подката при дальнейшей его переработке в жесть в известных технических решениях не обнаружен.

Кроме того, указанные выше обстоятельства формирования цементитной структуры определили интервал задержки подачи охлаждающей воды на полосу при дифференцированном ее охлаждении на отводящем рольганге в зависимости от вида термической обработки подката при последующей его переработке в жесть в интервале 2,5-3 секунды (в случае термообработки подката в колпаковых печах при последующей его переработке в жесть) и 4-4,5 секунды (в случае термообработки подката в агрегатах непрерывного отжига). Указанный отличительный признак в известных технических решениях не обнаружен.

Для первого случая, когда задержка подачи охлаждающей воды составляет менее 2,5 секунд, то в подкате, движущемся по отводящему рольгангу, не успевают пройти процессы рекристаллизации, а следовательно, не будет обеспечена требуемая микроструктура и механические свойства, позволяющие перерабатывать горячекатаный подкат в жесть. При большей задержке, чем 3 секунды, в структуре образуется мало нитридов алюминия, что будет сдерживать при последующем колпаковом отжиге жести рост зерен. Это приведет к формированию повышенной (выше 60 HRB) твердости готовой жести, что превышает требования нормативно-технической документации.

Во втором случае задержка подачи воды на полосу более 4,5 секунд приведет росту пластичности и снижению прочностных свойств подката, что, в свою очередь, будет способствовать получению "мягкой" жести, не отвечающей требованиям нормативно-технической документации, а также приводить к многочисленным порывам в процессе холодной прокатки на высокоскоростных непрерывных станах холодной прокатки. В случае задержки подачи воды на время менее чем 4,0 секунды, так же как и в первом случае, успевает образоваться некоторое количество нитридов алюминия, что недопустимо при термообработке жести в агрегатах непрерывного отжига из-за повышения твердости готовой жести свыше допустимых стандартами пределов.

Отличительный признак, характеризующий намотку полосы подката на барабан моталки на заправочной скорости в диапазоне 510-570 м/мин с последующим ускорением не более 0,02 м/с², в известных технических решениях не обнаружен.

Скорость охлаждения полос при душировании до температур смотки влияет на количество и форму зерен феррита, характер распределения перлита и цементита, выделение в структуре "избыточных фаз". Рост скорости охлаждения полосы до температуры смотки увеличивает количество зерен феррита, приводит к измельчению зерна феррита. При снижении скорости охлаждения полосы в структуре стали будут грубые выделения избыточных фаз. По границам зерен феррита пройдут участки перлита, а в ферритовой матрице окажутся глобулин цементита. При быстром охлаждении цементит образуется только в виде мелких включений по границам зерен, что обеспечивает получение стали с лучшими вытяжными свойствами. Этот факт в совокупности с необходимостью обеспечения требуемого температурного режима конца прокатки определяет скоростные условия смотки в заявляемом способе.

То есть при заправочной скорости менее 510 м/мин для раската толщиной 30-40 мм при суммарном относительном обжатии в чистовой группе клетей 92-95% невозможно будет обеспечить температуру конца прокатки в диапазоне 870-900°С, следовательно, не будут получены требуемые механические свойства подката. При заправочной скорости намотки выше 570 м/мин не будет обеспечена требуемая скорость охлаждения, т.е. она будет выше требуемой, температура конца прокатки не попадет в указанный интервал, что также приведет, как указано выше, к формированию микроструктуры подката с повышенной твердостью (HRB>64 единиц). Интервал прироста скорости выбран из условия конечной толщины подката 2,0-2,3 мм, т.е. изменение конечной толщины подката варьируется в пределах 0,3 мм. Поэтому в указанном диапазоне заправочной скорости намотки ее прирост должен находиться в интервале 10-14 м/мин на каждые 0,1 мм конечной толщины подката.

Признак, характеризующий соотношение расхода воды при охлаждении полосы на отводящем рольганге, известен (см., например, Пат. РФ №1817714). Однако выбранный диапазон соотношения расхода воды снизу над расходом воды, подаваемой сверху 2-2,5:1, в известных технических решениях не обнаружен.

Этот признак позволяет уменьшить разницу в механических свойствах верхней и нижней поверхностей полосы. Вода, попадая на верхнюю поверхность полосы, стекая через кромки, обладает в 2-2,5 раза большей охлаждающей способностью за счет большего времени контакта полосы с водой по сравнению с нижней поверхностью. При большем соотношении с нижней поверхности будет происходить более интенсивное охлаждение, что приведет к появлению перепада механических свойств на верхней и нижней поверхностях полосы.

Таким образом, представленная совокупность признаков заявляемого способа производства горячекатаных полос позволяет получить в условиях широкополосного стана горячей прокатки подкат толщиной 2-2,5 мм "двойной ширины" для дальнейшей переработки его в жесть с требуемым уровнем механических свойств.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ горячей прокатки полос не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

На широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" прокатывается полоса из стали марки 08пс размером 2,3×1670 мм.

Сляб, нагретый до требуемой температуры, поступает на широкополосный стан горячей прокатки, имеющий в своем составе черновую группу клетей, промежуточный рольганг, чистовой окалиноломатель, чистовую непрерывную группу клетей с устройствами межклетевого охлаждения, а также отводящий рольганг с охлаждающими секциями и две группы моталок. После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана раскат толщиной 32 мм направляется по промежуточному рольгангу в чистовую группу стана, имеющему семь клетей, где полоса одновременно заполняет очаг деформации нескольких клетей. Режим обжатий в чистовой группе клетей стана выбран таким образом, чтобы обеспечить конечную толщину 2,3 мм, т.е. суммарное относительное обжатие в чистовой группе составляет (для указанной конечной толщины подката) 92,8%. При этом в последних двух чистовых проходах суммарное относительное обжатие составит 36,5% (для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в агрегатах непрерывного отжига) и 29,8% (для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах). Температуру конца прокатки поддерживают в диапазоне 870-900°С. Далее подкат поступает на отводящий рольганг, где осуществляется дифференциальное охлаждение его поверхности водой сверху и снизу соплами душирующего устройства. Начало охлаждения подката на отводящем рольганге осуществляют с задержкой подачи воды на полосу. При этом для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах задержка подачи воды составляет 2,5-3 секунды, а для подката с последующей его переработкой в жесть с агрегатах непрерывного отжига - 4-4,5 секунды. Соотношение расхода подаваемой на поверхность горячекатаной полосы охлаждающей воды снизу над расходом воды, подаваемой сверху, устанавливают в диапазоне 2-2,5:1. Полоса на заправочной скорости (540 м/мин) попадает на барабан моталки для смотки полосы в рулон. Далее осуществляется ускорение барабана моталки совместно с чистовой группой клетей таким образом, чтобы обеспечить температуру смотки в диапазоне 660-690°С (для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах) и 710-740°С (для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в агрегатах непрерывного отжига). Произведенный по указанной технологии подкат "двойной ширины" имеет требуемый уровень механических свойств (твердость НРБ в пределах 50-64 единицы), позволяющий получать из него качественную жесть.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Заявляемый способ может найти широкое применение для производства тонкого горячекатаного подката "двойной ширины" с регламентируемыми механическими свойствами, предназначенного для дальнейшей переработки его в жесть при максимально возможной производительности широкополосного стана горячей прокатки. Так, при известных способах изготовления на широкополосных станах горячей прокатки подката, предназначенного для дальнейшей переработки его в жесть, из-за отсутствия регламентации температурно-скоростных параметров процесса производства не удается обеспечить требуемый уровень физико-механических свойств проката, в частности, уровень твердости, который не должен превышать 64 единицы по HRB. Кроме того, формирование заданных свойств в подкате "двойной ширины" в традиционных технологиях связано с рядом трудностей. В частности, существует проблема создания требуемой геометрии профиля поперечного сечения. Поэтому традиционные технологии изготовления горячекатаного подката для жести подразумевают производство узкого подката. Все это в совокупности ведет к снижению производительности широкополосных станов горячей прокатки.

Эти явления можно исключить, управляя, с одной стороны, величиной деформации широкой полосы (как в чистовой группе клетей стана в целом, так и в последних двух чистовых проходах) и, с другой стороны, температурно-скоростными условиями процесса прокатки и смотки полосы в рулон, а также условиями охлаждения подката на отводящем рольганге.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос. Задачей, решаемой изобретением, является обеспечение необходимых свойств горячекатаного подката "двойной ширины", полученного из непрерывно литого сляба, раскисленного алюминием, предназначенного для дальнейшей переработки его в жесть после роспуска подката пополам, при максимально возможной производительности широкополосного стана горячей прокатки путем регламентации температурно-скоростных параметров горячей прокатки в чистовой группе клетей стана, охлаждения и смотки горячей полосы в рулон в зависимости от конечной толщины и вида термической обработки подката при последующей переработке его в жесть. В способе производства горячекатаных полос, включающем нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей, охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, согласно изобретению прокатку в клетях чистовой группы стана ведут с суммарным относительным обжатием 92-95% при одновременной регламентации величины суммарного относительного обжатия в двух последних проходах чистовой группы стана при температуре конца прокатки в диапазоне 870-900°С. Осуществляют дифференцированное охлаждение проката на отводящем рольганге с задержкой подачи воды на полосу. Температуру металла перед смоткой полос устанавливают в диапазоне 660-690°С для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах, в диапазоне 710-740°С для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в агрегатах непрерывного отжига. Намотку переднего конца полос на барабан моталки осуществляют на заправочной скорости в диапазоне 510-570 м/мин с последующим ускорением не более 0,02 м/с. Прирост скорости в зависимости от конечной толщины подката составляет 9-12 м/мин на каждые 0,1 мм толщины подката. Изобретение обеспечивает возможность управления величиной деформации широкой полосы, а также температурно-скоростными условиями прокатки и смотки полосы, условиями охлаждения подката на отводящем рольганге. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ горячей прокатки полос преимущественно подката толщиной 2-2,5 мм "двойной ширины" для последующего изготовления жести, включающий нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей, охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, отличающийся тем, что прокатку в клетях чистовой группы стана ведут с суммарным относительным обжатием 92-95% при одновременной регламентации величины суммарного относительного обжатия в двух последних проходах чистовой группы стана при температуре конца прокатки в диапазоне 870-900°С, после чего осуществляют дифференцированное охлаждение проката на отводящем рольганге с задержкой подачи воды на полосу, при этом температуру металла перед смоткой полос устанавливают в диапазоне 660-690°С для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах, в диапазоне 710-740°С для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в агрегатах непрерывного отжига, причем намотку переднего конца полос на барабан моталки осуществляют на заправочной скорости в диапазоне 510-570 м/мин с последующим ускорением не более 0,02 м/с², причем прирост скорости в зависимости от конечной толщины подката составляет 9-12 м/мин на каждые 0,1 мм толщины подката.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регламентированное суммарное относительное обжатие в двух последних проходах чистовой группы стана в зависимости от конечной толщины горячекатаного подката составляет 36-52% для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в агрегатах непрерывного отжига, 29-45% - для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при дифференцированном охлаждении проката на отводящем рольганге задержка подачи воды на полосу для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в колпаковых печах составляет 2,5-3 с, а для подката с последующей его переработкой в жесть с термообработкой ее в агрегатах непрерывного отжига составляет 4-4,5 с, причем соотношение расхода подаваемой на поверхность горячекатаной полосы охлаждающей воды снизу над расходом воды, подаваемой сверху, устанавливают 2-2,5:1.