СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ГОРЯЧЕОЦИНКОВАННОЙ ПОЛОСЫ Российский патент 2007 года по МПК B21B1/26 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос с последующим нанесением покрытия горячим цинкованием.

Все большее направление получают технологии производства тонкой горячекатаной полосы, на которую после удаления окалины с ее поверхности травлением, минуя стадию холодной прокатки, наносят защитное покрытие методом погружения в расплав, например, цинка с последующим изготовлением штампованной продукции.

Известен способ производства горячекатаных полос с цинковым покрытием, включающий горячую прокатку на стане, последующее кислотное травление, отжиг и обработку в расплаве цинка (см., например. Заявка 2236262 Япония, МКИ⁵ С23С 2/06, С21D 9/48, Опубл. 19.09.90 // Кокай токке кохо. Сер.3(4). - 1990. - 63. - С.509-516).

Известен также способ получения тонколистовой стали с горячим цинковым покрытием, обладающей хорошей обрабатываемостью. Способ включает горячую прокатку стали, содержащей (в %) С 0,020-0,080, Mn 0,05-0,45, несвязанный Al 0,005-0,10, не содержащую специальные карбидообразующие элементы типа Ti и Nb с температурой конца прокатки более 650°С, смотку в рулон при температуре более 600°С с последующей обработкой полосы, минуя стадию холодной прокатки, в расплаве Zn (см., например, Заявка 2200738 Япония, МКИ⁵ С21D 9/46, С21D 8/04, Опубл. 09.08.90 // Кокай токке кохо. Сер.3(4). - 1990. - 54. - С.185-194).

Недостатками известных способов являются отсутствие регламентации на стадии горячей прокатки и смотки температурно-скоростных условий обработки в зависимости от конечной толщины прокатываемой полосы. Это затрудняет формирование заданной микроструктуры, а следовательно, и механических свойств получаемого проката, что приводит к невозможности дальнейшей переработки такого горячекатаного подката в продукцию с предварительной обработкой на непрерывных травильных агрегатах (НТА) и в непрерывных линиях горячего цинкования.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства горячекатаных горячеоцинкованных полос, имеющих низкое отношение предела текучести к временному сопротивлению и высокую огнестойкость. Способ включает горячую прокатку стали, содержащую по весу (в %) С≤0,01, Mn 0,1-0,5, Р 0,01-0,10, Al≤0,05, Cu 0,6-2,0, по необходимости Ti 0,008-0,200 и (или) Nb 0,008-0,100 и остальное железо с неизбежными примесями при температуре конца прокатки ≥800°С, последующую смотку горячей полосы в рулон при температуре ≤600°С, травление и дальнейшую обработку в ванне горячего цинкования для нанесения цинкового покрытия (см., Заявка 2197520 Япония, МКИ⁵ С21D 8/02, С23С 2/06, Опубл. 06.08.90 // Кокай токке кохо. Сер.3(4). - 1990. - 53. - С.103-108).

Недостатком известного способа является отсутствие как четкой регламентации условий формирования механических свойств на стадии горячей прокатки в зависимости от толщины получаемой полосы, так и температурных параметров полосы при задаче ее на непрерывные агрегаты травления и цинкования в ходе дальнейшей переработки. Это не позволяет обеспечить заданные механические свойства в прокате, что приводит либо к большому количеству брака при переработке горячекатаной полосы в непрерывных агрегатах, либо к невозможности осуществления технологического процесса переработки из-за повышенной обрывности полосы.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение выхода годной горячекатаной горячеоцинкованной продукции путем исключения появления дефекта «перегиб», образующегося в процессе технологической переработки горячекатаной полосы в горячеоцинкованную продукцию.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства горячекатаной горячеоцинкованной полосы, преимущественно толщиной 1,2-3 мм с содержанием углерода не более 0,12%, включающем горячую прокатку металла в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана с заданной температурой конца прокатки, дифференцированное охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, кислотное травление в непрерывно-травильном агрегате и последующее горячее цинкование полосы, согласно изобретению, при горячей прокатке температурно-скоростные условия прокатки и смотки устанавливают в зависимости от конечной толщины полосы в соответствии с ее прочностными характеристиками, определяемыми из выражения:

где σ_т, σ_в - предел текучести и временное сопротивление разрыву, соответственно, МПа;

h_к - конечная толщина полосы, мм,

а задачу горячекатаной полосы в непрерывные агрегаты травления и цинкования осуществляют при температуре полосы не более 40°С.

Приведенная математическая зависимость, связывающая механические свойства горячекатаной полосы с ее конечной толщиной, - эмпирическая и получена при обработке опытных данных при прокатке указанного марочного сортамента на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Сущность заявляемого технического решения заключается в формировании в горячекатаной полосе в зависимости от ее конечной толщины на стадии горячей прокатки и смотки оптимальных прочностных свойств, позволяющих при жесткой регламентации температуры полосы при ее задаче в агрегаты травления и цинкования исключить появление дефекта «перегиб», известного так же как «излом».

Для осуществления предлагаемого способа предварительно определяется химический состав подката (слябовой заготовки). Далее, исходя из потребности, определяется конечная толщина горячекатаной полосы, при этом в зависимости от нее по указанной зависимости рассчитывается минимальное значение соотношения предела текучести к временному сопротивлению разрыву (σ_т/σ_в). После чего назначается в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы температурно-скоростной режим горячей прокатки и смотки в рулон для обеспечения заданных механических свойств. Затем осуществляется горячая прокатка на стане и смотка полосы в рулон. После производится дальнейшая переработка горячекатаной полосы. При этом, температура горячекатаной полосы при задаче ее в непрерывно-травильный агрегат (НТА) и в агрегат непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) не должна превышать 40°С.

Опытную проверку заявляемого способа осуществляли на широкополосном непрерывном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Для этого при горячей прокатке различных марок стали с содержанием углерода не более 0,12% в полосы толщиной 1,2...3,0 мм варьированием режимов прокатки и смотки полос в рулон (в известных температурных пределах) изменяли соотношение прочностных параметров. При этом оценивалось их влияние на качество и технологические возможности дальнейшей переработки в горячеоцинкованную продукцию в условиях АНГЦ ОАО «ММК» с предварительным удалением окалины химическим травлением в соляной кислоте на непрерывно-травильном агрегате.

Определенные математическим моделированием значения нижней границы соотношения σ_т/σ_в в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы приведены в таблице.

 Марка сталиТолщина полосы, ммДиапазон σ_т/σ_вВыход годного,²⁾ %Примечание08пс1,20,754÷0,90100 08пс1,20,734÷0,9078 08кп1,50,761÷0,9099 08пс1,50,748÷0,8987 08Ю2,00,771÷0,9297Повышенная обрывность при σ_т/σ_в>0,9008Ю2,00,642÷0,8674 Ст1пс2,50,782÷0,9098 Ст1пс2,50,724÷0,91476Повышенная обрывность при σ_т/σ_в>0,90Ст2пс3,00,804÷0,88100 Ст2пс3,00,786÷0,9093 08пc¹⁾2,30,754÷0,90486Повышенная обрывность при σ_т/σ_в>0,90¹⁾ По способу прототипу - без регламентации прочностных параметров
²⁾ По дефекту «перегиб», суммарно при обработке на непрерывно-травильном агрегате и агрегате непрерывного горячего цинкования.

Параметр, характеризующий механические свойства проката и определяемый отношением предела текучести к временному сопротивлению разрыву (σ_т/σ_в), позволяет оценить технологические возможности бездефектной переработки такого подката в горячеоцинкованную продукцию.

Пример конкретного исполнения.

Сляб из стали марки 08пс прокатывали в полосу 1,7 мм. Для обеспечения оптимальных прочностных свойств, позволяющих исключить появление дефекта «перегиб» при дальнейшей переработке полосы, соотношение σ_т/σ_в выбирали в интервале 0,76-0,9, что для выбранной марки стали соответствует: предел текучести (σ_т)≈260 МПа, временное сопротивление разрыву (σ_в) - не более 340 МПа. Такие свойства в горячекатаной полосе выбранной толщины можно получить при обеспечении температуры конца прокатки 860-890°С и температуре смотки полосы в рулон 650-680°С.После горячей прокатки полоса подвергалась травлению в соляной кислоте в непрерывно-травильном агрегате, и далее травленая полоса поступала в агрегат непрерывного горячего цинкования (АНГЦ). При этом задачу полосы в агрегаты осуществляли при температуре ее поверхности не выше 40°С.

В процессе изготовления горячеоцинкованной полосы из горячекатаного подката не наблюдалось появление дефекта «перегиб», при этом также не происходило разрыва полосы.

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

Заявляемый способ может найти широкое применение для производства горячекатаного подката, используемого для дальнейшей переработки с целью нанесения цинкового покрытия на поверхность полосы методом окунания в расплав цинка.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Заявляемый отличительный признак, характеризующий зависимость соотношения предела текучести и временного сопротивления разрыву от конечной толщины полосы при горячей прокатке, определен из следующего.

Наиболее значимым при производстве горячекатаной полосы, подвергающейся дальнейшей переработке путем травления и горячего цинкования, является показатель, определяемый отношением предела текучести к пределу прочности материала полосы (σ_т/σ_в). Данное отношение характеризует технологическую возможность дальнейшей переработки горячекатаной полосы в различных агрегатах, в частности, в современных непрерывных агрегатах травления, горячего цинкования или с последующим использованием операций холодной штамповки. Чем ближе указанное отношение к единице, тем менее пластичен металл и тем вероятнее появление в нем трещин при обработке. Максимально возможное соотношение σ_т/σ_в, позволяющее безобрывно перерабатывать прокат из указанных марок стали, равно 0,90. При большем значении отношения из-за значительной прочности и пониженной пластичности металла наблюдается повышенная обрывность при переработке проката.

Минимальное значение диапазона выбрано из условия исключения появления дефекта «перегиб» и определяется следующим.

Для заявляемого интервала марок стали (при содержании углерода не более 0,12%) в зависимости от конкретного химического состава граничные значения механических свойств горячекатаного подката составляют: предел текучести σ_т≈230 МПа, предел прочности σ_в≈370 МПа. Однако необходимо учесть, что горячекатаная полоса подвергается дальнейшей обработке на непрерывно-травильных агрегатах, которые, как правило, имеют в своем составе изгибно-растяжные машины (ИРМ), дрессировочные клети, роликовые окалиноломатели, многочисленные петлевые устройства, в которых полоса подвергается пластической деформации в результате огибания многочисленных роликов малого диаметра. Аналогичная ситуация складывается и на современных непрерывных линиях горячего цинкования (АНГЦ). Поэтому происходит деформационное старение (наклеп) горячекатаной полосы при движении ее по участку травления или цинкования. При этом суммарная деформация может достигать 5-9% (в зависимости от толщины полосы). Следует подчеркнуть, что даже незначительная деформация (в пределах 7%) полосы приводит к росту предела текучести на 50-130 МПа, при этом сопротивление разрыву увеличивается на 40-80 МПа. Поэтому, чтобы обеспечить технологическую возможность переработки горячекатаного подката без образования трещин, разрывов, «перегиба», необходимо, чтобы предел текучести в горячекатаной полосе не превышал значений, больших 190-210 МПа. Таким образом, возникает необходимость формирования на стадии горячей прокатки перед смоткой горячей полосы в рулон определенной микроструктуры (должен быть 1-2 балл цементита). То есть после конца горячей прокатки для выбранных марок стали (t=830-900°С) до начала смотки (при t=650-690°С) необходимо обеспечить полное протекание в полосе рекристаллизационных процессов. Это позволит не допустить образования крупного цементитного зерна, разрушающего ферритную матрицу. Экспериментальные исследования температурно-скоростных режимов, проведенные на стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» при производстве полос толщиной 1,2-3 мм, позволили определить диапазон изменения механических свойств (а, именно, заявляемую зависимость отношения предела текучести к временному сопротивлению разрыву от конечной толщины горячекатаной полосы), при котором в ходе дальнейшей переработки данной полосы в горячеоцинкованную продукцию вероятность появления дефекта «перегиб» минимальная.

Данный отличительный признак в известных технических решениях не обнаружен.

Отличительный признак, характеризующий задачу горячекатаной полосы в агрегаты переработки (а, именно, агрегаты травления и цинкования) при температуре полосы не более 40°С, в известных технических решениях не обнаружен.

Отсутствие четкой регламентации температурного режима начала переработки горячекатаной полосы на непрерывных агрегатах травления и горячего цинкования приводит к тому, что в случае повышенной температуры поверхности проката (выше 40°С) в нем повышается предел текучести на изгиб. Это, в свою очередь, из-за огибания многочисленных роликов в агрегатах приводит к большой вероятности появления перегибов. Тем больше это явление (образование «перегиба») может проявляться в случае, когда не сформирована требуемая микроструктура на стадии горячей прокатки, т.е. требуемые механические свойства (о чем указывалось выше).

Таким образом, в известных технических решениях не обнаружена заявляемая совокупность признаков, характеризующих соотношение прочностных характеристик в зависимости от конечной толщины полосы, формирующихся на стадии горячей прокатки, и регламентации температуры горячекатаной полосы при задаче ее в агрегаты травления и горячего цинкования в ходе дальнейшей переработки.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ производства горячекатаной горячеоцинкованной полосы не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентноспособности «изобретательский уровень».

Способ предназначен для производства широких горячекатаных полос с последующим нанесением покрытия горячим цинкованием. Сталь с содержанием углерода не более 0,12% прокатывают на широкополосном стане горячей прокатки при заданной температуре конца прокатки в полосу толщиной 1,2-3,0 мм. Перед смоткой горячекатаной полосы в рулон осуществляют ее дифференцируемое охлаждение водой. Для повышения выхода годного путем исключения появления дефекта «перегиб», образующегося в процессе технологической переработки горячекатаной полосы в горячеоцинкованную продукцию, температурно-скоростные условия прокатки и смотки устанавливают в зависимости от конечной толщины полосы в соответствии с ее прочностными характеристиками, определяемыми из математического выражения, учитывающего отношение σ_т и σ_в - предела текучести и временного сопротивления разрыву, соответственно, МПа; h_к - конечную толщину полосы, мм. Задачу полосы в непрерывные агрегаты травления и горячего цинкования осуществляют при температуре не более 40°С. 1 табл.

Способ производства горячекатаной горячеоцинкованой полосы с содержанием углерода в стали не более 0,12% преимущественно толщиной 1,2-3 мм, включающий горячую прокатку металла в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана с заданной температурой конца прокатки, дифференцированное охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, кислотное травление в непрерывно-травильном агрегате и горячее цинкование полосы, отличающийся тем, что при горячей прокатке температурно-скоростные условия прокатки и смотки устанавливают в зависимости от конечной толщины полосы в соответствии с прочностными характеристиками стали с учетом выражения

σ_т/σ_в=(0,027h_к+0,72) - 0,9,

где σ_т, σ_в - предел текучести и временное сопротивление разрыву стали соответственно, МПа;

h_к - конечная толщина полосы, мм,

а задачу горячекатаной полосы в непрерывные агрегаты травления и цинкования осуществляют при температуре полосы не более 40°С.