СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОГО ПОДКАТА НА НЕПРЕРЫВНОМ ШИРОКОПОЛОСНОМ СТАНЕ С ДВУМЯ ГРУППАМИ МОТАЛОК Российский патент 2009 года по МПК B21B1/26 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос повышенной штампуемости для последующего изготовления изделий методом холодной листовой штамповки.

Известен способ производства горячекатаных горячеоцинкованных полос, имеющих низкое отношение предела текучести к временному сопротивлению. 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 токкё кохо. Сер.3 (4). - 1990. - 53. - С.103-108).

Известен также способ производства высокопластичной стали типа IF, который включает горячую прокатку при температуре конца прокатки 890-930°С, последующую смотку в рулон при температуре 715-745°С и дальнейшую переработку полосы (Разработка технологии травления IF-стали. Файзулина Р.Ф., Антипенко А.И., Якименко В.Н. и др. // Сталь №12, 2004 г. - С.74).

Недостатком известных способов является сложность обеспечения в прокате однородной микроструктуры, особенно при производстве горячекатаных полос различной толщины в условиях широкополосного стана горячей прокатки с двумя группами моталок, что затрудняет формирование требуемого уровня механических свойств получаемого проката и приводит к невозможности дальнейшей переработки такого горячекатаного подката в холодноштампованную продукцию.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий выплавку стали, микролегированной карбонитридообразующими элементами и содержащей 0,002-0,008% углерода, разливку, горячую прокату, смотку полос в рулоны и последующую переработку в холоднокатаный металлопрокат (Патент РФ №2255989, С21D 8/04).

Недостатком известного способа является отсутствие четкой регламентации условий процесса охлаждения после прокатки в последней клети стана и смотки горячекатаной полосы в зависимости от ее конечной толщины. Это не позволяет сформировать на стадии горячей прокатки необходимую для повышенной штампуемости однородную микроструктуру в прокате различной толщины, а следовательно, не обеспечивает заданные механические свойства.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение при горячей прокатке в условиях широкополосного стана с двумя группами моталок условий для формирования в готовом прокате различной толщины одинаковых механических свойств на стадии охлаждения горячекатаной полосы перед ее смоткой в рулон.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства горячекатаного подката на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок, включающем горячую прокатку стали преимущественно толщиной 2,5-6,0 мм микролегированной карбонитридообразующими элементами с содержанием углерода не более 0,007% на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок, охлаждение полосы на отводящем рольганге, смотку полосы в рулон, согласно изобретению после горячей прокатки полосы толщиной ≤3,2 мм включительно ее поверхность охлаждают водой, при этом время начала охлаждения определяют из выражения:

t=0,70*ln(h)+3,29,

где t - время начала охлаждения, с;

h - конечная толщина полосы, мм,

а смотку в рулон полосы толщиной ≤3,2 мм включительно производят на первую группу моталок, кроме того, смотку в рулон полосы толщиной ≥3,2 мм осуществляют на вторую группу моталок.

Приведенная математическая зависимость, связывающая время начала подачи воды на поверхность горячекатаной полосы на отводящем рольганге стана горячей прокатки с ее конечной толщиной, - эмпирическая и получена при обработке опытных данных при прокатке указанного 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 в условиях широкополосного стана горячей прокатки с двумя группами моталок комплекса механических свойств (прочностных и пластических), позволяющих получать металлопрокат повышенной штампуемости.

Для осуществления предлагаемого способа предварительно, в зависимости от требуемой конечной толщины горячекатаной полосы, определяется группа моталок, на которую будет осуществлена смотка полосы в рулон. Если конечная толщина горячекатаной полосы не превышает 3,2 мм включительно, то смотка полосы будет осуществляться на первую группу моталок, при этом по указанной зависимости рассчитывается время начала охлаждения поверхности горячекатаной полосы водой после окончания горячей прокатки. Затем назначается схема душирования поверхности проката водой на отводящем рольганге для обеспечения заданных механических свойств в горячекатаной полосе.

В случае, когда требуемая конечная толщина горячекатаной полосы превышает 3,2 мм, то смотка полосы в рулон будет осуществляться на вторую группу моталок. При этом на отводящем рольганге перед смоткой полосы охлаждение ее поверхности водой не производится.

Сталь типа IF характеризуется пониженным содержанием элементов внедрения (С<0,01%, N<0,007%), которое обеспечивается при выплавке и разливке стали в конверторе, а также микролегированием титаном и ниобием. В небольших количествах Ti и Nb существенно упрочняют сталь в результате образования мелкодисперсных частиц и измельчения зерна феррита. При увеличении их содержания в стали и достижении стехиометрического состава (Ti≈0,04% и Nb≈0,05%) величина предела текучести резко уменьшается, площадка текучести пропадает, сталь перестает стареть при комнатной температуре. Физическая природа этого явления заключается в том, что углерод и азот в этом случае полностью переходят из твердого раствора (где их упрочняющее действие является наиболее сильным) в специальные частицы, которые не приводят ни к дисперсионному упрочнению, ни к измельчению зерна из-за своих сравнительно крупных размеров.

Получение требуемого комплекса механических свойств для обеспечения повышенной штампуемости металлопроката из стали типа IF достигается окончанием горячей прокатки в аустенитной области при температуре, близкой к температуре аустенитного превращения. Для низкоуглеродистых сталей - это температура около 900°С. Температура смотки IF-сталей должна быть максимально приближена к такой, чтобы обеспечивать низкую скорость охлаждения на отводящем рольганге для более полной стабилизации углерода путем выделения или довыделения карбидов/карбосульфидов титана, это позволяет получать низкие значения предела текучести и отсутствие площадки текучести у подката (см. Black W., Bode R., Hahn P. Interstitial-free Steels: Processing, Properties and Application. In: Metallurgy of Vacuum-Degassed Steel Products, 1990, pp.73-90.). Исходя из этого, температура смотки полос должна быть на уровне 690-745°С. При таких условиях проведения процесса горячей прокатки формируется микроструктура с зерном феррита 8-9 баллов, что с точки зрения способности металла к глубокой вытяжке является наиболее оптимальным. Предел текучести σ_т при этом достигает 130-160 МПа, временное сопротивление разрыву σ_в=300-330 МПа (соотношение σ_т/σ_в находится в интервале 0,40-0,52), относительное удлинение - не менее 38%, что соответствует группе вытяжки ВОСВ, например, по ГОСТ 9045-93. При значениях относительного удлинения менее 38% и σ_т/σ_в менее 0,52 существенно падает способность металлопроката к глубокой вытяжке и снижается выход годной холодноштампованной продукции.

Таким образом, для обеспечения требуемых одинаковых свойств в горячекатаном металлопрокате разной толщины необходимо регламентировать процесс охлаждения полосы после горячей прокатки перед ее смоткой в рулон, что особенно важно в условиях широкополосного стана горячей прокатки с двумя группами моталок. При этом, чем толще прокат, тем дольше он должен находиться на отводящем рольганге перед смоткой в рулон. Кроме того, конструктивные особенности станов горячей прокатки с двумя группами моталок таковы, что обычно вторая группа моталок находится на расстоянии 150-200 м от последней клети стана и на расстоянии 100-150 м от первой группы моталок. Полоса, идущая на смотку на вторую группу моталок, таким образом, подвергается дополнительному естественному охлаждению. При этом, как правило, на вторую группу моталок производят смотку более толстого металла, у которого теплоемкость выше. Поэтому дополнительное принудительное охлаждение поверхности такого металла водой может привести к значительному градиенту температуры по сечению, что не позволит обеспечить равномерную равнобальную микроструктуру (с зерном феррита - 8-9 баллов) по всему объему полосы. Из этих соображений принято условие смотки полосы толщиной более 3,2 мм на вторую группу моталок без предварительного ее охлаждения водой на отводящем рольганге перед смоткой.

Таким образом, представленная совокупность признаков заявляемого способа производства горячекатаного подката позволяет получить в условиях высокопроизводительного широкополосного стана горячей прокатки с двумя группами моталок прокат толщиной 2,5-6,0 мм из стали, микролегированной карбонитридообразующими элементами, с содержанием углерода не более 0,007% с одинаковыми равномерно распределенными по сечению свойствами.

В известных технических решениях не обнаружена заявляемая совокупность признаков, характеризующих время начала охлаждения поверхности горячекатаной полосы и группу моталок, на которую производится смотка в рулон в зависимости от конечной толщины полосы.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ производства горячекатаного подката на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок не следует явным образом из известного уровня техники, а, следовательно, соответствует условию патентноспособности "изобретательский уровень".

Опытную проверку заявляемого способа осуществляли на широкополосном непрерывном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», имеющем две группы моталок. Для этого при горячей прокатке стали с низким содержанием углерода (0,004-0,007%) в полосы толщиной 2,5...6 мм варьированием режимов охлаждения полосы на отводящем рольганге перед смоткой ее в рулон (схемой включения охлаждающих секций) в известных температурных пределах изменяли время начала охлаждения поверхности полосы водой. При этом оценивалось его влияние на формируемую микроструктуру и получаемые механические свойства.

Примеры конкретного исполнения способа.

На стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК», имеющем в составе оборудования две группы моталок, слябы из стали марки типа IF, микролегированной карбонитридообразующими элементами с содержанием углерода 0,004-0,007%, прокатывали в полосы размерами: h (толщина)×b (ширина)=2,5÷6,0×1115÷1265 мм. Температура конца прокатки составляла 880÷920°С, температура смотки - 690÷740°С.

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялось охлаждение поверхности полос водой на отводящем рольганге, а также последующая смотка полосы в рулон в зависимости от ее толщины и результаты исследований представлены в таблице. При этом по способу-прототипу охлаждение водой поверхности полос толщиной до 3,2 мм включительно производилось без задержки сразу после выхода их из последней клети стана. В качестве показателя, характеризующего способность металлопроката различной толщины к глубокой вытяжке, принимались механические свойства горячекатаной полосы, в частности, соотношение предела текучести к пределу прочности материала σ_т/σ_в и относительное удлинение δ₅.

Проведение процесса изготовления горячекатаного рулонного проката по заявляемым режимам позволяет сформировать оптимальную микроструктуру с зерном феррита 8-9 баллов, а следовательно, и получить требуемые одинаковые механические свойства в прокате различной толщины, обеспечивающие повышенную штампуемость металлопроката (например, группы вытяжки ВОСВ, ОСВ по ГОСТ 9045-93).

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ производства горячекатаного подката на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Заявляемый способ может найти широкое применение для производства горячекатаного подката, обладающего комплексом механических свойств, обеспечивающих повышенную штампуемость при изготовлении деталей методами холодной листовой штамповки.

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

Изобретение предназначено для производства широких горячекатаных полос повышенной штампуемости для последующего изготовления изделий методом холодной листовой штамповки. Низкоуглеродистую сталь с содержанием углерода не более 0,007%, микролегированную карбонитридообразующими элементами, прокатывают на непрерывном широкополосном стане горячей прокатки с двумя группами моталок в полосу толщиной 2,5-6 мм. Условия для формирования в готовом прокате различной толщины одинаковых механических свойств на стадии охлаждения полосы перед ее смоткой в рулон при горячей прокатке на широкополосном стане с двумя группами моталок обеспечиваются за счет того, что после прокатки в последней клети стана на отводящем рольганге для полос толщиной менее 3,2 мм включительно производят охлаждение ее поверхности водой, время начала которого определяют из математического выражения. После прокатки полосы толщиной менее 3,2 мм включительно сматывают в рулон на первую группу моталок, а смотку в рулон полос толщиной более 3,2 мм осуществляют на вторую группу моталок без предварительного охлаждения водой на отводящем рольганге. 1 табл.

Способ производства горячекатаной полосы на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок, включающий горячую прокатку микролегированной карбонитридообразующими элементами стали преимущественно толщиной 2,5-6,0 мм с содержанием углерода не более 0,007 об.%, охлаждение полосы на отводящем рольганге и смотку полосы в рулон, отличающийся тем, что поверхность полосы толщиной ≤3,2 мм включительно на отводящем рольганге охлаждают водой, причем время начала охлаждения определяют из выражения

t=0,70·ln(h)+3,29,

где t - время начала охлаждения, с;

h - конечная толщина полосы, мм,

и осуществляют смотку этой полосы на первую группу моталок, а смотку полосы толщиной ≥3,2 мм осуществляют на вторую группу моталок без охлаждения водой.