СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА РУЛОНОВ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ТРУБНОЙ СТАЛИ Российский патент 2009 года по МПК B21B1/26 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, преимущественно трубных марок стали, на станах горячей прокатки с максимальным усилием прокатки в каждой клети чистовой группы не более 3500 тонн.

Один из аспектов современного производства горячекатаной полосы из непрерывнолитых слябов на широкополосных станах связан с необходимостью минимизации ширины прикромочной зоны, в которой сконцентрированы поверхностные трещины различной морфологии. При этом наблюдается тенденция увеличения количества трещин на единицу площади сляба и их степени развития с увеличением содержания углерода, особенно на слябовых заготовках из трубных марок стали. Существующие способы воздействия на уменьшение трещинообразования при горячей прокатке сляба включают его многократную пластическую деформацию вертикальными и горизонтальными валками.

Известны способы горячей прокатки полос, в том числе из трубных марок стали, включающие многократную горячую пластическую деформацию стали в черновой и чистовой группах клетей широкополосного стана с охлаждением полос водой в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге перед последующей смоткой в рулон. При этом в первых черновых проходах, как правило, осуществляют чередование обжатия сляба в клетях с вертикальным и горизонтальным расположением валков (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 №2279937, В21В 1/26, опубл. 20.07.2006, Бюл. №20; Пат. РФ №2182050, В21В 1/26; Пат. Украины №52991, В21В 1/38, опубл. 15.01.2003).

Недостатками известных способов является сложность управления распространением прикромочных трещин в процессе производства горячекатаных полос широкого диапазона толщин в условиях широкополосного стана горячей прокатки. В результате этого в зоне, расположенной вблизи кромок полосы, наблюдается интенсивное трещинообразование, приводящее к снижению выхода годной металлопродукции.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства рулонов горячекатаной трубной стали, микролегированной ниобием, преимущественно с содержанием углерода 0,07-0,12% и толщиной 8-12 мм, включающий нагрев сляба, его горячую прокатку с первым вертикальным единичным обжатием в диапазоне 20-90 мм, последующими горизонтальными обжатиями в клетях черновой группы и дальнейшую горячую прокатку полосы в чистовой непрерывной группе широкополосного стана с регламентируемыми температурами конца горячей прокатки в зависимости от конечной толщины полосы и с охлаждением ее поверхности водой в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой полосы в рулон (см. Пат. РФ №2277445, В21В 1/26, 10.06.2006, Бюл. №16).

Недостаток известного способа заключается в отсутствии четкой регламентации деформационного режима прокатки в черновой группе широкополосного стана трубных марок стали с содержанием углерода 0,17-0,22% в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы. В результате этого возникает сложность в обеспечении минимального количества трещин, которые в процессе горячей прокатки интенсивно распространяются в направлении прокатки. Это приводит к необходимости повышенной обрези по кромкам полосы и, соответственно, низкому выходу годного металлопроката.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение выхода годного горячекатаного металлопроката за счет локализации трещин в прикромочных участках полосы путем регламентации деформационного режима прокатки в первых двух горизонтальных проходах черновой группы широкополосного стана горячей прокатки.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства рулонов горячекатаной трубной стали, преимущественно с содержанием углерода 0,17-0,22% и толщиной 8-16 мм, включающем нагрев сляба, его горячую прокатку с первым вертикальным единичным обжатием в диапазоне 20-90 мм, последующими горизонтальными обжатиями в клетях черновой группы и дальнейшую горячую прокатку полосы в чистовой непрерывной группе широкополосного стана с охлаждением ее поверхности водой в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой полосы в рулон, согласно изобретению при прокатке сляба в первых клетях черновой группы осуществляют его дифференцированное обжатие в зависимости от конечной толщины полосы, при этом горизонтальное относительное обжатие в первом проходе для полос с конечной толщиной от 8 мм до 12 мм включительно не превышает 18,5%, горизонтальное относительное обжатие во втором проходе не превышает 21%, а для полос с конечной толщиной от 12 мм до 16 мм включительно горизонтальное относительное обжатие в первом проходе не превышает 16,5%, горизонтальное относительное обжатие во втором проходе не превышает 18%.

Отличительный признак, характеризующий дифференцированное обжатие сляба в черновых проходах широкополосного стана в зависимости от конечной толщины полосы, известен (см., например, Пат. РФ №2182050). Однако в известных технических решениях регламентация величины обжатия связана с необходимостью формирования комплекса физико-механических свойств в горячекатаной полосе и не увязывается с управлением распространения в процессе прокатки трещин, сконцентрированных в прикромочных областях полосы. Кроме того, в известных технических решениях отсутствует четкая регламентация величины горизонтального относительного обжатия в первом и втором проходах стана горячей прокатки в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы.

В заявляемом техническом решении регламентация значений горизонтального относительного обжатия в первом и втором проходах черновой группы стана горячей прокатки в зависимости от конечной толщины полосы связана со следующим.

Традиционные широкополосные станы горячей прокатки включают, как правило, черновую и чистовую группу клетей. При этом в первых проходах черновой группы стана, имеющей, как правило, универсальную клеть в своем составе, производится чередование пластической деформации в вертикальных (эджерах) и горизонтальных валках. Учитывая, что температура сляба в начальный период деформации максимальная, и, соответственно, пластичность металла повышенная, то в первых проходах необходимо обеспечить максимальную высотную (горизонтальную) деформацию. В то же время существуют два принципиальных ограничения по обжатиям в первых горизонтальных проходах. Первое ограничение связано с необходимостью обеспечения заданного комплекса физико-механических свойств в полосе конечной толщины, а следовательно, с температурно-скоростными параметрами прокатки полосы в конкретном проходе. При этом следует учитывать, что наибольшее упрочнение материала наблюдается в начальной стадии деформирования, т.е. в первых двух черновых проходах. Второе ограничение связано с составом оборудования прокатного стана, в частности с жесткостью прокатных клетей и возможностями привода, особенно чистовой группы стана. Как правило, широкополосные станы горячей прокатки позволяют развивать наибольшее усилие прокатки в каждой клети чистовой группы в пределах 2500-3500 тонн. В соответствии с этим режим обжатий металла по всему стану распределяется таким образом, чтобы при температурах конца прокатки обеспечить получение качественной полосы требуемой конечной толщины. При этом наибольшее абсолютное высотное обжатие (в направлении прокатки) осуществляют в черновой группе. Таким образом, для получения горячекатаных полос с конечной толщиной 8-16 мм из сляба толщиной 230-250 мм толщина раската после прокатки в черновой группе стана не должна превышать 30-40 мм, что соответствует диапазону единичных горизонтальных относительных обжатий в первом и втором проходах 15-20% и 17-29% соответственно (при существующем составе оборудования традиционных широкополосных станов горячей прокатки). Кроме того, дополнительным фактором в заявляемом изобретении, ограничивающим верхнее значение горизонтального относительного обжатия в первых двух проходах, является наличие продольных трещин, присутствующих в слябе из заявляемых марок стали и образующихся в процессе его кристаллизации. При горячей прокатке указанные трещины распространяются в продольном направлении относительно оси прокатки. В результате в готовой горячекатаной полосе формируется достаточно широкая прикромочная зона (шириной более 15 мм с каждой стороны полосы) с развитой сеткой трещин. Это приводит к необходимости в процессе дальнейшей переработки такой полосы производить повышенную по ширине обрезку кромок, а следовательно, существенно снижается выход годного металлопроката (менее 90%). При этом протяженность прикромочной зоны с трещинами тем больше, чем больше степень горизонтального относительного обжатия сляба в первых двух черновых проходах приближена к верхнему граничному значению в данном проходе. Таким образом, для повышения выхода годного путем минимизации ширины прикромочной зоны (не более 15 мм с каждой стороны), в которой будут находиться трещины, необходимо регламентировать предельную величину горизонтального относительного обжатия в первых двух проходах широкополосного стана горячей прокатки в зависимости от конечной толщины полосы. При этом для достижения положительного эффекта и решения технической задачи необходимо для полос с конечной толщиной от 8 мм до 12 мм включительно устанавливать значения горизонтального относительного обжатия в первом и втором проходах, не превышающие 18,5% и 21% соответственно, а для полос с конечной толщиной от 12 мм до 16 мм включительно - 16,5% и 18% соответственно.

Заявляемые верхние значения горизонтального относительного обжатия в первом и втором проходах черновой группы стана горячей прокатки в зависимости от конечной толщины полосы выбраны на основании экспериментальных данных и практического опыта работы широкополосного стана 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Данная совокупность признаков в известных технических решениях не обнаружена.

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

Для осуществления предлагаемого способа предварительно, в зависимости от требуемой конечной толщины горячекатаной полосы, определяется верхняя граничная величина относительного обжатия при первом и втором горизонтальном проходах стана горячей прокатки. Затем назначается деформационный режим прокатки по всем проходам в черновой и далее чистовой непрерывной группах стана.

Пример осуществления способа.

На широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» прокатывают полосы размерами 8÷16×1720 мм из стали марки В по международному стандарту API5L с содержанием углерода (С) 0,17-0,22%.

Сляб размерами 250×750 мм, нагретый до требуемой температуры, поступает на широкополосный стан горячей прокатки, имеющий в своем составе черновую группу клетей, промежуточный рольганг, чистовую непрерывную группу клетей с устройствами межклетевого охлаждения, а также отводящий рольганг с охлаждающими секциями и группы моталок. После деформации в вертикальных валках («эджере») в зависимости от конечной толщины полосы осуществляют дифференцированное обжатие сляба в горизонтальных проходах. Далее раскат толщиной 30-40 мм направляется по промежуточному рольгангу в чистовую непрерывную группу клетей, после прокатки в которой полоса конечной толщины по отводящему рольгангу, на котором осуществляют дифференцированное охлаждение ее поверхности водой сверху и снизу секциями душирующего устройства, направляется к моталкам второй группы, где сматывается в рулон. Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу и способу-прототипу осуществлялись горячая прокатка полос в черновой группе стана, представлены в таблице. Выход годного оценивался по ширине прикромочной зоны с трещинами, максимальное значение которой не должно превышать 15 мм, что соответствует с учетом обрезки кромок выходу годного более 90%.

ТаблицаТехнологические параметры горячей прокатки полосы из стали марки «В» по международному стандарту API5L в черновой группе клетей стана 2000 ОАО «ММК»№ п/пТолщина полосы, ммГоризонтальное относительное обжатие в первом проходе черновой группы, %Горизонтальное относительное обжатие во втором проходе черновой группы, %Ширина прикромочной зоны с трещинами, ммВыход годного, %Примечание18161810-требуемая конечная толщина не получена из-за превышения энергосиловых параметров в чистовой группе стана2818,5211297 3820252581По способу-прототипу*41018,5211393 51023222379По способу-прототипу*61216,5181096 712121811-требуемая конечная толщина не получена из-за превышения энергосиловых параметров в чистовой группе стана81218221886По способу-прототипу*91416,5181194 101417262177По способу-прототипу*111616,5181296 121616,52013-требуемая конечная толщина не получена из-за превышения энергосиловых параметров в чистовой группе стана131620222081По способу-прототипу** По способу-прототипу горизонтальные относительные обжатия в первых двух проходах черновой группы стана не регламентировались.

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

Заявляемый способ может найти широкое применение на широкополосных станах горячей прокатки при производстве горячекатаных полос толщиной 8-16 мм из трубных марок стали с минимальным количеством трещин в прикромочных участках полосы.

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

Изобретение предназначено для повышения выхода годного металлопроката при производстве широких горячекатаных полос, преимущественно трубных марок стали с содержанием углерода 0,17-0,22%, толщиной 4-16 мм, производимых на станах горячей прокатки с максимальным усилием прокатки в каждой клети чистовой группы не более 3500 тонн. Осуществляют нагрев сляба под горячую прокатку, его горячую прокатку с первым вертикальным единичным обжатием в диапазоне 20-90 мм, последующими горизонтальными обжатиями в клетях черновой группы и дальнейшую горячую прокатку полосы в чистовой непрерывной группе широкополосного стана с охлаждением ее поверхности водой в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой полосы в рулон. Локализация трещин в прикромочных участках полосы обеспечивается за счет того, что в первых клетях черновой группы осуществляют дифференцированное обжатие сляба в зависимости от конечной толщины полосы. В первом горизонтальном проходе величина относительного обжатия для полос с конечной толщиной свыше 8 мм и до 12 мм включительно не превышает 18,5%, во втором горизонтальном проходе относительное обжатие не превышает 21%, а для полос с конечной толщиной свыше 12 мм и до 16 мм включительно первое горизонтальное относительное обжатие не превышает 16,5%, второе горизонтальное относительное обжатие не превышает 18%. 1 табл.

Способ производства рулонов горячекатаной трубной стали преимущественно с содержанием углерода 0,17-0,22% и толщиной 8-16 мм, включающий нагрев сляба, его горячую прокатку с первым вертикальным единичным обжатием в диапазоне 20-90 мм, последующими горизонтальными обжатиями в клетях черновой группы и дальнейшую горячую прокатку полосы в чистовой непрерывной группе широкополосного стана с охлаждением ее поверхности водой в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой полосы в рулон, отличающийся тем, что при прокатке сляба в первых клетях черновой группы осуществляют его дифференцированное обжатие в зависимости от конечной толщины полосы, при этом относительное обжатие в первом горизонтальном проходе для полос с конечной толщиной от 8 до 12 мм включительно не превышает 18,5%, во втором горизонтальном проходе не превышает 21%, а для полос с конечной толщиной от 12 до 16 мм включительно относительное обжатие в первом горизонтальном проходе не превышает 16,5%, во втором горизонтальном проходе не превышает 18%.