СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ПОЛОС Российский патент 2009 года по МПК B21B1/26 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении на непрерывных широкополосных станах полос толщиной 1,50-6,00 мм конструкционного назначения из углеродистых сталей.

Горячекатаный полосовой прокат конструкционного назначения их углеродистых сталей должен удовлетворять следующему комплексу механических свойств (табл.1):

Таблица 1.

Механические свойства горячекатаных полос (ТУ 11-1-3579)

_в, МПат, МПа₄, %Изгиб на 180°Не менее 370не менее 245не менее 30выдержив. без надрывов и трещин

Известен способ горячей прокатки полос из конструкционной углеродистой стали марки Ст3сп, включающий нагрев слябов, черновую прокатку на толщину 15-36 мм, чистовую прокатку полос за 6-7 проходов до конечной толщины 1,2-8,0 мм с температурой конца прокатки 840-920°С, охлаждение водой до температуры смотки 550-650°С и смотку полос в рулоны [1]. Конструкционная углеродистая сталь марки Ст3сп (ГОСТ 380) содержит по массе 0,40-0,65% марганца.

Недостатки известного способа состоят в том, что полосы разных толщин, прокатанные по одним и тем же режимам, имеют различные механические свойства. Это приводит к повышенной отбраковке металлопродукции и увеличению затрат на производство. Кроме того, повышенное содержание марганца в стали дополнительно увеличивает эти затраты.

Известен также способ производства горячекатаных полос из углеродистой стали марки 08Ю, включающий нагрев слябов до температуры 1250°С и прокатку на непрерывном широкополосном стане в полосы заданной толщины с температурой конца прокатки 870-900°С.Прокатанные полосы охлаждают водой до температуры 720-750°С и сматывают в рулоны [2]. Конструкционная сталь марки 08Ю содержит в своем составе по массе 0,25-0,45% марганца и 0,02-0,08% алюминия (ГОСТ 4041).

Данный способ также требует увеличенных затрат на производство, т.к. полосы разных толщин, прокатанные с одной и той же температурой смотки, охлаждаются водой, подаваемой на их нижние стороны, с различными скоростями. Это приводит к увеличению отбраковки готовой продукции по механическим свойствам. Помимо этого повышенное содержание марганца и алюминия в стали марки 08Ю увеличивает затраты на легирование.

Наиболее близким аналогом по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства горячекатаных полос из углеродистой конструкционной стали марки Ст3 пс, включающий нагрев слябов, черновую прокатку, чистовую прокатку полос до конечной толщины с регламентированной температурой конца прокатки 810-880°С, охлаждение водой до температуры смотки 640-680°С и смотку в рулоны, причем углеродистая сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод0,14-0,22;Кремний0,05-0,17;Марганец0,40-0,65;Хромне более 0,30;Никельне более 0,30;Медьне более 0,30;Серане более 0,05;Фосфорне более 0,04;Азотне более 0,08;Железоостальное [3] - прототип.

Недостатки известного способа состоят в высоких затратах на производство. Так как скорость охлаждения горячекатаных полос водой от температуры конца прокатки Т_кп до температуры смотки Т_см существенно зависит от толщины полосы h, то и при постоянных значениях Т_кп и Т_см механические свойства горячекатаных полос различной толщины имеют большой разброс значений прочности и пластичности. Это приводит к увеличению отбраковки готовой продукции по механическим свойствам. Помимо этого, повышенное содержание марганца в стали марки Ст3пс увеличивает расход ферромарганца и затраты на легирование.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении затрат на производство.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства горячекатаных полос из углеродистой стали, включающем нагрев слябов, черновую прокатку, чистовую прокатку полос до конечной толщины с регламентированной температурой конца прокатки, охлаждение водой до температуры смотки и смотку в рулоны, согласно предложению, температуры конца прокатки и смотки устанавливают исходя из конечной толщины полосы по зависимостям:

для h=1,50-2,99 мм Т_кп≥820°С и Т_см=610-650°С,

для h=3,00-6,00 мм Т_кп≥840°С и Т_см=640-680°С,

где h - толщина полосы;

Т_кп Т_см - температуры конца прокатки и смотки полосы,

причем углеродистая сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод0,14-0,18;Кремнийне более 0,15;Марганец0,40-0,55;Алюминий0,01-0,05;Железо и примесиостальное.

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем.

Механические свойства горячекатаных полос из конструкционной углеродистой стали зависят как от ее химического состава, так и от Т_кп, Т_см и скорости охлаждения полос водой, а именно: с увеличением толщины полосы скорость охлаждения уменьшается, что ведет нестабильности механических свойств, увеличению отбраковки и расходов на производство. Для компенсации неравномерности охлаждения полос различной толщины предложено дифференцировать температуры T_кп, Т_см, а именно: для «тонких» полос h=1,50-2,99 мм значения Т_кп и Т_см имеют более низкие значения, благодаря чему скорость охлаждения прокатанных полос водой с более низкой температурой снижается. Для более «толстых» полос h=3,00-6,00 мм температуры Т_кп и Т_см увеличивают, что ведет к увеличению коэффициента теплоотдачи полосы охлаждающей воде. Благодаря этому скорости охлаждения полос обеих групп толщин выравниваются, за счет чего обеспечивается снижение отбраковки и затрат на производство.

Помимо этого углеродистая сталь предложенного состава содержит меньше марганца (0,40-0,55% против 0,40-0,65% в стали известного состава), благодаря чему достигается экономия ферромарганца и дополнительное снижение затрат на производство.

Экспериментально установлено, что при прокатке полос толщиной h=l,50-2,99 мм из углеродистой стали предложенного химического состава с Т_кп<820°С или Т_см<610°С пластические свойства ниже допустимого значения, δ₄<26%, образцы не выдерживают изгиб на 180°. Увеличение Т_см более 650°С ведет к снижению прочности, увеличению отбраковки и затрат на производство.

При прокатке полос толщиной h=3,00-6,00 мм из углеродистой стали предложенного химического состава с Т_кп<840°С или Т_см<640°С возрастает прочность горячекатаных полос выше допустимого уровня, а при Т_см<640°С снижается пластичность. В обоих случаях увеличивается отбраковка горячекатаных полос и расходы на производство.

Углерод в стали предложенного состава определяет ее прочностные свойства. Снижение содержания углерода менее 0,14% приводит к падению прочности ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода сверх 0,18% ухудшает пластичность стали.

Кремний раскисляет и упрочняет сталь, повышает ее упругие свойства. Однако увеличение содержания кремния более 0,15% приводит к возрастанию количества силикатных неметаллических включений, охрупчивает сталь, ухудшает ее пластичность.

Марганец введен для раскисления и повышения прочности стали, связывания примесной серы в сульфиды. При содержании марганца менее 0,40% снижается прочность стали что приводит к увеличению отбраковки. Повышение концентрации марганца сверх 0,55% ухудшает пластичность стали, требует увеличения количества ферромарганца и расходов на производство.

Алюминий является раскисляющим и модифицирующим элементом. При содержании алюминия менее 0,01% его воздействие проявляется слабо, сталь имеет низкие механические свойства. Увеличение содержания алюминия более 0,05% приводит к графитизации стали, ухудшению свойств, увеличивает расходы на легирование.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере производили выплавку сталей с различным химическим составом (табл.2.).

Пример 1. Выплавленную сталь состава №3 подвергают непрерывной разливке в слябы толщиной 200 мм, которые, после охлаждения, нагревают в методических печах с газовым отоплением до температуры аустенитизации 1200°С. Разогретые слябы последовательно выталкивают на печной рольганг полунепрерывного широкополосного стана 2800/1700 и осуществляют их черновую горячую прокатку в реверсивной группе клетей в раскаты толщиной 32 мм.

Очередной раскат толщиной 32 мм задают в непрерывную 6-клетевую группу клетей кварто 1700, в которой осуществляют чистовую прокатку полосы

до конечной толщины h=2,00 мм с температурой конца прокатки Т_КП=830°С.Заданное значение поддерживают изменением скорости прокатки и межклетевым охлаждением полосы.

Таблица 2.

Химический состав углеродистых сталей

№
сос
таваСодержание химических элементов, мас.%Основные элементыПримесные элементыСSiMnА1FeCrNiСиSРN1.0,130,110,390,009основа0,2од0,30,0220,0210,0072.0,140,120,400,01--од0,30,20,0210,0190,0083.0,160,130,470,03--0,3одод0,0130,0250,0064.0,180,150,550,05--0,20,20,30,0250,0100,0105.0,190,160,560,06--0,40,40,40,0260,0260,0116.0,150,170,65---о₅з0,30,30,0500,0400,008

Прокатанную полосу транспортируют по отводящему рольгангу к моталке. В процессе транспортирования полосу охлаждают водой до температуры Т_см=630°С и сматывают в рулон.

Пример 2. Все те же операции, что и в примере 1, только раскат толщиной 32 мм при чистовой прокатке в непрерывной 6-клетевой группе клетей кварто 1700 обжимают в полосу с конечной толщиной h=4,50 мм с Т_кп=870°С. Прокатанную полосу охлаждают водой на отводящем рольганге до температуры Т_см=660°С и сматывают в рулон.

В таблице 3 приведены режимы прокатки полос различных толщин из углеродистых сталей с различным химическим составом, а в таблице 4 - их механические свойства, а также относительная величина расходов Q на производство 1 т горячекатаной полосы.

Таблица 3.

Режимы горячей прокатки полос

Таблица 4.

Показатели эффективности различных вариантов способа производства

Как следует из данных, приведенных в табл.2-4, при реализации предложенного способа производства (варианты №2-4 и №8-10) достигается снижение затрат на производство: показатель Q минимален. Снижение затрат Q на производство обеспечивается как за счет обеспечения высоких и стабильных механических свойств горячекатаных полос (следовательно, минимальной отбраковки), так и снижения расхода ферромарганца и алюминия при выплавке стали. Причем высокие механические свойства при минимальных затратах на производство достигаются как для полос толщиной 1,50-2,99 мм, так и для полос толщиной 3,00-6,00 мм.

В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты №1, 5, 7, 11) уровень и стабильность механических свойств ухудшаются, что ведет к увеличению отбраковки металлопродукции и затрат на производство Q. Причем в вариантах №1 и №7 расходы увеличиваются также за счет увеличения затрат на ферромарганец и алюминий при выплавке стали.

Также более высокие затраты Q на производство имеют место и при реализации способа-прототипа (варианты №6 и №12). Кроме того, повышенное содержание серы и фосфора в используемой стали снижает комплекс механических свойств горячекатаных полос и увеличивает отбраковку проката.

Технико-экономические преимущества предложенного способа производства заключаются в том, что при использовании углеродистой стали предложенного состава и регламентировании температурных режимов горячей прокатки Т_кп и Т_см в зависимости от толщины h полос, исключается влияние скорости охлаждения полос водой на уровень и стабильность механических свойств, снижается требуемое содержание марганца и алюминия в стали для обеспечения заданных механических свойств. Благодаря этому достигается снижение затрат на производство.

В качестве базового объекта при определении технико-экономических преимуществ предложенного способа принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства горячекатаных полос толщиной 1,50-6,00 мм конструкционного назначения из углеродистой стали на 8-10%.

Изобретение предназначено для снижения затрат при производстве полос конструкционного назначения из углеродистых сталей на непрерывных широкополосных станах. Способ включает нагрев слябов, черновую прокатку, чистовую прокатку полос до конечной толщины с регламентированными температурами конца прокатки и смотки, охлаждение водой до температуры смотки и смотку в рулоны. Стабильность механических свойств и экономия легирующих материалов обеспечивается за счет того, что температуры конца прокатки и смотки регламентированы конечной толщиной полосы, а сталь имеет следующий химический состав, мас.%: 0,14-0,18 C, не более 0,15 Si, 0,40-0,55 Mn, 0,01-0,05 А1, остальное - Fe и примеси. 4 табл.

Способ производства горячекатаных полос из углеродистой стали

следующего химического состава, мас.%:

Углерод0,14-0,18Кремнийне более 0,15Марганец0,40-0,55Алюминий0,01-0,05Железо и примесиостальное,

включающий нагрев слябов, черновую прокатку, чистовую прокатку полос до конечной толщины h с регламентированной температурой конца прокатки, охлаждение водой до температуры смотки и смотку в рулоны, в котором температуры конца прокатки Т_кп и смотки Т_см устанавливают

Т_кп≥820°С и Т_см=610-650°С для h=l,50-2,99 мм и

Т_кп≥840°С и Т_см=640-680°С для h=3,00-6,00 мм.