СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ПОЛОС Российский патент 2009 года по МПК B21B1/26 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, предназначенных для производства профилей для строительных конструкций.

Известны способы горячей прокатки полос, включающие горячую прокатку полос в черновой и чистовой группах стана горячей прокатки с межклетевым охлаждением, а также охлаждением полос водой на отводящем рольганге с последующей их 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. - 423 С., Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995 г.).

Недостатком известных способов является сложность обеспечения необходимого комплекса механических свойств в горячекатаных полосах толщиной 12-16 мм из стали с содержанием углерода 0,14-0,19% при прокатке в условиях широкополосного стана.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту по совокупности признаков является способ производства рулонов горячекатаной трубной стали, включающий горячую прокатку полосы в черновой и чистовой непрерывной группах клетей с последующей смоткой полосы в рулон (см. Патент РФ №2277445, В21В 1/26, опубл. 10.06.2006, Бюл.№16.).

Недостаток известного способа заключается в отсутствии регламентации температурно-скоростных режимов прокатки широкой толстой полосы в чистовой непрерывной группе клетей широкополосного стана горячей прокатки. Это приводит к невозможности формирования требуемой равномерной по сечению микроструктуры с зерном феррита не крупнее 8-9 баллов и равномерно распределенного мелкопластинчатого перлита с дисперсностью 2-4 баллов, обеспечивающей оптимальные прочностные и пластические свойства в толстолистовом горячекатаном широкополосном прокате.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является получение требуемого комплекса механических свойств в горячекатаном толстолистовом прокате путем создания заданной микроструктуры, в частности, требуемой величины зерна феррита за счет регламентации температурно-скоростных режимов горячей прокатки и охлаждения полосы в межклетевых промежутках чистовой группы широкополосного стана.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе горячей прокатки полос толщиной 12-16 мм из стали с содержанием углерода 0,14-0,19% на широкополосном стане, включающем горячую прокатку полосы в черновой группе клетей с температурой конца прокатки в диапазоне 960-1060°С и чистовой непрерывной группе клетей с температурой конца прокатки в диапазоне 750-850°С, с охлаждением полосы водой в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, согласно изобретению в межклетевых промежутках чистовой непрерывной группы клетей междеформационную паузу по проходам определяют из выражения:

Т=7,14·n^-0,53, на нижнюю поверхность полосы производят равномерную монотонную подачу воды, а количество воды, подаваемой на верхнюю поверхность полосы, определяют из выражения: V_перв=1,5·V_посл, где Т - междеформационная пауза, с;

n - номер прохода,

V_перв - расход воды, подаваемой на поверхность полосы в первых двух межклетевых промежутках, м³/ч;

V_посл - расход воды, подаваемой на поверхность полосы в последних двух межклетевых промежутках, м³/ч.

Приведенные математические зависимости, регламентирующие междеформационную паузу по проходам и количество воды, подаваемой на поверхность полосы в чистовой группе стана горячей прокатки, - эмпирические и получены при обработке опытных данных при прокатке указанного сортамента на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Сущность заявляемого технического решения заключается в обеспечении условий для формирования в горячекатаной полосе толщиной 12-16 мм из стали с содержанием углерода 0,14-0,19% на стадии горячей прокатки заданного уровня механических свойств, позволяющих получать металлопрокат повышенной прочности для нужд строительной промышленности.

Как известно, для выбранного диапазона марок стали горячекатаный прокат, предназначенный для последующей переработки в холодногнутый профиль, должен обладать высокими значениями прочностных характеристик и одновременно повышенной пластичностью, вязкостью (поперечный изгиб на 180° вокруг оправки определенного диаметра d, для заявляемых толщин d=1,5h_полосы), а также сопротивлением хрупкому разрушению при температурах монтажа и эксплуатации строительных конструкций. Горячекатаные полосы из заявляемых марок стали имеют ферритно-перлитную структуру. Размеры, форма и количество зерен феррита оказывают большое влияние на эти показатели. Мелкозернистая структура феррита обеспечивает требуемый уровень σ_в и вязкой составляющей. Одним из главных условий получения мелкозернистой структуры феррита является наличие мелкозернистой структуры аустенита. Мелкозернистая структура аустенита может быть получена при определенных степенях и скоростях деформаций и температурах прокатываемого металла. Особенно важно соблюдение этих условий в конце горячей прокатки полос толщиной <25 мм (см., Регламентированная горячая прокатка полос на непрерывных станах. Tomczykiewicz Jan, Wegrzyn Aleksander. Regulowane walcowanie blach w garacej walcowni ciaglej. «Prz. now. hutn. ze-laza», 1976, 4, №2, 63-67). Известно, что в полосах из углеродистых марок стали интенсивная рекристаллизация начинается при температурах около 800°С. Микродобавки (например, V, Al и Ti) практически не влияют на температуру рекристаллизации, а только несколько сдерживают рост зерен после рекристаллизации. Следовательно, оптимальной, с точки зрения формирования требуемой мелкозернистой микроструктуры, можно считать температуру 750-850°С. Именно в таком диапазоне, как правило, поддерживают конец прокатки в чистовой группе клетей для выбранных марок стали.

Таким образом, для получения требуемых механических свойств в оптимальном интервале температур конца прокатки (750-850°С) необходимо осуществлять совместное управление температурным полем полосы и режимом обжатия в чистовой группе стана путем регламентации междеформационной паузы по проходам и количества воды, подаваемой на полосу в межклетевых промежутках.

Величина и форма аустенитного зерна зависит от скорости рекристаллизации при прокатке, которая, в свою очередь, зависит как от суммарной деформации в чистовой группе клетей стана, так и от скорости и температуры прокатки в чистовой группе. Более длительная междеформационная пауза приводит к формированию крупного зерна (6-7 баллов). Крупное зерно снижает пластические и вязкие свойства. Вследствие этого невозможно обеспечить в готовой горячекатаной полосе требуемых механических свойств (см., например, Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986. - 544 С.). В случае чрезмерно малой (меньшей, чем рассчитанная по заявленной зависимости) междеформационной паузы (или ее отсутствия) не успевают произойти процессы рекристаллизации, скорость упрочнения в чистовых проходах резко возрастает, что способствует интенсивному трещинообразованию при прокатке в последних клетях широкополосного стана горячей прокатки.

Отличительный признак, характеризующий соотношение количества подаваемой воды на поверхность полосы в первых и последних межклетевых промежутках чистовой группы стана, выбран из следующего.

Так как горячая полоса между клетями чистовой группы движется по охлаждаемым роликам, то ее нижняя поверхность частично охлаждается. Кроме того, необходимо учитывать время соприкосновения воды с полосой со стороны нижней поверхности, так как вода, попадая на верхнюю поверхность полосы, стекая через кромки, обладает в 1,5-2,5 раза большей охлаждающей способностью за счет большего времени контакта полосы с водой по сравнению с нижней поверхностью. В связи с этим, для формирования требуемого уровня механических свойств по всему сечению горячекатаной полосы, а также исключения перепада механических свойств на верхней и нижней поверхностях полосы в заявляемом техническом решении выбран принцип равномерной монотонной подачи воды на нижнюю поверхность полосы в межклетевых промежутках чистовой группы стана.

Превышение подаваемой воды на верхнюю поверхность полосы в первых межклетевых промежутках в 1,5 раза по отношению к количеству воды в последних промежутках стана горячей прокатки обусловлено механизмом формирования заданной микроструктуры с зерном феррита не крупнее 8 баллов. Скорость охлаждения полос влияет на количество и форму зерен феррита, характер распределения перлита и цементита, выделение в структуре «избыточных фаз». Рост скорости охлаждения полосы 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 глобули цементита. При быстром охлаждении цементит образуется только в виде мелких включений по границам зерен, что обеспечивает получение стали с лучшими пластическими, особенно вязкими, свойствами. Этот факт в совокупности с необходимостью обеспечения требуемого температурного режима конца прокатки (для заявляемого диапазона марок стали Ткп=750-850°С) определяет необходимость охлаждения поверхности полосы с большей интенсивностью в первых чистовых промежутках по отношению к последним проходам. При этом коэффициент 1,5 получен из опытных данных по горячей прокатке полос заявленного сортамента в условиях стана 2000 ОАО «ММК».

Указанная совокупность признаков в известных технических решениях не обнаружена.

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 патентноспособности "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

На широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» прокатывают полосу из стали марки A36-2 по международному стандарту JIS G 3101 с содержанием углерода (С) 0,14-0,19%, марганца (Mn) - 0,8-1,1% размерами 12×1500 мм.

Сляб, нагретый до требуемой температуры 1260°С, поступает на 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 моталки. После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана раскат толщиной 40 мм, имеющий температуру 960-1060°С, поступает на промежуточный рольганг и далее в чистовую группу клетей. При этом по проходам междеформационную паузу устанавливают в соответствии с выражением Т=7,14·n^-0,53,^{где Т - междеформационная пауза, сек; n - номер прохода. При прокатке полосы в чистовой группе клетей осуществляют дифференцируемое охлаждение верхней и нижней поверхностей полосы. Причем на нижнюю поверхность полосы подачу воды производят равномерно монотонно, а на верхнюю поверхность полосы количество воды в первых двух межклетевых промежутках чистовой группы стана в 1,5 раза превышает ее количество, расходуемое на охлаждение полосы в последних двух межклетевых промежутках. Это позволяет поддерживать температуру конца прокатки в диапазоне 780-820°С по всему объему полосы. Затем прокат по отводящему рольгангу, на котором производится дифференцируемое охлаждение верхней и нижней поверхностей полосы водой, направляется к моталкам, где полоса сматывается в рулон при температуре 570-610°С.}

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялась прокатка в чистовой группе клетей непрерывного широкополосного стана горячей прокатки 2000 ОАО «ММК», представлены в Таблице.

Таблица
Технологические параметры горячей прокатки полосы толщиной 12 мм из стали марки А36-2 в чистовой группе стана 2000 ОАО «ММК» Номер проходаМеждеформационная пауза, сОбъем воды, м³/чМикроструктура (балл зерна феррита)Примечаниеверхняя поверхностьнижняя поверхность17,14324324  24,94324324  33,99216324  43,422163248-9 1-2не регламентируется 108-324108-324 по способу-прототипу 3-4не регламентируется 108-324108-3246-7по способу-прототипу

Заявляемая технология производства горячекатаных полос на примере горячей прокатки стали марки А36-2 обеспечивает получение мелкозернистой структуры (8-9 баллов), при этом механические свойства следующие: σ_в=400-550 МПа, σ_т=250 МПа, δ₅=20-23%, выдерживает холодный изгиб на 180° при диаметре оправки d=1,5h, где h - толщина полосы.

На основании выше изложенного 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 полос, предназначенных для производства профилей для строительных конструкций с требуемыми регламентируемыми физико-механическими свойствами горячекатаного проката при максимальной производительности стана.

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

Изобретение предназначено для получения требуемого комплекса механических свойств в горячекатаном толстолистовом прокате для производства профилей для строительных конструкций. Создание заданной микроструктуры, в частности, требуемой величины зерна феррита обеспечивается за счет регламентации температурно-скоростных режимов горячей прокатки и охлаждения полосы в межклетевых промежутках чистовой группы широкополосного стана. В процессе горячей прокатки в чистовой непрерывной группе клетей широкополосного стана полос преимущественно с содержанием углерода 0,14-0,19% толщиной 12-16 мм производят управление междеформационной паузой, которую в межклетевых промежутках по проходам определяют из выражения: Т=7,14·n^-0,53, где Т - междеформационная пауза, с, n - номер прохода. Кроме того, в межклетевых промежутках чистовой группы стана на нижнюю поверхность полосы подачу воды производят равномерно монотонно, а количество воды, подаваемой на верхнюю поверхность полосы, определяют из выражения V_перв=1,5·V_посл, где V_перв - расход воды, подаваемой на поверхность полосы в первых двух межклетевых промежутках, м³/ч; V_посл - расход воды, подаваемой на поверхность полосы в последних двух межклетевых промежутках, м³/ч. 1 табл.

Способ горячей прокатки полос толщиной 12-16 мм из стали с содержанием углерода 0,14-0,19% на широкополосном стане, включающий горячую прокатку полосы в черновой группе клетей с температурой конца прокатки в диапазоне 960-1060°С и чистовой непрерывной группе клетей с температурой конца прокатки в диапазоне 750-850°С, с охлаждением полосы водой в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге и последующей смоткой в рулон, при этом в межклетевых промежутках чистовой непрерывной группы клетей междеформационную паузу по проходам определяют из выражения Т=7,14·n^-0,53, на нижнюю поверхность полосы производят равномерную монотонную подачу воды, а количество воды, подаваемой на верхнюю поверхность полосы, определяют из выражения V_перв=1,5·V_посл,

где Т - междеформационная пауза, с;

n - номер прохода;

V_перв - расход воды, подаваемой на поверхность полосы в первых двух межклетевых промежутках, м³/ч;

V_посл - расход воды, подаваемой на поверхность полосы в последних двух межклетевых промежутках, м³/ч.