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, обладающих повышенной коррозионной стойкостью и хладостойкостью.

Известен способ горячей прокатки полос, включающий горячую прокатку полос на стане горячей прокатки с межклетевым охлаждением, а также охлаждением полос водой на отводящем рольганге с последующей 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. - С.542, Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995 г.).

Недостатками известных способов является сложность обеспечения заданного комплекса физико-механических, в частности вязких, свойств горячекатаных полос при горячей прокатке с максимальной производительностью на широкополосном стане.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства рулонов горячекатаной трубной стали, включающий нагрев сляба, его прокатку в черновой и чистовой группах клетей при температуре конца прокатки 800-840°С, последующее диффиренцированное охлаждением полосы водой на отводящем рольганге и смотку полосы в рулон при температуре 570-610°С (см. Патент РФ №2277445, В21В 1/26, опубл. 10.06.2006, Бюл.№16).

Недостаток известного способа заключается в сложности получения в горячекатаном прокате с повышенным до 0,50-0,70% содержанием хрома и предназначенном для последующего изготовления коррозионностойких и хладостойких труб требуемой оптимальной микроструктуры (зерно феррита не крупнее 9-го балла). В результате этого возникает трудность обеспечения в готовой горячекатаной полосе заданного уровня вязких характеристик, в частности хладостойкости, с одной стороны, и показателей прочности (σ_т/σ_в), с другой.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение в горячекатаном прокате толщиной 8-10 мм из трубных марок стали с повышенным до 0,50-0,70% содержанием хрома в условиях широкополосного высокопроизводительного стана горячей прокатки требуемой оптимальной микроструктуры с зерном феррита не крупнее 9-го балла для получения заданных показателей хладостойкости, пластичности, вязкости (доля вязкой составляющей в изломе не менее 75%) и прочности.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства рулонов горячекатаной трубной стали преимущественно с содержанием углерода 0,07-0,12% с микролегированием ниобием и толщиной 8-10 мм, включающем нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, дифференцированное охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, согласно изобретению при содержании в стали хрома 0,50-0,70% прокатку в чистовой группе стана осуществляют с суммарным относительным обжатием не менее 80%, при этом температуру конца прокатки устанавливают в диапазоне от 845 до 870°С, а температуру смотки полосы устанавливают в диапазоне от 515-555°С.

В заявляемом техническом решении отличительный признак, характеризующий температуру конца прокатки в диапазоне от 845 до 870°С, связан со следующим.

Низколегированные трубные стали должны хорошо свариваться. То есть не должны образовывать при сварке холодных и горячих трещин, и свойства сварного соединения (а также участков, прилегающих к нему) должны быть близкими к свойствам основного металла. Прокат из указанных марок стали, таким образом, должен обладать оптимальным комплексом высоких значений прочностных характеристик при одновременно повышенной пластичности, вязкости, а также сопротивлении хрупкому разрушению при температурах монтажа труб и их эксплуатации. Поэтому особенно важными показателями для такого проката являются ударная вязкость (KCV_-50), показатель прочности (отношение предела текучести к временному сопротивлению разрыву σ_т/σ_в, который не должен превышать значения 0,87). В связи с этим вся технология получения горячекатаных полос из трубной стали должна обеспечивать следующие механические свойства: прочностные (σт=380-500 МПа, σ_в - не менее 510 МПа), пластические (δ₅ не менее 23%) и вязкие

(KCV_-50 не менее 88 Дж/см², доля вязкой составляющей - не менее 75%). При этом надо учитывать, что для обеспечения повышенной коррозионной стойкости в сталь при содержании в ней углерода 0,07-0,12% дополнительно вводят повышенное содержание хрома до 0,50-0,70%. Поэтому для выбранных марок стали для обеспечения заданных прочностных свойств при повышенных пластических (вязких) свойствах температура конца прокатки повышена до температур 845-870°С. В данном интервале температур предел текучести несколько снижается, а временное сопротивление разрыву практически не изменяется, что позволяет обеспечить оптимальное значение показателя σ_т/σ_в. При этом формирование микроструктуры проката происходит в однофазной (аустенитной) области кристаллизации стали. Таким образом, верхняя граница диапазона конца прокатки 870°С лимитируется условиями формирования зерна феррита не крупнее 9-го балла, а нижнее значение температуры 845°С определяется возможностью обеспечения требуемых пластических (вязких) свойств (см. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986. - 544 с.). Кроме того, суммарные обжатия в чистовой группе должны составлять не менее 80%, чтобы при температурах конца прокатки 845-870°С также обеспечить требуемые значения вязких свойств (см., например, Niobium Informasion №14, 1997 г.).

Температура смотки полос в диапазоне 515-555°С известна (см., например, Патенты РФ №22774451, №2277445). Однако в известных технических решениях температурный интервал расширен, как правило, диапазоном 500-700°С. Температурный интервал смотки определяется требованиями получения равномерного равноосного зерна феррита. В заявляемом же способе расширение температурного интервала до известного уровня недопустимо, и поэтому он сужен. Температура смотки для выбранных согласно заявляемому способу марок стали должна быть в интервале 515-555°С. Снижение температуры смотки до заявляемых значений после высокой температуры конца прокатки 845-870°С способствует тому, что при резком охлаждении полосы на отводящем рольганге формирование микроструктуры смещается в бейнитную область, что способствует, в конечном итоге, увеличению временного сопротивления разрыву в готовом прокате. При температуре смотки выше заявляемой образуется крупнозернистая структура с неравномерным зерном, включая крупное. Кроме того, при повышенных температурах смотки наблюдается дисперсионное упрочнение, так как при данных температурах происходит распад пересыщенного твердого раствора и выделяется карбонитрид ниобия. Это уменьшает вязкие характеристики проката. При меньших температурах смотки наблюдается значительный градиент балла зерна феррита по объему рулона, с одной стороны, и значительное увеличение показателя σ_т/σ_в, с другой.

Указанная выше 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 патентоспособности "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

На широкополосном стане горячей прокатки 2000 ОАО «ММК» прокатывают полосу размерами h×b=8×1400 мм из стали марки 13ХФА повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости, имеющей следующий химический состав: С - 0,07-0,12%, Mn - 0,50-0,70%, Cr - 0,50-0,70%, V - 0,04-0,06, Nb - 0,015-0,035%.

Сляб, нагретый до требуемой температуры, поступает на широкополосный стан 2000 горячей прокатки, имеющий в своем составе черновую непрерывную группу клетей, промежуточный рольганг, чистовой окалиноломатель, чистовую непрерывную группу клетей с устройствами межклетевого охлаждения, а также отводящий рольганг с охлаждающими секциями и две группы моталок. После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана раскат толщиной 44 мм, имеющий температуру 990÷1010°С, направляется по промежуточному рольгангу в чистовую непрерывную группу клетей. Чистовая группа клетей стана имеет в своем составе семь рабочих клетей, прокатку в которой осуществляют при суммарном относительном обжатии (ε) не менее 80%. При этом температуру конца прокатки полосы в последнем проходе чистовой группы поддерживают в диапазоне 845÷870°С. После этого прокат по отводящему рольгангу направляется к моталкам второй группы. На отводящем рольганге осуществляют дифференцированное управляемое охлаждение поверхности полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства. После чего полосу сматывают в рулон при температуре 515÷555°С.

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялись прокатка, охлаждение и смотка полосы из стали марки 13ХФА на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» (ШСГП 2000), а также результаты исследований представлены в таблице.

Заявляемая технология производства горячекатаных рулонов на примере горячей прокатки стали марки 13ХФА обеспечивает получение следующих механических свойств: σ_в=540-560 МПа, σ_т=460-485 МПа, δ₅≈26-28%, ударная вязкость: KCV_-50=197-281 Дж/см², доля вязкой составляющей в изломе 85-98%.

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 полос из трубных марок стали с регламентируемыми физико-механическими свойствами горячекатаного проката. Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Изобретение предназначено для получения продукции с требуемой оптимальной микроструктурой, заданными показателями хладостойкости, пластичности, вязкости и прочности. Способ включает нагрев сляба, прокатку на широкополосном стане полосы толщиной 8-10 мм из трубных марок стали с повышенным до 0,50-0,70% содержанием хрома, микролегированную ниобием, с содержанием углерода 0,07-0,12%, ее охлаждение с последующей смоткой в рулон. Микроструктура стали с зерном феррита не крупнее 9-го балла обеспечивается за счет того, что прокатку в чистовой группе стана ведут с относительным суммарным обжатием не менее 80% при температуре конца прокатки в интервале 845-870°С, после чего осуществляют дифференцированное охлаждение поверхности полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой полосы в рулон при температуре в диапазоне 515-555°С. 1 табл.

Способ производства рулонов полос толщиной 8-10 мм горячекатаной трубной стали с содержанием углерода 0,07-0,12%, хрома 0,50-0,70% микролегированной ниобием, включающий нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, дифференцированное охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, при этом прокатку в чистовой группе стана осуществляют с суммарным относительным обжатием не менее 80%, температуру конца прокатки устанавливают в диапазоне от 845 до 870°С, а температуру смотки полосы устанавливают в диапазоне от 515-555°С.