СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОГО ПРОКАТА Российский патент 2009 года по МПК C21D8/04 C21D9/48 C22C38/04 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаного проката, предназначенного для изготовления бочек.

Холоднокатаный прокат для изготовления бочек должен отвечать определенным требованиям по механическим свойствам (по твердости) и качеству поверхности проката. Механические свойства по твердости должны быть в узком диапазоне, а именно от 40 до 55 ед. (стремиться 45-55 ед.), причем свойства должны быть однородными и стабильными по длине полосы. Поверхность полосы должна быть пригодна к дальнейшей покраске распылением или роликовой покраске без предварительной очистки поверхности, поэтому на поверхности проката не допускается наличие масла. Шероховатость поверхности (Ra) холоднокатаного проката должна соответствовать 0,6-1,9 мкм.

Известен способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий выплавку стали, разливку, прокатку в черновой и чистовой группе клетей непрерывного широкополосного стана, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в колпаковой печи при температуре не ниже 690°С и дрессировку. При этом выплавляют сталь, содержащую, мас.%:

Углерод 0,01-0,06 Кремний 0,003-0,030 Марганец 0,05-0,25 Фосфор 0,003-0,020 Сера 0,002-0,023 Алюминий кислоторастворимый 0,01-0,06 Азот 0,002-0,007 Железо и неизбежные примеси остальное

при выполнении соотношений [Mn]·[S]≤0,045 и 5≤[Al]/[N]≤20. Горячую прокатку в черновой группе клетей заканчивают при толщине раската не менее 35 мм и при температуре раската T_p≥l050+8000·[Mn]·[S], °C. Нагрев при рекристаллизационном отжиге осуществляют сначала до 450-500°С в течение не более 10 часов, после чего от 450-500°С нагрев ведут со скоростью не более 20°С/час до 550-600°С, далее со скоростью не более 50°С/час до температуры отжига [патент РФ №2281338, МПК С21D 8/04, С2С 38/06, 10.05.2006].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.

Известен способ производства холоднокатаной листовой стали для глубокой вытяжки, включающий горячую прокатку непрерывно-литых слябов из малоуглеродистой стали, травление, многопроходную холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 75%, рекристаллизационный отжиг рулонов в колпаковой печи с нагревом за несколько стадий: нагрев со средней скоростью 70-80°С/ч до температуры 490-510°С, повторный нагрев со средней скоростью 3-4°С/ч до промежуточной температуры 540-560°С и окончательный нагрев со средней скоростью 50-55°С/ч до температуры 700-720°С, при которой рулоны выдерживают в течение 12-18 часов, охлаждение рулонов и дрессироку. Слябы разливают из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,025-0,050 Кремний 0,003-0,01 Марганец 0,12-0,19 Алюминий 0,02-0,05 Азот не более 0,011 Железо остальное

[патент РФ №2255988, МПК С21D 8/04, 10.07.2005].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства листовой стали для холодной штамповки, включающий непрерывную разливку стальных слябов, их нагрев до 1150-1240°С, горячую прокатку с температурой конца прокатки не ниже 870°С, охлаждение водой до 550-730°С, смотку в рулоны, травление, холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 70%, отжиг при 700-750°С с выдержкой при этой температуре 11-34 часов, дрессировку полос ведут с обжатием 0,4-1,2% с шероховатостью поверхности 2-4 мкм Ra и плотностью пиков 60-120 1/см. Непрерывную разливку слябов ведут со скоростью 0,4-1,6 м/мин при температуре разливаемой стали 1500-1580°С. Слябы разливают из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,002-0,007 Кремний 0,005-0,05 Марганец 0,08-0,16 Алюминий 0,01-0,05 Титан 0,05-0,12 Фосфор не более 0,015 Сера не более 0,010 Хром не более 0,04 Никель не более 0,04 Медь не более 0,04 Азот не более 0,006 Железо остальное

[патент РФ №2197542, МПК С21D 8/04, 27.01.2003 - прототип].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств, имеет высокие издержки за счет легирования стали дорогостоящим титаном и пониженного выхода годного по качеству поверхности из-за наличия дефектов сталеплавильного производства, таких как «плена» и «неметаллические включения».

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение холоднокатаного проката с заданным уровнем твердости в узких пределах, стабильных и однородных по длине полосы, а также снижение производственных издержек за счет увеличения выхода годного по качеству поверхности.

Технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаного проката, включающем выплавку стали, непрерывную разливку слябов, их нагрев, горячую прокатку в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку, согласно изобретению выплавляют сталь, содержащую углерод - 0,05-0,10%; кремний - не более 0,06%; марганец 0,25-0,45%; фосфор - не более 0,025%; серу - не более 0,020%; железо и неизбежные примеси - остальное.

Изменение скорости непрерывной разливки стали не должно превышать более чем на 0,1 м/мин, слябы нагревают до 1220-1320°С, прокатывают с температурой конца прокатки 830-890°С и сматывают при температуре 550-610°С, холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 60-80%, рекристаллизационный отжиг производят при 640-700°С с выдержкой при этой температуре 6-18 часов, дрессировку полос ведут с обжатием 0,7-1,4%. Рекристаллизационный отжиг осуществляют со скоростью 30-75°С/час. Дрессировку полос ведут на валках с шероховатостью 2,0-3,5 мкм (Ra). Дрессировку производят без эмульсии. Холоднокатаный прокат на агрегатах резки сматывают без промасливания.

В рассмотренных аналогах и прототипе регламентированы механические свойства по пределу текучести, временному сопротивлению, относительному удлинению в отличие от предлагаемого изобретения, где нормирована только твердость.

Сущность изобретения состоит в следующем. На механические свойства холоднокатаной листовой стали влияют как химический состав стали, так и режимы деформационно-термической обработки.

Углерод - один из упрочняющих элементов. При содержании углерода менее 0,05% механические свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,10% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.

Марганец обеспечивает получение заданных механических свойств. При содержании марганца менее 0,25% механические свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания марганца более 0,50% приводит к ухудшению механических свойств.

Содержание кремния более 0,06%, фосфора более 0,025%, серы более 0,020% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.

Изменение скорости при разливке более чем на 0,1 м/мин приводит к увеличению отсортировки по качеству поверхности по дефектам сталеплавильного производства, таких как «плена» и «неметаллические включения».

Горячая прокатка с температурами конца прокатки 830-890°С и смотки 550-610°С обеспечивает получение однородных механических свойств по длине полосы.

Холодная прокатка с суммарным обжатием менее 60% требует уменьшения толщины горячекатаного подката, что приводит к нестабильности механических свойств по длине полосы, увеличению неплоскостности, а значит уменьшению выхода годного по качеству поверхности. Увеличение суммарного обжатия сверх 80% приводит к неравномерности механических свойств.

Рекристаллизационный отжиг с температурами ниже 640°С или выше 700°С, а также выдержка при отжиге менее 6 часов не обеспечивает необходимый уровень механических свойств и их стабильность. Увеличение времени выдержки более 18 часов неоправданно удлиняет отжиг.

Скорость нагрева под рекристаллизационный отжиг зависит от массы отжигаемого рулона. При увеличении массы рулона скорость нагрева уменьшается. Скорость менее 30°С/час неоправданно удлиняет отжиг, а более 75°С/час ухудшает механические свойства.

Окончательно механические свойства формируются при дрессировке. Дрессировка полос с обжатием 0,7-1,4% обеспечивает оптимальный уровень механических свойств. Дрессировка с обжатием менее 0,7% или более 1,4% приводит к ухудшению механических свойств и их нестабильности.

Дрессировка на валках с шероховатостью 2,0-3,5 мм (Ra) обеспечивает получение шероховатости на полосе в требуемых пределах от 0,6 до 1,9 мкм. Дрессировка на валках с шероховатостью менее 2,0 мкм или более 3,5 мкм (Ra) приводит к ухудшению микрогеометрии поверхности холоднокатаного проката, к нестабильности по шероховатости.

Проведение дрессировки без эмульсии и сматывание полосы в рулон на агрегатах резки без промасливания обеспечивает высокую чистоту поверхности холоднокатаного проката металла.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере выплавили 7 плавок стали, химический состав которых приведен в таблице 1.

Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280-1350 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи в течение 2,5-3,5 часа и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,3-4,2 мм. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-клетевом стане до толщины 0,6-1,5 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в колпаковых печах с водородной защитной атмосферой. Отожженные полосы дрессировали без эмульсии. Холоднокатаный прокат на агрегатах резки сматывали в рулон без промасливания. Технологические параметры на прокатных переделах приведены в таблице 2. Механические свойства, шероховатость и выход годного по поверхности опытных плавок приведены в таблице 3.

В таблицах 1-3 приведены химический состав, технологические параметры и механические свойства предложенного способа (составы №2-6), способа при запредельных значениях заявленных параметров (составы №1 и 7) и способа-прототипа (состав №8).

Из таблиц 1 -3 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы №2-6) достигаются требуемые свойства по твердости в пределах 45-55 ед., причем получены однородные свойства по длине полосы и имеют разбег 2-3 ед. Колебания скорости при непрерывной разливке в пределах 0,1 м/мин обеспечивают отсутствие отсортировки по сталеплавильным дефектам, и выход годного по поверхности составляет 99,2-100% (составы №2-6). При колебаниях скорости при разливке в пределах 0,2-0,3 м/мин выход годного ниже и составляет 97-98,4% (составы №1, 7, 8). Отсутствие эмульсии при дрессировке и промасливания на агрегатах резки обеспечивают удовлетворительную чистоту поверхности, способной к промасливанию. При производстве бочек замечаний к механическим свойствам и качеству поверхности у потребителя не было.

Таблица 1
Химический состав опытных плавок № состава Содержание элементов, мас.% С Si Mn P S Fе и неизбежные примеси 1 0,04 0,03 0,20 0,008 0,006 Остальное 2 0,05 0,03 0,25 0,009 0,008 Остальное 3 0,07 0,04 0,30 0,010 0,010 Остальное 4 0,08 0,05 0,40 0,015 0,015 Остальное 5 0,08 0,05 0,45 0,020 0,018 Остальное 6 0,10 0,06 0,50 0,025 0,020 Остальное 7 0,11 0,07 0,55 0,030 0,025 Остальное 8 (прототип) 0,002-0,007 0,005-0,06 0,08-0,17 0,010-0,016 0,006-0,011 Остальное Примечание: Химический состав №8 дополнительно содержит 0,05-0,12% титана.

Таблица 2
Технологические параметры производства холоднокатаного проката № состава Скорость
разливки, м/мин Температура нагрева
слябов, °С Температура конца
прокатки, °С Температура
смотки после горячей
прокатки, °С Суммарное
обжатие при
холодной прокатке, % Температура отжига, °С Скорость
нагрева при
отжиге, °С/час Время выдержки при отжиге, час Степень
обжатия
при дрессировке, % Шероховатость валков, Ra мкм 1 0,8-1,0 1330 895 620 83 710 80 19 1,5 3,7 2 0,8-0,9 1320 890 610 80 700 75 18 1,4 3,5 3 0,8-0,9 1300 870 580 75 670 60 16 1,2 3,3 4 0,8-0,9 1290 850 570 70 660 50 12 1,0 3,0 5 0,8-0,9 1260 845 560 65 650 40 9 0,9 2,5 6 0,8-0,9 1220 830 550 60 640 30 6 0,7 2,0 7 0,7-1,0 1210 825 545 55 630 25 5 0,6 1,9 8
(прототип) 0,4-0,6 1150-1240 870-890 550-730 70-80 700-750 Не регламентируется 11-34 0,4-1,2 2,0-4,0

Таблица 3 №состава Твердость по Роквеллу по длине полосы HRB, ед. Шероховатость Ra, мкм Выход годного по качеству поверхности, % Начало Середина Конец 1 35-40 34-39 33-38 0,4-0,5 98,4 2 45-46 44-46 45-46 0,6-0,8 100 3 45-48 46-49 47-48 0,8-0,9 99,4 4 47-49 46-48 47-48 0,9-1,3 100 5 48-51 49-51 48-50 1,1-1,5 99,2 6 52-55 51-54 52-54 1,4-1,9 99,5 7 55-60 53-59 54-60 1,7-2,1 97 8 (прототип) Нет данных 0,9-1,4 97-98

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаной полосы, предназначенной для изготовления бочек. Для обеспечения заданной твердости и ее однородности по длине полосы осуществляют выплавку стали, содержащей, мас.%: углерод 0,05-0,10, кремний не более 0,06, марганец 0,25-0,50, фосфор не более 0,025, сера не более 0,020, железо и неизбежные примеси - остальное, непрерывную разливку слябов, изменение скорости разливки которой не должно превышать 0,1 м/мин, нагрев слябов до 1220-1320°С, горячую прокатку в полосы с температурой конца прокатки 830-890°С, охлаждение водой, смотку полос в рулоны при температуре 550-610°С, травление, холодную прокатку с суммарным обжатием 60-80%, рекристаллизационный отжиг при 640-700°С с выдержкой при этой температуре 6-18 часов и дрессировку полос с обжатием 0,7-1,4%. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ производства холоднокатаного проката, включающий выплавку стали, непрерывную разливку слябов, их нагрев, горячую прокатку в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
углерод 0,05-0,10 кремний не более 0,06 марганец 0,25-0,50 фосфор не более 0,025 сера не более 0,020 железо и   неизбежные примеси остальное

при этом изменение скорости непрерывной разливки стали не превышает 0,1 м/мин, слябы нагревают до 1220-1320°С, прокатывают с температурой конца прокатки 830-890°С и сматывают при температуре 550-610°С, холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 60-80%, рекристаллизационный отжиг производят при 640-700°С с выдержкой при этой температуре 6-18 ч, дрессировку полос ведут с обжатием 0,7-1,4%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев под рекристаллизационный отжиг осуществляют со скоростью 30-75°С/ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дрессировку полос ведут с помощью валков с шероховатостью 2,0-3,5 мкм (Ra).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дрессировку ведут без имульсии.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что смотку холоднокатаных полос осуществляют на агрегатах резки без промасливания.