СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОГО ПРОКАТА Российский патент 2012 года по МПК B21B1/26 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатному производству, и может быть использовано для производства горячекатаных полос, в том числе травленых.

Известен способ производства горячекатаной стали при содержании в стали углерода в пределах 0,01-0,1%, включающий горячую прокатку полос, охлаждение до температуры смотки, смотку, травление с дрессировкой, при этом температуру конца прокатки принимают равной 780-800°С, охлаждение до температуры смотки ведут со скоростью 9-13 град/с, травление ведут при 60-80°С [Патент РФ №2164248, МПК C21D 8/04, C21D 9/46, 27.02.2001].

Недостаток известного способа состоит в том, что способ не обеспечивает качественную поверхность горячекатаной полосы, приводит к образованию дефектов «излом» и «перегибы».

Известен способ производства горячекатаных полос из стали с содержанием углерода до 0,1 вес.%, в котором при горячей прокатке температуру конца прокатки принимают равной 860-890°С, душирование полос начинают через 7-9 с после конца прокатки, а температуру смотки принимают равной 640-700°С, при этом дрессировку полос для получения их матовой поверхности осуществляют в валках с высотой микронеровностей бочек Ra=2,2-2,7 мкм и для получения шероховатостей поверхности - с Ra=2,9-4,0 мкм [Патент РФ №2255990, МПК C21D 8/04, 10.07.2005].

Недостаток известного способа состоит в том, что способ не обеспечивает качественную поверхность горячекатаной полосы, приводит к образованию дефектов «излом» и «перегибы».

Известен способ производства горячекатаных полос из углеродистой стали с углеродом 0,14-0,18%, кремний не более 0,15%, марганец 0,40-0,55%, алюминий 0,01-0,05%, в котором температуры конца прокатки Т_кп и смотки Т_см устанавливают Т_кп≥820°С и Т_см=610-650°С для h=1,50-2,99 мм и Т_кп≥840°С и Т_см=640-680°С для n=3,00-6,00 мм [Патент РФ №2345849, МПК B21B 1/26, 10.02.2009].

Недостаток известного способа состоит в том, что способ не обеспечивает качественную поверхность горячекатаной полосы, приводит к образованию дефектов «излом» и «перегибы».

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ производства горячекатаного проката с содержанием углерода 0,17-0,20% и толщиной 3-8 мм, включающий горячую прокатку металла на широкополосном стане, дифференцированное охлаждение полосы водой на отводящем рольганге, смотку полосы в рулон с последующим роспуском горячекатаной полосы, при этом температуру полосы в конце прокатки поддерживают в диапазоне 870-900°С, смотку в рулон осуществляют при температуре 600-630°С, а задачу рулона на роспуск осуществляют при температуре центральной по ширине части полосы не более 40°С, причем при размотке на наружный виток и на поверхность размотанной передней части полосы одновременно подают охладитель при температуре не более 20°С [Патент РФ №2289485, МПК B21B 1/26, 20.12.2006 - прототип].

Недостаток известного способа состоит в том, что способ исключает образование дефекта «перегиб» на прокате толщиной свыше 3 мм (на прокате толщиной менее 3 мм возможно образование этого дефекта). Не исключена возможность образования дефекта «излом».

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в повышении потребительских свойств горячекатаного проката, в том числе травленого, и получение качественной поверхности полосы без дефектов «излом» и «перегибы».

Поставленная задача достигается тем, что способе производства горячекатаных полос из стали с содержанием алюминия до 0,05%, включающем горячую прокатку на широкополосном стане, охлаждение водой до температуры смотки и смотку полос в рулоны, причем температуры конца горячей прокатки и смотки устанавливают в зависимости от толщины полосы, согласно изобретению горячую прокатку проводят с температурой конца прокатки более 830°С, смотку полос ведут при температуре Т_см≤[615+0,0006·(К_пр)²-0,17·К_пр], °С, где 615, 0,0006, 0,17 - эмпирические коэффициенты, °С; К_пр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести, при этом разницу температур конца горячей прокатки и смотки устанавливают согласно выражению ΔТ=(Т_кп-Т_см)≥250°С, а температуру смотки для полос толщиной менее 2,5 мм устанавливают на 10-60°С ниже, чем для полос толщиной 2,5 мм и более. Для полос толщиной менее 2,5 мм температуру конца горячей прокатки устанавливают более 830°С, а для полос толщиной 2,5 мм и более температуру конца горячей прокатки устанавливают более 850°С. Температуру смотки устанавливают в зависимости от требуемого предела текучести (класса прочности), при этом температуру смотки снижают с уменьшением класса прочности. При необходимости после смотки полос в рулон дополнительно производят или роспуск рулона на полосы мерной длины, или дрессировку с последующим роспуском, или травление, или травление с последующей дрессировкой. Дрессировку производят с обжатием до 5,0%. После разматывания концевые участки полосы длиной менее 20 м с начала полосы и менее 40 м с конца полосы подвергают правке на правильно-тянущей машине. Полосы дополнительно подвергают правке в изгибо-растяжной машине с обжатием до 5,0%.

Сущность изобретения состоит в оптимизации деформационно-термических режимов горячей прокатки для получения проката без дефектов «излом» и «перегибы».

Процесс изгиба и растяжения полосы сопровождается пластической деформацией металла, которая вызывает взаимодействие дислокации с растворенными в феррите свободными атомами углерода и азота. Свободные атомы углерода и азота образуют с α-железом твердые растворы внедрения и располагаются предпочтительно в свободных промежутках кристаллической решетки, находящейся вблизи дислокации. Около дислокации они образуют «атомное» облако и тем самым затрудняют процесс пластической деформации. Чтобы привести дислокации в движение, необходимо сначала оторвать их от окружающих атомов, приложив начальное напряжение, равное верхнему пределу текучести. Освобождение дислокации происходит не сразу, а постепенно, в отдельных зонах, образуются участки сравнительно легкой пластической деформации металла. Дальнейшее передвижение дислокации происходит при меньших напряжениях, соответствующих нижнему пределу текучести. Как только момент сил, приложенных к витку рулона, преодолевает момент внутреннего сопротивления металла, в витке появляются участки, напряжения в которых достигают верхнего предела текучести. Появляются «линии скольжения» или «излом», что является следствием пластической деформации растяжения или изгиба. На диаграмме растяжения наблюдается «зуб» и площадка текучести.

Дефект «перегибы» является следствием пластической деформации изгиба и возникает при транспортировании полосы с неудовлетворительной плоскостностью через проводковую арматуру агрегатов по переработке металла (дефект формы). С целью исключения дефекта «перегиб» необходимо получать прокат с высоким уровнем плоскостности и создавать условия для затруднения пластической деформации изгиба на горячекатаной полосе.

Экспериментально было установлено, что при прочих равных условиях при уменьшении содержания алюминия не более 0,05% на диаграмме растяжения площадка текучести уменьшается. При содержании алюминия более 0,05% длина площадки текучести увеличивается, появляется «зуб» текучести, образуется дефект «излом».

Горячая прокатка с температурой конца прокатки более 830°С с разницей температур между температурой конца прокатки и смотки более 250°С обеспечивает получение горячекатаного проката без дефекта «излом». При запредельных значениях заявленных температурных параметров и снижении скорости охлаждения облегчается процесс пластической деформации растяжением или изгиба, образуется дефект «излом» и «перегибы».

Установлено, что на тонком металле толщиной менее 2,5 мм дефект «излом» проявляется в большей степени, он более грубый, чем на полосах толщиной более 2,50 мм. Более низкая температура смотки на 10-60°С для тонких полос толщиной до 2,5 мм по сравнению с полосой толщиной более 2,50 мм создает условия для сохранения свободных атомов углерода и азота в твердом растворе, сохраняется «атомное» облако и процесс пластической деформации затруднен. При запредельных значениях заявленных параметров образуется дефект «излом».

Горячая прокатка с температурами конца прокатки для широкополосного стана более 830°С для полос толщиной менее 2,5 мм и более 850°С для полос толщиной 2,50 мм и более позволяет обеспечить максимально возможную скорость охлаждения полосы и тем самым сохранить углерод и азот в твердом растворе, что приводит к затруднению процесса пластической деформации, дефект «излом» и «перегибы» не образуются. При запредельных значениях заявленных параметров образуется дефект «излом» и «перегибы».

Экспериментально установлено, что для получения проката без дефекта «излом» максимальная температура смотки должна быть регламентирована в соответствии с зависимостью от требуемого минимального предела текучести (класса прочности):

T_cм≤[615+0,0006·(K_пp)²-0,17·K_пp], °C

где 615, 0,0006, 0,17 - эмпирические коэффициенты, °С;

К_пр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести.

Экспериментальным путем установлено, что минимизация работы правильно-тянущей машины в непрерывно-травильном агрегате с регламентацией длины полосы, проходящей через работающую машину - не более 20 метров с начала полосы и не более 40 метров с конца полосы обеспечивает снижение отсортировки по дефектам «излом» и «перегибы», снижает производственные издержки.

Правка в изгибо-растяжной машине со степенью деформации до 5,0% (в зависимости от грубости дефектов) обеспечивает устранение дефектов «излом» и «перегибы». Степень деформации более 5,0% ограничивается техническими возможностями изгибо-растяжной машины и требованием получения необходимого уровня механических свойств.

Дрессировка после горячей прокатки или после травления с обжатием до 5,0% обеспечивает устранение дефекта «перегибы». Обжатие более 5,0% ограничивается требованием получения необходимого уровня механических свойств.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере выплавили 9 плавок стали. В таблице 1 приведены технологические параметры и наличие дефектов «излом» и «перегибы».

Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы. Слябы нагревали в нагревательной печи и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 1,2-6,0 мм. Температура полос на выходе из последней клети стана регламентирована. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой до определенных температур, сматывали в рулоны. Некоторые плавки задавали на роспуск на агрегат резки (варианты №4, 5, 8). Другие плавки подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате (варианты №1-3, 6, 7, 9). Часть горячекатаных и травленых полос дрессировали с заданным обжатием (варианты №1, 2, 7, 9).

Из таблицы 1 видно, что в случае реализации предложенного способа на горячекатаном прокате отсутствуют дефекты «излом» и «перегибы» (варианты №2-8). При запредельных значениях заявленных параметров на горячекатаном прокате есть дефекты «излом» и «перегибы» (варианты №1 и 8). В случае использования способа-прототипа на горячекатаном прокате есть дефект «излом», но нет дефекта «перегибы» (вариант 9).

Таблица 1 Технологические параметры на прокатных переделах и наличие дефектов № вари-
анта Требуемый класс прочности Содержание Al, % Толщина, мм Т_кп, °С Т_см, °С ΔТ=Т_кп-Т_см, °С Степень деформации в изгибо-растяжной машине, % Обжатие при дрессировке, % Наличие дефектов «излом» и «перегибы» 1 170 0,02 1,20 825 635 190 0,7 0,7 есть 2 170 0,03 1,20 830 550 280 0,8 0,8 нет 3 235 0,03 1,79 860 580 280 2,0 - нет 4 235 0,04 1,80 840 590 250 - - нет 5 280 0,04 2,49 870 600 270 - - нет 6 315 0,05 2,50 850 610 260 5,0 - нет 7 315 0,05 5,50 880 620 260 1,5 5,0 нет 8 355 0,05 8,00 910 630 280 - - нет 9 355 0,06 6,00 915 670 245 5,2 5,3 есть 10* (прототип)*   Не оговорено 3,00 870-900 600-630 Не оговорено Не оговорено Не оговорено Отсутствие перегиба. Есть излом Примечание: 1. * В способе-прототипе дополнительно приведена температура охладителя 20°С. 2. На непрерывно-травильном агрегате правильно-тянущая машина включена на длине полосы не более 20 метров с начала полосы и не более 40 метров с конца полосы (варианты №2-8 - в пределах предложенного способа); включена на длине полосы до 70 м с начала полосы и до 130 м с конца полосы (варианты №1 и 9 - запредельные).

Изобретение предназначено для получения качественной поверхности полосы при производстве горячекатаных полос из стали с содержанием алюминия до 0,05%, в том числе травленых. Способ включает горячую прокатку на широкополосном стане, охлаждение водой до температуры смотки и смотку полос в рулоны. При необходимости дополнительно производят или роспуск рулона, или дрессировку с последующим роспуском, или травление, или травление с последующей дрессировкой. Исключение образования дефектов «излом» и «перегибы» обеспечивается за счет того, что температуру конца прокатки устанавливают более 830°С, температура смотки полос регламентирована математической зависимостью, разницу температур конца горячей прокатки и смотки устанавливают согласно выражению ΔТ=(Т_кп-Т_см)≥250°С, при этом температуру смотки для полос толщиной менее 2,5 мм устанавливают на 10-60°С ниже, чем для полос толщиной 2,50 мм и более. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства горячекатаных полос из стали с содержанием алюминия до 0,05%, включающий горячую прокатку на широкополосном стане, охлаждение водой до температуры смотки и смотку полос в рулоны, причем температуры конца горячей прокатки и смотки устанавливают в зависимости от толщины полосы, отличающийся тем, что горячую прокатку проводят с температурой конца прокатки более 830°С, смотку полос ведут при температуре
T_см≤[615+0,0006·(К_пр)²-0,17·К_пр], °С,
где 615, 0,0006, 0,17 - эмпирические коэффициенты, °С;
К_пр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести,
при этом разницу температур конца горячей прокатки и смотки устанавливают согласно выражению ΔТ=(Т_кп-Т_см)≥250°С, а температуру смотки для полос толщиной менее 2,5 мм устанавливают на 10-60°С ниже, чем для полос толщиной 2,5 мм и более.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для полос толщиной 2,5 мм и более температуру конца горячей прокатки устанавливают более 850°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру смотки устанавливают в зависимости от требуемого предела текучести - класса прочности, при этом температуру смотки снижают с уменьшением класса прочности.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что после смотки полос в рулон дополнительно производят роспуск рулона на полосы мерной длины, или дрессировку с последующим роспуском, или травление, или травление с последующей дрессировкой.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что дрессировку производят с обжатием до 5,0%.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что после разматывания концевые участки полосы длиной менее 20 м с начала полосы и менее 40 м с конца полосы подвергают правке на правильно-тянущей машине.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что полосы дополнительно подвергают правке в изгибо-растяжной машине с обжатием до 5,0%.