СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОЙ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ Российский патент 2013 года по МПК B21B1/26 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для получения горячекатаной листовой стали толщиной 1,0 мм и менее из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых (IF) сталей.

Известен способ производства тонкой горячекатаной листовой низкоуглеродистой стали толщиной 2-4 мм, включающий нагрев слябов до температуры аустенитизации, черновую прокатку полос с температурой начала прокатки Т_нп=1150-1230°C, непрерывную чистовую прокатку с обжатием в последнем проходе на 8-17% с температурой конца прокатки Т_кп=800-930°C, охлаждение полос водой до температуры Т_см=500-780°C и смотку в рулоны [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что тонкая горячекатаная листовая сталь имеет низкие вытяжные свойства. Это существенно снижает область ее применения. Кроме того, способ не позволяет осуществлять прокатку полос толщиной менее 1,2 мм при температуре Т_кп=800-930°C, что ограничивает нижний предел размерного сортамента металлопродукции.

Известен также способ прокатки низкоуглеродистой стали, по которому заготовки подвергают аустенитизирующему нагреву, черновой прокатке, подстуживанию и чистовой прокатке со степенью деформации не менее 60% в температурном интервале от 0,4 Т_пл до 0,5 Т_пл [2].

Недостатки известного способа состоят в том, что он не обеспечивает высоких вытяжных свойств тонкой горячекатаной листовой стали.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства низкоуглеродистой листовой стали, включающий нагрев слябов до температуры аустенитизации, черновую прокатку полос, чистовую прокатку до толщины 2,3-4,0 мм, которую ведут с обжатием в двух последних проходах не менее 35% и завершают при температуре Т_кп=858-900°C, охлаждение полос до температуры Т_см=600-735°C и смотку в рулоны [3].

Недостаток известного способа состоит в том, что тонкая горячекатаная листовая сталь имеет низкие вытяжные свойства.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении вытяжных свойств.

Для решения технической задачи в известном способе производства тонкой горячекатаной листовой стали, включающем нагрев слябов до температуры аустенитизации, многопроходную черновую прокатку полос, чистовую прокатку и смотку в рулоны, согласно изобретению черновую прокатку ведут в температурном интервале 1290-800°C, после чего полосы подстуживают и подвергают чистовой прокатке в температурном интервале 620-750°C с суммарным относительным обжатием не менее 50%, а смотку полос в рулоны ведут при температуре 400-740°C.

В вариантах реализации способа 3-10 внешних и внутренних витков рулонов сматывают при температуре на 30-70°C выше, чем у средних витков, а также горячекатаные полосы дополнительно подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 600-770°C.

Сущность изобретения состоит в следующем. В процессе горячей прокатки полос, исходно имеющих аустенитную структуру, происходит их непрерывное охлаждение. Одновременно с уменьшением толщины полосы и увеличением ее площади возрастают теплопотери. По этой причине полосы толщиной 1 мм и менее из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых сталей при последних чистовых проходах подвергаются обжатию в двухфазном аустенитно-ферритном состоянии, что приводит к резкому падению вытяжных свойств: росту временного сопротивления разрыву, снижению относительного удлинения δ₄, глубины лунки E при испытании по Эриксену, уменьшению доли благоприятной для вытяжки компоненты текстуры {111}.

Черновая прокатка полос из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых сталей в температурном интервале 1290-800°C происходит в аустенитной области, чем обеспечивается их высокая технологическая пластичность. В процессе последующего подстуживания в полосах протекает и полностью завершается процесс фазового γ→α превращения аустенита в феррит и снятие фазового наклепа, поэтому последующая чистовая прокатка в температурном интервале 620-750°C осуществляется гарантированно в однофазной ферритной области.

Исключение возможности существования двухфазного состояния стали при чистовой прокатке обеспечивает повышение вытяжных свойств готовой листовой стали толщиной 1,0 мм и менее. При суммарном обжатии не менее 50% в температурном интервале 620-750°C в стальных полосах формируется текстура с преимущественной ориентировкой зерен {111}, а также протекают процессы рекристаллизации деформированных зерен феррита. Смотка полос в рулоны при температуре 400-750°C способствует завершению рекристаллизационных процессов, снятию термических и фазовых напряжений в стали.

Смотка 3-10 внешних и внутренних витков рулонов с температурой на 30-70°C выше, чем у средних витков, которые охлаждаются в рулоне более интенсивно, позволяет повысить вытяжные свойства передних и задних концов полос, выровнять механические свойства по их длине. Также повысить вытяжные свойства и их равномерность по длине полос позволяет дополнительный рекристаллизационный отжиг при температуре 600-770°C.

Таким образом, совокупное влияние всех предложенных признаков изобретения обеспечивает повышение вытяжных свойств тонкой горячекатаной листовой стали.

Экспериментально установлено, что черновая прокатка при температуре выше 1290°C требует увеличение энергозатрат на нагрев слябов и продолжительности подстуживания полос перед чистовой прокаткой, что нерационально. В то же время черновая прокатка при температуре ниже 800°C увеличивает сопротивление металла деформации и энергозатраты на прокатку, снижает технологическую пластичность стали, что требует снижения разовых обжатий и увеличения общего числа проходов.

При чистовой прокатке при температуре выше 750°C в низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых сталях сохраняется остаточный аустенит, что приводит к снижению вытяжных свойств. При температуре ниже 620°C замедляется скорость рекристаллизации, происходит накопление горячего наклепа феррита, снижаются вытяжные свойства листовой стали.

При суммарном относительном обжатии менее 50% ухудшается проработка ферритной микроструктуры стали, возрастает разнозернистость, снижаются вытяжные свойства.

Смотка полос в рулоны при температуре выше 740°C приводит к появлению собирательной рекристаллизации, что ухудшает вытяжные свойства. Снижение температуры смотки менее 400°C не обеспечивает снятия остаточных напряжений в смотанной полосе и достижения максимальных вытяжных свойств.

При смотке менее чем трех внешних и внутренних витков рулона с температурой, превышающей температуру средних витков менее чем на 30°C, вытяжные свойства концевых участков полос снижаются. При смотке более чем 10 внешних и внутренних витков рулона с температурой, превышающей температуру средних витков более чем на 70°C, появляется нестабильность механических свойств по длине полос, что недопустимо.

Рекристаллизационный отжиг горячекатаных полос при температуре ниже 600°C не приводит к повышению вытяжных свойств. Увеличение температуры отжига выше 770°C не ведет к дальнейшему повышению вытяжных свойств, а лишь увеличивает ресурсозатраты на отжиг, что нецелесообразно.

Примеры реализации способа

Пример 1. Слябы из низкоуглеродистой стали марки 08Ю нагревают в методической печи до температуры аустенитизации Т_нч=1190°C и подвергают черновой прокатке в аустенитном состоянии в реверсивной группе клетей полунепрерывного широкополосного стана 1700 в полосу с промежуточной толщиной H₀=20 мм. В процессе черновой прокатки температура полосы снижается до значения Т_кч=900°C.

После черновой прокатки полосу на промежуточном рольганге прокатного стана охлаждают до температуры Т_н=740°C, благодаря чему в стали протекает фазовое превращение аустенита в феррит. Затем полосу в ферритном состоянии подвергают чистовой прокатке в непрерывной 6-клетевой группе клетей кварто до конечной толщины H₁=0,7 мм с суммарным относительным обжатием ε, равным:

$$\epsilon =\frac{H_0-H_1}{H_0}\cdot 100\%=\frac{20-\mathrm{0,7}}{20}\cdot 100=\mathrm{96,5}\%$$

В процессе чистовой прокатки происходит адиабатический (за счет работы деформации) разогрев полосы и ее регулируемое охлаждение водой в межклетевых промежутках. Температуру в последнем чистовом проходе поддерживают равной Т_кп=660°C.

Прокатанную полосу охлаждают на отводящем рольганге и на моталке до температуры Т_см=570°C, после чего сматывают в рулон. Смотанный рулон в дальнейшем охлаждают на воздухе, подвергают травлению и дрессировке.

Пример 2. Все те же операции, что в примере 1, только охлаждение первых N=6 внутренних и последних N=6 внешних витков рулона ведут до температуры Т_смк=620°C, что на величину ΔT=Т_смк-Т_см=620°C-570°C=50°C превышает температуру, при которой сматывают среднюю часть полосы.

Пример 3. Все те же операции, что в примере 1, только горячекатаный рулон дополнительно загружают в садочную колпаковую печь и производят рекристаллизационный отжиг полосы при температуре Т_о=685°C.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.

Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации заявленного способа (варианты №2-4, №7-9, №12-14) достигается повышение вытяжных свойств тонкой горячекатаной листовой стали: по комплексу механических свойств, тонкая горячекатаная листовая соответствует категории «Особо высокая вытяжка» (ОСВ), ГОСТ 9045, и может быть использована взамен холоднокатаной отожженной листовой стали для изготовления изделий штамповкой.

При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1, №5, №6, №10, №11, №15), а также реализации известного способа (вариант №16, [3]) имеет место ухудшение вытяжных свойств горячекатаной листовой стали.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что проведение горячей чистовой прокатки полос в области существования феррита при регламентированных температурно-деформационных режимах дает возможность получать тонкую горячекатаную листовую сталь с повышенными вытяжными свойствами, Это, в свою очередь, позволяет использовать горячекатаный травленый прокат для штамповка вместо холоднокатаного.

Таблица. Режимы производства и свойства горячекатаной листовой стали толщиной 0,7 мм № п/п Режимы производства Характеристики вытяжных свойств Т_нч, °C Т_кч, °C Т_н, °C ε, % Т_кп, °C Т_см, °C N, шт ΔT, °C Т_о, °C σ_т, МПа δ₄, % E, мм Доля компонента {111}, % По примеру 1 1. 1300 1000 770 49,0 760 750 -- - -- 210 28-30 9,31 25-35 2. 1290 800 750 50,0 620 740       190 36-37 11,5 85-88 3. 1190 900 740 96,5 660 570       180 37-38 12,0 90-93 4. 1100 850 750 85,4 620 400       195 36-38 11,9 85-89 5. 1050 790 720 87,9 610 390       230 29-32 9,9 22-43 По примеру 2 6. 1300 1000 760 49,0 760 750 2 29 -- 220 28-31 9,4 16-23 7. 1250 850 750 50,0 750 740 3 30   180 38 11,9 89 8. 1180 910 740 96,5 630 570 6 50   180 37 12,0 93 9. 1110 860 750 85,4 620 400 10 70   180 37 11,9 89 10. 1050 790 710 87,9 610 390 12 80   200 19-20 9,6 20-42 По примеру3 11. 1300 850 750 86,6 650 600 -- -- 590 220 32 10,0 24 12. 1210 870 730 50,2 630 740     600 180 39 12,0 89 13. 1230 800 740 75,7 620 500     685 180 39 12,0 94 14. 1290 820 750 95,2 620 400     770 180 39 12,0 89 15. 1200 790 740 96,5 610 390     780 210 32 10,1 41 16 1200 не регл. не регл. 40,0 870 620 -- - -- 280 14-23 7,5 20-36

Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации заявленного способа (варианты №2-4, №7-9, №12-14) достигается повышение вытяжных свойств тонкой горячекатаной листовой стали: по комплексу механических свойств, тонкая горячекатаная листовая соответствует категории «Особо высокая вытяжка» (ОСВ), ГОСТ 9045, и может быть использована взамен холоднокатаной отожженной листовой стали для изготовления изделий штамповкой.

При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1, №5, №6, №10, №11, №15), а также реализации известного способа (вариант №16, [3]) имеет место ухудшение вытяжных свойств горячекатаной листовой стали.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что проведение горячей чистовой прокатки полос в области существования феррита при регламентированных температурно-деформационных режимах дает возможность получать тонкую горячекатаную листовую сталь с повышенными вытяжными свойствами, Это, в свою очередь, позволяет использовать горячекатаный травленый листовой прокат для штамповка вместо холоднокатаного.

Помимо повышения вытяжных свойств, при реализации предложенного способа был получен побочный эффект, выразившийся в снижении разгарного износа рабочих валков чистовой группы, что обусловлено более низкой температурой полосы, прокатываемой в ферритной области.

В качестве базового объекта при оценке технико-экономической эффективности предложенного изобретения принята известная технология [3]. Использование предложенного изобретения обеспечивает повышение рентабельности производства тонкой горячекатаной листовой стали на 40-50%.

Литература

1. Франценюк И.В., Франценюк Л.И. Современные технологии производства металлопроката на Ново-Липецком металлургическом комбинате. - М., «Академкнига», 2003, с.52-53.

2. Патент РФ №2060847, МПК В21В 1/22, 1996.

3. Патент РФ №2288281, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, 2006.

Изобретение предназначено для повышения вытяжных свойств горячекатаной листовой стали толщиной 1,0 мм и менее из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых (IF) сталей. Способ включает аустенитизирующий нагрев слябов, многопроходную черновую прокатку полос, чистовую прокатку и смотку в рулоны. Возможность обжатия стали в двухфазном аустенитно-ферритном состоянии обеспечивается за счет того, что черновую прокатку ведут в температурном интервале 1290-800°C, после чего полосы подстуживают и подвергают чистовой прокатке в температурном интервале 620-750°C с суммарным относительным обжатием не менее 50%, а смотку полос в рулоны ведут при температуре 400-740°C. Возможен вариант реализации способа, по которому 3-10 внешних и внутренних витков рулонов сматывают при температуре на 30-70°C выше, чем у средних витков. Кроме того, горячекатаные полосы дополнительно подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 600-770°C. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Способ производства горячекатаной низкоуглеродистой и сверхнизкоуглеродистой листовой стали толщиной не более 1,0 мм, включающий нагрев слябов до температуры аустенитизации, многопроходную черновую прокатку полос, чистовую прокатку и смотку в рулоны, отличающийся тем, что черновую прокатку ведут в температурном интервале 1290-800°C, после чего полосы подстуживают и подвергают чистовой прокатке в температурном интервале 620-750°C с суммарным относительным обжатием не менее 50%, а смотку полос в рулоны ведут при температуре 400-740°C.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что 3-10 внешних и внутренних витков рулонов сматывают при температуре на 30-70°C выше, чем у средних витков.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячекатаные полосы дополнительно подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 600-770°C.