Способ производства горячекатаного листового проката Российский патент 2024 года по МПК C21D8/02 C22C38/54 C22C38/50 C22C38/48 C22C38/46 C22C38/44 C22C38/42 

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к способам производства листового проката в толщинах 8-50 мм, предназначенного для изготовления высоконагруженных деталей сельскохозяйственных и иных машин.

Известна низколегированная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, медь, алюминий, фосфор, кальций, бор, азот, серу, хром, никель, титан и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,06-0,10, марганец 0,20-0,50, кремний 0,01-0,30, медь 0,01-0,30, алюминий 0,02-0,07, фосфор 0,07-0,12, азот 0,003-0,009, сера 0,005-0,025, кальций 0,0005-0,001, бор 0,0008-0,005, хром 0,01-0,30, никель 0,01-0,30, титан 0,002-0,02, железо и неизбежные примеси остальное. Содержание фосфора, хрома, никеля, азота и углерода связано зависимостью 5,0≥(Р+Cr+Ni)/(N+С)≥1,0, содержание кремния, хрома, никеля и меди-зависимостью (Si+Cr)/(Ni+Cu)≥0,5, а содержание бора, титана и серы-зависимостью (В+Ti)/S≥0,2 [Патент RU № 2362815, C21D8/02, C22C38/54, 2009].

Недостатком данной стали является низкое содержание углерода и марганца, что не обеспечивает достаточных прочностных свойств. Также недостатком является высокое содержание вредных примесей серы и фосфора, что вызывает снижение пластичности и ударной вязкости стали.

Наиболее близкой по технической сущности является сталь содержащая, мас.%: углерод 0,30-0,35, хром 0,30-0,50, никель 0,25-0,40, медь 0,20-0,40, молибден 0,05-0,15, кремний 0,10-0,30, марганец 0,80-1,00, ванадий 0,01-0,03, ниобий 0,01-0,04, бор 0,001-0,005, титан 0,01-0,03, алюминий от 0,01 до менее 0,05, азот не более 0,015, кальций 0,001-0,02, серу не более 0,020, фосфор не более 0,020, железо и примеси-остальное, при этом суммарное содержание фосфора и серы составляет не более 0,025 [Патент RU № 2606825, C22C38/54, 2017].

Недостатком данной стали является высокая себестоимость ее производства за счет легирования ванадием, ниобием, никелем, молибденом и хромом.

Технический результат заявленного изобретения-получение горячекатаного проката с высокими потребительскими свойствами, пригодного для изготовления из него высоконагруженных деталей сельскохозяйственных и иных машин, с возможность последующей термообработки для придания конечных свойств готовому изделию.

Предъявляемые свойства горячекатаного листового проката согласно заявленного изобретения:

- предел прочности 600-800 МПа

- предел текучести 300-500 МПа

- относительное удлинение 19-25 %

- твердость не более 210 НВ

- твердость после термообработки 400-550 НВ

Технический результат достигается тем, что в способе производства горячекатаного листового проката, включающем выплавку стали, ее разливку с получением заготовки, прокатку заготовки на реверсивном стане, согласно изобретению выпуск стали из сталеплавильного агрегата осуществляют при температуре не менее 1550°С в течение 3-8 мин и ее окисленности не более 1000 ppm, производят внепечную обработку стали во время которой осуществляют ее вакуумирование, выполняют непрерывную разливку стали, при этом получаемая сталь содержит следующие компоненты, мас. %:

Углерод 0,25-0,35 Кремний 0,1-0,5 Марганец 1,0-1,6 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,020 Хром не более 0,15 Никель не более 0,10 Медь не более 0,10 Алюминий 0,01-0,08 Ниобий не более 0,010 Титан 0,005-0,050 Ванадий не более 0,010 Молибден не более 0,10 Азот не более 0,010 Бор 0,0005-0,007 Железо и неизбежные примеси остальное,

последующую аустенизацию заготовки осуществляют до температуры 1150-1300°С на протяжении не менее 3,0 часов, черновую прокатку заканчивают при температуре 900-1100°С и осуществляют на толщину раската, составляющую не менее 2,5 толщин готового листа, чистовую прокатку начинают при температуре 880-990°С и заканчивают при температуре 810-930°С.

Во время вакуумирования стали осуществляют ее продувку аргоном, при этом длительность промывочного периода продувки аргоном после присадки легирующих материалов составляет не менее 5 мин.

Осуществляют непрерывную разливку стали с поддержанием температуры в промежуточном ковше выше температуры ликвидуса не менее 10°С.

Прокатку в чистовой клети осуществляют за 5-9 проходов, с обжатием за проход не менее 10,0%, за исключением последнего проглаживающего прохода.

Сущность изобретения.

При содержании углерода менее 0,25 % сталь имеет недостаточную твердость и прокаливаемость. При содержании углерода более 0,35 % снижается свариваемость стали.

Марганец раскисляет сталь, повышает ее прочность, а также связывает серу. При содержании марганца менее 1,0 % сталь является недостаточно прочной. При содержании марганца более 1,60 % снижается пластичность стали и ее стойкость к ударным нагрузкам.

Кремний раскисляет сталь, повышает ее прочность и упругость, содержание кремния в количестве 0,1-0,5 % обеспечивает требуемые прочностные характеристики стали.

Хром и никель повышают прочностные свойства стали. Повышение содержания хрома более 0,15 % и никеля более 0,10 % экономически нецелесообразно для заявленной стали.

Медь увеличивает прочностные свойства стали и повышает стойкость стали к атмосферной коррозии. Содержание меди более 0,1 % приводит к высокой себестоимости готового проката. Также, при содержании меди свыше 0,10 % снижается пластичность стали и ее стойкость к ударным нагрузкам.

При содержании алюминия менее 0,01 % сталь является недостаточно раскисленной, что приводит к её охрупчиванию. При содержании алюминия более 0,08 % увеличивается количество неметаллических включений в стали, что ведет к снижению ее пластичности и стойкости к ударным нагрузкам.

Нитриды в стали повышают ее прочность и твердость, но сильно уменьшают пластичность, поэтому содержание азота в стали ограничено 0,01 %.

При содержании титана менее 0,005 %, азот начинает связываться с бором, что приводит к охрупчиванию стали и снижению прокаливаемости. Повышение содержания титана более 0,05 % приводит к увеличению стоимости стали.

Микролегирование стали ванадием, ниобием эффективно тормозит рекристаллизацию и рост зерна при нагреве, что в свою очередь позволяет сохранять требуемый уровень механических свойств, однако при содержании ванадия и ниобия более 0,010 % каждого, происходит значительное удорожание процесса производства стали, а также повышается склонность стали к охрупчиванию.

Бор измельчает микроструктуру стали и повышает ее прокаливаемость. При содержании бора в количестве менее 0,0005 % его влияние на свойства стали незначительны. Увеличение содержания бора более 0,007 % приводит к снижению ударной вязкости стали.

Сера, фосфор, являются вредными примесями, поэтому обозначенные значения содержания серы не более 0,010%, фосфора не более 0,020% необходимы для улучшения качества микро и макроструктуры проката. При содержании серы свыше 0,010 % в стали образуется большое количество сульфидных включений, значительно снижающих ударную вязкость и трещиностойкость. Фосфор относится к числу элементов, обладающих наибольшей склонностью к ликвации и образованию сегрегаций по границам зерен, и, как следствие, отрицательно влияющих на ударную вязкость стали и трещиностойкость, поэтому верхний предел содержания фосфора устанавливают не более 0,020 %.

Добавки молибдена в количестве до 0,1% придают стали мелкозернистую структуру, повышают ее прочность при равных показателях пластичности. Содержание молибдена в заявленной стали в количестве более 0,1% экономически нецелесообразно.

Для обеспечения чистоты стали по неметаллическим включениям выпуск ее осуществляют при окисленности не более 1000 ppm.

Температура выпуска стали из сталеплавильного агрегата должна быть не менее 1550 °С, а сам выпуск должен осуществляться в течение 3-8 мин. Это необходимо для обеспечения уровня перегрева стали над температурой ликвидуса при разливке и обеспечения макроструктуры стали.

При окончании внепечной обработки (в том числе и вакуумировании) производят продувку металла аргоном в течение не менее 5 минут (промывочный период). Снижение длительности промывочного периода приводит к неполному удалению крупных неметаллических включений (продуктов раскисления и модифицирования) и, как следствие, к снижению уровня эксплуатационных свойств стали (проката).

Обеспечение перегрева металла над температурой ликвидуса при непрерывной разливке на уровне не ниже +10°С необходимо для поддержания характеристик работы шлакообразующей смеси в кристаллизаторе машины непрерывной разливки стали (обеспечение рафинирующих свойств шлака и исключение дефектов слябов).

Также необходимо обеспечение заданной макроструктуры сляба (не более 3,0 баллов по каждой из характеристик оценки макро), что исключает его разрушение при последующем нагреве под прокатку и позволяет добиться улучшения комплекса механических свойств стали: предела прочности, текучести и удлинения.

Осуществляют аустенизацию с нагревом под прокатку до температур 1150-1300°С. Превышение верхней границы интервала стимулирует аномальный рост зерен аустенита, приводящего к снижению прочностных и вязкостных свойств. При не достижении нижней границы данного температурного интервала нагрева, карбонитриды плохо растворяются в аустените, что оказывает негативное влияние на протекание процессов рекристаллизации, а также снижает прочностные и вязкостные свойства.

Продолжительность нагрева под прокатку менее 3,0 часов приводит к неоднородности структуры по всему сечению, в частности, к сохранению в середине грубой ликвации, отрицательно сказывающейся, в дальнейшем, на требуемых механических свойствах.

Проводят прокатку в черновой клети с температурой конца черновой прокатки 900-1100°С. При температуре превышающей 1100°С, в стали происходит рост аустенитного зерна перед чистовой прокаткой, что препятствует получению структуры готового проката гарантирующей весь комплекс механических свойств. Рост аустенитного зерна объясняется собирательной и динамической рекристаллизацией. Температура конца черновой прокатки менее 900°С приводит к повышенной неоднородности конечной микроструктуры проката и, как следствие, к неравномерности механических свойств в листе.

Толщина подката для чистовой клети не менее 2,5 толщин готового листа обеспечивает необходимую проработку структуры по сечению и измельчение зерна.

Начало чистовой прокатки проводят при температуре 880-990°С, а заканчивают при температуре 810-930°C. Температура начала чистовой прокатки в данном диапазоне необходима для более интенсивного измельчения зерна аустенита. При температуре начала чистовой прокатки более 990°С и конца чистовой прокатки более 930°С происходит рост аустенитных зерен, что снижает комплекс механических свойств. При температурах начала и конца чистовой прокатки ниже 880°С и 810°С, соответственно, происходит «подстуживание» раската, что приводит к неравномерной микроструктуре проката и высокой анизотропии свойств.

Для более лучшей проработки структуры и измельчения зерна, с целью получения требуемых механических свойств, прокатку осуществляют за 5-9 проходов и с обжатием не менее 10 % за проход, исключая последний проглаживающий. Последний проглаживающий проход необходим для получения требуемой плоскостности проката.

Осуществление изобретения.

Выплавку стали осуществляли в кислородном конвертере, после чего производили ее внепечную обработку, во время которой осуществляли вакуумирование стали, далее выполняли непрерывную разливку стали, осуществляли аустенизацию слябов и прокату на толстолистовом реверсивном стане. В таблице 1 приведены химические составы сталей с различным содержанием легирующих элементов. В таблице 2 представлены контролируемые параметры технологии, в таблице 3 механические свойства сталей (проката).

Примеры 1-4 с соблюдением предложенных параметров. Примеры 5-6 с несоблюдением ряда параметров.

Как следует из таблицы 3, при соблюдении заявляемых параметров (примеры 1-4), сталь характеризуется высокими: твердостью, пределом текучести и пределом прочности, а также удовлетворительным относительным удлинением. Полученные характеристики механических свойств стали позволяют повысить долговечность и износостойкость деталей, изготовленных из них. Также эксперименты показали, что данная сталь обладает удовлетворительной свариваемостью. Произведенный листовой прокат по заявленной технологии характеризовался баллом неметаллических включений не более 2,5 балла по оценке ГОСТ 1778.

Таким образом, предложенный способ производства позволяет получать горячекатаный листовой прокат с высокими потребительскими свойствами.

Таблица 1

№ примера Содержание химических элементов, мас. % C Mn Si S P Cr Ni Cu Al Nb Ti N B V Mo 1 0,31 1,33 0,29 0,005 0,012 0,03 0,01 0,08 0,03 0,002 0,024 0,009 0,0018 0,003 0,002 2 0,33 1,17 0,20 0,003 0,011 0,04 0,02 0,01 0,03 0,005 0,029 0,006 0,0032 0,008 0,006 3 0,32 1,44 0,35 0,006 0,015 0,09 0,05 0,04 0,07 0,002 0,030 0,005 0,0049 0,007 0,004 4 0,28 1,15 0,48 0,008 0,012 0,03 0,01 0,02 0,05 0,002 0,023 0,006 0,0032 0,004 0,007 5 0,31 1,33 0,36 0,015 0,014 0,05 0,11 0,05 0,07 0,002 0,026 0,007 0,0027 0,12 0,005 6 0,23 1,30 0,30 0,009 0,015 0,17 0,01 0,10 0,04 0,003 0,002 0,007 0,0045 0,008 0,006

Таблица 2

№
примера Толщина проката, мм Темпера-тура на выпуске, °С Продолжи-тельность выпуска, мин Окислен-ность стали на выпуске, ppm Длительность промывочного периода, мин Перегрев над температурой ликвидус, °С Температура аустенизации, °С Температура конца черновой прокатки, °С Толщина раската, мм Температу-ра начала чистовой прокатки, °С Температу-ра конца чистовой прокатки, °С 1 30 1654 06:05 426 16:04 15 1221 980 75 974 847 2 20 1640 05:18 376 7:15 13 1187 936 50 930 859 3 30 1590 04:17 679 10:48 16 1203 975 78 975 860 4 12 1661 04:56 460 10:37 15 1236 928 32 900 818 5 25 1645 08:17 581 4:20 9 1194 934 45 964 823 6 40 1620 05:37 882 10:24 9 1217 986 80 878 800

Таблица 3

№
примера Толщина проката, мм Твердость, HB Предел текучести, МПа Предел прочности, МПа Относительное удлинение, % Твердость после термообработки, HB 1 30 170 386 665 22 443 2 20 182 393 653 22,5 449 3 30 163 384 670 22 432 4 12 207 435 750 20 457 5 25 197 341 649 20 403 6 40 167 349 650 20 408

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу производства горячекатаного листового проката толщиной 8-50 мм, предназначенного для изготовления высоконагруженных деталей сельскохозяйственных и иных машин. Способ включает выплавку стали, ее разливку с получением заготовки и прокатку заготовки на реверсивном стане. Выпуск стали из сталеплавильного агрегата осуществляют при температуре не менее 1550°С в течение 3-8 мин и ее окисленности не более 1000 ppm. Затем производят внепечную обработку стали, во время которой осуществляют ее вакуумирование, и выполняют непрерывную разливку стали, при этом получаемая сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,25-0,35, кремний 0,1-0,5, марганец 1,0-1,6, сера не более 0,010, фосфор не более 0,020, хром не более 0,15, никель не более 0,10, медь не более 0,10, алюминий 0,01-0,08, ниобий не более 0,010, титан 0,005-0,050, ванадий не более 0,010, молибден не более 0,10, азот не более 0,010, бор 0,0005-0,007, железо и неизбежные примеси остальное. Последующую аустенизацию заготовки осуществляют до температуры 1150-1300°С на протяжении не менее 3,0 часов. Черновую прокатку заканчивают при температуре 900-1100°С и осуществляют на толщину раската, составляющую не менее 2,5 толщин готового листа. Чистовую прокатку начинают при температуре 880-990°С и заканчивают при температуре 810-930°С. Обеспечивается получение горячекатаного проката с высокими потребительскими свойствами. 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 6 пр.

1. Способ производства горячекатаного листового проката, включающий выплавку стали, ее разливку с получением заготовки, прокатку заготовки на реверсивном стане, отличающийся тем, что выпуск стали из сталеплавильного агрегата осуществляют при температуре не менее 1550°С в течение 3-8 мин и ее окисленности не более 1000 ppm, производят внепечную обработку стали, во время которой осуществляют ее вакуумирование, выполняют непрерывную разливку стали, при этом получаемая сталь содержит следующие компоненты, мас.%:

углерод 0,25-0,35 кремний 0,1-0,5 марганец 1,0-1,6 сера не более 0,010 фосфор не более 0,020 хром не более 0,15 никель не более 0,10 медь не более 0,10 алюминий 0,01-0,08 ниобий не более 0,010 титан 0,005-0,050 ванадий не более 0,010 молибден не более 0,10 азот не более 0,010 бор 0,0005-0,007 железо и неизбежные примеси остальное,

последующую аустенизацию заготовки осуществляют до температуры 1150-1300°С на протяжении не менее 3,0 часов, черновую прокатку заканчивают при температуре 900-1100°С и осуществляют на толщину раската, составляющую не менее 2,5 толщин готового листа, чистовую прокатку начинают при температуре 880-990°С и заканчивают при температуре 810-930°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время вакуумирования стали осуществляют ее продувку аргоном, при этом длительность промывочного периода продувки аргоном после присадки легирующих материалов составляет не менее 5 мин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют непрерывную разливку стали с поддержанием температуры в промежуточном ковше выше температуры ликвидуса не менее 10°С.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокатку в чистовой клети осуществляют за 5-9 проходов, с обжатием за проход не менее 10,0%, за исключением последнего проглаживающего прохода.