Способ производства холоднокатаных стальных полос для упаковочной ленты Российский патент 2024 года по МПК C21D8/02 C21D9/46 C22C38/42 C22C38/44 C22C38/58 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве холоднокатаного проката с двухфазной структурой для упаковочной ленты.

Известен способ изготовления холодно- или горячекатаной ленты из двухфазной стали с повышенной прочностью и высокой характеристикой деформируемости, предназначенной, в частности, для автомобилей с облегченной конструкцией, содержащей следующие элементы, вес.%:

углерод от 0,1 до 0,16 кремний от 0,40 до 0,60 марганец 1,5 до 2,0 алюминий от 0,02 до 0,05 ниобий больше или равно 0,01 ванадий больше или равно 0,02 фосфор меньше или равно 0,020 сера меньше или равно 0,003 азот меньше или равно 0,01 железо и неизбежные примеси остальное,

а также оптимальная добавка титана, при этом двухфазная структура образуется при непрерывном отжиге, согласно которому холодно- или горячекатаную стальную ленту нагревают в проходной отжигательной печи за одну стадию до температуры от 820 до 1000°С, предпочтительно от 840 до 1000°С, затем отожженную стальную ленту охлаждают с температуры отжига при скорости от 15 до 30°С/с (Патент РФ № 2443787, МПК C21D 8/02, C21D 9/46, C22C 38/06, C22C 38/12, опубл. 27.02.2012).

Недостатком известного способа является высокая температура выдержки, которая ведет к увеличению энергозатрат.

Наиболее близким по технической сущность к предлагаемому изобретению является способ холоднокатаного листа из двухфазной феррито-мартенситной стали, включающий выплавку стали, горячую прокатку, смотку в рулон, холодную прокатку на толщину 0,9-1,5 мм и термическую обработку в агрегате непрерывного действия путем нагрева до температуры отжига, выдержки, замедленного охлаждения до температуры ниже A_r1 ускоренного охлаждения и перестаривания согласно которому горячую прокатку начинают в температурном интервале от 1075 до 1250°C и заканчивают в температурном интервале 800-890°C, температура смотки в рулон не ниже 600°C, холодную прокатку проводят с суммарным обжатием 45-70%, термическую обработку ведут при температуре отжига 720-780°C, окончание ускоренного охлаждения и перестаривания проводят при температурах 270-400°C, при этом сталь содержит следующие компоненты, мас. %:

углерод 0,09-0,14 кремний 0,05-0,40 марганец 1,7-2,3 алюминий 0,02-0,08 хром 0,20-0,40 молибден 0,10-0,40 ниобий 0,01-0,04 фосфор не более 0,02 сера не более 0,02 железо и неизбежные примеси остальное

Скорость движения полосы в агрегате задают в зависимости от температуры отжига в соответствии с условием: Vдв.пол.=[(Тотж-680°C)/k-10 м/мин]÷[(Тотж-680°C)/k+10 м/мин], где Vдв.пол - скорость движения полосы в агрегате, м/мин, k=1×мин×°C/м, Тотж - температура отжига, °C, температуру смотки задают в зависимости от содержания ниобия в соответствии с выражением: Тсм≥(690-2000×k×Nb%), где Тсм - температура смотки, °C, Nb – содержания ниобия, %, k=1×°C/% (Патент РФ № 2633196, МПК C21D 8/04, C21D 9/46, C22C 38/58, опубл. 11.10.2017).

Недостатком известного способа является невозможность производства металлопроката с более низкой толщиной (менее 0,9 мм).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты с толщиной менее 0,9 мм с двухфазной структурой характеризующегося повышенным комплексом механических свойств.

Технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаных стальных полос для упаковочной ленты, включающем горячую прокатку стальных слябов с получением полос, их смотку, травление, холодную прокатку, термическую обработку в агрегате непрерывного действия и дрессировку, согласно изобретению горячую прокатку полос заканчивают при температуре 840-900°С, температура смотки составляет 580-660°С, холодную прокатку полос ведут с суммарным относительным обжатием 60-75%, термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаных полос до температуры 750-820°С, выдержки при данной температуре в течение 100-300 секунд и последующего охлаждения со скоростью 20-150°С/сек, дрессировку осуществляют с обжатием от 0,1 до 1,0 %, затем проводят повторный нагрев до температуры 200-500°С с последующей выдержкой в течение 100-300 секунд, при этом для горячей прокатки используют слябы из стали, содержащей, мас.%:

углерод 0,10-0,20 кремний не более 0,15 марганец 2,00-3,00 алюминий 0,01-0,07 хром 0,20-0,70 никель не более 0,06 медь не более 0,06 молибден 0,1-0,3 ниобий 0,02-0,05 азот не более 0,010 сера не более 0,005 железо и примеси остальное,

при этом в холоднокатаных стальных полосах сформирована мартенситно-бейнитная структура с остатками феррита.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Углерод – один из основных упрочняющих элементов. При содержании углерода менее 0,10% прочностные свойства получаются ниже допустимого уровня, а увеличение концентрации углерода выше 0,20 % приводит к увеличению прочностных характеристик, но при этом сильно снижается пластичность металла.

Кремний раскисляет и упрочняет сталь. Увеличение содержания кремния более 0,15% приводит к потере пластичности.

Марганец оказывает упрочняющее действие. При содержании марганца менее 2,0 % прочностные свойства и твердость ниже допустимого уровня, а увеличение его содержания более 3,0% резко понижает показатель пластичности.

При содержании алюминия менее 0,01 % сталь является недостаточно раскисленной, что приводит к ее охрупчиванию. При содержании алюминия более 0,07 % увеличивается количество неметаллических включений в стали, что ведет к снижению ее пластичности.

Хром упрочняет сталь, но при концентрации более 0,7% имеет место падение пластичности полосы ниже допустимого уровня, а при снижении менее 0,2% наблюдается существенное снижение прочностных характеристик.

Содержание никеля и меди более 0,06 % каждого приводит к высокой себестоимости готового проката.

Молибден стабилизирует и упрочняет сталь. Содержание молибдена в количестве менее 0,1% не оказывает значительного влияния на свойства, а его содержание более 0,3% уже значительно повышает стоимость стали, что экономически нецелесообразно.

Ниобий образует мелкодисперсные частицы (карбонитриды), которые измельчают зерно и упрочняют сталь. Содержание более 0,05 % приводит к хладноломкости стали ниже допустимого уровня. При снижении содержания менее 0,02 % приводит к снижению прочностных характеристик.

Азот упрочняет сталь, но если его количество превышает 0,010%, сталь становится склонной к разрушению, уменьшается выход годной полосы.

Сера является вредной примесью, и их содержание должно быть сведено к минимуму. Сера практически не влияет на прочность, но при содержании серы более 0,005% в стали образуются сульфидные включения, значительно снижающие пластичность.

Горячая прокатка с окончанием при температуре 840-900°С и смотка при температуре 580-660°С обеспечивает получение однородных механических свойств по длине полосы. Окончание горячей прокатки полос при температуре ниже 840 °С, в двухфазной области, приводит к значительной разнозернистости структуры, что влечет за собой нестабильность механических свойств в горячекатаном, а затем и в холоднокатаном состоянии. Повышение температуры конца горячей прокатки свыше 900 °С приводит к укрупнению зерна и понижению прочностных свойств горячекатаного проката. Смотка полос ниже 580 °С очень сильно повышает прочность стали, однако значительно снижает пластичность. При температуре смотки выше 660 °С пластичность стали повышается, однако это приводит к снижению ее прочности ниже допустимого уровня.

Холодная прокатка с суммарным обжатием менее 60% требует уменьшения толщины горячекатаного подката, что приводит к снижению наклепа при холодной деформации, снижению прочностных характеристик, недостаточной деформации структуры и нестабильности механических свойств по длине полосы. Увеличение суммарного обжатия свыше 75% приводит к превышению энергосиловых параметров прокатки.

Нагрев холоднокатаных полос до температуры 750-820°С, выдержка при этих температурах в течение 100-300 секунд и охлаждение со скоростью 20-150°С/сек способствует формированию оптимальных структурных составляющих фаз для получения требуемых высоких прочностных и пластических свойств с обеспечением однородной структуры по всему сечению.

Для увеличения предела текучести металла и обеспечения требуемой шероховатости полосы может применяться операция дрессировки с обжатием 0,1-1,0%.

Повторный нагрев до температуры 200-500°С с последующей выдержкой в течение 100-300 секунд позволяет снизить остаточные напряжения в металле, избежать риска разрывов ленты при эксплуатации и увеличить ее пластические свойства.

Формирование мартенситно-бейнитной структуры с остатками феррита или мартенситно-ферритной структурой необходимо для получения необходимого комплекса механических свойств.

Пример реализации способа.

В кислородном конвертере выплавили стали, химический состав которых приведен в таблице 1. Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы. Слябы нагревали в нагревательной печи с шагающими балками и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой до определенных температур и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали соляно-кислотному травлению в непрерывном травильном агрегате, прокатывали на стане холодной прокатке, подвергали термической обработке в агрегате непрерывного действия, дрессировали и повторно подвергали термической обработке. Технологические параметры обработки представлены в таблице 2. Структура и механические свойства проката приведены в таблице 3. Толщины холоднокатаного проката в экспериментах были следующие: вариант 1 – 0,85 мм; вариант 2 – 0,8 мм; вариант 3 – 0,8 мм.

В дальнейшем, из холоднокатаного проката были изготовлены ленты, использование которых показало их высокую эксплуатационную надежность, не уступающую лентам большей толщины.

Таблица 1

Химический состав стали

№ варианта Содержание химических элементов, мас.% С Si Mn Al Cr Ni Cu Mo Nb N S Fe и неизбежные примеси 1 0,125 0,040 2,21 0,039 0,50 0,014 0,026 0,155 0,031 0,007 0,002 остальное 2 0,123 0,070 2,28 0,031 0,48 0,011 0,023 0,164 0,030 0,008 0,003 остальное 3 0,134 0,055 2,26 0,039 0,44 0,010 0,023 0,166 0,030 0,007 0,002 остальное

Таблица 2

Технологические параметры и механические свойства проката

№ варианта Температура конца прокатки, °С Температура смотки, °С Обжатие при холодной прокатке, % Температура первого нагрева, °С Время первой выдержки, сек. Скорость охлаждения, °С/сек Обжатие при дрессировке, % Температура второго нагрева, °С Время второй выдержки, сек. 1 871 621 63 765 128 70 0,5 220 140 2 869 619 64 780 130 69 0,5 231 129 3 873 625 66 773 140 88 0,5 215 135

Таблица 3

№ варианта Структура, % Механические свойства Феррит остаточный Мартенсит+бейнит Предел прочности, МПа Относительное удлинение, % 1 2 98 1207 9 2 5 95 1172 10 3 3 97 1170 10,5

Механические свойства и структура проката

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве холоднокатаного проката с двухфазной структурой для упаковочной ленты. Способ производства холоднокатаных стальных полос для упаковочной ленты включает горячую прокатку стальных слябов с получением полос, их смотку, травление, холодную прокатку, термическую обработку в агрегате непрерывного действия и дрессировку. Горячую прокатку полос заканчивают при температуре 840-900°С, температура смотки составляет 580-660°С, холодную прокатку полос ведут с суммарным относительным обжатием 60-75 %, термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаных полос до температуры 750-820°С, выдержки при данной температуре в течение 100-300 с и последующего охлаждения со скоростью 20-150°С/с, дрессировку осуществляют с обжатием от 0,1 до 1,0 %, затем проводят повторный нагрев до температуры 200-500°С с последующей выдержкой в течение 100-300 с. Для горячей прокатки используют слябы из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,10-0,20, кремний не более 0,15, марганец 2,00-3,00, алюминий 0,01-0,07, хром 0,20-0,70, никель не более 0,06, медь не более 0,06, молибден 0,1-0,3, ниобий 0,02-0,05, азот не более 0,010, сера не более 0,005, железо и примеси остальное. В холоднокатаных стальных полосах сформирована мартенситно-бейнитная структура с остатками феррита. Обеспечивается производство холоднокатаного проката для упаковочной ленты с толщиной менее 0,9 мм с двухфазной структурой, характеризующегося повышенным комплексом механических свойств. 3 табл., 1 пр.

Способ производства холоднокатаных стальных полос для упаковочной ленты, включающий горячую прокатку стальных слябов с получением полос, их смотку, травление, холодную прокатку, термическую обработку в агрегате непрерывного действия и дрессировку, отличающийся тем, что горячую прокатку полос заканчивают при температуре 840-900°С, температура смотки составляет 580-660°С, холодную прокатку полос ведут с суммарным относительным обжатием 60-75 %, термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаных полос до температуры 750-820°С, выдержки при данной температуре в течение 100-300 с и последующего охлаждения со скоростью 20-150°С/с, дрессировку осуществляют с обжатием от 0,1 до 1,0 %, затем проводят повторный нагрев до температуры 200-500°С с последующей выдержкой в течение 100-300 с, при этом для горячей прокатки используют слябы из стали, содержащей, мас.%:

углерод 0,10-0,20 кремний не более 0,15 марганец 2,00-3,00 алюминий 0,01-0,07 хром 0,20-0,70 никель не более 0,06 медь не более 0,06 молибден 0,1-0,3 ниобий 0,02-0,05 азот не более 0,010 сера не более 0,005 железо и примеси остальное,

при этом в холоднокатаных стальных полосах сформирована мартенситно-бейнитная структура с остатками феррита.