Способ получения горячекатаных листов из низколегированной стали Российский патент 2024 года по МПК C21D8/02 C21D9/46 B21B1/38 C22C38/42 C22C38/44 C22C38/48 C22C38/50 C22C38/54 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении листов на реверсивных станах с применением контролируемой прокатки.

Известен способ производства проката, включающий выплавку стали определенного химического состава, проведение аустенизации, предварительной и окончательной деформации в реверсивном режиме, а также окончательное охлаждение листов [Патент RU № 2048541, C21D8/00].

Недостатком данного способа является излишнее легирование проката, которое неактуально для обеспечения требуемого уровня механических свойств (класс прочности 345).

Известен способ производства горячекатаных листов из низколегированной стали для изготовления ответственных металлоконструкций включающий аустенизацию непрерывнолитых заготовок, черновую прокатку, чистовую прокатку и охлаждение листов. Заготовки получают из стали, содержащей, мас.%: C 0,07-0,12, Si 0,16-0,35, Mn 1,25-1,75, Al 0,02-0,05, Ti 0,010-0,035, Mo 0,15-0,30, S не более 0,006, P не более 0,012, N не более 0,009, Cr+Ni+Cu 0,35-0,7, V+Nb 0,05-0,16, Fe и неизбежные примеси. Коэффициент трещиностойкости при сварке Pcm составляет 0,23% или менее, при этом аустенизацию непрерывнолитых заготовок проводят в диапазоне температур 1180-1250°С, черновую прокатку начинают при температуре не ниже 950°С и осуществляют с относительным обжатием за проход не менее 10% до толщины, составляющей 2-3,5 толщины готового листа, чистовую прокатку начинают при температуре 750-800°С и заканчивают при температуре 750-820°С с получением листов толщиной от 16 до 70 мм, затем проводят охлаждение листов толщиной от 16 до 40 мм или ускоренное охлаждение листов толщиной от более 40 до 70 мм с последующей термической обработкой [Патент RU № 2737690, B21B1/38, C21D8/02, C22C38/58, C22C38/50, 2020].

Недостатком данного способа является излишнее легирование проката, которое неактуально для обеспечения требуемого уровня механических свойств (класс прочности 345), а также снижение производительности стана для обеспечения требуемой температуры конца чистовой прокатки.

Наиболее близкий по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ производства толстолистовой стали согласно которому осуществляют нагрев слябов, прокатку в черновых проходах в раскат промежуточной толщины, прокатку в чистовых проходах с суммарным обжатием не менее 30% и регламентированной температурой конца прокатки и последующее охлаждение листов, при этом слябы нагревают до температуры не выше 1200°С, температуру конца прокатки поддерживают в диапазоне 620-820°С, а после завершения чистовых проходов листы подвергают охлаждению водой со скоростью 5-30°С/с до температуры 300-600°С. В варианте реализации способа слябы нагревают до температуры 1000-1160°С, прокатку в черновых и чистовых проходах ведут с суммарным относительным обжатием 60-97%, а охлаждение водой начинают после паузы продолжительностью 5-80с [Патент RU № 2414516, C21D8/02, 2011].

Недостатком данного способа является низкие значения ударной вязкости проката, даже на образцах с U-образным надрезом.

Задача изобретения – получение горячекатаных листов с гарантированными механическими свойствами, в частности ударной вязкости с V образным концентратором, удовлетворительной плоскостностью при снижении себестоимости их производства.

Горячекатаные листы согласно заявленного изобретения должны характеризоваться следующими показателями:

- механические свойства полос согласно заявленного способа должны удовлетворять следующим параметрам: σт≥345МПа, σв≥510МПа, относительное удлинение не менее 21%, ударная вязкость KCМ-40 не менее 34 Дж/см².

- плоскостность проката, определенная согласно ГОСТ 19903-2015, не более 8 мм на 1 метр.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе получения горячекатаных листов из низколегированной стали, включающем нагрев непрерывнолитых заготовок для аустенизации, черновую прокатку, чистовую прокатку, охлаждение листов, согласно изобретению, непрерывнолитые заготовки выполняют из низколегированной стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,08 – 0,13 Кремний 0,5 – 0,9 Марганец 1,3 – 1,7 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,020 Хром не более 0,10 Никель не более 0,10 Медь не более 0,10 Алюминий 0,01 – 0,08 Ниобий не более 0,05 Ванадий не более 0,05 Титан не более 0,05 Молибден не более 0,05 Мышьяк не более 0,10 Азот не более 0,010 Олово не более 0,010 Бор не более 0,008 Кальций не более 0,005 Железо остальное

при этом углеродный эквивалент стали С_э ≤ 0,43 %, нагрев непрерывнолитых заготовок для аустенизации осуществляют при температуре 1150 – 1250 ºС, чистовую прокатку начинают при температуре Аr3+(70÷170) ºС и завершают при температуре Аr3+(10÷50) ºС, далее проводят охлаждение листов со скоростью 3 - 15 ºС/сек до температуры 600 – 750 ºС, после чего осуществляют их охлаждение на воздухе, при этом углеродный эквивалент C_э рассчитывают по следующей формуле:

Сэ = С + Mn/6 + Si/24 + Cr/5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2,

где C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P – содержания соответствующих компонентов, мас.%.

Суммарная степень обжатия непрерывнолитых заготовок составляет не менее 90 %.

Промежуточная толщина полученного перед чистовой прокаткой подката составляет 2,0 – 4,0 толщин готового листа.

Чистовую стадию прокатки осуществляют за 5 – 8 проходов.

Охлаждение листов на воздухе осуществляется до температуры не более 150 ºС.

После охлаждения листов на воздухе осуществляют их правку не более чем за два прохода.

Сущность изобретения.

Содержание углерода в пределах 0,08-0,13% в сочетании с целевой микроструктурой проката обеспечивает необходимый уровень прочностных свойств при высоких температурах, с одновременным обеспечением высокой вязкости и хладостойкости до минус 40°C. Содержание углерода менее 0,08% не позволяет достичь требуемого уровня

прочности, а при содержании более 0,13% ухудшает пластические и вязкостные характеристики стали.

Кремний раскисляет и упрочняет сталь, повышает ее упругие свойства. При содержании кремния менее 0,5% прочность стали недостаточна, возникает необходимость применения более дорогостоящего легирования. Увеличение содержания кремния более 0,9% приводит к возрастанию количества силикатных неметаллических включений, что негативно отражается на механических свойствах стали (горячекатаных листов).

Легирование стали марганцем в диапазоне 1,30-1,70% позволяет обеспечить оптимальную микроструктуру и требуемый уровень механических характеристик стали. При содержании марганца менее 1,30% снижается прочность и вязкость стали при отрицательных температурах. Содержание марганца более 1,70% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.

Содержание алюминия в заявленном диапазоне необходимо для минимизации риска образования большого числа алюминатных включений. Алюминий раскисляет сталь и измельчает зерно. При содержании алюминия менее 0,01% его влияние мало, вязкостные свойства стали ухудшаются. Увеличение содержания алюминия более 0,08% приводит к увеличению количества неметаллических включений в стали и снижению прочностных характеристик. При этом снижается ударная вязкость стали за счет дополнительного выделения на границе зерен нитридов алюминия.

Содержание титана, ниобия, ванадия и молибдена должно быть не более 0,05% каждого, так как при более высоких их содержаниях, происходит изменение микроструктуры металлопроката, возникает эффект избыточного упрочнения, что ухудшает ее пластичность, а также повышается себестоимость производства стали.

Содержание хрома, никеля и меди ограничено не более 0,10% каждого, так как это является допустимым содержанием, которое не приводит к снижению пластичности стали. Также, повышение указанных диапазонов экономически не целесообразно.

Для повышения чистоты стали по вредным примесям содержание серы, фосфора и азота также строго регламентировано. Сталь предложенного состава содержит в виде примесей не более 0,010% серы и азота, не более 0,020% фосфора. При заявленных предельных концентрациях эти элементы не оказывают заметного негативного воздействия на механические свойства горячекатаных листов, тогда как их удаление из расплава существенно повышает затраты на производство и усложняет технологический процесс.

При повышении содержания вредных примесей мышьяка и олова более 0,010%, происходит снижение вязко-пластических характеристик проката.

Содержание кальция допускается до 0,005%, как модификатора серы. Введение кальция выше указанного значения приводит к образованию повышенного количества алюминатов кальция.

Бор влияет на прокаливаемость проката, при его содержании более 0,008% может происходить скачкообразное изменение микроструктуры, что снижает прочностные свойства стали.

Для предложенного химического состава ограничено значение углеродного эквивалента не более 0,43%, которое позволяет гарантировать свариваемость готовых листов.

Углеродный эквивалент рассчитывается по следующей формуле:

С_э = С+Mn/6+Si/24+Cr/5+Ni/40+Cu/13+V/14+P/2

Нагрев непрерывнолитых заготовок перед прокаткой в диапазоне температур 1150 - 1250°C позволяет получить гомогенизированную аустенитную структуру исходной заготовки, повысить пластичность и деформируемость стали.

В ходе черновой прокатки гомогенизируется литая структура исходной непрерывнолитой заготовки за счет динамической рекристаллизации и последующей статической рекристаллизации при выдержке промежуточной заготовки (подката) на толщине подстуживания.

Для обеспечения удовлетворительной проработки структуры листов по толщине с учетом высокой температуры конца прокатки необходимо обеспечить толщину промежуточного подстуживания не менее 2-4 толщин готового листа.

В ходе чистовой прокатки с началом в диапазоне температур Аr3+(70÷170) ºС достигается измельчение зерна, в том числе за счет торможения рекристаллизации. Начало чистовой прокатки при температуре ниже Аr3+70 ºС приводит к образованию большого количества феррита в структуре, что приводит к снижению прочности, а начало чистовой прокатки при температурах выше Аr3+170 ºС приводит к укрупнению зерна, что отрицательно сказывается на ударной вязкости проката.

Значение Аr3 рассчитывается по формуле:

Ar3=912,2-284,8*С+83,9*Si-81*Mn-185,9*Nb+25,6*V-9,1*N-56,7*Ni-35,8*Cu-15,7*Сr

Температура конца чистовой прокатки ниже Аr3+10 ºС приводит к увеличению доли деформированного феррита и, как следствие, к снижению пластичности металлопроката. При температуре завершения чистовой прокатки выше Аr3+50 ºС, происходит увеличение зерна феррита, что снижает предел текучести стали.

Суммарная степень обжатия и количество проходов в чистовой стадии прокатки определяют степень проработки структуры. При суммарном обжатии менее 90% и количестве проходов более 8, снижается стабильность получения и уровень ударной вязкости стали. При количестве проходов менее 5 значительно возрастают энергосиловые параметры прокатки.

Ускоренное охлаждение листов после прокатки в установке контролируемого охлаждения до температуры 600 – 750 ºС со скоростью 3 - 15 ºС/сек, позволяет зафиксировать полученное мелкое зерно и получить мелкодисперсную феррито-перлитную структуру для проката. При температуре ниже 600 ºС, возрастает уровень внутренних напряжений в листах, что приводит к снижению выхода годного по планшетности, при температуре более 750 ºС не достигается требуемый уровень механических свойств проката.

Также, ускоренное охлаждение листов со скоростью 3 - 15 ºС/сек, является оптимальным для заданного химического состава, что позволяет обеспечить требуемые механические свойства проката.

Охлаждение листов на воздухе осуществляется до температуры не более 150 ºС, после чего происходит правка металлопроката за 1-2 прохода в листоправильной машине. При температуре охлаждения на воздухе до более 150 ºС будет наблюдаться повторное коробление листов после правки. Количество проходов более двух приводит к накоплению внутренних напряжений в ходе холодной правки, что негативно сказывается на механических свойствах.

Пример.

Осуществляли выплавку стали в кислородном конвертере и после внепечной обработки, производили непрерывную разливку в слябы сечением 250х1630 мм. Далее производили нагрев под прокатку до температур 1150 – 1250 °С и осуществляли прокатку листов на конечную толщину 7-20 мм на двухклетевом реверсивном стане. Деформацию в черновой клети производили в диапазоне температур 980 – 1200 °С, с суммарной степенью обжатия 80 - 85 %. Подкат подстуживали до температуры 950 – 1020°С. Окончательную деформацию производили в чистовой клети со строго регламентированными обжатиями 5-15 % в диапазоне температур 870 – 900 °С с обеспечением суммарной степени обжатия 90-95 %, после чего прокат подвергали охлаждению в установке ускоренного охлаждения до температуры 600 – 750°C. Далее прокат подвергали правке при температуре 120 – 150°С, за 1-2 прохода в листоправильной машине.

Согласно заявленного способа было проведено 5 экспериментов. Химический состав приведен в таблице 1, технологические параметры приведены в таблице 2, механические свойства приведены в таблице 3.

Были испытаны на растяжение цилиндрические образцы по ГОСТ 1497 с расчетной длинной L=5.65√F₀ , отобранные поперек направления проката и образцы на ударную вязкость по ГОСТ 9454 с V-образным концентратором, отобранные вдоль направления проката.

Как видно из результатов экспериментов, прокат, произведенный по предложенной технологии, обладает требуемыми механическими свойствами: прочностными характеристиками, ударной вязкостью, а, следовательно, хорошо поддается механической обработке, обработке резанием.

Таблица 1

Химический состав проката, мас.%^*

№ эксперимента C Si Mn P S Cr Ni Cu Al N Mo V Nb Ti B As Ca 1 0,11 0,67 1,35 0,008 0,002 0,05 0,03 0,03 0,028 0,009 0,010 0,003 0,003 0,002 0,0003 0,0026 0,002 2 0,11 0,68 1,35 0,008 0,002 0,05 0,03 0,03 0,028 0,009 0,003 0,003 0,003 0,002 0,0003 0,0026 0,002 3 0,11 0,56 1,63 0,013 0,002 0,02 0,01 0,01 0,03 0,005 0,001 0,010 0,002 0,004 0,0004 0,0012 0,002 4 0,12 0,67 1,34 0,014 0,005 0,10 0,02 0,10 0,04 0,006 0,002 0,004 0,011 0,021 0,0004 0,0019 0,0015 5 0,09 0,72 1,37 0,011 0,002 0,02 0,01 0,01 0,04 0,005 0,001 0,003 0,002 0,005 0,0004 0,0012 0,0018

* - Fe – остальное; содержание олова в экспериментах составляло 0,003 мас. %

Таблица 2

Контролируемые технологические параметры

№ эксперимента C_экв Т нагрева под прокатку, °С Т начала чистовой прокатки, °С Т конца чистовой прокатки, °С Т конца ускоренного охлаждения, °С Суммарная степень обжатия, % Толщина промежуточного подката / толщина готового листа Количество стадий чистовой прокатки, шт Скорость ускоренного охлаждения, °С Температура охлаждения на воздухе, °С Количество проходов при правке, шт 1 0,38 1210 1020 880 710 96,8 25/8 7 5 140 2 2 0,38 1219 1000 880 690 96,0 30/10 6 6 145 2 3 0,42 1247 1020 890 690 95,2 40/12 6 9 120 2 4 0,43 1205 920 870 605 93,6 40/16 6 7 120 1 5 0,36 1225 920 870 610 92,0 52/20 6 6 100 1

Таблица 3

Механические свойства проката

№ эксперимента Предел прочности, σ^в, Н/мм² Предел текучести, σ^т, Н/мм² Относительное удлинение, δ⁵, % Ударная вязкость KCV при
-40 °С, Дж/см² Плоскостность,
мм/м 1 560 430 22 197/202 8 2 520 390 27 180/223 8 3 510 370 26 238/279 6 4 540 400 22 219/213 6 5 520 380 27 165/174 4

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению горячекатаных листов на реверсивных станах с применением контролируемой прокатки. Способ получения горячекатаных листов из низколегированной стали включает нагрев непрерывнолитых заготовок для аустенизации, черновую прокатку, чистовую прокатку, охлаждение листов. Непрерывнолитые заготовки выполняют из низколегированной стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,08–0,13, кремний 0,5–0,9, марганец 1,3–1,7, сера не более 0,010, фосфор не более 0,020, хром не более 0,10, никель не более 0,10, медь не более 0,10, алюминий 0,01–0,08, ниобий не более 0,05, ванадий не более 0,05, титан не более 0,05, молибден не более 0,05, мышьяк не более 0,10, азот не более 0,010, олово не более 0,010, бор не более 0,008, кальций не более 0,005, железо - остальное, при этом углеродный эквивалент стали С_э≤0,43. Нагрев непрерывнолитых заготовок для аустенизации осуществляют при температуре 1150–1250°С, чистовую прокатку начинают при температуре Аr3+(70÷170)°С и завершают при температуре Аr3+(10÷50)°С, далее проводят охлаждение листов со скоростью 3-15°С/с до температуры 600–750°С, после чего осуществляют их охлаждение на воздухе. Углеродный эквивалент C_э рассчитан по формуле: С_э=С+Mn/6+Si/24+Cr/5+Ni/40+Cu/13+V/14+P/2, где C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P – содержание соответствующих компонентов, мас.%. Листы имеют высокие механические свойства, в том числе ударную вязкость с V образным концентратором, а также удовлетворительную плоскостность. 5 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Способ получения горячекатаных листов из низколегированной стали, включающий нагрев непрерывнолитых заготовок для аустенизации, черновую прокатку, чистовую прокатку, охлаждение листов, отличающийся тем, что непрерывнолитые заготовки выполняют из низколегированной стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,08–0,13 Кремний 0,5–0,9 Марганец 1,3–1,7 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,020 Хром не более 0,10 Никель не более 0,10 Медь не более 0,10 Алюминий 0,01–0,08 Ниобий не более 0,05 Ванадий не более 0,05 Титан не более 0,05 Молибден не более 0,05 Мышьяк не более 0,10 Азот не более 0,010 Олово не более 0,010 Бор не более 0,008 Кальций не более 0,005 Железо остальное,

при этом углеродный эквивалент стали С_э≤0,43,

нагрев непрерывнолитых заготовок для аустенизации осуществляют при температуре 1150–1250°С, чистовую прокатку начинают при температуре Аr3+(70÷170)°С и завершают при температуре Аr3+(10÷50)°С, далее проводят охлаждение листов со скоростью 3–15°С/с до температуры 600–750°С, после чего осуществляют их охлаждение на воздухе, при этом углеродный эквивалент C_э рассчитывают по следующей формуле:

Сэ = С + Mn/6 + Si/24 + Cr/5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2,

где C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P – содержание соответствующих компонентов, мас.%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что суммарная степень обжатия непрерывнолитых заготовок составляет не менее 90%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промежуточная толщина полученного перед чистовой прокаткой подката составляет 2,0–4,0 толщин готового листа.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что чистовую стадию прокатки осуществляют за 5–8 проходов.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение листов на воздухе осуществляется до температуры не более 150°С.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после охлаждения листов на воздухе осуществляют их правку не более чем за два прохода.