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 низкая температура завершения чистовой прокатки, что приводит к чрезмерному измельчению ферритного зерна и снижению пластических характеристик, а также повышению нагрузок на оборудование прокатного стана.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ, включающий нагрев слябов в диапазоне температур 1230-1250°С, последующую многопроходную реверсивную черновую и чистовую прокатку с регламентированными температурами начала и конца прокатки, при этом черновую прокатку завершают при температуре не более 1000°С, чистовую прокатку начинают в диапазоне температур 960-1000°С и заканчивают в диапазоне температур 820-880°С, чистовую прокатку ведут за 7-9 проходов. Сляб получают из стали, содержащей, мас.%: С=0,22-0,26, Si=0,30-0,40; Mn=0,75-1,10, Al=0,01-0,035, Nb=0,03-0,05, Cr не более 0,3, Ni не более 0,3, Cu не более 0,3, S не более 0,010, P не более 0,015, N не более 0,008, V не более 0,05, Ti не более 0,05, Fe - остальное. [Патент RU № 2613262, C21D8/02, C22C38/58, B21B1/26, 2017].

Недостатком данного способа является более низкие значения прочностных характеристик произведенного металлопроката.

Задача изобретения – получение горячекатаных листов с гарантированными механическими свойствами и плоскостностью после отдельного нагрева (вплоть до температуры Ас3) во время технологической переработки, при снижении себестоимости их производства.

Горячекатаные листы согласно заявленному изобретению должны характеризоваться следующими показателями:

- механические свойства полос согласно заявленного способа должны удовлетворять следующим параметрам: ϭт≥345МПа, ϭв≥510МПа, относительное удлинение не менее 21%, ударная вязкость KCМ-40 не менее 34 Дж/см² (при этом уровень свойств проката должен сохраняться после проведения нормализации с отдельного нагрева);

- 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 аустенизацию непрерывнолитых заготовок, черновую и чистовую горячие прокатки, согласно изобретению проводят аустенизацию непрерывнолитых заготовок из низколегированной стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,07-0,14 Кремний 0,5-0,9 Марганец 1,2-1,8 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,020 Хром не более 0,20 Никель не более 0,20 Медь не более 0,20 Алюминий 0,01-0,08 Ниобий 0,005-0,08 Ванадий не более 0,05 Титан 0,005-0,08 Молибден не более 0,05 Кальций не более 0,010 Мышьяк не более 0,10 Азот не более 0,010 Олово не более 0,10 Бор не более 0,005 Железо остальное

при этом, углеродный эквивалент стали С_э ≤ 0,43%,

чистовую горячую прокатку полученного после черновой прокатки подката начинают при температуре 890–1020°С и завершают при температуре 840–890°С, а далее осуществляют охлаждение листов на воздухе, при этом углеродный эквивалент С_э рассчитывают по 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.%.

Аустенизацию непрерывнолитых заготовок осуществляют при температуре 1100–1250°С.

Суммарная степень обжатия при черновой и чистовой горячих прокатках непрерывнолитых заготовок составляет не менее 85%.

Промежуточная толщина полученного после черновой горячей прокатки подката и перед чистовой горячей прокаткой составляет 2,0–4,0 толщин готового листа.

Относительное обжатие в последнем проходе чистовой горячей прокатки составляет не менее 10%.

Стадию чистовой горячей прокатки осуществляют за 5–8 проходов.

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

Сущность изобретения.

Содержание углерода в пределах 0,07–0,14% в сочетании с целевой микроструктурой проката обеспечивает необходимый уровень прочностных свойств при высоких температурах, с одновременным сохранением уровня после нормализации с отдельного нагрева. Содержание углерода менее 0,07% не позволяет достичь требуемого уровня

прочности, а при содержании более 0,14% 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 1,20–1,80% позволяет обеспечить оптимальную микроструктуру и требуемый уровень механических характеристик стали. При содержании марганца менее 1,20% снижается уровень прочностных свойств после нормализации с отдельного нагрева. Содержание марганца более 1,80% 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.

Ниобий и титан являются сильными карбонитридообразующими элементами, обеспечивающими сочетание высоких прочностных характеристик и высокой ударной вязкости при криогенных температурах. Содержание титана и ниобия в количестве более 0,08% каждого способствует образованию избыточного количества малорастворимых примесей, которые стремятся перейти на границы, являющиеся областями с меньшей плотностью, обогащают границы зерен и охрупчивают сталь, снижают ее хладостойкость. При содержании ниобия и титана менее 0,005% увеличивается размер зерна феррита, что ведет к снижению механических характеристик стали.

Содержание 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 0,20% 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 0,010%, как модификатора серы. Введение кальция выше указанного значения приводит к образованию повышенного количества алюминатов кальция.

Бор влияет на прокаливаемость проката, при его содержании более 0,005% 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 1100–1250°C позволяет получить гомогенизированную аустенитную структуру исходной заготовки, повысить пластичность и деформируемость стали, что ведет к снижению нагрузок на прокатное оборудование.

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 (1000°С – H мм) ± 50°С, где H – толщина готового проката, мм, достигается измельчение зерна, в том числе за счет торможения рекристаллизации. Начало чистовой прокатки при температуре ниже (1000°С – H мм) - 50°С, приводит к увеличению нагрузок на прокатное оборудование, без существенного увеличения механических характеристик проката, что приводит к снижению пластических характеристик проката, а начало чистовой прокатки при температурах выше (1000°С – H мм) + 50°С, приводит к укрупнению зерна, что отрицательно сказывается на ударной вязкости проката.

Температура конца чистовой прокатки ниже Аr3+20°С приводит к увеличению доли деформированного феррита и, как следствие, к снижению пластичности металлопроката. При температуре завершения чистовой прокатки выше Аr3+100°С, происходит увеличение зерна феррита, что снижает предел текучести стали.

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

Суммарная степень обжатия и количество проходов в чистовой стадии прокатки определяют степень проработки структуры. При суммарном обжатии менее 85% и количестве проходов более 8, снижается стабильность получения и уровень ударной вязкости стали. При количестве проходов менее 5 значительно возрастают энергосиловые параметры прокатки.

Относительное обжатие в последнем проходе менее 10% приводит к разнобальности структуры, что снижает ударную вязкость. Обжатие более 10% ухудшает плоскостность проката со стана и требует проведения правки.

Количество проходов более двух приводит к накоплению внутренних напряжений в ходе холодной правки, что негативно сказывается на механических (пластических) свойствах проката.

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 1100–1250°С и осуществляли прокатку листов на конечную толщину 7-30 мм на двухклетевом реверсивном стане. Деформацию в черновой клети производили в диапазоне температур 930–1150°С, с суммарной степенью обжатия не менее 70%. Подкат подстуживали до температуры 890–1020 °С. Окончательную деформацию производили в чистовой клети со строго регламентированными обжатиями 5-15 % в диапазоне температур 840–890°С с обеспечением суммарной степени обжатия не менее 85 %. Далее прокат охлаждали на воздухе и 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√F_0, отобранные поперек направления проката и образцы на ударную вязкость по ГОСТ 9454 с U-образным концентратором, отобранные поперек направления проката.

Результаты экспериментов показали, что прокат произведенный по предложенной технологии обладает требуемыми механическими свойствами: прочностными характеристиками, ударной вязкостью, а, следовательно, хорошо поддается механической обработке, обработке резанием. Отличительной особенностью данной технологии является обеспечение всех вышеуказанных характеристик, в том числе и после отдельного нагрева под нормализацию в печи. Эксперименты, проведенные у потребителей, выявили не значительное снижение прочностных свойств проката после осуществления нормализации.

Таблица 1

Химический состав проката^*

№ экспери мента C Si Mn P S Cr Ni Cu Al N Mo V Nb Ti B As Ca Sn 1 0,095 0,53 1,55 0,009 0,003 0,02 0,02 0,03 0,03 0,005 0,002 0,003 0,025 0,017 0,0003 0,0018 0,0012 0,0019 2 0,11 0,61 1,58 0,007 0,003 0,03 0,06 0,04 0,03 0,006 0,003 0,003 0,02 0,016 0,0003 0,0024 0,0019 0,0027 3 0,11 0,56 1,54 0,012 0,004 0,03 0,02 0,02 0,03 0,005 0,013  0,03 0,026  0,017 0,0003 0,0016 0,0013 0,0033 4 0,11 0,53 1,62 0,01 0,003 0,03 0,02 0,03 0,06 0,006 0,004 0,004 0,035 0,015 0,0003 0,002 0,0019 0,001 5 0,11 0,58 1,58 0,006 0,002 0,07 0,01 0,01 0,04 0,005 0,002 0,003 0,034 0,013 0,0005 0,0013 0,0022 0,0013

* - Fe - остальное

Таблица 2

Контролируемые технологические параметры

№ эксперимента Толщина готового проката, мм C_экв Т аустенизации, °С Т начала чистовой прокатки, °С Т конца чистовой прокатки, °С Суммарная степень обжатия, % Толщина промежуточного подката, мм Количество проходов в чистовой стадии прокатки, шт Относительное обжатие в последнем проходе, % Количество проходов при правке, шт 1 10 0,39 1225 977 882 96 30 6 12 2 2 10 0,41 1224 974 881 96 31 6 10 2 3 14 0,40 1170 959 869 94,4 42 6 14 2 4 14 0,42 1180 961 876 94,4 45 6 14 1 5 30 0,41 1203 929 854 88 75,7 8 11 1

Таблица 3

Механические свойства проката

№ эксперимента Предел текучести, σ^т, Н/мм² Предел прочности, σ^в, Н/мм² Относительное удлинение, δ⁵, % KcU-40, Дж/см² Предел текучести, σ^т, Н/мм² (после нормализации) Предел прочности, σ^в, Н/мм² (после нормализации) Относительное удлинение, δ⁵, % (после нормализации) KcU-40, Дж/см² (после нормализации) Плоскостность 1 450 610 23 89/108 400 550 33 339/330 8 2 445 600 24 149/159 395 540 31 334/346 8 3 450 600 22 133/108 390 540 29 275/300 6 4 450 600 22 105/115 410 550 33 273/298 5 5 380 540 29 180/228 365 530 28 219/200 3

Изобретение относится к металлургии, а именно к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении листов на реверсивных станах с применением контролируемой прокатки. Способ получения горячекатаных листов из низколегированной стали включает аустенизацию непрерывнолитых заготовок, черновую и чистовую горячие прокатки. Проводят аустенизацию непрерывнолитых заготовок из низколегированной стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,07-0,14, кремний 0,5-0,9, марганец 1,2-1,8, сера не более 0,010, фосфор не более 0,020, хром не более 0,20, никель не более 0,20, медь не более 0,20, алюминий 0,01-0,08, ниобий 0,005-0,08, ванадий не более 0,05, титан 0,005-0,08, молибден не более 0,05, кальций не более 0,010, мышьяк не более 0,10, азот не более 0,010, олово не более 0,10, бор не более 0,005, железо - остальное, при этом углеродный эквивалент стали С_э ≤ 0,43, чистовую горячую прокатку полученного после черновой прокатки подката начинают при температуре 890-1020°С и завершают при температуре 840-890°С, а далее осуществляют охлаждение листов на воздухе. Углеродный эквивалент С_э рассчитывают 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 и характеризуются плоскостностью после отдельного нагрева (вплоть до температуры Ас3) во время технологической переработки. 6 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Способ получения горячекатаных листов из низколегированной стали, включающий аустенизацию непрерывнолитых заготовок, черновую и чистовую горячие прокатки, отличающийся тем, что проводят аустенизацию непрерывнолитых заготовок из низколегированной стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,07-0,14 Кремний 0,5-0,9 Марганец 1,2-1,8 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,020 Хром не более 0,20 Никель не более 0,20 Медь не более 0,20 Алюминий 0,01-0,08 Ниобий 0,005-0,08 Ванадий не более 0,05 Титан 0,005-0,08 Молибден не более 0,05 Кальций не более 0,010 Мышьяк не более 0,10 Азот не более 0,010 Олово не более 0,10 Бор не более 0,005 Железо остальное

при этом углеродный эквивалент стали С_э ≤ 0,43,

чистовую горячую прокатку полученного после черновой прокатки подката начинают при температуре 890-1020°С и завершают при температуре 840-890°С, а далее осуществляют охлаждение листов на воздухе, при этом углеродный эквивалент С_э рассчитывают 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.%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аустенизацию непрерывнолитых заготовок осуществляют при температуре 1100-1250°С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что суммарная степень обжатия при черновой и чистовой горячих прокатках непрерывнолитых заготовок составляет не менее 85 %.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промежуточная толщина полученного после черновой горячей прокатки подката и перед чистовой горячей прокаткой составляет 2,0-4,0 толщин готового листа.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что относительное обжатие в последнем проходе чистовой горячей прокатки составляет не менее 10 %.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадию чистовой горячей прокатки осуществляют за 5-8 проходов.

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