Способ получения горячекатаных листов из низколегированной стали Российский патент 2024 года по МПК B21B1/22 B21B37/74 B21B3/02 C22C38/40 

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

Известны способ производства горячекатаных листов для строительных стальных конструкций, включающий нагрев под прокатку непрерывнолитой заготовки, черновую прокатку при температуре не ниже 950°С, подстуживание раската, чистовую прокатку, ускоренное охлаждение готовых листов до заданной температуры и последующее замедленное охлаждение на воздухе, при этом заготовку получают из стали, имеющей следующее содержание элементов, мас.%: углерод 0,12-0,15, кремний 0,15-0,30, марганец 1,55-1,70, хром не более 0,30, никель не более 0,30, медь не более 0,30, титан не более 0,003, азот не более 0,008, алюминий не более 0,05, сера не более 0,005, фосфор не более 0,015, железо и примеси остальное, при этом углеродный эквивалент Сэ≤0,45%, нагрев под прокатку непрерывнолитой заготовки производят до температуры 1180-1200 °С не более 9 ч, черновую прокатку осуществляют до достижения раскатом толщины 90-95 мм, чистовую прокатку листов начинают при температуре 840-860°С и завершают при температуре 770±10°С с конечной толщиной листов до 20 мм, после чего листы подвергают ускоренному охлаждению от температуры не менее 750°С до температуры 655±5°С и способ производства горячекатаных листов для строительных стальных конструкций, включающий нагрев под прокатку непрерывнолитой заготовки, черновую прокатку при температуре не ниже 950°С, подстуживание раската, чистовую прокатку, ускоренное охлаждение готовых листов до заданной температуры и последующее замедленное охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что заготовку получают из стали, имеющей следующее содержание элементов, мас. %: углерод 0,12-0,15, кремний 0,15-0,30, марганец 1,55-1,70, хром не более 0,30, никель не более 0,30, медь не более 0,30, титан не более 0,003, азот не более 0,008, алюминий не более 0,05, сера не более 0,005, фосфор не более 0,015, железо и примеси остальное, при этом углеродный эквивалент Сэ≤0,45%, нагрев под прокатку непрерывнолитой заготовки производят до температуры 1180-1200°С не более 9 ч, черновую прокатку осуществляют до достижения раскатом толщины 115-120 мм, чистовую прокатку листов начинают при температуре 810-830°С и завершают при температуре 780±10°С до конечной толщины листов свыше 20 мм до 30 мм, после чего листы подвергают ускоренному охлаждению от температуры не менее 760°С до температуры 600±20°С [Патент RU №2583536, C21D8/02, B21B1/26, C22C38/50].

Недостатком данного способа является излишнее легирование проката по содержанию марганца, которое неактуально для обеспечения требуемого уровня механических свойств.

Наиболее близким 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 5-80 с [Патент RU № 2414516, C21D8/02, 2011].

Недостатком данного способа являются низкие значения ударной вязкости проката, на образцах с U-образным надрезом, поэтому данный способ, вероятно, не гарантирует обеспечение ударной вязкости с V-образным концентратором при температурах до минус 40°С, а также приводит к снижению производительности стана, увеличению энергосиловых параметров прокатки, при заданной температуре конца чистовой прокатки.

Задача изобретения – получение горячекатаных листов с гарантированными механическими свойствами, в частности, отношение предела текучести к пределу прочности не более 0,80%, ударная вязкость 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: ϭт≥345МПа, ϭв≥510МПа, относительное удлинение не менее 21%, ударная вязкость KCV-40 не менее 34 Дж/см², отношение предела текучести к пределу прочности не более 0,80%,.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе получения горячекатаных листов из низколегированной стали, включающем аустенизацию непрерывнолитых заготовок, черновую прокатку, чистовую прокатку, ускоренное охлаждение листов, согласно изобретению, низколегированная сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,07 – 0,15 Кремний 0,30 – 1,00 Марганец 1,00 – 1,50 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,030 Хром 0,05 – 0,40 Никель не более 0,30 Медь 0,05 – 0,40 Алюминий 0,01 – 0,08 Ниобий не более 0,05 Ванадий не более 0,05 Титан 0,005 – 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 и примеси остальное

при этом углеродный эквивалент стали С_э ≤ 0,43 %, аустенизацию непрерывнолитых заготовок осуществляют при температуре 1100 – 1300 ºС, чистовую прокатку начинают при температуре 850 – 1050ºС и завершают при температуре 840 – 900ºС, далее проводят ускоренное охлаждение листов до температуры 580 – 770 ºС, после чего осуществляют их охлаждение на воздухе.

Суммарная степень обжатия непрерывнолитых заготовок составляет не менее 90 %.

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

Чистовую стадию прокатки осуществляют за 5 – 8 проходов.

Ускоренное охлаждение листов осуществляют со скоростью 3 - 15 ºС.

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

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

Время от конца прокатки до начала ускоренного охлаждения составляет не более 45 секунд.

Сущность изобретения.

Содержание углерода в пределах 0,07-0,15% 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 0,07% не позволяет достичь требуемого уровня

прочности, а при содержании более 0,15% ухудшает пластические и вязкостные характеристики стали.

Кремний раскисляет и упрочняет сталь, повышает ее упругие свойства. При содержании кремния менее 0,30% прочность стали недостаточна, возникает необходимость применения более дорогостоящего легирования. Увеличение содержания кремния более 1,00% приводит к возрастанию количества силикатных неметаллических включений, что негативно отражается на механических свойствах стали (горячекатаных листов).

Легирование стали марганцем в диапазоне 1,00-1,50% позволяет обеспечить оптимальную микроструктуру и требуемый уровень механических характеристик стали. При содержании марганца менее 1,00% снижается прочность и вязкость стали при отрицательных температурах. Содержание марганца более 1,50% 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 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.

Микролегирование стали добавками титана в пределах 0,005%-0,05% необходимо для ограничения роста аустенитного зерна при нагреве слябов под прокатку, повышения прочностных характеристик. Превышение указанного уровня приводит к изменению микроструктуры металлопроката, возникает эффект избыточного упрочнения, что ухудшает ее пластичность, а также повышается себестоимость производства стали. При содержании титана менее 0,005%, азот начинает связываться с бором, что приводит к охрупчиванию стали и снижению прокаливаемости.

Содержание хрома, никеля и меди ограничено не более 0,40%, 0,30% и 0,40% соответственно, так как это является допустимым содержанием, которое не приводит к снижению пластичности стали. Также, повышение указанных диапазонов экономически не целесообразно. При этом содержание хрома и меди менее 0,05% каждого, является недостаточным для обеспечения прочностных характеристик стали.

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 0,030% 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 1100 - 1300°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 2,0-4,0 толщин готового листа.

В ходе чистовой прокатки с началом в диапазоне температур 850-1050 ºС достигается измельчение зерна, в том числе за счет торможения рекристаллизации. Начало чистовой прокатки при температуре ниже 850ºС приводит к образованию большого количества феррита в структуре, что приводит к снижению прочности, а начало чистовой прокатки при температурах выше 1050ºС приводит к укрупнению зерна, что отрицательно сказывается на ударной вязкости проката.

Температура конца чистовой прокатки ниже 840ºС приводит к увеличению доли деформированного феррита и, как следствие, к снижению пластичности металлопроката. При температуре завершения чистовой прокатки выше 900ºС, 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 580–770ºС со скоростью 3–15ºС/сек, позволяет зафиксировать полученное мелкое зерно и получить мелкодисперсную феррито-перлитную структуру для проката. При температуре ниже 580ºС, возрастает уровень внутренних напряжений в листах, что приводит к снижению выхода годного по планшетности, при температуре более 770ºС не достигается требуемый уровень механических свойств проката.

Также, ускоренное охлаждение листов со скоростью 3–15ºС/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 не менее чем 2 прохода в листоправильной машине. При температуре охлаждения на воздухе до более 150 ºС будет наблюдаться повторное коробление листов после правки.

Количество проходов более 2-х приводит к накоплению внутренних напряжений в ходе холодной правки, что негативно сказывается на механических свойствах, а также увеличивает вероятность ухудшения качества поверхности от вката металлических частиц.

Время от конца прокатки до начала ускоренного охлаждения составляет не более 45 секунд, при большей паузе между концом прокатки и началом ускоренного охлаждения, снижается интенсивность охлаждения, вследствие чего увеличивается вероятность необеспечения требуемого класса прочности.

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 1172 – 1235 °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 928–1020°С. Окончательную деформацию производили в чистовой клети со строго регламентированными обжатиями 5-15% в диапазоне температур 855–879°С с обеспечением суммарной степени обжатия 92,0-96,8 %, после чего прокат подвергали охлаждению в установке ускоренного охлаждения до температуры 580–770°C, время от окончания прокатки до начала ускоренного охлаждения составило 15-24 секунды. Далее прокат подвергали правке при температуре 100 – 145°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 пропорциональные плоские 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 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 0,12 0,64 1,29 0,010 0,003 0,18 0,02 0,13 0,04 0,005 0,003 0,004 0,003 0,02 0,0004 0,0017 0,0019 2 0,12 0,67 1,34 0,014 0,003 0,18 0,02 0,14 0,04 0,006 0,002 0,004 0,004 0,021 0,0004 0,0019 0,0015 3 0,1 0,64 1,34 0,010 0,003 0,20 0,018 0,13 0,04 0,006 0,002 0,003 0,003 0,022 0,0004 0,0017 0,0019 4 0,13 0,69 1,36 0,014 0,003 0,22 0,02 0,14 0,04 0,006 0,002 0,004 0,004 0,021 0,0004 0,0019 0,0015 5 0,13 0,67 1,40 0,012 0,004 0,17 0,018 0,14 0,04 0,006 0,002 0,004 0,004 0,021 0,0004 0,0019 0,0015

* - Fe и примеси – 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 Время от конца прокатки до начала ускоренного охлаждения, сек Скорость ускоренного охлаждения, °С Температура охлаждения на воздухе до правки на ЛПМ, °С Количество проходов при правке, шт 1 0,41 1235 1020 879 583 96,8 27,8/8,0 6 22 5,07 100 2 2 0,43 1219 1039 869 680 95,2 36,7/12,0 6 23 5,64 120 2 3 0,41 1172 977 855 664 94,4 42,0/14,0 8 24 5,15 145 2 4 0,42 1219 919 864 591 93,6 41,2/16,0 6 21 6,74 120 1 5 0,42 1219 928 860 610 92,0 50,7/20,0 6 15 5,28 100 1

Таблица 3

Механические свойства проката

№ эксперимента Предел прочности, σ^в, Н/мм² Предел текучести, σ^т, Н/мм² Относительное удлинение, δ⁵, % Отношение предела текучести к пределу прочности Ударная вязкость KCV при
-40°С, Дж/см² Плоскостность,
мм/м 1 520 415 27 0,79 173/178 8 2 500 370 27 0,74 238/279 8 3 510 400 29 0,78 138/145 6 4 540 400 22 0,74 125/188 6 5 550 425 21 0,78 165/174 4

Изобретение относится к получению горячекатаных листов из низколегированной стали. Используют сталь, содержащую, мас.%: 0,07-0,15 C, 0,30-1,00 Si, 1,00-1,50 Mn, не более 0,010 S, не более 0,030 P, 0,05-0,40 Cr, не более 0,30 Ni, 0,05-0,40 Cu, 0,01-0,08 Al, не более 0,05 Nb, не более 0,05 V, 0,005-0,05 Ti, не более 0,05 Mo, не более 0,10 As, не более 0,010 N, не более 0,010 Sn, не более 0,008 B, не более 0,005 Ca, железо и примеси – остальное. Осуществляют разливку стали, аустенизацию непрерывнолитых заготовок при температуре 1100-1300°С, черновую прокатку, чистовую прокатку, ускоренное охлаждение листов до температуры 580-770°С. Чистовую прокатку начинают при температуре 850-1050°С и завершают при температуре 840-900°С. В результате получают горячекатаные листы с заданными механическими свойствами, в частности отношение предела текучести к пределу прочности не более 0,80%. 7 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Способ получения горячекатаных листов из низколегированной стали, включающий аустенизацию непрерывнолитых заготовок, черновую прокатку, чистовую прокатку, ускоренное охлаждение листов, отличающийся тем, что низколегированная сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,07-0,15 Кремний 0,30-1,00 Марганец 1,00-1,50 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,030 Хром 0,05-0,40 Никель не более 0,30 Медь 0,05-0,40 Алюминий 0,01-0,08 Ниобий не более 0,05 Ванадий не более 0,05 Титан 0,005-0,050 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 и примеси остальное,

при этом углеродный эквивалент стали С_э≤0,43%, аустенизацию непрерывнолитых заготовок осуществляют при температуре 1100-1300°С, чистовую прокатку начинают при температуре 850-1050°С и завершают при температуре 840-900°С, далее проводят ускоренное охлаждение проката до температуры 580-770°С, после чего осуществляют охлаждение листов на воздухе.

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 подката перед чистовой прокаткой 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 ускоренное охлаждение листов осуществляют со скоростью 3-15°С.

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

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

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время от конца прокатки до начала ускоренного охлаждения составляет не более 45 секунд.