Способ производства горячекатаного листового проката Российский патент 2025 года по МПК C21D8/02 C22C38/54 C22C38/50 C22C38/44 C22C38/42 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству толстолистового проката из низколегированной стали, применяемого для изготовления мостов и других строительных конструкций.

Известен способ производства листового проката, включающий выплавку стали, легирование, внепечную обработку, разливку стали, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации и охлаждение листового проката до температуры окружающей среды, при этом получают сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%: углерод 0,07-0,15, кремний 0,40-1,10, марганец 0,60-0,95, хром 0,30-0,60, никель 0,20-0,50, медь 0,20-0,60, ниобий 0,030-0,060, фосфор не более 0,015, сера не более 0,010, азот не более 0,012 и железо - остальное, при значении углеродного эквивалента Сэ не более 0,45%, определяемого по формуле C3=[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Nb])/5+([Ni]+[Cu])/15, где С, Mn, Cr, Nb, Ni и Сu - массовые доли углерода, марганца, хрома, ниобия, никеля и меди, при этом окончательную деформацию осуществляют при температуре 750-950°С [Патент РФ № 2434951, МПК C21D8/02, C22C38/16, C22C38/20, С21D9/46, 2011].

Недостатком данного технического решения является то, что для достижения требуемых механических свойств металлопроката необходима дополнительная термообработка, а также то, что данный способ не гарантирует планшетность металлопроката, из-за чего, в дальнейшем, затруднена его переработка.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства листового проката толщиной 10-50 мм, при котором осуществляют выплавку стали, содержащей, мас.%: углерод 0,08-0,12, марганец 0,5-0,9, кремний 0,8-1,2, никель 0,20-0,50, хром 0,20-0,60, алюминий 0,02-0,05, медь 0,30-0,50, титан 0,01-0,03, ванадий 0,05-0,10, ниобий 0,002-0,02, тантал 0,0002-0,002, азот 0,001-0,010, серу 0,002-0,015, фосфор 0,005-0,020, кальций 0,005-0,03, железо - остальное, разливку стали на непрерывнолитые заготовки, аустенизацию заготовки, предварительную деформацию с регламентированными обжатиями в пределах 10-18% при температуре 980-1060°С до толщины, которую определяют из выражения Т_1ф=1,5t_л+50, где t_л - заданная толщина листа, далее осуществляют охлаждение полученной заготовки на воздухе путем покачивания ее на рольганге, окончательную деформацию при температуре 830-780°С, последующее ускоренное охлаждение раската в потоке стана со скоростью 12,0-13,5°С/сек до температуры 720-560°С и последующее замедленное охлаждение в штабеле до температуры окружающего воздуха [Патент РФ № 2490337, МПК C21D8/02, C22C38/48, C22C38/20, B21B1/26, 2013].

Недостатком данного технического решения является то, что он не гарантирует планшетность металлопроката, из-за чего, в дальнейшем, затруднена его переработка.

Задача изобретения состоит в получении металлопроката ответственного назначения с повышенными показателями прочности и хладостойкости без дополнительных операций термообработки, а также обеспечение требуемой планшетности металлопроката.

Технический результат достигается тем, что в способе производства горячекатаного листового проката, включающем выплавку стали, ее разливку на непрерывнолитые заготовки, аустенизацию заготовок, деформацию путем черновой и чистовой прокаток и последующее ускоренное охлаждение раската в потоке стана, согласно изобретению, выплавляют сталь со следующим соотношением элементов, мас.%:

Углерод не более 0,12 Кремний 0,8 – 1,1 Марганец 0,5 – 0,8 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,015 Хром 0,4 – 1,0 Никель 0,4 – 1,0 Медь 0,4 – 0,7 Азот не более 0,012 Алюминий 0,01 – 0,08 Мышьяк не более 0,080 Молибден не более 0,080 Титан не более 0,040 Кальций не более 0,005 Бор не более 0,005 Железо и неизбежные примеси остальное,

при этом чистовую прокатку начинают при температуре 910 – 1050 °С и заканчивают при температуре 830 – 930 °С, после чего производят ускоренное охлаждение проката со скоростью не менее 10 °С/с до температуры 560 – 700 °С, после чего охлаждают прокат на воздухе.

Аустенизацию непрерывнолитых заготовок осуществляют при температуре 1170 – 1350 °С в течение не менее 150 мин.

Прокатку заготовок осуществляют с суммарной степенью обжатия не менее 85 %.

Отношение содержания в стали Ca/S > 0,3

При толщине проката 8,0 – 12,0 мм ускоренное охлаждение осуществляют до температуры 600 – 700 °С, а при толщине проката 12,1 – 18,0 мм ускоренное охлаждение осуществляют до температуры 560 - 660 °С.

После ускоренного охлаждения осуществляют правку листов при их температуре не более 300 °С.

Сущность изобретения.

Углерод – один из основных упрочняющих элементов. Содержание углерода выше 0,12 % приводит к увеличению прочностных характеристик, но при этом сильно снижается пластичность стали.

Кремний раскисляет и упрочняет сталь. При содержании кремния менее 0,8% прочность стали недостаточна. Увеличение содержания кремния более 1,1% приводит к повышению склонности стали к трещинообразованию.

Марганец повышает степень насыщения феррита растворенными элементами, участвующими в механизме дисперсионного твердения. Для обеспечения требуемых механических свойств стали содержание марганца должно быть не менее 0,5%. Содержание марганца в количестве более 0,8% экономически нецелесообразно.

Комплексное легирование хромом, медью и никелем в заявленных диапазонах способствуют повышению прочностных характеристик, коррозионной стойкости и хладостойкости проката.

Хром упрочняет сталь, повышает ее коррозионную стойкость, но при концентрации более 1,0% имеет место падение пластичности проката ниже допустимого уровня. При снижении содержания хрома в количестве менее 0,4% наблюдается снижение прочностных характеристик проката.

Добавки никеля и меди, также, способствуют повышению устойчивости аустенита и способствует повышению стойкости стали против атмосферной коррозии. Для получения необходимого эффекта содержание никеля должно быть в диапазоне 0,40 – 1,0%, а содержание меди в количестве 0,4-0,7%. Выход за нижние диапазоны указанных элементов приводит к снижению прочностных характеристик проката, особенно при пониженных температурах, а выход за верхние диапазоны не приводит к существенному увеличению заявляемых свойств проката и экономически не целесообразно.

Титан в количестве не более 0,04% измельчает зерно за счет образования упрочняющих частиц, что ведет к повышению прочностных характеристик стали. Увеличение содержания титана более 0,04% в данной стали экономически нецелесообразно.

Добавки молибдена придают стали мелкозернистую структуру, повышают прочность при равных показателях пластичности. Содержание молибдена в количестве не превышающем 0,08% для заявляемой стали способствует получению требуемого уровня прочности и ударной вязкости стали. Его содержание более 0,08% значительно повышает стоимость стали, что экономически нецелесообразно.

Азот необходим для выделения мелкодисперсных нитридов и для сдерживания роста аустенитных зерен. При содержании азота свыше 0,012% увеличивается его концентрация в твердом растворе, что ухудшает ударную вязкость и трещиностойкость стали при низких температурах.

Алюминий раскисляет и модифицирует сталь, связывает азот в нитриды. Для снижения содержания кислорода в расплавленной стали необходимо добавлять не менее 0,01% алюминия. При его содержании более 0,08% снижаются вязкопластические свойства стали.

Бор влияет на прокаливаемость проката. При его содержании более 0,005% может происходить скачкообразное изменение микроструктуры, что снижает прочностные свойства стали.

Сера и фосфор являются вредными примесями, поэтому заявленные значения содержания серы (не более 0,010%) и фосфора (не более 0,015%) необходимы для получения высоких значений ударной вязкости при низких температурах.

Кальций вводят для модификации сульфидных неметаллических включений. Он позволяет сдерживать формирование соединений MnS, вытянутых в направлении прокатки, и улучшает свойства стали в направлении толщины листа. В частности, кальций повышает сопротивление образованию продольных трещин. Содержание кальция выше 0,005% приводит к образованию большого количества включений – алюминатов кальция, что отрицательно сказывается на хладостойкости проката.

При содержании мышьяка более 0,08% наблюдается снижение ударной вязкости и пластичности стали, особенно при отрицательных температурах.

Отношение содержания в стали Ca/S должно быть больше 0,3. При таком соотношении форма сульфидов имеет глобулярную форму, а коррозионные свойства проката имеют удовлетворительные значения.

Аустенизацию непрерывнолитых заготовок осуществляют при температуре 1170 - 1350 °С. Превышение верхней границы интервала стимулирует аномальный рост зерен аустенита, приводящего к снижению прочностных и вязкостных свойств проката. 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 проката.

Продолжительность нагрева под прокатку менее 150 мин. приводит к неоднородности структуры по всему сечению непрерывнолитой заготовки, в частности, к сохранению в середине грубой ликвации, отрицательно сказывающейся, в дальнейшем, на требуемых механических свойствах.

Начало чистовой прокатки проводят при температуре 910 – 1050 °С, а заканчивают при температуре 830 – 930 °C. Температура начала чистовой прокатки в данном диапазоне необходима для более интенсивного измельчения зерна аустенита. При температуре начала чистовой прокатки более 1050°С и конца чистовой прокатки более 930 °С происходит рост аустенитных зерен, что снижает комплекс механических свойств проката. При температурах начала и конца чистовой прокатки ниже 910 °С и 830 °С, соответственно, происходит «подстуживание» раската, что приводит к неравномерной микроструктуре проката и высокой анизотропии свойств.

Ускоренное охлаждение листов после прокатки до температуры 560 – 700 ºС со скоростью не менее 10 ºС/сек, позволяет зафиксировать образованное мелкое зерно и получить мелкодисперсную структуру проката. При температуре конца ускоренного охлаждения ниже 560 ºС, возрастает уровень внутренних напряжений в листах, что приводит к снижению выхода годного по планшетности. При температуре конца ускоренного охлаждения более 700 ºС и скорости охлаждения менее 10 ºС/сек не достигается требуемый уровень механических свойств проката.

При толщине проката 8,0 – 12,0 мм ускоренное охлаждение осуществляют до температуры 600 – 700 °С, а при толщине проката 12,1 – 18,0 мм ускоренное охлаждение осуществляют до температуры 560 – 660 °С. Данные значения получены экспериментальным путем и связаны с необходимостью получения требуемой планшетности листов и заданных показателей прочности и хладостойкости.

Суммарная степень обжатия при прокатке определяет степень проработки структуры. При суммарном обжатии менее 85%, снижается стабильность получения и уровень ударной вязкости стали.

Охлаждение листов на воздухе осуществляется до температуры не более 300 ºС, после чего, при необходимости, могут производить их правку за несколько (обычно 1 – 3) проходов в листоправильной машине. При температуре охлаждения на воздухе до более 300 ºС наблюдается повторное коробление листов после правки.

Пример.

Заявленное изобретение поясняется примерами его реализации в производстве ПАО «Северсталь». В условиях конвертерного производства Череповецкого металлургического комбината ПАО «Северсталь» было выплавлено пять опытных плавок с заявленным химическим составом. Химический состав приведен в таблице 1. Прокатку слябов на листы конечной толщины осуществляли в листопрокатном цехе 1. Технологические параметры производства приведены в таблице 2. В таблице 3 указаны свойства полученного металлопроката.

Как видно из результатов экспериментов, прокат произведенный по предложенной технологии характеризуется требуемым уровнем механических свойств (предел прочности не менее 530 и не более 685 МПа, предел текучести не менее 390 МПа, относительное удлинение не менее 19 %, ударная вязкость KCU при минус 60°С не менее 29 Дж/см² и KCV при минус 20°С не менее 39 Дж/см²) и получен без дополнительных операций по термообработке. Также, прокат характеризуется получением высокой плоскостности (не более 8 мм/м).

Таблица 1

Химический состав проката

№ эксперимента C Mn Si S P Cr Ni Cu Al Са Ti Mo As В N₂ 1 (8 мм) 0,11 0,57 0,92 0,005 0,010 0,65 0,50 0,53 0,05 0,002 0,004 0,012 0,002 0,0005 0,010 2 (10 мм) 0,09 0,64 0,94 0,004 0,011 0,72 0,81 0,52 0,06 0,0015 0,005 0,020 0,006 0,0003 0,010 3 (12 мм) 0,09 0,72 1,01 0,005 0,010 0,88 0,79 0,65 0,06 0,0017 0,003 0,015 0,003 0,0005 0,009 4 (14 мм) 0,08 0,77 0,87 0,004 0,010 0,59 0,74 0,50 0,07 0,002 0,010 0,016 0,009 0,0004 0,010 5 (16 мм) 0,10 0,65 0,87 0,004 0,009 0,84 0,59 0,48 0,05 0,0015 0,011 0,005 0,004 0,001 0,009

Таблица 2

Контролируемые технологические параметры

№ эксперимента/толщина проката Т аустенизации, °С Продолжительность аустенизации,
мин Т начала чистовой прокатки, °С Т конца чистовой прокатки, °С Скорость ускоренного охлаждения, °С/с Температура конца охлаждения,
°С Суммарная степень обжатия,
% Температура правки листов,
°С 1 (8 мм) 1180 165 985 894 20 660 97 240 2 (10 мм) 1270 170 980 875 18 640 96 245 3 (12 мм) 1300 160 970 873 17 620 95 260 4 (14 мм) 1296 175 940 846 16 600 94 275 5 (16 мм) 1290 180 935 838 15 570 93,6 280

Таблица 3

Свойства получаемого металлопроката

№ эксперимента Предел текучести, σ_т, Н/мм² Предел прочности, σ_в, Н/мм² Относительное удлинение, δ₅, % Ударная вязкость KCU при минус 60°С, Дж/см² Ударная вязкость KCV при минус 20°С, Дж/см² Планшетность,
мм/м 1 (8 мм) 440 575 24 240 190 7 2 (10 мм) 460 570 22 220 200 6 3 (12 мм) 465 585 21 200 200 6 4 (14 мм) 480 590 21 250 185 5 5 (16 мм) 520 620 21 230 145 3

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству горячекатаного толстолистового проката, используемого для изготовления мостов и других строительных конструкций. Выплавляют сталь со следующим соотношением элементов, мас.%: углерод не более 0,12, кремний 0,8-1,1, марганец 0,5-0,8, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, хром 0,4-1,0, никель 0,4-1,0, медь 0,4-0,7, азот не более 0,012, алюминий 0,01-0,08, мышьяк не более 0,08, молибден не более 0,080, титан не более 0,04, кальций не более 0,005, бор не более 0,005, железо и неизбежные примеси - остальное и осуществляют ее разливку на непрерывнолитые заготовки. Осуществляют аустенизацию непрерывнолитых заготовок при температуре 1170-1350°С в течение не менее 150 мин. Проводят деформацию указанных заготовок путем черновой и чистовой прокаток, при этом чистовую прокатку начинают при температуре 910-1050°С и заканчивают при температуре 830-930°С, причем прокатку заготовок осуществляют с суммарной степенью обжатия не менее 85%. Осуществляют последующее ускоренное охлаждение полученного проката в потоке стана со скоростью не менее 10°С/с до температуры 560-700°С и дальнейшее его охлаждение на воздухе с последующей правкой листов при их температуре не более 300°С. Обеспечивается получение проката с повышенными показателями прочности и хладостойкости. 2 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Способ производства горячекатаного листового проката, включающий выплавку стали, ее разливку на непрерывнолитые заготовки, аустенизацию заготовок, деформацию путем черновой и чистовой прокаток и последующее ускоренное охлаждение проката в потоке стана, отличающийся тем, что выплавляют сталь со следующим соотношением элементов, мас.%:

углерод не более 0,12 кремний 0,8-1,1 марганец 0,5-0,8 сера не более 0,010 фосфор не более 0,015 хром 0,4-1,0 никель 0,4-1,0 медь 0,4-0,7 азот не более 0,012 алюминий 0,01-0,08 мышьяк не более 0,08 молибден не более 0,080 титан не более 0,04 кальций не более 0,005 бор не более 0,005 железо и неизбежные примеси остальное,

аустенизацию непрерывнолитых заготовок осуществляют при температуре 1170-1350°С в течение не менее 150 мин, чистовую прокатку начинают при температуре 910-1050°С и заканчивают при температуре 830-930°С, при этом прокатку заготовок осуществляют с суммарной степенью обжатия не менее 85%, после которой производят ускоренное охлаждение проката со скоростью не менее 10°С/с до температуры 560-700°С и дальнейшее его охлаждение на воздухе с последующей правкой листов при их температуре не более 300°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение содержания в стали Ca/S>0,3.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при толщине проката 8,0-12,0 мм ускоренное охлаждение осуществляют до температуры 600-700°С, а при толщине проката 12,1-18,0 мм ускоренное охлаждение осуществляют до температуры 560-660°С.