Способ производства холоднокатаного проката Российский патент 2025 года по МПК C21D8/02 C21D9/46 B21B3/02 C22C38/40 C22C38/42 C22C38/44 C22C38/48 C22C38/50 C22C38/54 C22C38/60 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии производства холоднокатаного проката (полос) из доэвтектоидной легированной стали, применяемого в автомобилестроении, машиностроении, а также в других областях, предполагающих использование высокоточного, высокопрочного холоднокатаного проката для изготовления деталей с высоким пределом упругости, например, нажимных пружин сцепления.

Известен способ производства холоднокатаного проката для автомобилестроения. Способ включает выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в колпаковой печи и дрессировку, при этом выплавляют сталь, содержащую, мас. %: углерод 0,06-0,12, кремний - не менее 0,40, марганец - 1,10-1,50, хром - не менее 0,10, железо и неизбежные примеси - остальное, рекристаллизационный отжиг осуществляют до конечной температуры, после чего выдерживают под нагревательным колпаком с отключенными горелками не более 4 часов, затем с температуры не менее 580°C осуществляют ускоренное охлаждение под муфелем со скоростью 25-35°C/час. Кроме того, распаковку садки производят при температуре не более 90°C, а дрессировку осуществляют с обжатием 0,8-1,6% [Патент RU № 2638477, C21D8/04, C21D9/48, C21D9/663, 2017].

Недостатком данного способа является химический состав стали, который не позволяет получить требуемые физико-механические свойства детали (высокий предел упругости, твердость) после финальной термической обработки (закалка и отпуск).

Наиболее близким по технической сущности является способ производства холоднокатаного проката, согласно которого осуществляют выплавку стали, разливку, горячую прокатку, травление, холодную прокатку, отжиг, холодную прокатку, отжиг и дрессировку, при этом первую холодную прокатку осуществляют с обжатием 20-40%, а вторую холодную прокатку - с обжатием 20-55%, а отжиг после каждой холодной прокатки производят путем нагрева рулонов до температуры начала отжига 700-730°С, выдержки продолжительностью 7-15 часов при понижении до температуры конца отжига, причем температура начала отжига на 15-35°С выше температуры конца отжига, затем осуществляют охлаждение со скоростью 20-35°С/ч. Кроме того, сталь содержит, мас. %: углерод 0,20-0,40, кремний не менее 0,70, марганец 0,60-1,20, хром не менее 0,70, железо и неизбежные примеси - остальное, горячую прокатку заканчивают при температуре 850-900°С, смотку полосы в рулон осуществляют при температуре 620-690°С, а дрессировку осуществляют с обжатием 0,4-0,7% [Патент RU № 2699480, C21D8/02, C22C38/00, B21B3/00, 2019].

Недостатком данного способа является химический состав стали, который не позволяет получить требуемые физико-механические свойства детали (высокий предел упругости, твердость) после финальной термической обработки (закалка и отпуск).

Технический результат заявленного изобретения - получение высокопрочного холоднокатаного проката с допуском по толщине не более +/-0,05 мм на всей площади проката и со следующими механическими свойствами (вдоль направления прокатки) и параметрами микроструктуры:

- Предел текучести не более 550 МПа;

- Предел прочности не более 700 МПа;

- Относительное удлинение не менее 13%;

- Твердость по Бринеллю не более 285 HB;

- Обезуглероженный слой для каждой поверхности проката не более 1% от толщины;

- Доля зернистого перлита не менее 70%;

- Балл зернистого перлита не более 5-го балла.

Технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаного проката, включающем выплавку стали, разливку, черновую и чистовую горячую прокатку, травление, сфероидизирующий отжиг, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку, согласно изобретению выплавляют сталь со следующим содержанием элементов, мас. %:

Углерод 0,4 - 0,6 Кремний 0,1 - 0,45 Марганец 0,6 - 1,2 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,015 Хром 0,7 - 1,3 Никель не более 0,4 Медь не более 0,4 Азот не более 0,012 Алюминий 0,01 - 0,08 Бор не более 0,005 Ниобий не более 0,15 Ванадий 0,05 - 0,3 Титан не более 0,10 Молибден не более 0,15 Свинец не более 0,10 Железо и неизбежные примеси остальное,

при этом, черновую горячую прокатку завершают при температуре 1000 - 1150°С, чистовую горячую прокатку заканчивают при температуры 900 - 1050°С, смотку полос осуществляют при температуре 600 - 750°С, затем производят травление горячекатаного проката, выполняют его сфероидизирующий отжиг при температуре 670 - 760°С, холодную прокатку выполняют с относительными обжатиями за проход 1,5 - 35 %, после чего осуществляют рекристаллизационный отжиг рулонов при температуре 650 - 730°С и проводят дрессировку холоднокатаного проката с относительным обжатием не более 1,0 %.

Черновую горячую прокатку осуществляют на толщину подката, составляющую 5,5 - 12 толщин проката после чистовой горячей прокатки.

Травление горячекатаного проката осуществляют со скорость полосы не более 200 м/мин.

Перед холодной прокаткой осуществляют отжиг рулонов в течение 35 - 45 часов.

Сущность изобретения

Углерод в стали предложенного состава определяет ее прочность и износостойкость. Снижение содержания углерода менее 0,4% приведет к падению прочности ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода сверх 0,6% приводит к возрастанию уровня карбидной неоднородности, что ухудшает механические свойства стали.

Кремний необходим для раскисления стали. Для обеспечения необходимого уровня раскисленности его содержание должно быть не менее 0,10%, но не более 0,45% для ограничения количества силикатных включений, которые ухудшают ударную вязкость и трещиностойкость стали.

Легирование стали марганцем в диапазоне 0,6-1,20% позволяет обеспечить оптимальную микроструктуру и требуемый уровень механических характеристик стали. При содержании марганца менее 0,6% недостаточная прочность и вязкость стали. Содержание марганца более 1,20% ухудшает ее пластичность.

Сера и фосфор являются вредными примесями, поэтому заявленные значения данных элементов необходимы для получения требуемых прочностных характеристик стали.

Хром (также как и марганец) увеличивает прочность и износостойкость стали, а также смещает точку эвтектоидного превращения, таким образом, что данная сталь после горячей прокатки полностью состоит из перлита.

Никель увеличивает ударную вязкость и прокаливаемость стали, но содержание его в количестве более 0,4% экономически нецелесообразно.

Медь увеличивает прочностные свойства стали и повышает стойкость стали к атмосферной коррозии. Содержание меди более 0,4 % приводит к высокой себестоимости готового проката. Также, при содержании меди свыше 0,40 % снижается пластичность стали и ее стойкость к ударным нагрузкам.

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

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 и прочностные свойства стали.

Бор измельчает микроструктуру стали и повышает ее прокаливаемость. Содержание бора в количестве более 0,005 % приводит к снижению ударной вязкости стали.

Микролегирование стали ванадием и ниобием эффективно тормозит рекристаллизацию и рост зерна при нагреве, что в свою очередь позволяет сохранять требуемый уровень механических свойств, однако при содержании ванадия более 0,3 % и ниобия более 0,15 %, происходит значительное удорожание процесса производства стали, а также повышается склонность стали к охрупчиванию.

Титан измельчает зерно за счет образования упрочняющих частиц, что ведет к повышению прочностных характеристик стали. При содержании титана в количестве более 0,1% может возникать эффект избыточного упрочнения стали.

Добавки молибдена придают стали мелкозернистую структуру, повышают ее прочность при сохранении пластичности. Но, содержание молибдена в количестве более 0,15% значительно повышает стоимость стали, что экономически нецелесообразно.

Примеси цветных металлов, в том числе и свинца, снижают сопротивление хрупкому разрушению и ухудшают пластические свойства стали. Поэтому, для обеспечения требуемых механических свойств стали, содержание свинца в ней должно быть не более 0,10 %.

Черновую горячую прокатку завершают при температуре 1000 - 1150°С. При температуре превышающей 1150°С, в стали происходит рост аустенитного зерна перед чистовой прокаткой, что препятствует получению структуры готового проката гарантирующей весь комплекс механических свойств. Рост аустенитного зерна объясняется собирательной и динамической рекристаллизацией. Температура конца черновой прокатки менее 1000°С приводит к повышенной неоднородности конечной микроструктуры проката и, как следствие, к неравномерности механических свойств в листе/полосе.

Чистовую горячую прокатку заканчивают при температуре 900 - 1050°С. Окончание завершения деформации ниже 900°С, приведет к значительной разнозернистости структуры, что повлечет за собой нестабильность механических свойств в горячекатаном состоянии. Повышение температуры конца горячей чистовой прокатки свыше 1050°С приводит к укрупнению зерна и понижению прочностных свойств горячекатаного проката. Указанные повышенные температуры конца прокатки также способствуют получению поперечной разнотолщинности горячекатаного проката не более 0,05 мм, необходимой для обеспечения требуемого допуска по толщине на всей площади проката.

Смотку проката осуществляют при температуре 600-750°С. Смотка при температуре выше 750°С приведёт к значительному снижению скорости охлаждения и увеличению межпластинчатого расстояния в перлите, что в свою очередь приведёт к снижению прочностных характеристик и неудовлетворительному качеству металлопроката. Снижение температуры смотки ниже 600°С приведёт к увеличению скорости охлаждения полосы, что в свою очередь повышает риск получения структур закалочного типа.

Так как поверхность горячекатаного металла покрыта слоем окалины, возникает необходимость ее удаления для получения высококачественной поверхности металла. Поэтому, перед отжигом проката осуществляют его травление.

Сфероидизирующий отжиг горячекатаного проката после травления осуществляют при температуре 670 - 760°С. В указанном диапазоне температур, применительно к заявленному химическому составу стали, происходит сфероидизация перлита с объемной долей не менее 70%.

Холодную прокатку выполняют с относительными обжатиями за проход 1,5 - 35 %. Данные обжатия обусловлены допустимыми энергосиловыми параметрами стана холодной прокатки, а также позволяют производить холоднокатаный прокат с удовлетворительной неплоскостностью.

После холодной прокатки выполняют рекристаллизационный отжиг рулонов при температуре 650 - 730°С, что позволяет получить требуемый комплекс механических свойств проката, а также получить долю сфероидизированного перлита в объеме не менее 70 %.

Окончательные механические свойства (предел текучести) проката формируются при дрессировке, которую осуществляют с относительным обжатием не более 1,0 %. Указанные относительные обжатия позволяют получать прокат с удовлетворительной неплоскостностью, не выводить толщину проката за допуск по толщине и получать предел текучести не более 550 МПа.

Черновую прокатку ведут до толщины подката, составляющую 5,5 - 12 толщин проката после чистовой горячей прокатки. Это необходимо для обеспечения удовлетворительной проработки структуры листов по толщине и обеспечения оптимальных условий измельчения зерна аустенита в процессе деформации.

При меньшей толщине подката (менее 5,5 толщин готового листа) прокат получается с крупным зерном аустенита, что негативно сказывается на ударной вязкости проката.

При толщине подката больше, чем 12 толщин проката ухудшается поперечная разнотолщинность горячекатаного проката, что приводит к отклонению толщины финального холоднокатаного проката от требуемого допуска по толщине +/-0,05 мм.

Травление горячекатаного проката осуществляют со скорость полосы не более 200 м/мин с целью полного удаления окалины после горячей прокатки. Увеличение скорости приводит к остаткам невытравленной окалины на поверхности проката, а снижение скорости - к перетравам поверхности и, как следствие, ухудшению продольной разнотолщинности.

Отжиг рулонов в течение 35 - 45 часов перед холодной прокаткой необходим для обеспечения требуемой сфероидизации перлита с целью уменьшения прочностных свойств перед холодной прокаткой.

Осуществление изобретения

Заявленное изобретение поясняется примерами его реализации в производстве ПАО «Северсталь». В условиях сталеплавильного производства Череповецкого металлургического комбината ПАО «Северсталь» был произведен ряд опытных плавок с заявленным химическим составом. Химический состав некоторых из них приведен в таблице 1. Горячую прокатку слябов осуществляли в листопрокатном цехе №2. Холодную прокатку осуществляли на четырехклетевом стане. Контролируемые параметры производства приведены в таблице 2. В таблице 3 указаны свойства полученного проката.

Как видно из результатов экспериментов, прокат, произведенный по предложенной технологии характеризуется требуемым уровнем механических свойств и допуском по толщине, что позволяет его, в дальнейшем, применять, в частности, в автомобилестроении.

Таблица 1

Химический состав проката

№
экспери-
мента C Mn Si S P Cr Ni Cu Al Nb Ti Mo V В N₂ Pb 1 0,41 0,99 0,40 0,006 0,008 1,11 0,15 0,20 0,06 0,014 0,005 0,08 0,210 0,001 0,009 0,009 2 0,43 1,17 0,23 0,006 0,009 0,85 0,19 0,12 0,06 0,19 0,009 0,005 0,092 0,001 0,010 0,009 3 0,56 0,84 0,24 0,007 0,008 0,90 0,24 0,08 0,05 0,11 0,021 0,012 0,141 0,002 0,009 0,005

Таблица 2

Контролируемые технологические параметры

№
экспери-
мента Т конца черновой прокатки, °С Т конца чистовой прокатки, °С Отношение:
толщина промежуточного подката / толщина готового листа Т смотки, °С Скорость полосы при травлении, м/мин Т сферо-идезирую-щего отжига, °С Продолжи-тельность сфероидези-рующего отжига, час Относительные обжатия за проход, % Т рекриста-лизационного отжига, °С Величина относительных обжатий при дрессировке, % 1 1120 987 9,5 720 185 689 42 16/22/17/5 680 0,8 2 1075 935 8,0 645 185 715 38 12/21/14/2,0 670 0,8 3 1110 980 7,5 703 179 725 37 15/15/24/1,6 710 0,7

Таблица 3

Свойства/параметры получаемого металлопроката

№ экспери-
мента Предел текучести, σ_т, Н/мм² Предел прочности, σ_в, Н/мм² Относительное удлинение, δ₅, % Твердость, HB Величина обезуглероженного слоя (с каждой поверхности), % Доля зернистого перлита, % Балл зернистого перлита Допуск по толщине,
мм 1 500 620 18 245 0,7 82 5 +/-0,04 2 515 640 17 250 0,6 86 5 +/-0,04 3 525 657 15 265 0,6 84 4 +/-0,03

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству холоднокатаного проката из доэвтектоидной легированной стали, применяемого в автомобилестроении, машиностроении, предполагающих использование высокоточного, высокопрочного холоднокатаного проката для изготовления деталей с высоким пределом упругости. Способ производства холоднокатаного проката включает выплавку стали, разливку, черновую и чистовую горячую прокатку, травление, сфероидизирующий отжиг, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку. Выплавляют сталь со следующим содержанием элементов, мас.%: углерод 0,4 - 0,6, кремний 0,1 - 0,45, марганец 0,6 - 1,2, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, хром 0,7 - 1,3, никель не более 0,4, медь не более 0,4, азот не более 0,012, алюминий 0,01 - 0,08, бор не более 0,005, ниобий не более 0,15, ванадий 0,05 - 0,3, титан не более 0,10, молибден не более 0,15, свинец не более 0,10, железо и неизбежные примеси – остальное. Черновую горячую прокатку завершают при температуре 1000 - 1150°С, чистовую горячую прокатку заканчивают при температуре 900 - 1050°С, смотку полос осуществляют при температуре 600 - 750°С, затем производят травление горячекатаного проката, выполняют его сфероидизирующий отжиг при температуре 670 - 760°С, холодную прокатку выполняют с относительными обжатиями за проход 1,5 - 35%, после чего осуществляют рекристаллизационный отжиг рулонов при температуре 650 - 730°С и проводят дрессировку холоднокатаного проката с относительным обжатием не более 1,0 %. Обеспечивается получение высокопрочного холоднокатаного проката с высокими механическими свойствами и допуском по толщине не более +/-0,05 мм на всей площади проката. Обезуглероженный слой для каждой поверхности проката не более 1% от толщины, доля зернистого перлита не менее 70%, а балл зернистого перлита не более 5-го балла. 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

1. Способ производства холоднокатаного проката, включающий выплавку стали, разливку, черновую и чистовую горячую прокатку, смотку, травление, сфероидизирующий отжиг, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь со следующим содержанием элементов, мас.%:

Углерод 0,4 - 0,6 Кремний 0,1 - 0,45 Марганец 0,6 - 1,2 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,015 Хром 0,7 - 1,3 Никель не более 0,4 Медь не более 0,4 Азот не более 0,012 Алюминий 0,01 - 0,08 Бор не более 0,005 Ниобий не более 0,15 Ванадий 0,05 - 0,3 Титан не более 0,10 Молибден не более 0,15 Свинец не более 0,10 Железо и неизбежные примеси остальное,

при этом черновую горячую прокатку завершают при температуре 1000 - 1150°С, чистовую горячую прокатку заканчивают при температуре 900 - 1050°С, смотку горячекатаного проката в виде полос осуществляют при температуре 600 - 750°С, затем производят травление горячекатаного проката, выполняют его сфероидизирующий отжиг при температуре 670 - 760°С, холодную прокатку выполняют с относительными обжатиями за проход 1,5 - 35 %, после чего осуществляют рекристаллизационный отжиг рулонов при температуре 650 - 730°С и проводят дрессировку холоднокатаного проката с относительным обжатием не более 1,0 %.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что черновую горячую прокатку осуществляют на толщину подката, составляющую 5,5 - 12 толщин проката после чистовой горячей прокатки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что травление горячекатаного проката осуществляют со скоростью полосы не более 200 м/мин.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед холодной прокаткой сфероидизирующий отжиг осуществляют в течение 35 - 45 ч.