Способ обезуглероживающего отжига низкоуглеродистой холоднокатаной стали Советский патент 1993 года по МПК C21D3/04 C21D9/46 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству холоднокатаной тонколистовой стали с особо низким содер- . жанием углерода, предназначенной преимущественно для эмалирования без предварительного формоизменения (штамповки). Требования, предъявляемые к эмалированной полосе: отсутствие дефектов эмали (пузыри, раковины, поры, рыбья чешуя), минимальное коробление при обжиге, хорошая адгезия. Один из основных факторов, обеспечивающих выполнение указанных требований - достаточно низкий ( 0,01%) углерод перед эмалированием. При повышенном содержании углерода в стали на границе раздела эмаль-металл образуются газообразные продукты - СН4, Н2, СО, Ср2, являющиеся причиной дефектов эмали. Кроме того, углерод понижает температуру у - а- превращения, в результате чего при температуре обжига эмали выше 800°С, в структуре стали появляется аустенит. Поскольку растворимость водорода в аустените выше, чем в феррите, возрастает опасность возникновения рыбьей чешуи. С другой стороны, при последующем охлаждении протекает превращение, сопровождающееся объемными изменениями, вызывающими коробление.

Получить особо низкий углерод в стали возможно двумя принципиально различны; ми путями - обезуглероживанием в жидком состоянии, при выплавке/либо при отжиге горячекатаной или холоднокатаной полосы. Первый путь требует специальных мер, препятствующих обогащению металла кислородом, что усложняет технологический процесс. Кроме того, ухудшаются структурно-текстурные характеристики листа вследствие проведения горячей прокатки в однофазной области Второй путь лишен указанных недостатков. Подавляющее большинство относящихся к нему способов включают обезуглероживающий отжиг руг

Ё

V|

00 ON

io о

лонов в печах периодического действия, с медленными нагревом и охлаждением и. длительной выдержкой. Как правило, температура такого отжига составляет 700°С, атмосфера - азотный газ с 18-20%Н2 и окислительным потенциалом Рн2О/Рн2 0.2. При высоком исходном содержании углерода - 0,12-0,20% - обезуглероживание рекомендуется проводить в температурной области между критическими точками AI и Аз, чтобы до начала обезуглероживания в структуре присутствовало не менее 30% аустенита - для получения достаточно крупного зёрна в отожженной стали.

Недостатком перечисленных и им подобных способов, помимо низкой производительности, является значительная неоднородность структуры и механических свойств по длине и ширине полосы, а также укрупнение зерна. Указанных недостатков лишен обезуглероживающий отжиг полосы в непрерывном агрегате, с кратковременным (до 10 мин) пребыванием при повышенных температурах. В патенте холоднокатаную полосу для теневых масок кинескопа толщиной 0,2 мм рекомендуется обезуглероживать при температуре 650- 850°С. Однако для стали большей толщины (0,35-0,50 мм) указанный режим не обеспечивает глубокого обезуглероживания (0,01 %) за время менее 10 мин. Как показали эксперименты, основным недостатком указанного способа является то, что в нем не регламентируется скорость нагрева. : Наиболее близким по поставленной це- ли и ее техническому осуществлению к предлагаемому изобретению является способ обезуглероживающего отжига в непрерывной печи, включающий нагрев и выдержку при температуре между 650°С и Аз в течение 20-300 с. б иллюстрирующих способ примерах полоса толщиной 0,5 мм нагревалась 60 с при температуре 900- 920°С, т.е. с достаточно высокой скоростью, хотя последняя в патенте не регламентируется. Способ распространяется на низкоуглеродистые ( 0,08% С) стали с добавкой 0,02-0,07% AI. При использовании его для обработки стали без алюминия с 0,04-0,05% С была получена крупнозернистая неравномерная структура (4-й номер зерна феррита), в стали же с более высоким углеродом (0,06-0,09 %) при крупном поверхностном зерне не было достигнуто глубокого ( 0,01 % С) обезуглероживания. Как показали эксперименты, основной причиной роста зерна в безалюминистой стали является скоро-, стной нагрев. В стали с алюминием образуются дисперсные частицы AIN, тормозящие

(до определенной температуры) процессы собирательной рекристаллизации.

Цель изобретения - глубокое ( 0,01 %) обезуглероживание с сохранением достаточно мелкого (5-7-й номер) однородного зерна феррита при кратковременном ( 10 мин) отжиге - достигается за счет замедления до 5-10°С/с нагрева в области протекания рекристаллизации - от 500°С до

температуры Тн, определяемой в зависимости от исходного содержания С по уравнению Тн(920-3 Ю3% С) ± 20°С. Нагрев до 500°С ведется с достаточно высокой скоростью - 15-25°С/с. Непосредственный процесс обезуглероживания осуществляется при температуре 800 ± 20°С. От Тн до этой температуры полоса нагревается с произвольной скоростью.

Таким образом основным отличием

предлагаемого способа от способа прртоти- па является проведение обезуглероживающего отжига со ступенчатым нагревом, замедленным в области рекристаллизации, от 500°С до температуры Тн, зависящей от

исходного углерода.

Общими признаками известного и заявляемого решений являются: .

1) проведение обезуглероживающего отжига в непрерывном агрегате с кратко- временным нагревом и выдержкой;

2) температура .обезуглероживающего отжига в интервале между 650°С и точкой Аз. ..-.- .-..-.

Совокупность известных и отличительных признаков предлагаемого технического решения обеспечивает получение положительного эффекта, указанного в цели изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям изобретения новизна, положительный эффект и существенные отличия.

Установленный режим основывается на следующих физических предпосылках. При достаточно быстром нагреве стали в межкритическую область, между точками Ai и Аз (как это предусмотрено в способе-прототипе), обезуглероживание начинается одновременно с рекристаллизацией и при отсутствии в стали AI сопровождается появлением столбчатых зерен за счет врастания феррита в аустенит. Формирование крупных поверхностных зерен ухудшает качество эмали, а наличие большого количества аустенитныхучастков (при исходном углеродё более 0,05%)тормозит процесс обезуглероживания, Замедление нагрева позволяет избежать этих нежелател ьн ых эффектов. До начала обезуглероживания успевают пройти процессы рекристаллизации феррита и

частичного растворения в нем цементита, в результате чего при дальнейшем нагреве в межкритической области образуется меньше аустенита и интенсифицируется определяющая удаление углерода диффузия. Верхняя граница рекомендуемого интервала скоростей нагрева выше 500°С-10°С/с - как раз и определяется возможностью достаточно полного протекания указанных процессов. Существование нижней границы - 5°С/е - связано с опасностью снижения производительности печи.

Высокая скорость нагрева до 500°С 15- 25°С/с связана с необходимостью подавления процессов возврата и полигонизации, тормозящих последующую рекристаллизацию. Поскольку с повышением исходного содержания углерода двухфазная область расширяется и увеличивается количество аустенита при данной температуре нагрева, для обеспечения полноты обезуглероживания последнюю необходимо понижать.

Уменьшение количества аустенита и частичное протекание обезуглероживания в ферритной области способствует также

формированию более мелкого зерна в обе- зуглероженной стали - из-за менее выраженного процесса врастания зерен феррита в аустенит. Кроме того, образующиеся при медленном нагреве рекристаллизованные зерна феррита отличаются меньшей склонностью к росту.

Выбор температуры обезуглероживаю-, щего отжига (выдержки) - 800°С обусловлен, с одной стороны, необходимостью достаточно высокой скорости диффузии, а с другой - предотвращением роста зерна.

Настоящее изобретение распространя- ется на низкоуглеродистые стали с 0,04- 0,10%С, кипящие, полуспокойные или раскисленные алюминием, изготовляемые горячей и холодной прокаткой в виде рулонов и листов для эмалирования или для ис- пользования в кинескопах.

Предлагаемый способ и способ-прототип были опробованы на сталях двух промышленных плавок следующего хими- ческого состава (%):

Использование: производство холоднокатаной тонколистовой стали с низким содержанием углерода, предназначенной для эмалирования. Сущность изобретения: сталь нагревают в газовой атмосфере до температур отжига в три этапа: сначала до 500°С со скоростью 15-25°С/с, затем до температуры Тн, определяемой по соотношению Тн(920-3 103% С) ±20°С, где С - исходное содержание углерода, со скоростью 5-10°С/с, далее произвольно. После выдержки при температуре отжига сталь охлаждают. 1 табл.

Обе плавки выплавлялись в конвертере, прокатывались на слябинге и стане 2300/1700 на полосу толщиной 2,5 мм при температурах конца прокатки 840- 880°С и смотки 650-680°С.

После холодной прокатки на толщину 0,5 и 0,35 мм стали подвергали обезуглероживающему отжигу в горизонтальной печи при температурах в камере выдержки 800°С, а в камере нагрева - Тн, устанавливаемой в зависимости от содержания в стали углерода согласно, изобретению. Регламентирование скоростей нагрева (Vi - до 500°С и V2 - от 500°С до Тн) осуществляли подбором скорости транспортировки с учетом толщины обрабатываемой полосы. От Тн до 800°С полоса нагревалась с произвольной скоростью. Опробовались также режимы, отклоняющиеся от предлагаемого способа, и соответствующие способу-прототипу. Состав атмосферы - 20% На+80% N2, точка росы +30°С.

Условия отжига и полученные результаты представлены в таблице.

Как видно из представленных результатов, изготовленная по предлагаемому

способу сталь отличается в обеих исследованных толщинах низким содержанием углерода и относительно мелким однородным по сечению зерном, тогда как обработка по

способу-прототипу и по режимам, несколько отклоненным от настоящего предложения, не обеспечивает выполнения поставленной цели.

Предлагаемый способ может быть реализован в существующих агрегатах непрерывного отжига башенного или горизонтального типа.

Формула изобретения Способ обезуглероживающего отжига

низкоуглеродистой холоднокатаной стали, преимущественно для эмалирования, включающий регулируемый нагрев в газовой атмосфере до заданной температуры, выдержку и охлаждение, отличающийс я тем, что, с целью интенсификации обезуглероживания и получения мелкозернистой структуры, нагрев ведут в три этапа; сначала до 500°С со скоростью 15-25°С/с, затем до температуры Тн, определяемой по

соотношению Тн(920-3 103 %С) ± 20°С, где % С - исходное содержание углерода, со скоростью 5-10°С/с, далее произвольно.

8 числителе - в поверхностном слое, в знаменателе - в центральных участках

Продолжение таблицы