способ производства низкоуглеродистой листовой стали

Формула изобретения

Способ производства низкоуглеродистой листовой стали, включающий горячую прокатку в черновой и чистовой группах клетей непрерывного широкополосного стана, смотку полосы, холодную прокатку и отжиг, отличающийся тем, что горячую прокатку в двух последних клетях чистовой группы стана проводят с суммарным обжатием не менее 35%, при этом в последней клети обжатие полосы составляет не менее 12%, а заправочную скорость на смотку полосы при выходе из последней клети чистовой группы стана горячей прокатки определяют в соответствии с зависимостью

V_з=К₁ -К₂· ,

где V₃ - оптимальная заправочная скорость на смотку полосы при выходе из чистовой группы клетей непрерывного стана горячей прокатки, м/с;

К₁=13 м/с - критическая скорость движения полосы, полученная согласно расчетным данным методом корреляционного регрессивного анализа опытных данных;

- номинальная толщина готовой полосы, мм;

К ₂ 1,1 м/(с·мм) - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние номинальной толщины на критическую заправочную скорость для проката и подката толщиной до 3,0 мм;

или К₂ 1,5 м/(с·мм) - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние номинальной толщины на критическую заправочную скорость для проката и подката толщиной выше 3,0 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству листового проката из качественных конструкционных сталей, и совершенствует процесс получения качественного листа для низкоуглеродистых сталей типа 08Ю и сверхнизкоуглеродистых типа IF стали. Это изобретение можно использовать при производстве стали, предназначенной для изготовления эмалированных изделий и автомобильного листа высоких категорий вытяжки.

Известен способ изготовления низкоуглеродистой листовой стали, включающий выплавку стали регламентированного состава, содержащую при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,04-0,09, марганец 0,15-0,50, кремний 0,01-0,05, медь 0,01-0,06, алюминий 0,02-0,06, бор 0,0008-0,0050, азот 0,004-0,012, кальций 0,0005-0,0100, серу 0,025, фосфор 0,03, железо и неизбежные примеси, разливку на непрерывнолитые заготовки, прокатку полученных слябов на горячекатаный лист или подкат для стана холодной прокатки. В дальнейшем горячекатаные рулоны подвергают охлаждению, травлению, холодной прокатке и рекристаллизационному отжигу.

Полученная сталь имеет высокую способность к пластической деформации (штамповке, вытяжке, прессованию), стойкость к образованию дефекта «апельсиновая корка» при штамповке, связанного с аномальным ростом ферритных зерен.

(Патент РФ №2164544 - описание, МПК С 22 С 38/16, опубл. 27.03.2001 г.)

Недостаток известного способа заключается в том, что проблема дефекта «апельсиновая корка» не может быть решена только с помощью регламентированного химического состава, так как причиной образования дефекта является разнозернистость, которая возникает в процессе горячей прокатки при определенных условиях деформации полосы в последней клети непрерывного стана горячей прокатки.

Известен способ производства полос из малоуглеродистой стали, принятый в качестве прототипа, который включает горячую прокатку, охлаждение полос в горизонтальном положении водой до температуры смотки, последующую смотку в рулоны, холодную прокатку и отжиг. Окончание прокатки полос из малоуглеродистых сталей производят при температуре конца прокатки Ткп=870-900°С с целью обеспечения оптимальных условий рекристаллизации зерен деформированного аустенита по всей толщине полос и для формирования мелкодисперсных равномерно распределенных карбидов. Подачу охлаждающей воды на отводящем рольганге производят только с нижней стороны полос, что приводит к выравниванию условий охлаждения верхней и нижней сторон в температурном интервале от Ткп=870-900°С до температуры смотки Тсм=720-750°С при продолжительности периода охлаждения в течение 15-25 сек. При таком охлаждении обеспечивается полное протекание процессов превращения и рекристаллизация ферритных зерен. Это исключает деформирование ферритных зерен и аномальный их рост. Механические напряжения при изгибе полос в процессе смотки в рулоны при Тсм=720-750°С также недостаточны, чтобы стимулировать аномальный рост зерен феррита в поверхностных слоях.

Технология известного способа позволяет повысить равномерность микроструктуры по толщине полос, исключив образование дефекта поверхности «апельсиновая корка» при последующей штамповке изделий из холоднокатаных отожженных листов (Патент РФ №2177042 - описание, МПК C 21 D 8/04, опубл. 20.12.2001 г. - прототип).

Основной недостаток известного способа-прототипа заключается в том, что при его разработке не были учтены предпосылки образования аномальной структуры, заложенные на предыдущем этапе в процессе окончания горячей прокатки при деформации в последней клети чистовой группы стана [1].

[1] В.А.Пилюшенко, А.И.Яценко и др. «Структура и свойства автолистовой стали». М., Металлургия, 1966 г, стр.117-118.

Применение известного способа в процессе охлаждения полосы со структурой без дефектов позволяет сохранить равномерность микроструктуры по толщине полосы, но при наличии в структуре аномальных зерен и разнозернистости, полученных при деформациях ниже критических в процессе горячей прокатки в последних клетях чистовой группы стана, этот способ не работает.

Наиболее интенсивный процесс образования аномальных зерен феррита и разнозернистости происходит при деформациях ниже критических в последних клетях чистовой группы стана горячей прокатки. Ферритные зерна могут достигнуть величины 1-го номера, при этом разнозернистость может достигать 8 номеров. Наличие аномальных зерен в подкате носит наследственный характер. В холоднокатаном прокате повторяются все дефекты и несовершенства структуры, полученные во время горячей прокатки, при этом во время штамповки не только образуется дефект «апельсиновая корка», но и происходит разрыв изделий, следовательно, имеет место окончательный брак.

Таким образом, использование известного способа не может устранить дефекты структуры, полученные до охлаждения полосы при деформации в последних клетях чистовой группы стана горячей прокатки. [1]

Задача, решаемая изобретением, заключается в устранении условий для формирования дефектов микроструктуры с наличием аномальных зерен и разнозернистости. Как следствие, повышается качество холоднокатаного проката и исключается при штамповке на поверхности изделий дефект «апельсиновая корка».

Технический результат изобретения заключается в том, что при любом химическом составе, при использовании предлагаемого способа, при соблюдении заданных параметров горячей прокатки получается прокат или подкат с равномерной структурой. Здоровая наследственность подката передается холоднокатаному прокату. При штамповке такого листа исключено образование дефектов «апельсиновая корка» или «гофра».

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства низкоуглеродистой листовой стали, включающем горячую прокатку в черновой и чистовой группе клетей непрерывного широкополосного стана, смотку полосы, холодную прокатку и отжиг, согласно изобретению горячую прокатку в двух последних клетях чистовой группы стана проводят с суммарным обжатием не менее 35%, при этом в последней клети обжатие полосы должно составлять величину не менее 12%, а заправочную скорость на смотку, на выходе из последней клети чистовой группы стана горячей прокатки, определяют в соответствии с зависимостью

V_з=К₁ -К₂· ,

где V_з - оптимальная заправочная скорость на смотку на выходе из чистовой группы клетей непрерывного стана горячей прокатки, м/сек;

K₁=13 м/сек - критическая скорость движения полосы, полученная согласно расчетным данным методом корреляционного регрессивного анализа опытных данных;

- номинальная толщина готовой полосы, мм;

К ₂<1,1 м/сек·мм - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние номинальной толщины на критическую заправочную скорость для подката и проката толщиной до 3,0 мм;

или К₂ 1,5 м/сек·мм - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние номинальной толщины на критическую заправочную скорость для подката и проката толщиной выше 3,0 мм.

Значения коэффициента К₂ определены методом статистического анализа.

При К₂ больше заданных значений для обеих групп толщин снижается заправочная скорость полосы на выходе из чистовой группы стана, происходит разделение обжатий в последних клетях, при котором на образование структуры подката влияют условия деформации только в последней клети, в этом случае обжатие в последней клети становится ниже критического, работает эффект критических деформаций, создаются условия образования аномальных зерен феррита.

Нижний предел значений К₂ ограничен условиями выполнения технологической цепочки, которая связывает строго заданные параметры температуры конца прокатки с заданными параметрами температуры смотки, реализуемой на отводящем рольганге.

С увеличением значений К₂ увеличивается заправочная скорость полосы на смотку на выходе из чистовой группы стана, суммарное обжатие в двух последних клетях становится выше критической величины, при которой исключаются условия образования аномального зерна феррита, но при этом могут быть нарушены условия охлаждения полосы до заданных температур смотки на отводящем рольганге. С одной стороны, увеличение скоростей движения полосы способствует улучшению условий получения нормальной структуры подката, с другой стороны, они должны быть оптимальными, чтобы хватило охлаждающей среды (воды) для обеспечения заданной температуры смотки, которая играет большую роль в формировании свойств готового холоднокатаного проката. При определении верхнего предела значений К₂ требуется в каждом случае индивидуальный подход, учитывающий возможности конкретного стана горячей прокатки.

Образование аномальных структур наиболее вероятно при завершении прокатки с пониженными скоростями в межкритическом интервале температур (двухфазной области). Методом статистического анализа в предлагаемом способе определены оптимальные значения деформаций в последних клетях чистовой группы стана горячей прокатки. Суммарное обжатие в последних клетях чистовой группы стана, должно быть не менее 35%, а в последней клети - не менее 12%. При суммарных обжатиях менее 35%, со скоростями движения полосы в последней клети ниже заданного предела, возникают условия образования аномальных зерен феррита.

При высоких скоростях движения полосы в последней клети чистовой группы стана происходит суммирование обжатий 2-х последних клетей, а при низких скоростях движения полосы в последней клети, согласно статистическим данным, критическое обжатие соответствует 12%, так как при более низких значениях возможно образование аномального зерна феррита и разнозернистости.

При низких скоростях возможна первичная рекристаллизация перед последней клетью, следовательно, при деформациях выше критических в этой клети формируется равномернозернистая структура, ниже критических - разнозернистая, аномальная. При высоких скоростях без предварительной рекристаллизации этот дефект не проявляется.

Пример реализации способа.

Предлагаемый способ производства низкоуглеродистой листовой стали реализовали в промышленных условиях, для чего использовали сталь 08Ю для производства автомобильного листа и типа 08Ю для производства эмалированных изделий.

Прокатывались слябы на непрерывном широкополосном стане горячей прокатки 2000 с целью получения листового подката для холоднокатаного проката.

Получение горячекатаного подката осуществляли по следующим режимам: температура конца прокатки зависела от номинальной толщины подката; температура смотки выбиралась в зависимости от требований к потребительским свойствам холоднокатаного проката. В дальнейшем горячекатаные рулоны подвергали охлаждению, травлению, холодной прокатке с суммарной степенью обжатия 70-85% и рекристаллизационному отжигу. В основу эксперимента взяты 2 толщины подката для эмалирования (пробы 1, 2) и две толщины для штамповки деталей автомобиля (пробы 3, 4), при этом проверяли варианты влияния сочетаний различных заправочных скоростей на смотку на выходе из чистовой группы стана горячей прокатки с различными суммарными обжатиями в последних клетях. Прослеживали наследственность структуры подката на холоднокатаных партиях, полученных из этого подката. Собирали результаты переработки опытных партий холоднокатаного проката у потребителей.

В таблицах 1 и 2 приведены варианты предложенного способа производства листовых сталей, полученных в условиях ОАО «Северсталь».

В таблице 1 представлены параметры горячей прокатки и результаты металлографического анализа горячекатаного подката, в таблице 2 приведены механические свойства и структуры холоднокатаного проката исследуемых партий.

Таблица 1. Параметры горячей прокатки подката.
№ пробы	Толщина полосы, мм	Режимы горячей прокатки				обжатия в 11 клети, %	обжатия в 12 клети, %	обжатий, %	V скорость заправ м/сек, расчета.	V скорость заправ. м/сек, фактич.	№ зерна феррита макс, ГОСТ 5639	Разнозерни-стость феррита в подкате
		Температура конца прокатки,°С		Температура смотки, °С
		Ткп макс.	Ткп мин.	Тем макс.	Тем мин.
1-1	2,3	900	875	716	696	20	10	30	10,47	9,35	4	6
1-2	2,3	900	871	716	703	22	14	36	10,47	9,54	5	5
1-3	2,3	891	867	735	798	27	10	37	10,47	10,78	6	4
1-4	2,3	886	858	730	714	20	14	34	10,47	10,71	6	3
1-5	2,3	888	858	728	714	24	16	40	10,47	11,05	8	2
2-1	3,5	900	873	720	712	19	9	28	7,75	7,18	3	6
2-2	3,5	900	870	726	716	24	14	38	7,75	7,03	5	5
2-3	3,5	895	871	724	717	25	13	38	7,75	9,52	5	4
2-4	3,5	887	863	728	711	19	14	33	7,75	9,38	7	3
2-5	3,5	890	872	723	716	25	16	41	7,75	10,69	8	2
3-1	3,0	886	870	600	620	22	9	31	9,7	8,76	1	8
3-2	3,0	895	865	620	640	23	14	37	9,7	7,82	4	5
3-3	3,0	885	865	600	640	19	13	32	9,7	9,8	5	4
3-4	3,0	892	867	620	660	18	14	32	9,7	10,1	6	3
3-5	3,0	883	868	610	630	24	17	41	9,7	10,7	8	2
4-1	4,0	896	870	570	600	19	8	27	7,0	6,54	3	7
4-2	4,0	900	874	610	630	25	14	39	7,0	6,07	4	5
4-3	4,0	884	859	620	640	27	9	36	7,0	7,8	6	4
4-4	4,0	889	860	570	600	18	14	32	7,0	7,03	6	3
4-5	4,0	896	872	620	640	24	17	41	7,0	8,92	7	2

Сравнение режимов горячей прокатки позволяет сделать вывод, что плавки прокатывались примерно в одинаковых температурных условиях, однако результаты металлографического анализа наглядно иллюстрируют влияние заправочных скоростей на смотку на выходе из чистовой группы стана и обжатий в последних клетях. На партиях (1-1, 2-1, 3-1, 4-1), прокатанных в наиболее неблагоприятных деформационно-скоростных условиях, аномальное зерно вырастает 1-4 номера, а разнозернистость феррита достигает 8 номеров согласно ГОСТ 5639. Партии (1-5, 2-5, 3-5, 4-5) имеют наименьшие значения разнозернистости - 2 номера, а наибольший размер зерна феррита соответствует номерам 7-8. Эти партии получены при суммарном обжатии в последних клетях чистовой группы стана горячей прокатки более 35%, а заправочные скорости на выходе из чистовой группы стана выше критических расчетных.

Наследственность структуры подката передается холоднокатаному прокату, что подтверждается данными по структуре холоднокатаного проката, приведенными в таблице 2. В холоднокатаном прокате на партиях, полученных из подката с дефектами структуры, повторяется наличие аномальных зерен феррита и разнозернистость.

Таблица 2. Свойства и характеристики микроструктуры готового проката, изготовленного из контрольных плавок.
№пробы	Схема холодной прокатки	т, МПа	в, МПа	4, %	Замер глубины лунки по Эриксену, мм	№ макс. зерна феррита ГОСТ 5639	Разнозернистость феррита в готовом прокате	Выход годного 1 сорта при штамповке, %
1-1	2,3 0,5	180	305	44	9,7	5	4	80
1-2	2,3 0,5	170	295	45	9,7	6	4	85
1-3	2,3 0,5	170	295	40	9,8	5	5	92
1-4	2,3 0,5	178	322	36	9,6	6	3	90
1-5	2,3 0,5	200	326	37	9,7	8	2	98
2-1	3,5 1,0	200	295	48	11,2	4	5	75
2-2	3,5 1,0	190	300	38	11,2	6	4	86
2-3	3,5 1,0	199	314	41	11,0	5	5	82
2-4	3,5 1,0	188	308	40	11,3	7	3	93
2-5	3,5 1,0	189	310	36	11.4	8	2	99
3-1	3,0 0,8	197	316	40	10,7	4	5	80
3-2	3,0 0,8	175	285	41	10,6	5	5	87
3-3	3,0 0,8	189	300	41	10,7	5	4	60
3-4	3,0 0,8	205	310	41	10,6	6	4	89
3-5	3,0 0,8	195	313	40	10,9	8	2	98
4-1	4,0 1,5	200	300	43	11,9	3	6	60
4-2	4,0 1,5	178	300	43	11,9	5	5	78
4-3	4,0 1,5	190	300	44	11,8	7	3	85
4-4	4,0 1,5	180	305	43	12,0	6	4	92
4-5	4,0 1,5	200	285	41	12,1	8	2	97

Из данных табл.2 вытекает, что механические свойства холоднокатаного проката, имеющего дефекты структуры, соответствуют согласно ГОСТ 9045 категории вытяжки ОСВ. Однако результаты переработки у потребителя показывают, что штампуется металл неодинаково. Выход годного первого сорта у проката без дефектов структуры составляет 92-99%. Разнозернистость и наличие в структуре металла аномальных зерен феррита при штамповке приводит к дефекту «апельсиновая корка» на поверхности заготовок, что снижает выход годного продукции 1-го сорта.

Известно, что дефекты структуры располагаются отдельными участками (прерывистым или сплошным слоем) вблизи поверхности, а изредка - и в центральной зоне по толщине полосы [1].

При аттестации готовой продукции очень трудно обнаружить, то есть попасть на место с дефектом структуры, поэтому прокат с дефектами структуры отгружают потребителю. При переработке выявляются на поверхности изделий дефекты в виде «апельсиновой корки» в местах, соответствующих расположению дефектам структуры.

Разрывы изделий происходят при наличии в структуре металла разнозернистости зерен феррита, соответствующей 6-8 номеров согласно ГОСТ 5639.

Коварство дефекта «апельсиновая корка» заключается в том, что крупное зерно феррита, при стандартных механических испытаниях, оказывает положительное влияние на механические свойства стали. Чем крупнее зерно феррита в структуре проката, тем ниже прочностные характеристики и сталь соответствует по механическим свойствам более высоким категориям вытяжки согласно ГОСТ 9045, но штампуется с дефектами.

Разнозернистость часто сочетается с сильным измельчением зерен на соседнем участке с аномальными зернами, разница может составлять 4-8 номеров. Во время деформации при штамповке эти участки имеют различные характеристики пластичности и прочности, в результате при деформации возникают участки, где металл, в пределах разных структурных образований, деформируется с разным сопротивлением деформации.

Изобретение иллюстрируется фотографиями, где на фиг.1 представлен внешний вид дефекта «апельсиновая корка» на дне сферической заготовки, выполненной из проката толщиной 1 мм (партия 2-1). При переработке этой партии холоднокатаного проката выход годного 1-го сорта составил 75% (таблица 2, партия 2-1).

На фиг.2 представлены структуры а) подката и б) холоднокатаного проката вблизи дефекта «апельсиновая корка». Из приведенной структуры на фиг.2а видно, что аномальное зерно достигает номера 3, а разнозернистость соответствует 6 номерам (таблица 1, партия 2-1).

Так как дефекты подката носят наследственный характер, соответственно в холоднокатаном прокате (фиг.2б) дефект повторяется, зерно феррита достигает номера 4, а разнозернистость соответствует 5 номерам (таблица 2, партия 2-1).

На фиг.3а,б изображены структуры стали для подката и холоднокатаного проката без дефектов. Зерно феррита равномерное 7-8 номера, а разнозернистость зерен в обоих случаях не превышает двух номеров (таблицы 1, 2, партия 2-5).

Переработка готового проката для тех же изделий прошла без замечаний, выход годного I сорта достиг 99%.

Таким образом, при помощи предлагаемого способа можно исключить условия образования дефектов структуры.

При использовании предлагаемого способа происходит повышение качества холоднокатаного проката за счет получения микроструктуры без дефектов, которая обеспечивает комплекс свойств, необходимых для штампуемости металла без брака.

Использование предлагаемого способа производства низкоуглеродистой листовой стали позволяет устранить условия образования дефектов структуры: аномальное зерно феррита и разнозернистость, а тем самым повысить качество холоднокатаного проката.