способ производства сортовых профилей

Формула изобретения

Способ производства сортовых профилей, включающий разливку стали в непрерывнолитую заготовку, нагрев заготовки до температуры аустенизации, определяемой классом стали, и последующую многопроходную горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки, отличающийся тем, что многопроходную прокатку осуществляют с температурой конца прокатки 860-1000°С и суммарной вытяжкой , определяемой группой стали:

4,0 - для углеродистой рядовой стали обыкновенного качества;

7,0 - для углеродистой качественной, конструкционной и низколегированной стали;

11,0 - для легированной стали, катанки для металлокорда;

15,0 - для пружинной и шарикоподшипниковой стали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при прокатке сортовых профилей и катанки из непрерывнолитых углеродистых рядовых и качественных, низколегированных, легированных, шарикоподшипниковых и пружинных марок сталей.

Известен способ производства проката, включающий выплавку и непрерывную разливку в заготовки легированной стали, содержащей кремний, хром, марганец, микродобавки и примеси. Заготовки подвергают нагреву до температуры аустенитизации и горячей прокатке. Готовый прокат термообрабатывают [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что после прокатки сортовые профили имеют низкое качество по микроструктуре и свойствам, требуют проведения дополнительной термической обработки.

Известен также способ производства проката, включающий выплавку легированной стали определенного химического состава, обработку металла в ковше, непрерывную разливку, нагрев заготовок до температуры аустенитизации 1150-1280°С, предварительную деформацию с суммарной степенью обжатия 40-92% и окончательную деформацию с суммарной степенью обжатия 50-70% и температурой конца прокатки 680-1050°С [2].

Недостатками известного способа является низкое качество готовых профилей, обусловленное высоким баллом неметаллических включений и ликвацией легирующих элементов. Это также снижает выход годного.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является технология производства сортовых профилей, включающая разливку стали в непрерывнолитую заготовку, нагрев заготовок до температуры аустенитизации 1120-1260°С, определяемой группой стали, и последующую многопроходную горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки [3] - прототип.

Недостатки известного способа состоят в следующем. Литая стальная заготовка имеет неравномерную микроструктуру и химический состав по своему поперечному сечению. Поскольку кристаллизация металлической матрицы заготовки происходит от периферии к центру, неметаллические соединения, присутствующие в жидкой стали, вытесняются к ее осевой зоне. При этом формируется осевая химическая неоднородность, достигающая 2-го балла. Степень осевой химической неоднородности, ликвации и балл неметаллических включений зависят от группы стали, возрастая с увеличением ее легированности. Последующая многопроходная горячая прокатка непрерывнолитой заготовки в сортовой профиль с неоптимальными деформационно-температурными параметрами способствует лишь частичной проработке литой структуры, недостаточному уменьшению ликвации и устранению осевой химической неоднородности. Наличие осевой неоднородности, скоплений крупных неметаллических включений и ликвация химических элементов ухудшают качество сортовых профилей, снижают выход годного при производстве сортовых профилей.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества и выхода годных сортовых профилей.

Для решения поставленной технической задачи многопроходную прокатку осуществляют с температурой конца прокатки 860-1000°С и суммарной вытяжкой , определяемыми группой стали:

4,0 - для углеродистой рядовой стали обыкновенного качества;

7,0 - для углеродистой качественной, конструкционной и низколегированной стали;

11,0 - для легированной стали, катанки для металлокорда;

15,0 - для пружинной и шарикоподшипниковой стали.

Сущность изобретения состоит в следующем. Начиная с некоторого минимального порогового значения суммарной вытяжки для каждой группы стали и при оптимальном значении температуры деформации (в диапазоне от температуры аустенитизации Т_а до температуры конца прокатки Т_кп=860-1000°С) достигается удовлетворительная механическая проработка осевой зоны непрерывнолитой заготовки, разрушение шнуровидной химической неоднородности, измельчение кристаллитов, формирование и рост новых равномерных зерен аустенита. Одновременно протекающие в процессе многопроходной прокатки пластическое течение металла и высокотемпературная диффузия химических элементов способствуют выравниванию химического состава стали по длине и сечению сортовых профилей, измельчению неметаллических включений. В результате этого достигается повышение качества и выхода годных сортовых профилей.

Экспериментально установлено, что при температуре Т_кп ниже 860°С ухудшается пластичность прокатываемого металла и прорабатываемость осевой зоны, возрастает ликвация химических элементов из-за торможения процессов диффузии. Увеличение температуры Т_кп выше 1000°С приводит к росту зерна микроструктуры и разупрочнению сортовых профилей. Кроме того, это повышение Т_кп потребует подогрева прокатываемых профилей, теряющих температуру из-за самопроизвольного охлаждения и контакта с валками и охлаждающей их водой.

Также экспериментально установлено, что уменьшение суммарной величины вытяжки ниже значений:

4,0 - для углеродистой рядовой стали обыкновенного качества;

7,0 - для углеродистой качественной, конструкционной и низколегированной стали;

11,0 - для легированной стали, катанки для металлокорда;

15,0 - для пружинной и шарикоподшипниковой стали

в каждом из случаев ухудшает механическую проработку валками осевой зоны непрерывнолитой заготовки. Поэтому прокатанные сортовые профили сохраняют осевую химическую неоднородность, крупные неметаллические включения. Это снижает их качество и выход годного.

Примеры реализации способа

В электросталеплавильном цехе производят выплавку шарикоподшипниковой стали марки ШХ-15, которую подвергают непрерывной разливке в заготовки квадратного сечения со стороной В=150 мм.

Отлитые заготовки нагревают в методической печи толкательного типа с газовым отоплением до температуры аустенизации Т_а=1180°С и производят их горячую прокатку на сортопрокатном стане 350 в прутки круглого сечения диаметром d=38 мм. В процессе прокатки температура прутков непрерывно снижается и составляет в последнем проходе Т_кп =920°С. Суммарная вытяжка при прокатке прутков составляет:

Благодаря тому что прокатка проходит в температурном диапазоне от Т_а=1280°С до Т_кп=1000°С, а суммарная вытяжка, составляющая =19,85, превышает пороговое значение, равное 15, обеспечивается полная проработка литой микроструктуры по сечению и длине непрерывнолитой заготовки. Готовые прутки из шарикоподшипниковой стали не имеют осевой химической неоднородности (нулевой балл), мелкодисперсные неметаллические включения 1-2 балла, ликвация химических элементов не обнаруживается. Выход годного за счет этого возрос до 98,9%.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.

Из таблицы следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение качества и выхода годного для всех 4-х рассматриваемых групп сталей. В случае запредельного значения заявленных параметров (варианты №1 и №5) имеет место снижение качества сортовых профилей и выхода годного. Также более низкие качественные показатели и выход годного имеют сортовые профили, прокатанные в соответствии со способом-прототипом (варианты №6 для сталей всех групп).

Таблица Режимы производства сортовых профилей и их эффективность
№варианта	Та, °С		ТКП, °С	Показатели качества профилей	Выход годного, %
осевая хим. неоднородность, балл	балл неметалл. включений	ликвация элементов
Углеродистая рядовая сталь обыкновенного качества
1	1190	3,8	850	1,0-1,5	3-4	обнаруж	77,6
2	1200	4,0	860	0,1	1-2	не обнаруж	98,9
3	1230	9,5	930	0,0	1	не обнаруж	99,4
4	1260	10,4	1000	0,0	1	не обнаруж	98,5
5	1270	6,1	1010	1,0-2,0	3-5	обнаруж	81,9
6	1200	3,9	740	1,5-2,5	4-5	обнаруж	69,2
Углеродистая качественная, кoнструкционная и низколегированная сталь
1	1170	6,8	840	1,5-2,5	2-5	обнаруж.	71,2
2	1180	7,0	860	0,1	1-2	не обнаруж.	98,7
3	1110	9,5	940	0,0	1	не обнаруж.	99,9
4	1250	10,4	1000	0,0	1	не обнаруж.	98,9
5	1260	7,2	1050	0,5-1,0	2-4	обнаруж.	73,2
6	1230	6,9	800	1,0-1,5	2-5	обнаруж.	70,6
Легированная сталь, катанка для металлокорда
1	1130	10,8	830	1,0-1,5	3-4	обнаруж	69,5
2	1140	11,0	860	0,0	2	не обнаруж	98,7
3	1170	12,8	910	0,0	1	не обнаруж	99,9
4	1200	14,1	1000	0,0	1	не обнаруж	98,8
5	1210	9,8	1030	1,5	2-4	обнаруж	75,4
6	1190	10,7	920	2,0	1-3	обнаруж	73,1
Пружинная и шарикоподшипниковая сталь
1	1110	14,5	800	1,0-2,5	4-5	обнаруж	78,2
2	1120	15,0	860	0,0	1	не обнаруж	98,3
3	1150	17,9	900	0,0	1	не обнаруж	99,6
4	1180	19,85	1000	0,0	1	не обнаруж	98,9
5	1190	14,8	830	1,0-1,5	2-4	обнаруж	80,2
6	1150	13,7	870	1,5	3-5	обнаруж	73,0

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что многопроходная прокатка с температурой конца прокатки Т_кп=860-1000°С и суммарной вытяжкой , определяемая по группе стали:

4,0 - для углеродистой рядовой стали обыкновенного качества;

7,0 - для углеродистой качественной, конструкционной и низколегированной стали;

11,0 - для легированной стали, катанки для металлокорда;

15,0 - для пружинной и шарикоподшипниковой стали

обеспечивает полную проработку осевой зоны заготовки, снижение ликвации химических элементов по сечению и длине профиля, формирование правильной формы поперечного сечения. За счет этого достигается повышение качества и увеличивается выход годных сортовых профилей из сталей массового назначения.

В качестве базового объекта принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства сортового проката на 15-20% при переходе с катаной на непрерывнолитую заготовку.

Литературные источники

1. Патент России №2136767.

2. Патент России №2041962, МПК В 21 В 1/46, 1995 г.

3. М.А.Беняковский и др. Технология прокатного производства. Справочник. T. 1, с.61, 334, 400 - прототип.