способ производства тонкой горячекатаной листовой стали
Классы МПК: | B21B1/26 горячей |
Автор(ы): | Вольшонок Игорь Зиновьевич (RU), Трайно Александр Иванович (RU), Русаков Андрей Дмитриевич (RU), Адаменко Татьяна Ивановна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2012-03-30 публикация патента:
27.09.2013 |
Изобретение предназначено для повышения вытяжных свойств горячекатаной листовой стали толщиной 1,0 мм и менее из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых (IF) сталей. Способ включает аустенитизирующий нагрев слябов, многопроходную черновую прокатку полос, чистовую прокатку и смотку в рулоны. Возможность обжатия стали в двухфазном аустенитно-ферритном состоянии обеспечивается за счет того, что черновую прокатку ведут в температурном интервале 1290-800°C, после чего полосы подстуживают и подвергают чистовой прокатке в температурном интервале 620-750°C с суммарным относительным обжатием не менее 50%, а смотку полос в рулоны ведут при температуре 400-740°C. Возможен вариант реализации способа, по которому 3-10 внешних и внутренних витков рулонов сматывают при температуре на 30-70°C выше, чем у средних витков. Кроме того, горячекатаные полосы дополнительно подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 600-770°C. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Формула изобретения
1. Способ производства горячекатаной низкоуглеродистой и сверхнизкоуглеродистой листовой стали толщиной не более 1,0 мм, включающий нагрев слябов до температуры аустенитизации, многопроходную черновую прокатку полос, чистовую прокатку и смотку в рулоны, отличающийся тем, что черновую прокатку ведут в температурном интервале 1290-800°C, после чего полосы подстуживают и подвергают чистовой прокатке в температурном интервале 620-750°C с суммарным относительным обжатием не менее 50%, а смотку полос в рулоны ведут при температуре 400-740°C.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что 3-10 внешних и внутренних витков рулонов сматывают при температуре на 30-70°C выше, чем у средних витков.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячекатаные полосы дополнительно подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 600-770°C.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для получения горячекатаной листовой стали толщиной 1,0 мм и менее из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых (IF) сталей.
Известен способ производства тонкой горячекатаной листовой низкоуглеродистой стали толщиной 2-4 мм, включающий нагрев слябов до температуры аустенитизации, черновую прокатку полос с температурой начала прокатки Тнп=1150-1230°C, непрерывную чистовую прокатку с обжатием в последнем проходе на 8-17% с температурой конца прокатки Ткп=800-930°C, охлаждение полос водой до температуры Тсм=500-780°C и смотку в рулоны [1].
Недостаток известного способа состоит в том, что тонкая горячекатаная листовая сталь имеет низкие вытяжные свойства. Это существенно снижает область ее применения. Кроме того, способ не позволяет осуществлять прокатку полос толщиной менее 1,2 мм при температуре Ткп=800-930°C, что ограничивает нижний предел размерного сортамента металлопродукции.
Известен также способ прокатки низкоуглеродистой стали, по которому заготовки подвергают аустенитизирующему нагреву, черновой прокатке, подстуживанию и чистовой прокатке со степенью деформации не менее 60% в температурном интервале от 0,4 Т пл до 0,5 Тпл [2].
Недостатки известного способа состоят в том, что он не обеспечивает высоких вытяжных свойств тонкой горячекатаной листовой стали.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства низкоуглеродистой листовой стали, включающий нагрев слябов до температуры аустенитизации, черновую прокатку полос, чистовую прокатку до толщины 2,3-4,0 мм, которую ведут с обжатием в двух последних проходах не менее 35% и завершают при температуре Ткп=858-900°C, охлаждение полос до температуры Тсм=600-735°C и смотку в рулоны [3].
Недостаток известного способа состоит в том, что тонкая горячекатаная листовая сталь имеет низкие вытяжные свойства.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении вытяжных свойств.
Для решения технической задачи в известном способе производства тонкой горячекатаной листовой стали, включающем нагрев слябов до температуры аустенитизации, многопроходную черновую прокатку полос, чистовую прокатку и смотку в рулоны, согласно изобретению черновую прокатку ведут в температурном интервале 1290-800°C, после чего полосы подстуживают и подвергают чистовой прокатке в температурном интервале 620-750°C с суммарным относительным обжатием не менее 50%, а смотку полос в рулоны ведут при температуре 400-740°C.
В вариантах реализации способа 3-10 внешних и внутренних витков рулонов сматывают при температуре на 30-70°C выше, чем у средних витков, а также горячекатаные полосы дополнительно подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 600-770°C.
Сущность изобретения состоит в следующем. В процессе горячей прокатки полос, исходно имеющих аустенитную структуру, происходит их непрерывное охлаждение. Одновременно с уменьшением толщины полосы и увеличением ее площади возрастают теплопотери. По этой причине полосы толщиной 1 мм и менее из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых сталей при последних чистовых проходах подвергаются обжатию в двухфазном аустенитно-ферритном состоянии, что приводит к резкому падению вытяжных свойств: росту временного сопротивления разрыву, снижению относительного удлинения 4, глубины лунки E при испытании по Эриксену, уменьшению доли благоприятной для вытяжки компоненты текстуры {111}.
Черновая прокатка полос из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых сталей в температурном интервале 1290-800°C происходит в аустенитной области, чем обеспечивается их высокая технологическая пластичность. В процессе последующего подстуживания в полосах протекает и полностью завершается процесс фазового превращения аустенита в феррит и снятие фазового наклепа, поэтому последующая чистовая прокатка в температурном интервале 620-750°C осуществляется гарантированно в однофазной ферритной области.
Исключение возможности существования двухфазного состояния стали при чистовой прокатке обеспечивает повышение вытяжных свойств готовой листовой стали толщиной 1,0 мм и менее. При суммарном обжатии не менее 50% в температурном интервале 620-750°C в стальных полосах формируется текстура с преимущественной ориентировкой зерен {111}, а также протекают процессы рекристаллизации деформированных зерен феррита. Смотка полос в рулоны при температуре 400-750°C способствует завершению рекристаллизационных процессов, снятию термических и фазовых напряжений в стали.
Смотка 3-10 внешних и внутренних витков рулонов с температурой на 30-70°C выше, чем у средних витков, которые охлаждаются в рулоне более интенсивно, позволяет повысить вытяжные свойства передних и задних концов полос, выровнять механические свойства по их длине. Также повысить вытяжные свойства и их равномерность по длине полос позволяет дополнительный рекристаллизационный отжиг при температуре 600-770°C.
Таким образом, совокупное влияние всех предложенных признаков изобретения обеспечивает повышение вытяжных свойств тонкой горячекатаной листовой стали.
Экспериментально установлено, что черновая прокатка при температуре выше 1290°C требует увеличение энергозатрат на нагрев слябов и продолжительности подстуживания полос перед чистовой прокаткой, что нерационально. В то же время черновая прокатка при температуре ниже 800°C увеличивает сопротивление металла деформации и энергозатраты на прокатку, снижает технологическую пластичность стали, что требует снижения разовых обжатий и увеличения общего числа проходов.
При чистовой прокатке при температуре выше 750°C в низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых сталях сохраняется остаточный аустенит, что приводит к снижению вытяжных свойств. При температуре ниже 620°C замедляется скорость рекристаллизации, происходит накопление горячего наклепа феррита, снижаются вытяжные свойства листовой стали.
При суммарном относительном обжатии менее 50% ухудшается проработка ферритной микроструктуры стали, возрастает разнозернистость, снижаются вытяжные свойства.
Смотка полос в рулоны при температуре выше 740°C приводит к появлению собирательной рекристаллизации, что ухудшает вытяжные свойства. Снижение температуры смотки менее 400°C не обеспечивает снятия остаточных напряжений в смотанной полосе и достижения максимальных вытяжных свойств.
При смотке менее чем трех внешних и внутренних витков рулона с температурой, превышающей температуру средних витков менее чем на 30°C, вытяжные свойства концевых участков полос снижаются. При смотке более чем 10 внешних и внутренних витков рулона с температурой, превышающей температуру средних витков более чем на 70°C, появляется нестабильность механических свойств по длине полос, что недопустимо.
Рекристаллизационный отжиг горячекатаных полос при температуре ниже 600°C не приводит к повышению вытяжных свойств. Увеличение температуры отжига выше 770°C не ведет к дальнейшему повышению вытяжных свойств, а лишь увеличивает ресурсозатраты на отжиг, что нецелесообразно.
Примеры реализации способа
Пример 1. Слябы из низкоуглеродистой стали марки 08Ю нагревают в методической печи до температуры аустенитизации Тнч=1190°C и подвергают черновой прокатке в аустенитном состоянии в реверсивной группе клетей полунепрерывного широкополосного стана 1700 в полосу с промежуточной толщиной H0=20 мм. В процессе черновой прокатки температура полосы снижается до значения Ткч =900°C.
После черновой прокатки полосу на промежуточном рольганге прокатного стана охлаждают до температуры Тн=740°C, благодаря чему в стали протекает фазовое превращение аустенита в феррит. Затем полосу в ферритном состоянии подвергают чистовой прокатке в непрерывной 6-клетевой группе клетей кварто до конечной толщины H1=0,7 мм с суммарным относительным обжатием , равным:
В процессе чистовой прокатки происходит адиабатический (за счет работы деформации) разогрев полосы и ее регулируемое охлаждение водой в межклетевых промежутках. Температуру в последнем чистовом проходе поддерживают равной Ткп =660°C.
Прокатанную полосу охлаждают на отводящем рольганге и на моталке до температуры Тсм=570°C, после чего сматывают в рулон. Смотанный рулон в дальнейшем охлаждают на воздухе, подвергают травлению и дрессировке.
Пример 2. Все те же операции, что в примере 1, только охлаждение первых N=6 внутренних и последних N=6 внешних витков рулона ведут до температуры Тсмк=620°C, что на величину T=Тсмк-Тсм=620°C-570°C=50°C превышает температуру, при которой сматывают среднюю часть полосы.
Пример 3. Все те же операции, что в примере 1, только горячекатаный рулон дополнительно загружают в садочную колпаковую печь и производят рекристаллизационный отжиг полосы при температуре То=685°C.
Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.
Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации заявленного способа (варианты № 2-4, № 7-9, № 12-14) достигается повышение вытяжных свойств тонкой горячекатаной листовой стали: по комплексу механических свойств, тонкая горячекатаная листовая соответствует категории «Особо высокая вытяжка» (ОСВ), ГОСТ 9045, и может быть использована взамен холоднокатаной отожженной листовой стали для изготовления изделий штамповкой.
При запредельных значениях заявленных параметров (варианты № 1, № 5, № 6, № 10, № 11, № 15), а также реализации известного способа (вариант № 16, [3]) имеет место ухудшение вытяжных свойств горячекатаной листовой стали.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что проведение горячей чистовой прокатки полос в области существования феррита при регламентированных температурно-деформационных режимах дает возможность получать тонкую горячекатаную листовую сталь с повышенными вытяжными свойствами, Это, в свою очередь, позволяет использовать горячекатаный травленый прокат для штамповка вместо холоднокатаного.
Таблица. | ||||||||||||||
Режимы производства и свойства горячекатаной листовой стали толщиной 0,7 мм | ||||||||||||||
№ п/п | Режимы производства | Характеристики вытяжных свойств | ||||||||||||
Тнч, °C | Ткч, °C | Тн, °C | , % | Ткп, °C | Тсм, °C | N, шт | T, °C | То, °C | т, МПа | 4, % | E, мм | Доля компонента {111}, % | ||
По примеру 1 | ||||||||||||||
1. | 1300 | 1000 | 770 | 49,0 | 760 | 750 | -- | - | -- | 210 | 28-30 | 9,31 | 25-35 | |
2. | 1290 | 800 | 750 | 50,0 | 620 | 740 | 190 | 36-37 | 11,5 | 85-88 | ||||
3. | 1190 | 900 | 740 | 96,5 | 660 | 570 | 180 | 37-38 | 12,0 | 90-93 | ||||
4. | 1100 | 850 | 750 | 85,4 | 620 | 400 | 195 | 36-38 | 11,9 | 85-89 | ||||
5. | 1050 | 790 | 720 | 87,9 | 610 | 390 | 230 | 29-32 | 9,9 | 22-43 | ||||
По примеру 2 | ||||||||||||||
6. | 1300 | 1000 | 760 | 49,0 | 760 | 750 | 2 | 29 | -- | 220 | 28-31 | 9,4 | 16-23 | |
7. | 1250 | 850 | 750 | 50,0 | 750 | 740 | 3 | 30 | 180 | 38 | 11,9 | 89 | ||
8. | 1180 | 910 | 740 | 96,5 | 630 | 570 | 6 | 50 | 180 | 37 | 12,0 | 93 | ||
9. | 1110 | 860 | 750 | 85,4 | 620 | 400 | 10 | 70 | 180 | 37 | 11,9 | 89 | ||
10. | 1050 | 790 | 710 | 87,9 | 610 | 390 | 12 | 80 | 200 | 19-20 | 9,6 | 20-42 | ||
По примеру3 | ||||||||||||||
11. | 1300 | 850 | 750 | 86,6 | 650 | 600 | -- | -- | 590 | 220 | 32 | 10,0 | 24 | |
12. | 1210 | 870 | 730 | 50,2 | 630 | 740 | 600 | 180 | 39 | 12,0 | 89 | |||
13. | 1230 | 800 | 740 | 75,7 | 620 | 500 | 685 | 180 | 39 | 12,0 | 94 | |||
14. | 1290 | 820 | 750 | 95,2 | 620 | 400 | 770 | 180 | 39 | 12,0 | 89 | |||
15. | 1200 | 790 | 740 | 96,5 | 610 | 390 | 780 | 210 | 32 | 10,1 | 41 | |||
16 | 1200 | не регл. | не регл. | 40,0 | 870 | 620 | -- | - | -- | 280 | 14-23 | 7,5 | 20-36 |
Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации заявленного способа (варианты № 2-4, № 7-9, № 12-14) достигается повышение вытяжных свойств тонкой горячекатаной листовой стали: по комплексу механических свойств, тонкая горячекатаная листовая соответствует категории «Особо высокая вытяжка» (ОСВ), ГОСТ 9045, и может быть использована взамен холоднокатаной отожженной листовой стали для изготовления изделий штамповкой.
При запредельных значениях заявленных параметров (варианты № 1, № 5, № 6, № 10, № 11, № 15), а также реализации известного способа (вариант № 16, [3]) имеет место ухудшение вытяжных свойств горячекатаной листовой стали.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что проведение горячей чистовой прокатки полос в области существования феррита при регламентированных температурно-деформационных режимах дает возможность получать тонкую горячекатаную листовую сталь с повышенными вытяжными свойствами, Это, в свою очередь, позволяет использовать горячекатаный травленый листовой прокат для штамповка вместо холоднокатаного.
Помимо повышения вытяжных свойств, при реализации предложенного способа был получен побочный эффект, выразившийся в снижении разгарного износа рабочих валков чистовой группы, что обусловлено более низкой температурой полосы, прокатываемой в ферритной области.
В качестве базового объекта при оценке технико-экономической эффективности предложенного изобретения принята известная технология [3]. Использование предложенного изобретения обеспечивает повышение рентабельности производства тонкой горячекатаной листовой стали на 40-50%.
Литература
1. Франценюк И.В., Франценюк Л.И. Современные технологии производства металлопроката на Ново-Липецком металлургическом комбинате. - М., «Академкнига», 2003, с.52-53.
2. Патент РФ № 2060847, МПК В21В 1/22, 1996.
3. Патент РФ № 2288281, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, 2006.