Способ производства горячекатаного листового проката с нормированным углеродным эквивалентом

 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству листового проката с нормированным углеродным эквивалентом. Технический результат - получение высокого уровня равномерных механических характеристик по длине полосы. Способ включает выплавку металла в сталеплавильном агрегате, его выпуск в ковш, определение химического состава расплава и его корректировку путем ввода углерода, добавок марганца, кремния и алюминия, усреднительную обработку металла с использованием газовой продувки, горячую прокатку металла с получением листового проката. Углерод в расплав вводят после усреднительной обработки в виде порошковой проволоки с расходом, определяемым из выражения: P_пров = (C_треб-C_адс)×P_пл×ρ_пров/100×ρ_напол×0,9, где Р_пров - расход порошковой проволоки, кг; С_треб, С_адс - содержание углерода в готовой стали и перед усреднительной продувкой, %; Р_пл - вес плавки, т; ρ_пров - удельный вес проволоки, кг/т; ρ_напол - удельный вес наполнителя, кг/т; 0,9; 100 - эмпирические коэффициенты. Полученный листовой прокат сматывают в рулоны при температуре смотки, минимальное и максимальное значения которой определяют из следующих выражений: Т_см.мин= 123,4•С_экв+0,089•Т_кп+400,25; Т_{см.макс}=-664•С_экв-0,43•Т_кп+1155,6, где Т_см.мин - минимальная температура смотки, ^oС; Т_{см.макс} - максимальная температура смотки, ^oС; С_экв - углеродный эквивалент; Т_кп - температура конца прокатки, ^oС; 123,4; 0,089; 400,25; 664; 0,43; 1156,6 - эмпирические коэффициенты. Изобретение за счет корректировки и получения углерода в узких пределах обеспечивает требуемые механические свойства листового проката при регламентированном содержании серы не более 0,01%.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству листового проката с нормированным углеродным эквивалентом, и может быть использовано на металлургических заводах.

Известен способ доводки химического состава стали в ковше, включающий отбор проб металла из ковша после выпуска плавки из агрегата, определение химического состава металла, эквивалентного химического состава стали, зависимости свойств стали от электронного эквивалента Z^y, зависимости величины Z^y от величины корректирующих добавок, определение массы корректирующих добавок в зависимости от отклонения фактической величины Z^y от заданного значения Z^y, обеспечивающего заданный уровень свойств, присадку этих добавок в ковш и последующую усреднительную обработку жидкой стали (А.с. СССР 1342928, кл. С 21 С 7/04, опубл. 07.10.87).

К недостаткам известного способа следует отнести сложность определения электронного эквивалента химического состава стали в условиях действующего производства, отсутствие данных в системе расчетов параметров разливки и прокатки металла, которые значительно влияют на получение проката с заданным уровнем свойств.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ внепечного рафинирования металла, в котором раскрыт способ производства горячекатаного листового проката с нормированным углеродным эквивалентом, включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, его выпуск в ковш, определение химического состава расплава металла и его корректировку путем ввода углерода, добавок марганца, кремния и алюминия и усреднительную обработку металла с использованием газовой продувки, прокатку металла с получением листового проката (SU 1786108 А1, МПК 7 С 21 С 7/00, С 22 В 9/00, 07.01.1993 г.).

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: расплавление в сталеплавильном агрегате металлической шихты с последующим определением химического состава расплава, раскисление и легирование расплава в ковше добавками марганца, кремния и алюминия, проведение усреднительной обработки металла, горячая прокатка с получением листового проката.

Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.

Найденные в известном способе технологические приемы раскисления и легирования стали, в особенности в ковше, направлены прежде всего на получение стали с широким диапазоном содержания элементов в пределах ГОСТа при одновременной экономии материалов, чем и обусловлена рассредоточенная подача материалов в ковш во время выпуска в него расплава из сталеплавильного агрегата. Эти приемы не обеспечивают получение готового проката с механическими характеристиками, способствующими хорошей свариваемости, ввиду отсутствия глубокой десульфурации расплава, его модифицирования, а также возможности управления процессом кристаллизации и структурообразования при прокатке в зависимости от нормированного углеродного эквивалента.

Кроме того, введение раскислителей в печь также приводит к нестабильному их усвоению во время раскисления металла, которое зависит от многих факторов (содержание углерода в металле перед раскислением, химический состав шлака, его гомогенность и т.д.), и невозможности точного прогнозирования содержания химических элементов в металле после предварительного раскисления металла в печи, получению требуемого содержания химических элементов в готовой стали и соответственно требуемых механических свойств листового проката, в частности штрипса, для производства труб.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства горячекатаного листового проката с нормированным углеродным эквивалентом при регламентированном содержании серы не более 0,01%, в котором за счет получения однородной мелкодисперсной структуры стали обеспечивается высокий уровень равномерных механических характеристик по длине полосы, что позволяет повысить качество готового проката и его свариваемость.

Поставленная задача решается тем, что в способе производства горячекатаного листового проката с нормированным углеродным эквивалентом, включающем выплавку металла в сталеплавильном агрегате, его выпуск в ковш, определение химического состава расплава металла и его корректировку путем ввода углерода, добавок марганца, кремния и алюминия и усреднительную обработку металла с использованием газовой продувки, прокатку металла с получением листового проката, по изобретению углерод в расплав вводят после усреднительной обработки в виде порошковой проволоки с расходом, определяемым из выражения: P_пров = (C_треб-C_адс)×P_пл×ρ_пров/100×ρ_напол×0,9, где Р_пров - расход порошковой проволоки, кг; С_треб, С_адс - содержание углерода в готовой стали и перед усреднительной продувкой; %, Р_пл - вес плавки, т; ρ_пров - удельный вес проволоки, кг/т; ρ_напол - удельный вес наполнителя, кг/т; 0,9; 100 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем, а после горячей прокатки полученный листовой прокат сматывают в рулоны при температуре смотки, минимальное и максимальное значения которой определяют из следующих выражений: Т_см.мин=123,4•С_экв+0,089•Т_кп+400,25; Т_{см.макс}=-664•С_экв-0,43•Т_кп+1155,6
где Т_см.мин - минимальная температура смотки, ^oС;
Т_{см.макс} - максимальная температура смотки, ^oС;
С_экв - углеродный эквивалент;
Т_кп - температура конца прокатки, ^oС;
123,4; 0,089; 400,25; 664; 0,43; 1156,6 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем.

Сущность заявленого технического решения заключается в регламентации технологического процесса производства стали с нормированным углеродным эквивалентом, содержанием серы не более 0,01%, модифицированной щелочно-земельными элементами с последующей разливкой, получением листовой заготовки, прокатки и смотки горячекатаных рулонов при температурах, которые выбирают в зависимости от углеродного эквивалента и заданной температуры конца прокатки, что обеспечивает высокий уровень механических характеристик, повышает качество готового проката и его свариваемость.

Необходимость нормирования углеродного эквивалента путем регламентации содержания углерода в строго заданных пределах обусловлена повышением свариваемости металла. Например, для нормальной сварки труб требуемый углеродный эквивалент (определяемый согласно ГОСТ 19281) не должен превышать 0,46. Вместе с тем, было установлено, что с повышением содержания углерода в низколегированном металле до содержания 0,16% свариваемость металла улучшается. Это возможно осуществить только при низких содержаниях серы - не более 0,01%. В противном случае увеличение количества образующихся в процессе кристаллизации сульфидов негативно отражается не только на загрязненности стали трудно удаляемыми неметаллическими включениями, снижении механических характеристик и прежде всего на показателях ударной вязкости при низких температурах, но и на свариваемости металла.

В качестве нитридообразующего элемента выбран алюминий, использование которого в качестве основного раскислителя дополнительно связывает и свободный азот, не образовывая при этом карбидов, что приводит к уменьшению склонности стали к старению и улучшает ее свариваемость.

Регламентация температуры смотки в зависимости от углеродного эквивалента и температуры конца прокатки обусловлена найденным температурным диапазоном, выше которого происходит интенсивный рост зерен феррита, а при более низких, чем в найденном диапазоне, температурах не происходит дисперсионное твердение, что и в том и другом случаях ухудшает качество готового проката и его свариваемость.

Пример. В кислородный конвертер завалили 90 т металлического лома марки А3, залили 310 т жидкого передельного чугуна, содержащего 0,50% кремния, 0,15% марганца, 0,018% серы и 0,041% фосфора, и продули кислородом в течение 18 минут. После окончания продувки произвели измерение температуры металла, которая составила 1684^oС, отобрали пробу металла и спектральным методом определили его химический состав. Металл содержал: углерода 0,030%, марганца 0,072%, серы 0,022%, фосфора 0,012%, хрома 0,036%, никеля 0,041%, меди 0,059%. Затем металл выпустили в сталеразливочный ковш. По ходу выпуска металла в ковш присадили 486 кг кокса, 1573 кг ферросилиция ФС65, 5799 кг силикомарганца СМн 18, 450 кг алюминия, 906 кг плавикового шпата и 2 т извести с одновременной продувкой аргоном через пористые пробки, установленные в днище ковша.

Далее на установке печь-ковш металл продули аргоном в течение трех минут, после чего произвели измерение температуры и отбор пробы металла. Металл содержал 0,127% углерода, 0,525% кремния, 1,166% марганца, 0,016% серы, 0,014% фосфора, 0,047% хрома, 0,048% никеля, 0,063% меди при температуре 1607^oС. Для корректировки химического состава в металл добавили 631 кг феррромарганца ФМн 88, 289 кг алюминиевой катанки, 70 кг ферротитана Фти 30, для модифицирования добавили 277 кг силикокальция СК15. Для проведения глубокой десульфурации на шлак присадили 113 кг алюминиевой дроби, 2 т извести и 474 кг плавикового шпата, отобрали пробу металла и определили содержание углерода, которое составило 0,149%. Требуемое содержание углерода в готовой стали должно быть 0,16. Для этого произвели корректировку содержания углерода порошковой проволокой в количестве, определяемом из выражения:
Р_пров=(0,16-0,149)(365•80/100•40•0,9=115 кг,
после чего металл с температурой 1576^oС был передан на машину непрерывной разливки стали.

Разливку производили на два ручья в слябы сечением 1650•250•5000 мм и 1750•250•9200 мм со скоростью 0,72 м/мин. Продолжительность разливки составила 74 минуты, химический состав металла в слябах: 0,16% углерода, 0,56% кремния, 1,31% марганца, 0,015% фосфора, 0,005% серы, 0,046% хрома, 0,044% никеля, 0,058% меди, 0,033% алюминия, 0,003% ванадия, 0,003% титана, 0,006% ниобия, 0,022% молибдена, 0,004% азота.

Полученные слябы после зачистки поверхностных дефектов передали на стан 2000 горячей прокатки, где после нагрева до температуры 1210^oС прокатали на заданную толщину 8 мм на полунепрерывном стане, состоящем из черновой группы (7 клетей - три последние в непрерывной группе) и чистовой (7 клетей - все в непрерывной группе). Температура конца прокатки составляла 815^oС. Смотку горячекатаных рулонов проводили при температуре, минимальное и максимальное значения которой определяли из выражений:
Т_см.мин=123,4•0,4+0,089•815+400,25=522^oС;
Т_{см.макс}=-664•0,4-0,43•815+1155,6=539,6^oС.

На образцах, отобранных от рулонных полос, оценивали микроструктуру стали и определяли механические характеристики. Исследования показали, что микроструктура стали представляла собой однородную ферритоперлитную смесь, содержание перлита в которой составляло около 12-14%. Средний размер зерна феррита имел балл 9-11. Механические характеристики, полученные при растяжении образцов вдоль и поперек оси прокатки листа, составили: σ_в - 560 МПа, σ_т - 450 МПа, δ - 23%, KCU - 55 Дж/см².

Предлагаемый способ за счет корректировки и получения углерода в узких пределах позволяет получать требуемые механические свойства листовой проката с нормированным углеродным эквивалентом при регламентированном содержании серы не более 0,01%. Получение однородной мелкодисперсной структуры стали обеспечивает высокий уровень равномерных механических характеристик по длине полосы, что позволяет повысить качество готового проката и его свариваемость.

Формула изобретения

Способ производства горячекатаного листового проката с нормированным углеродным эквивалентом, включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, его выпуск в ковш, определение химического состава расплава металла и его корректировку путем ввода углерода, добавок марганца, кремния и алюминия и усреднительную обработку металла с использованием газовой продувки, прокатку металла с получением листового проката, отличающийся тем, что углерод в расплав вводят после усреднительной обработки в виде порошковой проволоки с расходом, определяемым из выражения:
P_пров = (C_треб-C_адс)×P_пл×ρ_пров/100×ρ_напол×0,9,
где Р_пров - расход порошковой проволоки, кг;
С_треб, С_адс - содержание углерода в готовой стали и перед усреднительной обработкой, %;
Р_пл - вес плавки, т;
ρ_пров - удельный вес проволоки, кг/т;
ρ_напол - удельный вес наполнителя, кг/т;
0,9, 100 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем,
а после горячей прокатки, полученный листовой прокат сматывают в рулоны при температуре смотки, минимальное и максимальное значение которой определяют из следующих выражений:
Т_см.мин= 123,4•С_экв+0,089•Т_кп+400,25;
Т_{см.макс}= -664•С_экв-0,43•Т_кп+1155,6,
где Т_см.мин - минимальная температура смотки, ^oС;
Т_см.мак - максимальная температура смотки, ^oС;
С_экв - углеродный эквивалент;
Т_кп - температура конца прокатки, ^oС;
123,4; 0,089; 400,25; 664; 0,43; 1155,6 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем.

PD4A - Изменение наименования обладателя патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:
ООО "ПРОМИС" (RU)

Извещение опубликовано: 20.01.2006        БИ: 02/2006