Способ получения двухфазных сталей и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к способу и установке для получения двухфазных сталей из горячекатаного состояния с двухфазной структурой из 70-90%-ного феррита и 30-10%-ного мартенсита. Техническим результатом изобретения является обеспечение быстрого и количественно достаточного структурного превращения аустенита в феррит. Охлаждение ленты проводят на участке охлаждения с последовательно расположенными ступенями охлаждения водой в виде рассредоточенного охлаждения. На первой ступени охлаждения кривую охлаждения сталей устанавливают с такой низкой скоростью охлаждения от 20 до 30^oС/с, что кривая охлаждения попадает в область феррита еще с такой высокой температурой, что образование феррита может происходить быстро, и до начала второй ступени охлаждения уже, по меньшей мере, 70% аустенита превратилось в феррит. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу и установке для получения двухфазных сталей из горячекатаного состояния с двухфазной структурой из 70-90% феррита и 30-10% мартенсита за счет контролируемого управления температурой и определенной стратегии охлаждения сталей, в том числе посредством охлаждения водой после их окончательной прокатки, причем на первой ступени охлаждения кривая охлаждения попадает в область феррита, а по достижении необходимой доли феррита на второй ступени охлаждение осуществляют до температур ниже температуры образования мартенсита.

Целенаправленное структурное превращение за счет соответствующего охлаждения сталей известно. Так, например, в DE 4416752 А1 описан способ изготовления горячекатаной широкой ленты, при котором перед первым формообразованием между установкой для непрерывной разливки и печью для выравнивания температуры температуру поверхности сляба на достаточной глубине (по меньшей мере, 2 мм) понижают настолько, что происходит структурное превращение из аустенита в феррит/перлит. При этом время охлаждения выбрано так, что, по меньшей мере, 70% аустенита превращается в феррит/перлит. В выравнивающей печи происходит затем повторное превращение в аустенит с новой ориентацией границ зерен аустенита. Таким образом должна быть достигнута возможность использования в качестве сырья также скрапа второго сорта, в частности скрапа, содержащего медь, без нежелательных скоплений меди на границах зерен первичного аустенита.

При получении двухфазных сталей происходящее структурное превращение используют также с помощью целенаправленного охлаждения, однако через некоторый промежуток времени после произошедшего превращения. Образование двухфазной структуры существенно зависит при этом от технологически возможных скоростей охлаждения и состава стали. Важным при получении двухфазных сталей является достаточное образование феррита на первой ступени охлаждения.

Технологически достаточное образование феррита достигается, например, за счет охлаждения водой до температуры 620-650^oС с последующим охлаждением на воздухе. Продолжительность охлаждения на воздухе (около 8 с) выбирают с возможностью превращения, по меньшей мере, 70% аустенита в феррит прежде, чем начнется вторая ступень охлаждения. На первой ступени охлаждения, а также во время охлаждения на воздухе следует избегать превращения в области перлита.

На второй ступени охлаждения скорость охлаждения должна быть такой, чтобы достичь температур при наматывании ниже температуры образования мартенсита. Лишь в этом случае гарантировано образование двухфазной структуры, содержащей феррит и мартенсит. Этот известный способ изготовления не имеет проблем при малых скоростях ленты, поскольку по окончании первой ступени охлаждения скорость охлаждения является достаточной для мартенситного превращения.

При очень высоких скоростях перемещения ленты начало второй ступени охлаждения может быть, правда, смещено на имеющемся участке охлаждения настолько, что последующее образование мартенсита происходит не полностью или вообще не происходит, поскольку тогда скорости охлаждения будет недостаточно для установления требуемой низкой температуры <220С). В таком случае возникает смешанная структура из феррита, бейнита и долей мартенсита, которая не позволяет получить нужные механические свойства чисто двухфазных структур.

Из ЕР-А-0747495 известен способ получения горячекатаной листовой стали, структура которой содержит, по меньшей мере, 75% феррита и, по меньшей мере, 10% мартенсита. Здесь сталь после горячей прокатки целенаправленно охлаждают, а именно на первой ступени охлаждения со скоростью охлаждения 2-15^oС/с в течение 8-40 секунд до температуры между точкой Ar₁ и 730^oС, а затем на второй ступени охлаждения со скоростью охлаждения 20-150^oС/с до температуры около 300^oС. Альтернативно первой ступени охлаждения может предшествовать быстрое охлаждение со скоростью 20-150^oС/с до температуры ниже температуры точки Аr₃.

Из публикации "Patent Abstracts of Japan", vol. 006, 191 (С-127), 30 сентября 1982 г. и JP 57104650 А (Кобе Стил Лтд), 29 июня 1982 г. известен способ изготовления горячекатаной листовой стали, состоящей из феррита и доли мартенсита 1-30%, которую получают также путем двухступенчатого охлаждения. В этом известном способе сначала осуществляют медленное охлаждение до температуры между точкой Ar₁ и 550^oС со скоростью охлаждения 5-30^oС/с, а затем на второй ступени охлаждения - с высокой скоростью охлаждения >30^oС/с до температуры в интервале 350-500^oС.

Исходя из этого уровня техники, задачей изобретения является создание способа и установки для получения двухфазных сталей, обеспечивающих быстрое и количественно достаточное структурное превращение аустенита в феррит даже при высоких скоростях ленты.

Поставленная задача решается в соответствии со способом посредством отличительных признаков пункта 1 формулы за счет того, что на первой ступени охлаждения кривую охлаждения сталей устанавливают с такой низкой скоростью охлаждения от 20 до 30^oС/с, что кривая охлаждения попадает в область феррита еще с такой высокой температурой, что образование феррита может происходить быстро, и до начала второй ступени охлаждения уже, по меньшей мере, 70% аустенита превратилось в феррит.

За счет замедленного, согласно изобретению, охлаждения с более низкой скоростью, чем у известных способов, кривая охлаждения попадает в область феррита по времени позже, однако, при более высокой температуре, чем у известных способов, т.е. превращение аустенита в феррит начинается с небольшой задержкой, однако, при более высокой температуре, чем у известных способов, оно происходит из-за более высокой температуры также быстрее. Благоприятным оказывается, если область феррита достигается как можно быстрее при одновременно высокой температуре превращения.

По сравнению с известными способами степень превращения, по меньшей мере, 70% достигается настолько рано, что в распоряжении имеется еще достаточно мощности охлаждения на данном участке охлаждения для последующего образования мартенсита. Т.е. по окончании первой ступени охлаждения достаточно большое количество аустенита превратилось в феррит, так что применяющегося обычно охлаждения на воздухе не требуется, и непосредственно за первой ступенью охлаждения может следовать вторая ступень охлаждения.

Для осуществления охлаждения с желательной низкой скоростью используют, согласно изобретению, принцип рассредоточенного охлаждения. Это - охлаждение водой, при котором на последовательно установленных на расстоянии друг от друга ступенях охлаждения на охлаждаемый материал наносят воду. Путем изменения числа ступеней охлаждения водой, их расстояния друг от друга и эффективной длины ступеней охлаждения водой можно привести скорость охлаждения или наносимое количество воды в оптимальное соответствие с охлаждаемым материалом (его массой и/или поверхностью). Охлаждение может быть реализовано также с бесступенчато изменяемым количеством охлаждающего средства.

За счет приведения в соответствие с охлаждаемым материалом рассредоточенное охлаждение можно по времени растянуть до тех пор, пока не будет достигнута нужная степень превращения без опасности того, что кривая охлаждения за счет интенсивного охлаждения раньше времени покинет область феррита, что имеет место в известных способах с быстрым охлаждением.

По сравнению с охлаждением согласно уровню техники при рассредоточенном охлаждении или при бесступенчато изменяемом количестве охлаждающего средства до достижения температуры превращения расходуется меньше воды. Эта разница в количестве воды может быть добавлена во время превращения для форсирования переноса углерода из феррита в остаточный аустенит и ускорения тем самым образования феррита. Оставшиеся области аустенита обогащены углеродом настолько, что они обеспечивают мартенситное превращение уже при скоростях охлаждения 20-30^oС/с.

Поскольку больше не требуется определенного времени выдержки для охлаждения на воздухе с целью обеспечения достаточного образования феррита, получение двухфазных сталей может происходить на части участка охлаждения. Используемая часть участка охлаждения при этом намного короче, чем у известных способов с охлаждением воздухом.

Если необходимые компоненты структуры для двухфазных сталей могут быть получены без охлаждения воздухом, то это дает существенные преимущества. Требуется меньше компонентов установки для получения двухфазных сталей. В то же время по сравнению с прежними способами можно расширить производственный спектр с измененными параметрами процесса и ленты (например, более высокая скорость ленты).

Установка для осуществления способа, согласно изобретению, отличается тем, что за последней чистовой прокатной клетью расположен участок охлаждения из нескольких расположенных друг за другом ступеней охлаждения водой или систем охлаждения с бесступенчато изменяемым количеством охлаждающего средства. Число ступеней охлаждения водой, их эффективную длину и расстояние друг от друга, согласно изобретению, можно изменять так, что этот участок охлаждения можно простым образом привести в соответствие с изменившейся геометрией охлаждаемого материала, а также с разными скоростями ленты.

Сущность изобретения более подробно поясняется ниже с помощью примера выполнения, схематично изображенного на чертежах, на которых представлено: на фиг. 1 показано быстрое охлаждение и рассредоточенное охлаждение, а также их взаимосвязь на прокатном стане; фиг.2 - диаграмма превращений "время-температура"; фиг.3 - степень аустенитного превращения при быстром охлаждении; фиг. 4 - степень аустенитного превращения при рассредоточенном охлаждении.

На фиг. 1 схематично изображен конец прокатного стана, состоящий из последней чистовой прокатной клети 1, прокатываемого или охлаждаемого материала 2 и моталки 3 с направляющими или подающими роликами 4. Над этой частью прокатного стана обозначены два разных участка охлаждения. С помощью участка 5 охлаждения, согласно изобретению, за счет сплошной подачи воды вызывают раннее быстрое охлаждение охлаждаемого материала 2. На участке 6 охлаждения, согласно изобретению, последовательно на расстоянии друг от друга расположены ступени 7 охлаждения водой, благодаря чему охлаждение "рассредотачивается".

Разные результаты превращения, достигаемые разными способами на участках 5, 6 охлаждения, приведены в качестве примера в следующих схематичных изображениях.

На фиг.2 на диаграмме превращений "время-температура" изображены кривая 9 охлаждения при охлаждении известными способами и кривая 10 при рассредоточенном охлаждении, причем по абсциссе нанесено время Z в секундах, а по ординате - температура Т в градусах Цельсия.

Кривая 9 охлаждения показывает характер охлаждения при обычно применяемой в настоящее время стратегии (раннее быстрое охлаждение до определенной температуры выдержки с последующим охлаждением воздухом, затем дальнейшее охлаждение до температур ниже температуры образования мартенсита).

Кривая охлаждения на первой ступени 11 охлаждения достигает в точке 8 относительно рано область превращения для образования феррита (область феррита) и вследствие времени 12 выдержки с охлаждением воздухом остается в этой области F также относительно долго, прежде чем на второй ступени 13 охлаждения, начиная с точки 17, произойдет дальнейшее охлаждение до температуры ниже температуры образования мартенсита (М=мартенсит, В=бейнит, Р= перлит).

Кривая 10 охлаждения на первой ступени 14 рассредоточенного охлаждения достигает области F феррита в точке 15 по сравнению с кривой 9 охлаждения лишь позже. Поскольку по достижении области F феррита рассредоточенное охлаждение сначала сохраняется, не требуется затяжного времени выдержки с охлаждением воздухом, и кривая 10 охлаждения снова покидает область F феррита по времени раньше.

Рассредоточенное охлаждение поддерживают в пределах области F феррита до тех пор, пока не будет достигнута нужная степень превращения. После этого на второй ступени 16 происходит непосредственно дальнейшее охлаждение.

Степени аустенитного превращения, достигаемые с помощью показанных разных стратегий охлаждения, а именно известного быстрого охлаждения и рассредоточенного охлаждения, показаны на обеих следующих фиг.3 и 4; при этом по абсциссе нанесено время Z охлаждения в секундах, а по ординате - степень U превращения аустенита в феррит.

При быстром охлаждении (фиг.3) на первой ступени 11 кривой 9 охлаждения сначала происходит сильное образование феррита до примерно 53%, которое затем при последующем охлаждении воздухом 12 возрастает примерно до 62%. Этого, однако, для получения двухфазных сталей еще недостаточно.

При рассредоточенном охлаждении (фиг. 4) в соответствии с кривой 10, напротив, в равное время уже образовалось заметно более высокое содержание феррита на первой ступени 14 охлаждения, и уже около 82% аустенита превратилось в феррит до начала второй ступени 16 охлаждения (получаемые сегодня двухфазные стали имеют, как правило, долю феррита >80%).

Изобретение не ограничивается описанными примерными кривыми охлаждения, а возможны также другие кривые охлаждения, например, у систем охлаждения с бесступенчато регулируемым количеством охлаждающего средства, которые, согласно изобретению, приводят к более высоким температурам превращения. Изобретение также не ограничивается охлаждением водой, а могут использоваться другие системы охлаждения, которые приводят к раннему достижению области феррита при высоких температурах.

Формула изобретения

1. Способ получения двухфазных сталей из горячекатаного состояния с двухфазной структурой, содержащей 70-90% феррита и 30-10% мартенсита, путем контролируемого управления температурой и определенной стратегии охлаждения сталей, в том числе посредством охлаждения водой после их окончательной прокатки, причем на первой ступени охлаждения с низкой скоростью охлаждения кривая охлаждения попадает в область феррита, а на второй ступени охлаждения охлаждают с более быстрой скоростью охлаждения до температур ниже начальной температуры образования мартенсита, отличающийся тем, что первую ступень (14) охлаждения на участке охлаждения из последовательно расположенных друг за другом ступеней (7) охлаждения водой осуществляют со скоростью охлаждения 20-30°С/с так, что кривая (10) охлаждения попадает в область феррита еще с такой высокой температурой, что образование феррита может происходить быстро, и до начала второй ступени (16) охлаждения, которая без промежуточного охлаждения воздухом и времени выдержки следует непосредственно за первой ступенью (14) охлаждения, уже по меньшей мере 70% аустенита превращается в феррит, причем во время превращения аустенита в феррит вплоть до нужного содержания феррита, равного, по меньшей мере 70%, охлаждение продолжают на первой ступени.

2. Установка для получения двухфазных сталей из горячекатаного состояния, отличающаяся тем, что за последней чистовой прокатной клетью (1) расположен участок (6) охлаждения из нескольких расположенных друг за другом ступеней (7) охлаждения водой.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью изменения числа ступеней (7) охлаждения, их эффективной длины и расстояния друг от друга или с возможностью бесступенчатой перестановки при регулировании количества.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4