Способ производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали (варианты)

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству листовой стали, и может быть использовано при изготовлении горячекатаных листов из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, предназначенных для холодного деформирования глубокой вытяжкой, выдавливанием и т.д. Технический результат изобретения заключается в получении горячекатаных листов из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали с минимальной анизотропностью механических свойств и высокой пластичностью, что позволяет изготавливать из них изделия путем холодной пластической деформации, в том числе глубокой вытяжкой, выдавливанием, обратным прессованием. Технический результат достигается тем, что кованый сляб сечением 140×400 мм из стали 11ЮА после нагрева до 1150°С подвергают прокатке вдоль оси сляба с обжатием 60%. Температура конца прокатки составила 980°С. Полученный раскат разрезают на сутунки, охлаждают на воздухе до 550°С, нагревают до 1080°С и прокатывают в поперечном направлении относительно прокатки исходного сляба на листы толщиной 18 мм с обжатием 68%. Температура конца прокатки листов составила 940°С. При этом отношение степени деформации в продольном направлении к степени деформации в поперечном направлении связаны зависимостью 0,5≤γ≤1,5 и равно 0,88. Охлажденные до комнатной температуры горячекатаные листы подвергают закалке от температуры 950°С с охлаждением в воде и последующему высокому отпуску в колпаковой печи при 680°С с выдержкой 10 часов, после чего садку металла охладили на воздухе до комнатной температуре. В первом и во втором вариантах изобретения прокатку ведут сначала в продольном, затем в поперечном направлении, или сначала - в поперечном, а затем в продольном направлении. В третьем варианте изобретения направление горячей деформации может быть изменено в следующих последовательностях: горячую прокатку сляба ведут в продольном направлении, а горячую прокатку полученного раската - сначала в поперечном, затем в продольном направлении, при этом степени деформации связаны зависимостью 0,5≤γʹ≤1,5 (2), где γʹ - отношение суммарной степени деформации сляба и раската в продольном направлении к степени деформации раската в поперечном направлении; или горячую прокатку сляба ведут в поперечном направлении, а горячую прокатку раската ведут сначала в продольном, затем в поперечном направлении, при этом степень деформации связана зависимостью 0,5≤γʹʹ≤1,5 (3), где γʹʹ - отношение степени деформации раската в продольном направлении к суммарной степени деформации сляба и раската в поперечном направлении. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству листовой стали, и может быть использовано при изготовлении горячекатаных листов из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, предназначенных для холодного деформирования глубокой вытяжкой, выдавливанием и т.д.

Известен способ производства листовой стали для глубокой вытяжки, включающий горячую прокатку, ускоренное охлаждение, смотку полосы в рулон, размотку рулона, порезку его на листы и нормализацию, которую проводят в два этапа: сначала при температуре Ас₃+(30-50)°С, затем в интервале между критическими точками Ас₁ и Ас₃. В результате получают металл со структурой, благоприятной для последующего холодного деформирования с глубокой вытяжкой при одновременном повышении производительности процесса термической обработки и снижении энергозатрат (Патент РФ №2133284, МПК C 21 D 8/04, опубл. 20.07.1999 г.).

В рассмотренном способе горячей прокатки стальной полосы деформация заготовки происходит с удлинением в одном направлении - вдоль полосы, вследствие чего в малоуглеродистой и малоуглеродистой низколегированной стали формируется строчечное распределение неметаллических включений и, как правило, строчечная феррито-перлитная структура, что приводит к значительному снижению пластичности стального листа в направлении поперек прокатки.

Наиболее близким аналогом является способ производства толстых стальных листов, включающий получение сляба из слитка горячей пластической деформацией и последующую горячую прокатку, состоящую из трех стадий. В первой стадии слябы прокатывают вдоль оси для выравнивания толщины. Во второй стадии после выравнивания, после первых 2-4 проходов, сляб поворачивают на 90° и прокатывают поперек его длины для получения необходимой ширины листа. В третьей стадии прокатки раскат снова поворачивают на 90° и прокатывают его для получения необходимой толщины и длины. Такой способ прокатки уменьшает анизотропность и улучшает механические и технологические свойства листовой стали в поперечном направлении. Для улучшения механических свойств и повышения штампуемости листы из малоуглеродистой стали подвергают закалке с высоким отпуском (Н.И.Шефтель. “Технология производства проката.” М.: “Металлургия”, 1976 г. с.38-49; 394-398 – прототип).

Недостатком этого способа является отсутствие регламентации степени деформации при прокатке сляба в продольном и поперечном направлениях, что может привести к плохой воспроизводимости размера и формы зерна после горячей прокатки и, как следствие, - к повышенной анизотропии механических свойств листа вдоль и поперек прокатки.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении горячекатаных листов из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали с минимальной анизотропностью механических свойств и высокой пластичностью, что позволяет изготавливать из них изделия путем холодной пластической деформации, в том числе глубокой вытяжкой, выдавливанием, обратным прессованием.

Технический результат изобретения состоит в достижении качественных показателей листа, сформулированных в постановке задачи.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающем изготовление сляба, горячую прокатку при 1250-1100°С попеременно в продольном и поперечном направлениях, охлаждение, закалку и высокий отпуск, согласно изобретению после первой прокатки сляба проводят охлаждение полученного раската до температуры окружающей среды, после чего раскат нагревают до температуры горячей прокатки и проводят деформацию в направлении, перпендикулярном направлению первой прокатки, при этом степени горячей деформации как в продольном, так и в поперечном направлениях составляют 30-85% и связаны зависимостью 0,5≤γ≤1,5 (1), где γ - отношение степени деформации в продольном направлении к степени деформации в поперечном направлении.

При этом прокатку ведут сначала в продольном, затем в поперечном направлении или сначала - в поперечном, а затем в продольном направлении.

Как вариант, указанный технический результат достигается тем, что в способе производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающем изготовление сляба, горячую прокатку при 1250-1100°С попеременно в продольном и поперечном направлениях, охлаждение, закалку и высокий отпуск, согласно изобретению после первой прокатки сляба проводят охлаждение раската до 500-600°С, после чего раскат нагревают до температуры горячей прокатки и проводят деформацию в направлении, перпендикулярном направлению первой прокатки, при этом степени горячей деформации как в продольном, так и в поперечном направлениях составляют 30-85% и связаны зависимостью (1).

При этом, как и в первом варианте, во втором варианте изобретения прокатку ведут сначала в продольном, затем в поперечном направлении или сначала - в поперечном, а затем в продольном направлении.

По третьему варианту указанный технический результат достигается тем, что в способе производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающем изготовление сляба, горячую прокатку при 1250-1100°С попеременно в продольном и поперечном направлениях, охлаждение, закалку и высокий отпуск, согласно изобретению после первой прокатки сляба проводят охлаждение раската до 500-600°С, после чего раскат нагревают до температуры горячей прокатки и проводят деформацию раската в две стадии, изменяя ее направление в каждой стадии на 90° по отношению к предыдущей, при этом степени горячей деформации как в продольном, так и в поперечном направлениях составляют 30-85%.

В третьем варианте изобретения направление горячей деформации может быть изменено в следующих последовательностях:

- горячую прокатку сляба ведут в продольном направлении, а горячую прокатку полученного раската - сначала в поперечном, затем в продольном направлении, при этом степени деформации связаны зависимостью 0,5≤γ’≤1,5 (2), где γ’ - отношение суммарной степени деформации сляба и раската в продольном направлении к степени деформации раската в поперечном направлении;

- или горячую прокатку сляба ведут в поперечном направлении, а горячую прокатку раската ведут сначала в продольном, затем в поперечном направлении, при этом степени деформации связаны зависимостью 0,5≤γ’’≤1,5 (3), где γ’’ - отношение степени деформации раската в продольном направлении к суммарной степени деформации сляба и раската в поперечном направлении.

В указанных зависимостях (2) и (3) суммарные степени деформации определяются по формуле:

где произведение n сомножителей, ε₁ - степень деформации на i-той стадии прокатки из числа n прокаток, для которых определяется суммарная степень деформации.

Во всех трех вариантах выполнения изобретения сляб изготавливают или ковкой, или горячей прокаткой, или литьем в изложницы либо на установке непрерывной разливки.

Особенности предложенного способа связаны с реализацией следующих специальных технологических приемов.

При охлаждении раската от температуры конца прокатки сляба, составляющей 920-970°С, до температуры окружающей среды либо до 500-600°С происходит образование феррито-перлитной структуры, наличие которой инициирует дополнительное измельчение аустенита при последующем нагреве раската до температуры второй прокатки и в процессе протекания первичной рекристаллизации при самой прокатке и после ее окончания. Наряду с указанным промежуточное охлаждение до 500-600°С способствует экономии энергии при последующем нагреве до температуры прокатки.

Регламентация деформации в пределах 30-85% обеспечивает измельчение зерна аустенита посредством рекристаллизации в процессе деформации вдоль и поперек относительно оси исходного сляба, а также при охлаждении листов по завершении последней прокатки и, как следствие, получение измельченной феррито-перлитной структуры в готовом листе с равноосным зерном свободного феррита в этой структуре, что способствует достижению изотропности механических свойств листа.

При выполнении соотношений, связывающих величину деформации вдоль и поперек оси исходного сляба, описываемых зависимостями (1), (2), (3), достигается однородность деформации вдоль и поперек, выравнивается распределение неметаллических включений в продольном и поперечном направлениях, устраняется строчечность микроструктуры, что обеспечивает получение после закалки и высокого отпуска изотропного горячекатаного листа, характеризующегося высокой пластичностью.

Ниже приведены примеры реализации предложенного способа.

Пример 1. Кованый сляб сечением 140×400 мм из малоуглеродистой низколегированной стали марки 11ЮА, содержащей 0,11% углерода и 0,06% алюминия, после нагрева до 1150°С подвергли прокатке вдоль оси сляба с обжатием 60%. Температура конца прокатки при этом составила 980°С. Полученный раскат разрезали на сутунки. Сутунки охладили на воздухе до температуры 550°С, после чего их нагрели до 1080°С и прокатали в поперечном направлении относительно прокатки исходного сляба на листы толщиной 18 мм с обжатием 68%. Температура конца прокатки листов составила 940°С. При этом отношение степени деформации в продольном направлении к степени деформации в поперечном направлении равно 0,88. Охлажденные до комнатной температуры горячекатаные листы подвергли закалке от температуры 950°С с охлаждением в воде и последующему высокому отпуску в колпаковой печи при 680°С с выдержкой 10 часов, после чего садку металла охладили на воздухе до комнатной температуры. Механические свойства листов, изготовленных последовательными прокатками в продольном и поперечном направлениях, по указанным режимам приведены в таблице в сравнении со свойствами листов, изготовленных тремя последовательными прокатками сляба из стали 11ЮА после предварительного нагрева до 1150°С (прототип). Первая прокатка проводилась в продольном направлении с обжатием 20%, вторая прокатка раската велась в поперечном направлении с обжатием 30% и третья прокатка - в продольном направлении на лист толщиной 18,0 мм со степенью деформации 77%. Суммарная степень продольной деформации при этом равна 82%. Между прокатками специального охлаждения не проводилось. Температура конца прокатки составила 980°С. После охлаждения на воздухе горячекатаные листы были подвергнуты закалке от 950°С в воде и последующему высокому отпуску при 680°С с выдержкой 10 часов. Отношение степени суммарной продольной деформации к степени поперечной деформации, γ’ при этом составило 2,7.

Пример 2. Кованый сляб сечением 140×400 мм из малоуглеродистой низколегированной стали марки 11ЮА после нагрева до 1150°С подвергли прокатке вдоль оси сляба с обжатием 57%. Температура конца прокатки при этом составила 960°С. Полученный раскат разрезали на сутунки. Сутунки охладили на воздухе до комнатной температуры, после чего их нагрели до 1100°С и прокатали в поперечном направлении относительно продольной оси сляба на листы толщиной 21 мм с обжатием 65%. Температура конца прокатки листов составила 960°С. При этом отношение степени деформации в продольном направлении к степени деформации в поперечном направлении γ равно 0,88.

Охлажденные на воздухе до комнатной температуры горячекатаные листы подвергли закалке от температуры 950°С с охлаждением в воде и последующему высокому отпуску при 680°С с выдержкой 10 ч и охлаждением на воздухе до комнатной температуры. Механические свойства листов, изготовленных последовательными прокатками в продольном и поперечном направлениях по приведенным технологическим режимам, приведены в таблице.

Пример 3. Кованый сляб из стали 11ЮА толщиной 120 мм после нагрева до 1150°С прокатали в поперечном направлении с обжатием 50%. Температура конца прокатки составила 980°С. Полученный раскат разрезали на заготовки для дальнейшей прокатки. Заготовки охладили на воздухе до комнатной температуры и после нагрева до 1150°С прокатали в продольном направлении относительно оси исходного сляба с обжатием 50%, после чего повернули на 90° в плоскости прокатки и прокатали в поперечном направлении относительно оси исходного сляба с обжатием 38% на лист толщиной 18,5 мм. Суммарная степень деформации в результате двух прокаток в поперечном направлении ∈_сум составила 69%. При этом отношение степени деформации раската в продольном направлении к суммарной степени деформации сляба и раската в поперечном направлении γ^’’ составило 0,72. Механические свойства готовых листов после закалки с 950°С в воде и высокого отпуска при 680°С с выдержкой 8 часов и последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры приведены в таблице.

Пример 4. Непрерывнолитой сляб толщиной 150 мм из стали марки 20 после нагрева до 1170°С прокатали с обжатием 55% в продольном направлении. Температура конца прокатки составила 970°С, Полученный раскат разрезали на заготовки и охладили до температуры 600°С. Затем заготовки из раската от предшествующей прокатки нагрели до 1150°С и прокатали в поперечном направлении относительно продольной оси исходного сляба с обжатием 65%, после чего произвели поворот в плоскости прокатки на 90° и прокатали в продольном направлении относительно продольной оси исходного сляба со степенью деформации 49% на листы толщиной 12 мм. Суммарная степень деформации ∈_сум от двух прокаток в продольном направлении составила 77%. Отношение суммарной степени деформации в продольном направлении к степени деформации в поперечном направлении γ' равно 1,18. Температура конца прокатки составила 940°С. После охлаждения до комнатной температуры листы нагрели до 900°C и подвергли нормализации и затем - высокому отпуску при 700°С с выдержкой 6 часов; садку охладили под муфелем колпаковой печи до 500°С, после чего муфель сняли и охлаждение продолжили на воздухе до комнатной температуры. Механические свойства листов толщиной 12 мм, изготовленных по описанной выше технологии с двумя продольными прокатками и одной прокаткой в поперечном направлении, приведены в таблице в сравнении с механическими свойствами листов из этой стали, полученных прокаткой непрерывнолитого сляба в продольном направлении с обжатием 25%, затем прокаткой раската в поперечном направлении с обжатием 40% и заключительной прокаткой раската в продольном направлении относительно продольной оси исходного сляба с обжатием 82% (прототип). При этом суммарная степень деформации в продольном направлении ∈_сум составила 86%; отношение суммарной степени деформации в продольном направлении к степени деформации в поперечном направлении γ' равно 2,16.

Формула изобретения

1. Способ производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающий изготовление сляба, горячую прокатку при 1250-1100°С попеременно в продольном и поперечном направлениях, охлаждение, закалку и высокий отпуск, отличающийся тем, что после первой прокатки сляба проводят охлаждение раската до температуры окружающей среды, после чего раскат нагревают до температуры горячей прокатки и проводят деформацию в направлении, перпендикулярном направлению первой прокатки, при этом степени горячей деформации как в продольном, так и в поперечном направлениях составляют 30-85% и связаны зависимостью 0,5≤γ≤1,5, где γ - отношение степени деформации в продольном направлении к степени деформации в поперечном направлении.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сляб изготавливают или ковкой, или горячей прокаткой, или литьем.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что горячую прокатку ведут сначала в продольном, а затем в поперечном направлении.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что горячую прокатку ведут сначала в поперечном, а затем в продольном направлении.

5. Способ производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающий изготовление сляба, горячую прокатку при 1250-1100°С попеременно в продольном и поперечном направлениях, охлаждение, закалку и высокий отпуск, отличающийся тем, что после первой прокатки сляба проводят охлаждение раската до 500-600°С, после чего раскат нагревают до температуры горячей прокатки и проводят деформацию в направлении, перпендикулярном направлению первой прокатки, при этом степени горячей деформации как в продольном, так и в поперечном направлениях составляют 30-85% и связаны зависимостью 0,5≤γ≤1,5, где γ - отношение степени деформации в продольном направлении к степени деформации в поперечном направлении.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что сляб изготавливают или ковкой, или горячей прокаткой, или литьем.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что горячую прокатку ведут сначала в продольном, а затем в поперечном направлении.

8. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что горячую прокатку ведут сначала в поперечном, а затем в продольном направлении.

9. Способ производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающий изготовление сляба, горячую прокатку при 1250-1100°С попеременно в продольном и поперечном направлениях, охлаждение, закалку и высокий отпуск, отличающийся тем, что после первой прокатки сляба проводят охлаждение раската до 500-600°С, после чего раскат нагревают до температуры горячей прокатки и проводят деформацию раската в две стадии, изменяя ее направление в каждой стадии на 90° по отношению к предыдущей, при этом степени горячей деформации как в продольном, так и в поперечном направлениях составляют 30-85%.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что сляб изготавливают или ковкой, или горячей прокаткой, или литьем.

11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что горячую прокатку сляба ведут в продольном направлении, а горячую прокатку раската ведут сначала в поперечном, затем в продольном направлении, при этом степени деформации связаны зависимостью 0,5≤γʹ≤1,5, где γʹ - отношение суммарной степени деформации сляба и раската в продольном направлении к степени деформации раската в поперечном направлении, причем суммарная степень деформации, ε_сум, определяется по формуле

где произведение n сомножителей;

ε_i - степень деформации в i-й стадии прокатки из числа n прокаток, для которых определяется суммарная степень деформации.

12. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что горячую прокатку сляба ведут в поперечном направлении, а горячую прокатку раската ведут сначала в продольном, затем в поперечном направлении, при этом степени деформации связаны зависимостью 0,5≤γʹʹ≤1,5, где γʹʹ - отношение степени деформации раската в продольном направлении к суммарной степени деформации сляба и раската в поперечном направлении, причем суммарная степень деформации, ε_сум, определяется по формуле

где произведение n сомножителей;

ε_i - степень деформации в i-й стадии прокатки из числа n прокаток, для которых определяется суммарная степень деформации.

РИСУНКИ

Рисунок 1