Способ производства холоднокатаной полосы

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стального проката, и может быть использовано в производстве полосовой и листовой стали для штамповки. Способ включает горячую прокатку, травление, холодную прокатку с эмульсией, рекристаллизационный отжиг в колпаковой печи со ступенчатым нагревом и регулированием состава защитной среды. После холодной прокатки перед отжигом осуществляют межоперационную выдержку в течение 8-24 часов. Нагрев рулонов в колпаковой печи начинают после холодной продувки подмуфельного пространства защитной средой в течение 2-3 часов. Отжиг осуществляют с двумя промежуточными выдержками при температуре 580 и 650°С. Удаление продуктов возгонки и разложения эмульсии производят непрерывно от начала нагрева до завершения промежуточной выдержки при температуре 650°С путем подачи защитной среды, содержащей 4-7% водорода и 93-96% азота с расходом, равным расходу защитной среды при холодной продувке. Осуществляют инфильтрацию защитной среды из подмуфельного пространства через песочный затвор непрерывно от начала холодной продувки до завершения процесса охлаждения отожженных рулонов под муфелем с расходом защитной среды 0,4-0,5 от расхода последней при холодной и горячей продувках. Изобретение позволяет получать высококачественную холоднокатаную полосу, снизить расход теплоносителей и увеличить производство полосы. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стального проката, и может быть использовано в производстве полосовой стали для штамповки деталей сложной конфигурации под лакокрасочное покрытие.

Известен способ (патент США №4475369, В21В 9/00, В21В 45/08, заявл. 18.09.82, опубл. 09.10.84) производства очищенной холоднокатаной полосы, включающий холодную прокатку, подачу эмульсии, используемой при прокатке в качестве смазки и имеющей концентрацию 0,5-2,0%, удаление с поверхности полосы остатков смазки и металлической пыли, загрузку холоднокатаной полосы после прокатки в печь для отжига, смешивание подводимого потока влаги с газом атмосферы отжиговой печи, состоящей главным образом из азота и водорода, регулирование температуры точки росы газа внутри отжиговой печи в диапазоне 0-10°С с целью уменьшения отложений сажи на поверхности отжигаемой полосы.

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает получение в процессе отжига необезжиренного металла, высокое качество поверхности полосы. Подача влаги в отжиговую среду способствует уменьшению отложений сажи, однако приводит к окислению поверхности полосы на начальном этапе отжига и к восстановлению окисной пленки в процессе дальнейшего отжига. Поверхность отожженной полосы получается не блестящей и светлой, а матовой и серой из-за наличия тонкого слоя восстановленных окислов. При дрессировке полосы получается очень много дисперсной металлической пыли, что существенно ухудшает санитарно-гигиенические условия работы, загрязняются валки дрессировочных станов.

Полоса с остатками восстановленных окислов на поверхности не пригодна для изготовления деталей автомобиля, холодильника и других агрегатов, требующих высокого качества лакокрасочного покрытия.

Кроме того, известный способ не обеспечивает высокую штампуемость полосы при изготовлении деталей сложной конфигурации.

Известен также способ удаления охлаждающих и смазочных средств (патент ГДР №235907, заявл. 28.03.85, №2745304, опубл. 21.05.86, F27D 7/06) с поверхности холоднокатаных изделий в процессе их отжига в защитной атмосфере, согласно которому загружают садку металла в печь, осуществляют продувку рабочего пространства защитной атмосферой до снижения концентрации кислорода до величины ≤1% и нагревают металл до температуры 280°С, обеспечивающей испарение прокатной смазки. Затем в печь подают регламентированное количество воздуха с расчетом, чтобы получить в защитной атмосфере концентрацию кислорода более 1%.

Недостатком данного способа являются невозможность получить чистую и светлую поверхность металлического проката из-за появления на готовом отожженном изделии восстановленных окислов, что значительно ухудшает потребительские свойства металлопроката.

Наиболее близким аналогом является способ производства полос (Авт. свид. СССР №1475942, C21D 9/46, заявл. 18.03.87, опубл. 30.04.89) преимущественно из автолистовой стали, включающий горячую прокатку, отжиг и холодную прокатку с эмульсией, двухступенчатый отжиг с нагревом до 550-590°С, затем до температуры ниже А_с, причем нагрев металла до начальной температуры двухступенчатого отжига проводят в два этапа: на первом - до 330-370°С с нерегламентированной скоростью, затем на втором - с контролируемой скоростью в зависимости от содержания азота, алюминия в стали, конкретного температурного режима окончания горячей прокатки и суммарного обжатия при холодной прокатке.

Недостатком ближайшего аналога является невозможность предотвращения выделения сажи на поверхности отжигаемой полосы, поскольку нагрев до температуры 550-590°С осуществляют очень замедленно с выдержкой при температуре 350-370°C в течение 4,5 часов, не регулируя при этом удаление продуктов возгонки и разложения эмульсии.

Кроме того, длительное пребывание отжигаемого металла при температуре ниже температуры начала рекристаллизации (для стали 08Ю это 600°С) приводит к изменению типа кристаллической решетки нитрида алюминия к получению текстуры рекристаллизации менее благоприятной для штамповки деталей сложной конфигурации. То есть ближайший аналог при значительных затратах энергоносителей не обеспечивает надлежащее качество отжигаемой полосы по чистоте поверхности и комплексу параметров (механические свойства, текстура рекристаллизации), обеспечивающих высшую категорию вытяжки.

Задачей предлагаемого изобретения является получение высококачественной холоднокатаной полосы, то есть с высоким качеством поверхности, практически без отложений сажи, разнооттеночности и комплексом параметров, обеспечивающих высшую категорию вытяжки при штамповке деталей сложной конфигурации при одновременном снижении расхода энергоносителей и увеличении производства.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства холоднокатаной полосы, включающем горячую прокатку, травление, холодную прокатку с эмульсией, рекристаллизационный отжиг в колпаковой печи со ступенчатым нагревом и регулированием состава защитной среды для уменьшения загрязнения полосы продуктами возгонки и разложения остатков прокатной эмульсии, после холодной прокатки перед рекристаллизационным отжигом осуществляют межоперационную выдержку в течение 8-24 часов, нагрев рулонов в колпаковой печи начинают после холодной продувки подмуфельного пространства защитной средой в течение 2-3 часов, отжиг осуществляют с двумя промежуточными выдержками при температурах 580 и 650°С, удаление продуктов возгонки и разложения эмульсии производят непрерывно от начала нагрева до завершения промежуточной выдержки при температуре 650°С путем подачи защитной среды, содержащей 4-7% водорода и 93-96% азота с расходом, равным расходу защитной среды при холодной продувке, при этом осуществляют инфильтрацию защитной среды из подмуфельного пространства через песочный затвор непрерывно от начала холодной продувки до завершения процесса охлаждения отожженных рулонов под муфелем колпаковой печи.

При длительности межоперационной выдержки менее 8 часов испаряется незначительная часть эмульсии, в результате чего увеличивается отбраковка металла по дефекту “сажа”, снижается выход металла 1-й группы отделки поверхности.

При длительности межоперационной выдержки более 24 часов увеличивается цикл производства проката, возникает дефицит производственных площадей для складирования холоднокатаных рулонов, сдерживается производство стана холодной прокатки.

Длительность холодной продувки менее 2 часов не обеспечивает снижение содержания кислорода под муфелем до 1%, в результате ухудшается качество проката.

Длительность холодной продувки более 3 часов сдерживает производство отделения колпаковых печей, тем самым снижается производство проката.

При температуре первой промежуточной выдержки менее 580°С замедляется процесс прогрева рулонов, увеличивается вероятность получения текстуры рекристаллизации, которая не обеспечивает наилучшую штампуемость металла, тем самым не обеспечивает требуемое качество полосы.

При температуре более 580°С увеличивается температурный перепад по сечению рулона, что ведет к увеличению неоднородности механических свойств отожженного металла и вероятности сваривания смежных витков рулона из-за увеличения температурных напряжений, что ведет к ухудшению качества поверхности из-за дефектов “сваривание” и “излом”.

При температуре второй промежуточной выдержки менее 650°С снижается скорость нагрева металла, что ведет к снижению производительности колпаковой печи, к снижению производства полосы.

При температуре второй промежуточной выдержки более 650°С изменяется динамика газообменных процессов по удалению из рулона продуктов возгонки и разложению эмульсии, что увеличивает вероятность ухудшения качества металла.

Температура дополнительной, то есть второй промежуточной выдержки, равной 650°С, выбрана с учетом обеспечения пребывания отжигаемого металла при температуре ниже начала рекристаллизации (для стали 08Ю это 600°С) не более 10 часов, иначе не обеспечивается получение текстуры рекристаллизации, обуславливающей высокое отношение (11-13) интенсивности компонент кристаллографической текстуры, {111}/{100} и бездефектную штамповку деталей весьма особо сложной и особо сложной вытяжки.

Содержание водорода в защитной среде выбрано в пределах 4-7%. При содержании водорода менее 4% снижается производительность отжига и появляется возможность окисления металла, а следовательно, низкое качество готовой полосы.

При содержании водорода более 7% возникает вероятность образования взрывоопасной смеси под муфелем колпаковой печи, происходят “хлопки”, выбивающие песочный затвор, что приводит к подсосу воздуха под муфель и к окислению металла, ухудшению качества поверхности полосы.

Инфильтрация защитной среды как носителя частичек сажи в газовой фазе под муфелем позволяет снижать сажеобразование на поверхности металла, локализируя этот процесс на частицах песка.

При расходе защитного газа при инфильтрации через песочный затвор менее 0,4 от расхода газа на продувку увеличивается сажеобразование на отжигаемом металле, что не обеспечивает требуемое качество готовой полосы.

Пример осуществления способа

Непрерывнолитой сляб толщиной 250 мм из стали марки 08Ю подвергли горячей прокатке до толщины 2,6 мм с температурами конца прокатки 900°С и смотки в рулон при температуре 530°С, осуществляли травление горячекатаной полосы для удаления окалины, холодную прокатку до толщины 1,0 мм при ширине полосы 1250 мм с использованием эмульсии концентрации 1,5%. Полосу после холодной прокатки сматывали в рулон массой 25 тонн, осуществляли межоперационную выдержку в течении 10 часов и помещали на стенд колпаковой печи для рекристаллизационного отжига. Нагрев рулонов в садке массой ≈100 тонн начинали после холодной продувки подмуфельного пространства защитной средой в течение 2,5 часов с расходом 20 м³/час.

Рекристаллизационный отжиг осуществляли с двумя промежуточными выдержками при температурах 580 и 650°С в процессе нагрева до температуры окончательной выдержки 690 или 710°С, удаление продуктов возгонки и разложения эмульсии производили непрерывно от начала нагрева до завершения промежуточной выдержки при температуре 650°С путем подачи защитной среды под муфель колпаковой печи, содержащей 6% водорода и 94% азота с расходом 20 м³/час, при этом осуществляли инфильтрацию защитной среды из подмуфельного пространства через песочный затвор стенда колпаковой печи непрерывно от начала холодной продувки до завершения процесса охлаждения отожженных рулонов под муфелем. Длительность непрерывной подачи защитной среды под муфель при открытом выхлопе, то есть продувки подмуфельного пространства, составила 20 часов.

При отжиге полосы с шириной 1800 мм и более в рулонах массой 30 тонн и более длительность горячей продувки подмуфельного пространства составляет 30 часов, так как продолжительность выдержек при температурах 580 и 650°С так же, как и время нагрева до температуры 650°С увеличивается с увеличением ширины полосы.

В процессе горячей продувки подмуфельного пространства до завершения выдержки при температуре 650°С контролировали изменение содержания Н₂, СО, СО₂, СН₄. По завершении процесса нагрева садку рулонов охлаждали в защитной среде под муфелем до температуры 120°С, при этом непрерывно от начала холодной продувки до завершения охлаждения осуществляют инфильтрацию защитной среды через песочный затвор с расходом 0,4 от расхода ее при горячей и холодной продувках. Затем муфель снимали и рулоны охлаждали на складе до температуры дрессировки, т.е. до 40°С. После завершения принудительного охлаждения рулонов на складе их подвергали дрессировке, не допуская нахождения охлажденных рулонов на складе более 48 часов с целью исключения коррозии поверхности полосы рулонов и гарантированного получения поверхности полосы, соответствующей критериям высокой отделки поверхности (I группа по ГОСТ 9045-93).

В процессе дрессировки оценивали качество поверхности полосы на предмет наличия или отсутствия отложений сажи, расположения этих отложений по ширине полосы, протяженность по длине полосы. Кроме того, оценивали качество отожженного металла по объему выхода I группы отделки поверхности и отсортировки его в пониженную группу отделки поверхности (в III группу по ГОСТ 9045-93), или II сорт по дефекту “излом”.

В результате использования предлагаемого способа производства холоднокатаной полосы получен металл с более высокими потребительскими характеристиками (см. таблицу).

Как видно из таблицы предлагаемый способ позволяет значительно повысить выход металла высокой отделки поверхности (I группа по ГОСТ 9045-93) и существенно снизить отсортировку металла по дефекту “сажа” и “излом” в пониженную группу отделки поверхности.

Заявляемый способ производства холоднокатаной полосы обеспечивает улучшение качества продукции, увеличение производства, снижение издержек производства, улучшение работы по заказам, т.е. увеличение прибыли и рентабельности производства.

Формула изобретения

Способ производства холоднокатаной полосы, включающий горячую прокатку, травление, холодную прокатку с эмульсией и рекристаллизационный отжиг в колпаковой печи со ступенчатым нагревом и регулированием состава защитной среды, отличающийся тем, что после холодной прокатки перед рекристаллизационным отжигом осуществляют межоперационную выдержку в течение 8-24 ч, нагрев рулонов в колпаковой печи начинают после холодной продувки подмуфельного пространства защитной средой в течение 2-3 ч, отжиг осуществляют с двумя промежуточными выдержками при температурах 580 и 650°С, удаление продуктов возгонки и разложения эмульсии производят непрерывно от начала нагрева до завершения промежуточной выдержки при температуре 650°С путем подачи защитной среды, содержащей 4-7% водорода и 93-96% азота, с расходом, равным расходу защитной среды при холодной продувке, при этом осуществляют инфильтрацию защитной среды из подмуфельного пространства через песочный затвор непрерывно от начала холодной продувки до завершения процесса охлаждения отожженных рулонов под муфелем с расходом защитной среды 0,4-0,5 от расхода последней при холодной и горячей продувках.