Способ производства проката

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения методом термомеханической обработки. Технический результат заключается в получении проката ответственного назначения с повышенными показателями прочности, текучести, ударной вязкости, хладостойкости и свариваемости. Способ производства проката включает выплавку стали определенного химического состава, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную деформацию и окончательную деформацию в интервале температур 980-730°С с суммарной степенью обжатия 65-80%, частными обжатиями 10-12% и скоростью деформации 10^-2-10 с^-1, а охлаждение проката в паузах между частными обжатиями производят со скоростью 5-30°С/с. Кроме того, производят варианты ускоренного охлаждения проката. 2 з.п. ф-лы, 3 табл..

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения методом термомеханической обработки.

Известен способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформацию в реверсивном режиме при температуре ниже температуры рекристаллизации аустенита с подстуживанием в процессе прокатки со скоростью 3-15° С, последующее охлаждение листа на воздухе до температуры не ниже A_r1+50° С и далее со скоростью 6-30° С/с до температуры (A_r1-30° С)... 500° С, а затем на спокойном воздухе до температуры окружающей среды (авт. свид. СССР №1447889, кл. С 21 D 8/00, 1987 г.).

Известен также способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации в реверсивном режиме и охлаждение проката; при этом выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод 0,05-0,15

Марганец 1,0-1,7

Кремний 0,15-0,4

Ниобий 0,01-0,04

Ванадий 0,03-0,07

Титан 0,01-0,04

Кальций 0,001-0,01

Азот 0,003-0,01

Медь 0,02-0,03

Никель 0,01-0,3

Алюминий 0,02-0,06

Сера 0,001-0,008

Железо Остальное

при соотношении Ca/S=0,05-2,0 и Ni+Ti+V≤ 0,1-0,12, аустенизацию осуществляют при температуре на 60-100° С ниже температуры растворимости нитридов титана, предварительную деформацию заканчивают при температуре А_r3+(120-180° С), подстуживают со скоростью 0,5-4,0° С/с до температуры А_r3+40-А_r3-10° С, деформируют при этой температуре и заканчивают при температуре А_r3-(20-100° С), а охлаждают со скоростью 1-4° С/с до температуры А_r3-(150-250° С) (патент РФ №2000338, кл. С 21 D 1/02, 1993 г.).

Основными недостатками известных способов производства являются недостаточная прочность, неудовлетворительные показатели текучести, относительного удлинения, ударной вязкости, хладостойкости получаемого проката, а также свариваемости.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в получении проката ответственного назначения с повышенными показателями прочности, текучести, относительного удлинения, ударной вязкости, хладостойкости и свариваемости.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства проката, включающем выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации, охлаждение проката, выплавляют сталь следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,02-0,10

Марганец 0,6-1,6

Кремний 0,1-0,4

Ниобий 0,02-0,12

Хром 0,1-0,3

Никель 0,1-0,3

Медь 0,1-0,3

Алюминий 0,01-0,1

Титан 0,005-0,05

Кальций 0,0001-0,01

Сера 0,0005-0,006

Фосфор 0,002-0,025

Железо Остальное

при соотношении Сr+Ni+Сu≤ 0,6, окончательную деформацию осуществляют в непрерывном режиме в интервале температур 980-730° С с суммарной степенью деформации 65-80%, частными обжатиями 10-12% и скоростью деформации 10^-2-10 с^-1, а охлаждение подката в паузах между частными обжатиями производят со скоростью 5-30° С/с.

Кроме того, после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение проката со скоростью 5-30° С/с до температуры 650-500° С и далее охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды.

Кроме того, после охлаждения проката до температуры 650-500° C производят его охлаждение со скоростью 5-10° С/ч до температуры окружающей среды.

Выбранные пределы содержания углерода (0,02-0,10%) в сочетании с марганцем (0,6-1,6%), хромом, никелем и медью (по 0,1-0,3% каждого) должны обеспечить получение феррито-бейнитной структуры и достижение высоких значений временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения и свариваемости. Заявленные содержания кремния (0,1-0,4%) и алюминия (0,01-0,1%) должны обеспечить необходимую чистоту стали по неметаллическим включениям. Содержание титана в заявленных пределах (0,005-0,05%) обеспечивает связывание азота в стойкие нитриды, а выбранные пределы содержаний серы (0,0005-0,006%), фосфора (0,002-0,025%) и кальция (0,0001-0,01%) - получение высоких значений ударной вязкости при отрицательных температурах. Ниобий в заявленных пределах содержания сдерживает рост зерна аустенита при нагреве, тормозит рекристаллизацию в области температур, соответствующей временной паузе между черновой и чистовой прокаткой, что способствует созданию дополнительных центров образования новой фазы (феррита) при γ → α превращении и, следовательно, измельчению зерна феррита. Кроме того, ниобий, образуя карбонитриды, способствует повышению прочностных характеристик стали благодаря дисперсионному твердению. Ограничение суммарного содержания Σ Cr+Ni+Сu величиной 0,6% способствует достижению высоких значений показателя свариваемости стали и анизотропии свойств. Заявленные режимы окончательной деформации и охлаждения в паузах между частными обжатиями, которые производят со скоростью 5-30° С/с, способствуют формированию феррито-бейнитной структуры и на их основе - повышенные показатели прочности, текучести, хладостойкости и свариваемости.

Ускоренное охлаждение проката после завершения окончательной деформации со скоростью 5-30° С/с до температуры 650-500° С с последующим охлаждением на воздухе до температуры окружающей среды способствует формированию мелкозернистой структуры и на его основе - более высокие значения показателей прочности, текучести и ударной вязкости.

Охлаждение проката после ускоренного охлаждения со скоростью 5-10° С/ч до температуры окружающей среды позволяет оптимизировать размеры упрочняющей карбонитридной фазы и на его основе достижение высоких значений показателей прочности, текучести, ударной вязкости и хладостойкости.

Пример осуществления способа производства проката.

Сталь была выплавлена в 350-тонном кислородном конверторе ОАО “ММК” и после внепечного рафинирования на агрегате “печь-ковш” разлита на МНЛЗ на слябы сечением 250× 1730 мм. Химический состав стали был следующим, мас.%:

Углерод 0,05

Марганец 1,3

Кремний 0,3

Ниобий 0,07

Хром 0,2

Никель 0,2

Медь 0,2

Алюминий 0,05

Титан 0,025

Кальций 0,005

Сера 0,003

Фосфор 0,02

Железо Остальное

при соотношении Сr+Ni+Сu=0,6. Прокатку производили на непрерывном широкополосном стане “2000”. Предварительную деформацию проводили на подкат толщиной 40 мм, а окончательную деформацию осуществляли в непрерывном режиме в интервале температур 980-800° С начала (Т_н.п) и конца прокатки с суммарной степенью обжатия 65%, частными обжатиями 10%, со скоростью деформации Е=10^-2 с^-1 и получали лист толщиной 12 мм. В паузах между частными обжатиями производили охлаждение подката водой со скоростью V_охл=5° С/с. После завершения процесса деформации проводили ускоренное охлаждение проката водой со скоростью V_у.o=5° С/с и далее охлаждали на воздухе до температуры окружающей среды. Часть проката после охлаждения до температуры Т_у.о=600° С смотали в рулон и осуществили охлаждение в рулоне со скоростью V_вкл=5° С/ч до температуры окружающей среды.

Использование предлагаемого способа производства проката по варианту 1 позволило получать стальной лист с высокими показателями механических свойств (см. табл.3), а именно: прочностью σ _в=655 Н/мм², текучестью σ _т=540 Н/мм², относительным удлинением σ ₅=24, хладостойкостью Т₉₀=-60° С, ударной вязкостью KCV^-60=240 Дж/см² и ударной вязкостью в околошовной зоне KCV^-20=90 Дж/см. В табл.1-3 приведены другие варианты 2 и 3 осуществления способа в объеме предмета изобретения и результаты полученных механических свойств проката.

По варианту №4 был произведен прокат, параметры технологии производства которого выходят за объемы предмета данного изобретения (сравнительный вариант). Как следует из данных табл.3, прокат варианта №4 по показателям относительного удлинения (σ ₅), ударной вязкости (KCV^-60), хладостойкости Т₉₀ и ударной вязкости в околошовной зоне KCV^-20 уступает показателям заявленного способа.

Таблица 1
Химический состав экспериментальных плавок
Вариант плавки	Содержание химических элементов, %
С	Mn	Si	Nb	Cr	Ni	Cu	Al	Ti	Cd	S	∑ Cr+Ni+Cu	Р
1	0,05	1,3	0,3	0,07	0,2	0,2	0,2	0,05	0,025	0,005	0,003	0,6	0,02
2	0,02	1,6	0,1	0,02	0,1	0,3	0,1	0,10	0,005	0,0001	0,0005	0,5	0,002
3	0,10	0,60	0,4	0,12	0,3	0,1	0,2	0,01	0,05	0,01	0,006	0,6	0,025
4*	0,08	1,75	0,35	0,03	0,03	0,04	0,08	0,02	0,015	-	0,007	0,15	0,021
* - сравнительный вариант
Таблица 2
Технологические режимы прокатки и охлаждения
Вариант плавки	Режимы прокатки	Частное обжатие, %	Режимы охлаждения
Тн.п, ° С	Тк.п, ° С	Е, с-1	Степень обжатия	Vохл,°C/c	Vу.o,° C/c	Tу.о, ° С	Vохл окончат., ° С/с
1	980	800	10-2	65	10	5	5	600	5
2	920	730	10-1	80	12	20	30	500	10
3	960	880	5× 10-2	72	11	30	15	650	8
4*	990	740	10-2	60	7	7	10	450	6
* - сравнительный вариант

Таблица 3
Механические свойства экспериментальных сталей
Вариант плавки	σ т, Н/мм2	σ в, Н/мм2	δ 5, %	KCV-60, Дж/см2	T90, ° С	Околошовная зона KCV-20, Дж/см2
1	540	655	24	240	-60	90
2	500	605	25	200	-70	110
3	560	700	22	225	-65	135
4*	480	560	20	68	-5	20

1. Способ производства проката, включающий выплавку стали, внепечную обработку, непрерывную разливку, аустенизацию, предварительную и окончательную деформации, охлаждение проката, отличающийся тем, что выплавляют сталь следующего химического состава при соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод 0,02÷ 0,10

Марганец 0,6÷ 1,6

Кремний 0,1÷ 0,4

Ниобий 0,02÷ 0,12

Хром 0,1÷ 0,3

Никель 0,1÷ 0,3

Медь 0,1÷ 0,3

Алюминий 0,01÷ 0,1

Титан 0,005÷ 0,05

Кальций 0,0001÷ 0,01

Сера 0,0005÷ 0,006

Фосфор 0,002÷ 0,025

Железо Остальное

при соотношении Cr+Ni+Cu≤ 0,6, окончательную деформацию осуществляют в непрерывном режиме в интервале температур 980÷ 730° С с суммарной степенью обжатия 65÷ 80%, частными обжатиями 10÷ 12% и скоростью деформации 10^-2÷10 с^-1, а охлаждение подката в паузах между частными обжатиями производят со скоростью 5÷ 30° С/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после завершения окончательной деформации проводят ускоренное охлаждение проката со скоростью 5÷ 30° С/с до температуры 650÷ 500° С и далее охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после охлаждения проката до температуры 650÷ 500° С производят его охлаждение со скоростью 5÷ 10° С/ч до температуры окружающей среды.