Способ производства рулонов горячекатаной трубной стали

Изобретение относится к области производства широких горячекатаных полос, преимущественно трубных марок стали с содержанием углерода не менее 11%, толщиной 8-13 мм. Задачей изобретения является обеспечение требуемых механических свойств горячекатаного проката из трубных марок стали. В способе, включающем нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, дифференцированное охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, согласно изобретению нагрев сляба под горячую прокатку осуществляют до температуры не более 1220°С. Температуру конца прокатки поддерживают в черновой группе клетей не более 1030°С, скорость прокатки раската в первой клети чистовой группы устанавливают не менее 0,7 м/с, а суммарное относительное обжатие в чистовой группе стана устанавливают не менее 70%. Температуру конца прокатки в чистовой группе клетей в зависимости от конечной толщины полосы устанавливают в диапазоне от 840 до 780°С, после чего осуществляют дифференцированное охлаждение проката на отводящем рольганге, при этом задержку подачи воды на полосу монотонно увеличивают от 14 секунд для полосы толщиной 8 мм до 20 секунд для полосы толщиной 13 мм. Температуру смотки полос устанавливают не более 610°С. Изобретение обеспечивает возможность формирования необходимого комплекса физико-механических свойств готового проката.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, преимущественно трубных марок стали.

Известен способ горячей прокатки полос, включающий горячую прокатку полос на широкополосном стане с межклетевым охлаждением и охлаждением полос водой на отводящем рольганге перед последующей смоткой в рулон (см., например, Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн. 2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991. - С.542, Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995 г.).

Недостатком известных способов является сложность обеспечения требуемого уровня механических свойств горячекатаных полос при максимальной производительности широкополосного стана горячей прокатки.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства рулонов горячекатаной трубной стали, включающий нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой группах клетей, охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон. При этом на отводящем рольганге применяют дифференцированное охлаждение поверхности полосы. Температуру полосы перед смоткой устанавливают в интервале 500-700°С (см. Патент РФ №2186641, БИ №22, 2002 г.).

Недостаток известного способа заключается в отсутствии регламентации температурного режима прокатки в черновой и чистовой группах клетей и охлаждения проката, в результате чего возникает чрезмерная неоднородность физико-механических свойств готового проката, особенно при производстве широких полос.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение требуемых механических свойств горячекатаного проката из трубных марок стали толщиной 8-13 мм в условиях широкополосного высокопроизводительного стана горячей прокатки путем регламентации температуры нагрева сляба под горячую прокатку, температурно-скоростных параметров прокатки в клетях стана, а также температурного режима при охлаждении на отводящем рольганге и смотки горячей полосы в рулон.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства рулонов горячекатаной трубной стали, преимущественно с содержанием углерода не менее 0,11% и толщиной 8-13 мм, включающем нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, дифференцированное охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, согласно изобретению нагрев сляба под горячую прокатку осуществляют до температуры не более 1220°С, температуру конца прокатки поддерживают в черновой группе клетей не более 1030°С, скорость прокатки раската в первой клети чистовой группы устанавливают не менее 0,7 м/с, а суммарное относительное обжатие в чистовой группе стана устанавливают не менее 70%, причем температуру конца прокатки в чистовой группе клетей в зависимости от конечной толщины полосы устанавливают в диапазоне от 840 до 780°С, после чего осуществляют дифференцированное охлаждение проката на отводящем рольганге, при этом задержку подачи воды на полосу монотонно увеличивают от 14 секунд для полосы толщиной 8 мм до 20 секунд для полосы толщиной 13 мм, причем температуру смотки полос устанавливают не более 610°С.

Отличительный признак, характеризующий нагрев сляба под горячую прокатку при температурах 1150-1280°С известен (см., например, Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн. 2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991. - С.557).

В заявляемом способе ограничение температурного интервала 1220°С связано с двумя обстоятельствами. Первое определяется склонностью стали к перегреву и пережогу в зависимости от содержания углерода, и для выбранного диапазона эта температура не должна превышать 1220°С. Второе обстоятельство ограничения температуры связано с тем, что при больших температурах (более 1220°С) для указанных трубных марок стали (например, прокат из стали 13Г1С-У) имеющийся в структуре карбонитрид ниобия растворяется и переходит в твердый раствор и тем самым не сдерживает рост зерен. Крупное зерно снижает пластические и вязкие свойства. Вследствие этого невозможно обеспечить в готовой горячекатаной полосе требуемые механические свойства (см. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986. - 544 С.).

Следует подчеркнуть, что низколегированные трубные стали должны хорошо свариваться. То есть не должны образовывать при сварке холодных и горячих трещин, и свойства сварного соединения (а также участков, прилегающих к нему) должны быть близкими к свойствам основного металла. Прокат из указанных марок стали, таким образом, должен обладать высокими значениями прочностных характеристик и одновременно повышенной пластичностью, вязкостью, а также сопротивлением хрупкому разрушению при температурах монтажа труб и их эксплуатации. В связи с этим вся технология получения горячекатаных полос из трубной стали должна обеспечивать следующие механические свойства: прочностные (σ_т не менее 410 МПа, σ_в не менее 540 МПа), пластические (δ₅ не менее 22%) и вязкие (KCV_-15 не менее 69 Дж/см², KCU_-60 не менее 49 Дж/см², DWTT_-15 не менее 80%).

В заявляемом техническом решении отличительный признак, характеризующий температуру конца прокатки в черновой группе клетей (не более 1030°С), связан со следующим.

В раскате, имеющем температуру более 1030°С, при прокатке в первой клети чистовой группы стана могут успеть пройти процессы рекристаллизации, т.е. сформируется крупное зерно (7-9 баллов, вместо требуемых 10-11 баллов). В результате не будет также обеспечен требуемый уровень механических свойств. С этой же целью (ограничения процесса рекристаллизации) и определена минимальная скорость прокатки раската в первой клети чистовой группы - не менее 0,7 м/с. Данная совокупность признаков в известных технических решениях не обнаружена.

Отличительный признак, характеризующий суммарное относительное обжатие в чистовой группе стана (не менее 70%), при температуре конца прокатки в чистовой группе клетей в зависимости от конечной толщины полосы в диапазоне от 840 до 780°С не известен. Данная совокупность признаков выбрана из следующих соображений.

Конечная величина зерна феррита зависит от величины зерна аустенита на момент окончания горячей прокатки. Зерно феррита в готовом прокате тем мельче, чем меньше величина аустенитного зерна в полосе на момент окончания горячей прокатки. Величина и форма аустенитного зерна зависит от скорости рекристаллизации при прокатке, которая в свою очередь, зависит от суммарной деформации в чистовой группе клетей стана, а также от скорости и температуры прокатки в чистовой группе. Величина аустенитного зерна уменьшается с увеличением суммарной деформации в чистовой группе стана.

При суммарном относительном обжатии менее 70% в чистовой группе температура перехода в хрупкое состояние будет повышаться и не обеспечит требуемых значений DWTT (см. Niobium Informasion №14, 1997 г.).

Таким образом, температуру конца прокатки необходимо принимать такой, чтобы обеспечить формирование микроструктуры в однофазной (аустенитной) области кристаллизации стали. Кроме того, как известно (см. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986. - 544 С.), при высоких температурах идут процессы собирательной и вторичной рекристаллизации, в результате чего в структуре металла образуется крупное зерно. Мелкозернистая структура, обеспечивающая требуемый комплекс механических свойств, образуется при первичной рекристаллизации (0,4-0,5 температуры плавления). Для выбранных марок стали температура конца прокатки, таким образом, должна быть в диапазоне от 840 до 780°С.

Осуществление дифференцированного охлаждения проката на отводящем рольганге известно. Известна также задержка подачи воды на полосу на отводящем рольганге (см., например, Патент РФ №2186641, БИ №22, 2002 г.). Однако монотонное увеличение длительности задержки подачи воды на поверхность проката от 14 секунд для полосы толщиной 8 мм до 20 секунд для полосы толщиной 13 мм не обнаружено в известных технических решениях. Температура начала душирования определяет размеры, форму, распределение участков перлита, а также характер зерен феррита. Душирование полосы сразу после прокатки стали с однофазной структурой приводит к тому, что времени для необходимого обогащения аустенита углеродом недостаточно, и перлит в структуре металла отсутствует. Охлаждение прокатанного металла на воздухе (т.е. задержка начала душирования водой) ведет к образованию по границам зерен феррита мелкодисперсного перлита, что приводит к увеличению пластических характеристик готового проката при высоких прочностных свойствах. Начиная душирование с температуры около 700°С (что будет соответствовать для выбранных температурно-скоростных режимов прокатки диапазону 14-20 секунд) происходит повышение предела текучести (σ_т), твердости (HRC), временного сопротивления разрыву (σ_в) и достижению требуемого повышенного относительного удлинения (δ₅). Это связано с тем, что при выбранных температурно-скоростных режимах заканчиваются полиморфные превращения γ-Fe в α-Fe и, следовательно, в условиях объемно-центрированной решетки железа формируются механические свойства с высокими прочностными и повышенными пластическими и вязкими характеристиками. По этим причинам температурный порог в пределах около 700°С является оптимальным для начала ускоренного охлаждения (душирования) полосы на отводящем рольганге. Именно этим и определяется время задержки начала душирования поверхности полосы. Практика показывает, что средняя скорость охлаждения движущейся широкой полосы на воздухе составляет 4-10°С/сек (в зависимости от толщины проката - более толстый прокат остывает медленнее). Поэтому, учитывая, что температура конца прокатки выбрана в диапазоне 840-780°С, время задержки подачи воды на полосу составит:

840(780)-700°С=140(80)°С,

140(80)°С:10(4)°С/сек=14 (20) сек.

Указанное время задержки подачи воды на полосу позволит, таким образом, обеспечить требуемую микроструктуру стали, а значит, сформировать необходимый комплекс физико-механических свойств готового проката.

Температура смотки полос менее 610°С известна (см., например, Патент РФ №2186641, БИ №22, 2002 г.). Однако в известных технических решениях температурный интервал расширен, как правило, диапазоном 500-700°С. Температурный интервал смотки определяется требованиями получения равномерного равноосного зерна феррита. В заявляемом же способе расширение температурного интервала до известного уровня недопустим и поэтому сужен. Температура смотки для выбранных согласно заявляемому способу марок стали должна быть не более температуры 610°С. При температуре смотки выше указанной образуется крупнозернистая структура с неравномерным зерном, включая крупное. Кроме того, при повышенных температурах наблюдается дисперсионное упрочнение, так как при данных температурах происходит распад пересыщенного твердого раствора и выделяется карбонитрид ниобия. Это уменьшает вязкие характеристики проката.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ горячей прокатки полос не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

На широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» прокатывают полосу из стали марки 13Г1С-У размером 8 Х 1720 мм.

Сляб, нагретый до требуемой температуры 1200°С, поступает на широкополосный стан горячей прокатки, имеющий в своем составе черновую непрерывную группу клетей, промежуточный рольганг, чистовой окалиноломатель, чистовую непрерывную группу клетей с устройствами межклетевого охлаждения, а также отводящий рольганг с охлаждающими секциями и две группы моталок. После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана раскат толщиной 35 мм, имеющий температуру 990-1030°С, направляется по промежуточному рольгангу в чистовую непрерывную группу клетей. Чистовая группа клетей стана имеет в своем составе семь рабочих клетей. Причем прокатку в первой клети чистовой группы стана ведут со скоростью 0,85 м/с. Скоростной режим прокатки выбирают с таким учетом, чтобы при суммарном относительном обжатии в чистовой группе стана ε=77% обеспечить температуру конца прокатки полосы в последнем чистовом проходе группы в диапазоне 800-840°С. После этого прокат по отводящему рольгангу направляется к моталкам второй группы. На отводящем рольганге осуществляют дифференцированное охлаждение поверхности полосы водой сверху и снизу секциями дущирующего устройства. При этом осуществляют задержку подачи воды на полосу на 14 сек, что обеспечивает температуру смотки полосы в диапазоне 570-610°С.

Заявляемая технология производства рулонов на примере горячей прокатки стали марки 13Г1С-У обеспечивает получение следующих механических свойств: σ_в=560-620 МПа, σ_т=450-500 МПа, δ₅≈25-27%, ударная вязкость: KCU_-60 - 80-110 Дж/см², KCV_-15 80-95 Дж/см², DWTT₁₅ 100%.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Заявляемый способ может найти широкое применение на широкополосных станах горячей прокатки при производстве полос из трубных марок стали с требуемыми регламентируемыми физико-механическими свойствами горячекатаного проката.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Способ производства рулонов горячекатаной трубной стали преимущественно с содержанием углерода не менее 0,11% и толщиной 8-13 мм, включающий нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, дифференцированное охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устойства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, отличающийся тем, что нагрев сляба под горячую прокатку осуществляют до температуры не более 1220^оС, температуру конца прокатки поддерживают в черновой группе клетей не более 1030^оС, скорость прокатки раската в первой клети чистовой группы устанавливают не менее 0,7 м/с, а суммарное относительное обжатие в чистовой группе стана устанавливают не менее 70%, причем температуру конца прокатки в чистовой группе клетей в зависимости от конечной толщины полосы устанавливают в диапазоне от 840 до 780^оС, после чего осуществляют дифференцированное охлаждение проката на отводящем рольганге, при этом задержку подачи воды на полосу монотонно увеличивают от 14 с для полосы толщиной 8 мм до 20 с для полосы толщиной 13 мм, причем температуру смотки полос устанавливают не более 610^оС.