Способ производства рулонов горячекатаной трубной стали

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, преимущественно трубных марок стали с содержанием углерода 0,07-0,12% с микролегированием ниобием и толщиной 8-12 мм. Задачей изобретения является обеспечение требуемых механических, в частности, вязких свойств горячекатаного проката из трубных марок стали толщиной 8-12 мм. В соответствии с изобретением, нагрев сляба под горячую прокатку производят до температуры не более 1200°С. Проводят прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, дифференцированное охлаждение полосы с последующей смоткой в рулон. Температуру конца прокатки поддерживают в черновой группе клетей в зависимости от конечной толщины полосы в диапазоне 990-1030°С или 960-1000°С. Температуру конца прокатки в чистовой группе клетей устанавливают в интервале 800-840°С. Дифференцированное переменное охлаждение проката проводят при условии, что на концевых участках полосы, длиной 7-12% от ее длины, уменьшают интенсивность охлаждения на 16-25% по отношению к центральной части. Температуру смотки полос устанавливают в диапазоне 570-610°С. Изобретение обеспечивает возможность получения изделий с заданным комплексом физико-механических, в особенности, вязких, свойств.

 

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 стане горячей прокатки с межклетевым охлаждением, а также охлаждением полос водой на отводящем рольганге с 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.).

Недостатками известных способов является сложность обеспечения заданного уровня физико-механических свойств горячекатаных полос при горячей прокатке с максимальной производительностью на широкополосном стане.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства рулонов горячекатаной трубной стали, включающий нагрев сляба, его прокатку в черновой и чистовой группах клетей с охлаждением полосы водой на отводящем рольганге и смотку полосы 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 четкой регламентации температурных параметров процесса горячей прокатки и смотки в зависимости от конечной толщины готовой полосы, 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, в частности, вязких свойств горячекатаного проката из трубных марок стали толщиной 8-12 мм в условиях широкополосного высокопроизводительного стана горячей прокатки, путем жесткой регламентации температурного режима прокатки полосы в черновой и чистовой группе клетей, дифференцированного переменного охлаждения проката по его длине на отводящем рольганге и температурного режима смотки горячей полосы в рулон.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства рулонов горячекатаной трубной стали, преимущественно с содержанием углерода 0,07-0,12% с микролегированием ниобием и толщиной 8-12 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 1200°С, температуру конца прокатки поддерживают в черновой группе клетей в зависимости от конечной толщины полосы в диапазоне 990-1030°С - для полосы толщиной 8-10 мм и в диапазоне 960-1000°С - для полосы толщиной более 10-12 мм, причем, температуру конца прокатки в чистовой группе клетей устанавливают в диапазоне от 800 до 840°С, после чего, осуществляют дифференцированное переменное охлаждение проката по его длине на отводящем рольганге, причем, на концевых участках полосы длиной 7-12% от ее длины в зависимости от конечной толщины полосы уменьшают интенсивность охлаждения на 16-25% по отношению к центральной части, при этом температуру смотки полос устанавливают в диапазоне 570-610°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 1200°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 1200°С. Второе обстоятельство ограничения температуры связано с тем, что при больших температурах (более 1200°С) для указанных трубных марок стали (например, прокат из стали 09ГСФ) 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 требуемых механических свойств (см., например, 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 365 МПа, σ_В не менее 510 МПа), пластические (δ₅ не менее 20%) и вязкие (KCV_-40 не менее 59 Дж/см², KCU_-60 не менее 59 Дж/см², DWTT_-20 не менее 80%).

В заявляемом техническом решении отличительный признак, характеризующий температуру конца прокатки в черновой группе клетей в зависимости от конечной толщины полосы, связан со следующим.

В раскате, имеющем температуру более 1030°С для полосы толщиной 8-10 мм и температуру более 1000°С - для полосы толщиной более 10-12 мм, 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. Нижняя граница температурного диапазона конца прокатки в черновой группе клетей в зависимости от толщины раската связана с возможностью обеспечения конца прокатки в заданном температурном интервале 800-840°С. Данный интервал температур конца прокатки, в свою очередь, необходимо принимать, 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)Т_{плавления}. Для выбранных марок стали температура конца прокатки, таким образом, должна быть в диапазоне от 800 до 840°С. Также, в случае отсутствия жесткой регламентации температур конца прокатки в черновой группе клетей в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы микроструктура стали будет разнобалльной, что существенно повлияет на разброс механических и, в частности, вязких свойств.

Кроме того, для выбранных марок стали, как известно, при заданных режимах суммарных обжатий в чистовой группе, которые обычно для указанных толщин составляют 70-80%, лимитируется температура перехода в хрупкое состояние (она будет повышаться), что не обеспечит требуемых значений DWTT (см., например, Niobium Informasion, №14, 1997).

Указанная совокупность признаков в известных технических решениях не обнаружена.

Осуществление дифференцированного охлаждения проката на отводящем рольганге известно (см., например, Патент РФ №2186641, БИ №22, 2002 г.). Однако дифференцированное переменное охлаждение проката по его длине на отводящем рольганге с уменьшением интенсивности охлаждения на 16-25% в районе концевых участков полосы, длиной 7-12% от ее длины в зависимости от конечной толщины полосы в известных технических решениях не обнаружено.

Такая совокупность признаков выбрана из соображений обеспечения в смотанном рулоне одинаковой по его объему температуре. Как известно из физических соображений (отвод тепла), концевые участки охлаждаются быстрее. Поэтому для выбранного диапазона конечных толщин полосы заявляемый интервал соотношения длины концевых участков к суммарной длине и интенсивность охлаждения являются оптимальными для обеспечения заданной одинаковой по объему температуры рулона при смотке 570-610°С.

Температура смотки полос в диапазоне 570-610°С известна (см., например, прототип, Патент РФ №2186641). 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 в интервале 570-610°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 09ГСФ 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 душирующего устройства. При этом осуществляют управляемое переменное охлаждение полосы водой по ее длине. Причем, при выбранном температурно-скоростном режиме прокатки в чистовой группе клетей, осуществляют отсечку подачи воды на концевые участки полосы на длине 9% от суммарной длины полосы. Это, с одной стороны, обеспечивает температуру смотки полосы в диапазоне 570-610°, а, с другой стороны - выравнивает температуру рулона, что позволяет получить заданный комплекс физико-механических, особенно, вязких свойств.

Заявляемая технология производства рулонов на примере горячей прокатки стали марки 09ГСФ обеспечивает получение следующих механических свойств: σ_В=540-600 МПа, σ_Т=400-480 МПа, δ₅ ≈23-26%, ударная вязкость: KCU_-60 - 80-110 Дж/см², KCV_-40 80-95 Дж/см², DWTT_-20 100%.

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 0,07-0,12% с микролегированием ниобием и толщиной 8-12 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 устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, отличающийся тем, что нагрев сляба под горячую прокатку осуществляют до температуры не более 1200°С, температуру конца прокатки поддерживают в черновой группе клетей в зависимости от конечной толщины полосы в диапазоне 990-1030°С - для полосы толщиной 8-10 мм, и в диапазоне 960-1000°С - для полосы толщиной свыше 10 мм до 12 мм, причем температуру конца прокатки в чистовой группе клетей устанавливают в диапазоне от 800 до 840°С, после чего осуществляют дифференцированное переменное охлаждение проката по его длине на отводящем рольганге, причем на концевых участках полосы длиной 7-12% от ее длины в зависимости от конечной толщины полосы уменьшают интенсивность охлаждения на 16-25% по отношению к центральной части, при этом температуру смотки полос устанавливают в диапазоне 570-610°С.