Способ отжига холоднокатаных полос

Изобретение относится к металлургии, конкретно к термической обработке, и может быть использовано при рекристаллизационном отжиге плотно смотанных рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали в одностопных колпаковых печах с водородной защитной атмосферой. Задача изобретения состоит в сокращении длительности отжига, энергозатрат и повышении производительности процесса. Для этого продолжительность нагрева от температуры 190-210°С до температуры отжига 670-710°С и выдержки при температуре отжига устанавливают в зависимости от массы нижнего в стопе рулона по соотношениям: τ_н=(0,43-0,50)·М, τ_в=(0,44-0,52)·М, где τ_н, τ_в - продолжительность нагрева и выдержки соответственно, ч;

М - масса нижнего рулона. Способ обеспечивает повышение рентабельности отжига полос из малоуглеродистой стали на 12-20%. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к термической обработке, и может быть использовано при рекристаллизационном отжиге плотно мотанных рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали в одностопных колпаковых печах с водородной защитной атмосферой.

Известен способ термической обработки холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали, смотанных в рулоны, в одностопной колпаковой печи, включающий нагрев со скоростью 38-55°С/ч до промежуточной температуры 520-550°С, выдержку в течение 18-22 ч, повторный нагрев до температуры отжига, выдержку в течение 20-24 ч и охлаждение [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что цикл отжига имеет большую продолжительность и требует больших энергозатрат.

Известен также способ отжига стопы холоднокатаных полос в рулонах, включающий нагрев рулонов до температуры отжига, выдержку и охлаждение, по которому при холодной прокатке определяют степень обжатия полосы каждого рулона, а установку рулонов в стопу снизу вверх ведут с уменьшением степени обжатия [2].

Недостаток известного способа также состоит в том, что процесс отжига занимает много времени и требует для осуществления больших энергозатрат.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ отжига холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали в одностопной садочной газовой печи с защитной атмосферой, включающий нагрев стопы установленных друг на друга рулонов до температуры отжига 670-710°С, выдержку и последующее охлаждение [3].

Недостаток известного способа отжига состоит в следующем. Отжигу подвергают холоднокатаные рулоны различной массы. Суммарное время нагрева и выдержки стопы рулонов при температуре отжига, в течение которого расходуется энергия сжигаемого газа, устанавливают постоянным независимо от массы нижнего в стопе рулона, являющегося отстающим по нагреву, поэтому при отжиге легковесной садки оно превышает фактически необходимое. Следствием такого удлинения цикла рекристаллизационного отжига является низкая производительность процесса и перерасход топлива.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в сокращении длительности отжига и энергозатрат, повышении производительности процесса.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе отжига холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали в одностопной садочной печи, включающий нагрев стопы установленных друг на друга рулонов до температуры отжига 670-710°С, выдержку и последующее охлаждение, согласно предложению, продолжительности нагрева от температуры 190-210°С до температуры отжига и выдержки при температуре отжига устанавливают в зависимости от массы нижнего в стопе рулона по соотношениям:

τ_н=(0,43-0,50)·М,

τ_в=(0,44-0,52)·М,

где τ_н, τ_в - продолжительность нагрева и выдержки соответственно, ч;

М - масса нижнего рулона, т.

Сущность изобретения состоит в следующем. Высокие пластические свойства холоднокатаной полосы из малоуглеродистой стали достигаются в результате рекристаллизационного отжига при температуре Т₀=670-710°С. При отжиге рулонов в одностопной колпаковой печи продолжительность нагрева и выдержки должна обеспечивать полный прогрев по сечению всех рулонов садки до температуры отжига, чем обеспечиваются заданный уровень механических свойств, стабильный по длине полос. Поскольку на рекристаллизационный отжиг поступают рулоны разной массы, в существующих способах время нагрева и выдержки устанавливают постоянными, исходя из наибольшей возможной массы садки, справедливо полагая, что при меньших массах садки полный прогрев по сечению всех рулонов тем более будет достигнут.

Исследования показали, что наиболее отстающим по нагреву в одностопной садочной печи является нижний рулон. Дело усугубляется еще тем, что для большей устойчивости стопы нижним устанавливают рулон с наибольшей массой. Поэтому было предложено необходимые продолжительности нагрева и выдержки всей садки определять из условия равномерного прогрева до температуры отжига именно нижнего рулона, т.к. при этом рулоны верхних ярусов гарантированно будут прогреты до температуры отжига. Также по результатам измерения температурного поля нижнего рулона стопы было установлено, что необходимое для его полного и равномерного прогрева время нагрева от температуры T_н=190-210°С должно быть прямо пропорционально его массе с коэффициентом пропорциональности k_н=0,43-0,50, а время выдержки - также прямо пропорционально его массе, но с коэффициентом пропорциональности k_в=0,44-0,52. Следует отметить, что при указанных значениях k_н, k_в и Т_о одновременно достигается минимально возможное для всей садки время нагрева и выдержки при обеспечении заданных механических свойств холоднокатаных полос из малоутлеродистой стали за счет полного завершения процессов кристаллизации деформированной микроструктуры.

Снижение температуры отжига менее 670°С ухудшает вытяжные свойства малоуглеродистой стали: предел прочности становится выше 390 Н/мм², а относительное удлинение ниже 28%, что недопустимо. Повышение температуры отжига более 710°С увеличивает энергозатраты и приводит к свариванию витков рулонов.

Температура начала нагрева Т_н ограничена величиной 190-210°С в связи с тем, что при более низких температурах нижнего рулона нагрев садки можно вести с максимально возможной по условиям тепловой мощности печи интенсивностью за возможно минимальное время, без опасности сваривания витков и термического деформирования рулонов. При температуре Т_н ниже 190°С к моменту окончания нагрева и выдержки не будет достигнуто полного выравнивания температурного поля нижнего рулона, пластические свойства полосы ухудшатся, что недопустимо. Увеличение температуры Т_н выше 210°С приведет к увеличению полного времени нагрева и энергозатрат, снижению производительности процесса отжига.

При коэффициенте пропорциональности k_н менее 0,43 и k_в менее 0,44 из-за увеличения интенсивности нагрева происходит деформирование и сваривание витков рулонов верхних ярусов, ухудшаются механические свойства отожженных полос из малоуглеродистой стали, что недопустимо. При повышении k_н более 0,50 и k_в более 0,52 имеет место удлинение продолжительности нагрева, увеличение энергозатрат, снижение производительности процесса рекристаллизационного отжига.

Пример реализации способа

На рекристаллизационный отжиг назначают холоднокатаные полосы сечением 0,7×1450 мм из малоуглеродистой стали марки 08 пс, смотанные в плотные рулоны. Полосы после отжига должны иметь следующие механические свойства (ГОСТ 9045):σ_в=250-390 Н/мм²; δ₁₀≥28%. Для проведения отжига на стенд одностопной колпаковой печи с помощью электромостового крана устанавливают рулон массой М=23 т, который является нижним в стопе. На верхний торец рулона укладывают конвекторное кольцо и устанавливают рулон второго яруса с меньшей массой, равной 20 т. Сверху на рулон второго яруса также через конвекторное кольцо устанавливают рулон третьего яруса, масса которого равна 18 т.

Сформированную стопу закрывают муфелем, производят уплотнение стыка муфеля со стендом и заполняют подмуфельное пространством водородом.

Затем на стенд устанавливают нагревательный колпак, зажигают газовые горелки и производят разогрев садки с максимально возможной интенсивностью до температуры Т_н=200°С. Температуру нагрева контролируют по стендовой термопаре, контактирующей с торцом нижнего рулона.

Нагрев нижнего рулона от температуры Т_н=200°С до температуры отжига Т₀=690°С производят за время τ_н, составляющее:

τ_н=k_н·M=0,46·23=10,58 (ч),

т.е. со средней скоростью нагрева 46,3°С/ч, которую задают с помощью программатора.

При температуре отжига садку рулонов выдерживают в течении времени τ_в, составляющего:

τ_в=k_в·M=0,48·23=11,04 (ч).

После завершения выдержки при температуре отжига нагревательный колпак отключают, снимают со стенда и осуществляют охлаждение стопы рулонов под муфелем до температуры распаковки 90°С.

Благодаря тому что время нагрева τ_н от температуры Т_н=200°С до температуры отжига Т_о=690°С и время выдержки τ_в определены исходя из массы М нижнего рулона по предложенным соотношением, нагрев и выдержка осуществляются за минимально возможное время τ_н+τ_в=10,58 ч+11,04 ч=21,62 ч. При этом все рулоны садки к концу выдержки имеют равномерную температуру по сечению, а также приобретают высокие вытяжные свойства, равномерные по длине полос.

Минимизация τ_н и τ_в обеспечивает сокращение длительности отжига и энергозатрат до значения Q=0,47 ГДж/т, повышение производительности процесса до Р=2,0 т/ч на стенд при сохранении заданного уровня механических свойств: σ_в=320 Н/мм²; δ₁₀=36%.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице. Из таблицы следует, что в случае реализации предложенного способа (варианты №2-4, 7-9, 12-14) достигается сокращение длительности отжига и энергозатрат, повышение производительности процесса при различной массе нижнего рулона и садки. Одновременно с этим достигается требуемый уровень механических свойств отожженного металла.

При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1, 5, 8, 10, 11, 15) не обеспечиваются требуемые механические свойства металла, возрастают длительность отжига и энергозатраты, снижается производительность процесса. В случае использования способа-прототипа (вариант 16), хотя требуемые механические свойства металла достигаются, также имеют место более высокая продолжительность отжига и энергозатраты, низкая производительность процесса.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что определение продолжительности нагрева и выдержки в зависимости от массы отстающего по нагреву нижнего рулона стопы по предложенным соотношениям, при температуре отжига 670-710°С, минимизирует время нагрева и выдержки садки при температуре отжига, снижает энергозатраты и повышает производительность процесса при сохранении требуемого уровня механических свойств.

В качестве базового объекта при определении экономической эффективности предложенного технического решения принят способ-прототип. Применение предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности отжига полос из малоуглеродистой стали на 12-20%.

Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:

1. Авт. свид. СССР №1659500, МПК C 21 D 9/46, 1991 г.

2. Авт. свид. СССР №1344796, МПК C 21 D 9/663, 1987 г.

3. С.С.Гусева и др. Непрерывная термическая обработка автолистовой стали. М., Металлургия, 1979, с.18-25 - прототип.

Таблица
Режимы отжига холоднокатаных полос из стали марки 08 кп и показатели их эффективности
№ п/п	То, °С	М, т	kн	kв	τн, ч	τв, ч	τн+τв, ч	То, °С	Q, ГДж/т	Р, т/(ч·стенд)	Механические свойства
σв, МПа	δ10, %
1	180	15	0,42	0,43	6,30	6,45	12,75	660	0,45	2,0	410	26
2	190	15	0,43	0,44	6,45	6,60	13,05	670	0,49	2,1	385	29
3	200	15	0,47	0,47	7,05	7,05	14,10	700	0,50	2,0	300	35
4	210	15	0,50	0,52	7,50	7,80	15,30	710	0,51	1,9	250	38
5	220	15	0,51	0,53	7,65	7,95	15,60	720	0,61	1,4	240	27
6	180	23	0,42	0,43	9,66	9,89	19,55	660	0,45	1,9	420	24
7	190	23	0,43	0,44	9,89	10,12	20,01	670	0,46	2,1	380	35
8	200	23	0,46	0,48	10,58	11,04	21,62	690	0,47	2,0	320	36
9	210	23	0,50	0,52	11,50	11,96	23,46	710	0,48	1,9	260	38
10	220	23	0,51	0,53	11,73	12,19	23,92	715	0,61	1,5	230	27
11	180	30	0,42	0,43	12,60	12,90	25,50	665	0,45	2,5	430	22
12	190	30	0,43	0,44	12,90	13,20	26,10	670	0,43	2,2	380	30
13	200	30	0,48	0,46	14,40	13,80	28,20	680	0,45	2,2	320	36
14	210	30	0,50	0,52	15,00	15,60	30,60	710	0,47	1,9	255	37
15	220	30	0,51	0,53	15,30	15,90	31,20	720	0,61	1,6	240	28
16	-	15	-	-	12,00	36,00	48,00	690	1,34	0,6	260	32

Способ отжига холоднокатаных полос, включающий нагрев стопы установленных друг на друга рулонов до температуры отжига 670-710°С, выдержку и последующее охлаждение, отличающийся тем, что продолжительность нагрева от температуры 190-210°С до температуры отжига и продолжительность выдержки при температуре отжига устанавливают в зависимости от массы нижнего в стопе рулона по соотношениям

τ_н=(0,43-0,50)·М;

τ_в=(0,44-0,52)·М,

где τ_н, τ_в - продолжительность нагрева и выдержки соответственно, ч;

М - масса нижнего рулона, т.