Способ производства горячекатаных травленых полос

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных травленых полос, предназначенных для последующего изготовления штампованных изделий. Задача изобретения - повышение потребительских свойств изделий. Заготовки из стали с содержанием углерода не более 0,12% прокатывают на широкополосном стане горячей прокатки при заданной температуре конца прокатки 850-920°С в полосу толщиной 4-10 мм. Перед смоткой горячекатаной полосы в рулон при температуре 650-710°С осуществляют ее дифференцируемое охлаждение водой. Время задержки подачи воды на поверхность полосы в зависимости от содержания углерода в стали регламентировано математическим выражением. Изобретение обеспечивает повышение процента выхода годной продукции при штамповке горячекатаного травленого металла за счет формирования на стадии горячей прокатки заданной оптимальной микроструктуры. 1 табл.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных травленых полос, предназначенных для последующего изготовления штампованных изделий.

Все большее направление получают технологии производства тонкой горячекатаной полосы, которая после удаления окалины с ее поверхности травлением применяется для изготовления штампованной продукции, минуя стадию холодной прокатки. Современная технология производства горячекатаных полос для их последующей переработки методами ОМД из низкоуглеродистых марок стали достаточно подробно описана в технической литературе (см., например, Улучшение качества горячекатаного тонколистового проката для холодной штамповки. П.Н.Смирнов, Л.Б.Файнберг, В.Г.Иванченко // Улучшение качества горячекатаной широкополосной стали. М.: «Металлургия, 1986. - С.14-18.; 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.556-618, 632). При этом основными контролируемыми величинами, помимо деформационных режимов прокатки, являются температуры конца прокатки и смотки готовой полосы в рулон. Эти параметры формируют определенную микроструктуру и, соответственно, механические свойства проката. Поэтому условия охлаждения горячекатаной полосы, используемой в дальнейшем для получения штампованных изделий, являются определяющими для получения высококачественного подката.

Известен способ получения горячекатаных полос, включающий прокатку на стане и смотку полосы в рулон. При этом после прокатки для равномерного охлаждения полосы на ее верхнюю и нижнюю поверхность подают струи воды, равномерно распределенные по всему периметру полосы (см., например, патент Японии JP 3482338 B2, 11000708 А кл.⁷ В 21 В 45/02, опубл. ИСМ, Выпуск 15 №24, 2004 г.).

Известен также способ горячей прокатки полос, включающий горячую прокатку полос на стане с одновременным регулированием их плоскостности, охлаждение полос водой перед смоткой на отводящем рольганге (см., например. Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995).

Недостатками известных способов являются отсутствие учета режима охлаждения полосы после прокатки в последней клети стана перед ее смоткой в рулон. Это затрудняет формирование заданной микроструктуры, а, следовательно, и механических свойств по длине получаемого проката, в результате чего становится невозможным дальнейшая переработка такого подката в холодноштампованную продукцию с предварительной обработкой на непрерывных травильных агрегатах (НТА).

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства горячекатаных травленых полос, включающий горячую прокатку полосы на широкополосном стане с температурой конца прокатки 800-920°С, последующую смотку горячей полосы в рулон при температуре 650-710°С, травление в непрерывно-травильных агрегатах и дальнейшую переработку в холодноштампованую продукцию (см. Теория и практика производства широкополосной стали // Тематический отраслевой сборник, №4, МинЧерМет СССР. М.: Металлургия, 1979. - С.22-26.).

Недостатком известного способа является отсутствие регламентированных режимов охлаждения полосы на отводящем рольганге перед смоткой полосы в рулон в зависимости от содержания углерода в стали. Это не позволяет обеспечить заданные механические свойства в прокате, что приводит к повышенному браку при переработке горячекатаной полосы в холодноштампованную продукцию.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение потребительских свойств указанной стали (в частности, обеспечение высокого процента выхода годной продукции при штапмовке горячекатаного травленого металла) за счет формирования на стадии горячей прокатки заданной оптимальной микроструктуры.

Поставленная задача решается тем, что в способе производства горячекатаных травленых полос, преимущественно с содержанием углерода не более 0,12% и толщиной полосы 4-10 мм, включающем горячую прокатку полосы на широкополосном стане с температурой конца прокатки 800-920°С, последующую смотку горячей полосы в рулон при температуре 650-710°С, травление в непрерывно-травильных агрегатах и дальнейшую переработку в холодноштампованую продукцию, согласно изобретению, при дифференцированном охлаждении полосы на отводящем рольганге время задержки подачи воды на ее поверхность в зависимости от содержания углерода в стали, устанавливают из выражения:

t=8,5+13,33 [С], сек,

где [С] - содержание углерода в стали, %.

Приведенная математическая зависимость для времени задержки подачи воды на полосу - эмпирическая и получена при обработке опытных данных при прокатке указанных марок стали на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК».

Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации режимов охлаждения горячекатаной полосы различной толщины перед смоткой ее в рулон, что позволяет при содержании углерода в стали не более 0,12% обеспечить получение качественного горячекатаного подката для дальнейшей переработки его в холодноштампованную продукцию.

Для осуществления предлагаемого способа предварительно определяется химический состав подката (слябовой заготовки) и назначается в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы температурно-скоростной режим горячей прокатки и смотки в рулон. При этом в зависимости от выбранной марки стали по указанной зависимости рассчитывается время задержки подачи воды на полосу после последней клети стана горячей прокатки. Затем осуществляется горячая прокатка на стане и смотка полосы в рулон. После чего производится дальнейшая переработка горячекатаной полосы в штампованную продукцию с предварительным удалением окалины с поверхности полосы травлением.

Опытную проверку заявляемого способа осуществляли на широкополосном непрерывном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Для этого при горячей прокатке различных марок стали с содержанием углерода не более 0,12% полосы толщиной 4,0...10,0 мм варьировали параметры процесса охлаждения на отводящем рольганге перед смоткой полос в рулон (при заданной температуре смотки 660-710°С). При этом определялась микроструктура и механические свойства горячекатаной полосы и оценивалось их влияние на качество и технологические возможности дальнейшей переработки в холодноштампованную продукцию с предварительным удалением окалины. Определенные математическим моделированием величины времени задержки подачи воды на полосу приведены в таблице.

Таблица
Марка стали*	Содержание углерода, [С], %	Толщина полосы, мм	Время задержки подачи воды на полосу после последней клети стана, с	σт/σв	Выход годного штапованной продукции, %
DD11	0,11	4	9,2	0,54	100
DD11	0,09	6	9,2	0,52	100
DD12	0,07	6	9,4	0,57	99
DD12	0,05	10	9,4	0,59	98
DD13	0,03	5	9,6	0,65	97
DD14	0,01	8	10,0	0,64	97
* по СТО ОАО «ММК» 238-2000, ТС 14-101-600-2004

Параметр, характеризующий механические свойства проката и определяемый отношением предела текучести к пределу прочности (σ_т/σ_в), позволяет оценить технологические возможности бездефектной переработки такого подката в холодноштампованную продукцию.

При отклонении времени задержки подачи воды от предлагаемой зависимости качественные показатели горячекатаных полос ухудшались (σ_Т/σ_В значительно увеличивалось, приближаясь к единице), что приводило к снижению выхода годного при дальнейшей переработке их в штампованную продукцию.

Таким образом, опыты подтвердили приемлемость предлагаемого технического решения.

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

Заявляемый способ может найти широкое применение для производства горячекатаного подката, используемого после дальнейшего травления для изготовления изделий методом холодной листовой штамповки.

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

Заявляемый отличительный признак, характеризующий временную зависимость задержки подачи воды на поверхность полосы при горячей прокатке указанных сталей, определен из следующего.

Наиболее значимым при производстве горячекатаной полосы, подвергающейся дальнейшей переработке путем травления и холодной штамповки, является показатель, определяемый отношением предела текучести к пределу прочности материала полосы (σ_т/σ_в). Данное отношение характеризует технологическую возможность дальнейшей переработки горячекатаной полосы в продукцию методами ОМД, в частности, с использованием операций холодной штамповки. Чем ближе указанное отношение к единице, тем менее пластичен металл и тем вероятнее появление трещин в нем при обработке давлением. Для выбранного диапазона марок стали (при содержании углерода не более 0,12%) в зависимости от конкретного хим. состава стали граничные значения механических свойств составляют: предел текучести σ_т=170-360 МПа, предел прочности σ_в=380-440 МПа. Однако необходимо учесть, что горячекатаная полоса подвергается дальнейшей обработке на непрерывно-травильных агрегатах, которые, как правило, имеют в своем составе изгибно-растяжные машины (ИРМ), дрессировочные клети, роликовые окалиноломатели, многочисленные петлевые устройства, в которых полоса подвергается пластической деформации в результате огибания многочисленных роликов малого диаметра. Поэтому происходит деформационное старение (наклеп) горячекатаной полосы при движении ее по участку травления. При этом суммарная деформация может достигать 5-9% (в зависимости от толщины полосы). Следует подчеркнуть, что даже незначительная деформация (в пределах 7%) полосы приводит к росту предела текучести на 50-130 МПа, при этом сопротивление разрыву увеличивается на 40-80 МПа. Поэтому, чтобы обеспечить после травления такой полосы возможность проведения операции штамповки без образования трещин, разрывов, необходимо, чтобы предел текучести в горячекатаной полосе не превышал значений, больших 190-210 МПа. Таким образом, возникает необходимость формирования на стадии горячей прокатки перед смоткой горячей полосы в рулон определенной микроструктуры (должен быть 1-2 балл цементита). То есть после конца горячей прокатки (t=800-920°С) до начала смотки (при t=650-710°С) необходимо обеспечить полное протекание в полосе рекристализационных процессов. При этом непосредственно сразу после прокатки в последней клети производить охлаждение полосы недопустимо из-за образования крупного цементитного зерна, разрушающего ферритную матрицу. Экспериментальные исследования влияния скорости охлаждения и времени задержки подачи воды на полосу на отводящем рольганге в зависимости от химического состава прокатываемой стали, проведенные на стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» при производстве полос толщиной 4-10 мм, позволили определить заявляемую зависимость.

Данный отличительный признак, характеризующий заявляемую временную зависимость задержки подачи воды на поверхность полосы от содержания углерода в стали при горячей прокатке, в известных технических решениях не обнаружен.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ производства горячекатаных травленых полос не следует явным образом из известного уровня техники, а, следовательно, соответствует условию патентноспособности «изобретательский уровень».

Способ производства горячекатаных травленых полос преимущественно с содержанием углерода не более 0,12% и толщиной 4-10 мм, включающий горячую прокатку полосы на широкополосном стане с температурой конца прокатки 800-920°С, последующее охлаждение водой на отводящем рольганге, смотку горячей полосы в рулон при температуре 650-710°С, травление в непрерывно-травильных агрегатах и дальнейшую переработку в холодноштапмпованую продукцию, отличающийся тем, что охлаждение полосы производят дифференцированно с подачей воды на ее поверхность на отводящем рольганге с задержкой, время которой устанавливают в соответствии с выражением

t=8,5+13,33 [С], с,

где [С] - содержание углерода в стали, %.