Способ производства проката из углеродистых и низколегированных сталей

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве листового и профильного проката. Технический результат изобретения состоит в экономии марганца при одновременном обеспечении прочностных свойств проката. Способ включает выплавку стали с контролируемым содержанием марганца в заданном диапазоне и с примесями хрома, никеля и меди, разливку и горячую прокатку, при этом содержание марганца в стали устанавливают по соотношению: Mn=Mn₃-(0,3·Cr+0,5·Ni+0,7·Cu), где Mn, Cr, Ni, Cu - содержание в стали марганца, хрома, никеля и меди в мас.%; Mn₃ - заданное содержание марганца в стали, но не менее 0,12%. 1 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве листового и профильного проката из углеродистых (рядовых, конструкционных, качественных) и низколегированных марок сталей.

Известен способ производства листового проката из конструкционной стали марки 08 пс. Способ включает выплавку стали с контролируемым содержанием марганца в пределах Mn=0,20÷0,40% и примесями: Cr≤0,01%, Ni≤0,25%, Cu≤0,25%. Марганец вводят в сталь при выплавке в виде ферромарганца для ее рафинирования (раскисления, связывания примесной серы) и упрочнения.

Выплавленную сталь разливают в слябы, которые затем нагревают и прокатывают в полосы на непрерывном широкополосном стане [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что марганец вводят в сталь без учета ее упрочнения хромом, никелем и медью, находящихся в ее составе в виде примесей. Это приводит к перерасходу марганца.

Известен также способ производства низкоуглеродистой листовой стали, включающий выплавку стали, горячую прокатку листа, отжиг. В процессе выплавки стали содержание в ней марганца Mn и углерода С определяют по следующим формулам:

Mn=(0,14÷0,18)+1,72·S,%,

С=(0,14÷0,16)-0,5·Mn,%,

где S - содержание серы в стали (%), для категории вытяжки ВОСВ - 0,006≤S≤0,025 [2].

Указанный способ также не учитывает упрочняющего влияния на свойства готовой листовой стали хрома, никеля и меди, которые всегда присутствуют в стали в виде примесей. Это приводит к перерасходу марганца.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаной изотропной электротехнической стали, включающий выплавку стали в конверторе с контролируемым содержанием марганца в заданном диапазоне и с примесями хрома, никеля и меди, разливку, горячую прокатку, нормализацию и однократную холодную прокатку на конечную толщину. При этом содержание в стали хрома, никеля и меди не превышает 0,2% по массе каждого, а содержание марганца при выплавке стали обеспечивают исходя из следующего соотношения:

Mn=1,0+10^-1Si-10³·S·C±0,05%,

где Mn, Si, S, С - концентрация марганца, кремния, серы и углерода, мас.% [3] - прототип.

Недостаток известного способа состоит в том, что в нем не учитывается упрочняющее влияние на механические свойства готового проката хрома, никеля и меди, всегда присутствующих в виде примесей в сталях промышленного производства. Это приводит к увеличению расхода марганца при выплавке углеродистой и низколегированной стали.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в экономии марганца при одновременном обеспечении прочностных свойств проката.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства проката из углеродистых и низколегированных сталей, включающем выплавку стали, подачу стали в ковш с введением контролируемого содержания марганца в заданном диапазоне и примесей хрома, никеля и меди, разливку стали в слитки, горячую прокатку, согласно изобретению количество марганца, вводимого в ковш, устанавливают по соотношению, мас.%:

Mn=Mn₃-(0,3·Cr+0,5·Ni+0,7-Cu), при условии, что количество марганца составляет не менее 0,12, где:

Mn₃ - среднее заданное количество марганца в стали требуемого состава.

Сущность изобретения состоит в следующем. Марганец вводят в сталь как для ее раскисления, так и для повышения прочностных свойств проката. Примеси в стали хрома, никеля и меди также способствуют повышению прочностных свойств проката. Упрочняющее воздействие хрома, никеля и меди определяется выражением (0,3·Cr+0,5·Ni+0,7·Cu), представляющим из себя марганцевый эквивалент упрочнения стали примесями, и численно равно количеству марганца, которое может быть сэкономлено. Поэтому количество марганца, которое идет на упрочнение стали, можно уменьшить на величину марганцевого эквивалента при сохранении прочностных свойств проката в заданном диапазоне.

Потребители проката из углеродистых и низколегированных сталей могут регламентировать одновременно содержание марганца (химический состав стали) и прочностные свойства проката либо только его прочностные свойства.

Для экономии марганца всегда необходимо иметь его содержание близким к нижнему пределу с учетом упрочнения стали, привносимого примесями хрома, никеля и меди. Поэтому вводимое в сталь количество марганца (с учетом реально достигаемой в промышленных условиях точности получения заданного химического состава) устанавливают из соотношения:

Mn=Mn₃-(0,3·Cr+0,5·Ni+0,7·Cu).

Минимальное содержание марганца установлено равным 0,12% по массе и необходимо для полного раскисления расплава стали и связывания серы в сульфиды.

Выражение (0,3·Cr+0,5·Ni+0,7·Cu) для определения марганцевого эквивалента упрочнения стали примесями определено методами статистической обработки (регрессионный анализ) результатов производства проката из углеродистых и низколегированных сталей. В расчет было принято более 600 плавок с различным химическим составом.

Также экспериментально установлено, что при содержании Mn менее 0,12% по массе свойства проката ухудшаются вследствие окисленности стали и наличия несвязной серы.

Примеры реализации способа.

1. В соответствии с ГОСТ 380 сталь марки Ст3сп должна иметь следующий химический состав (таблица 1):

Таблица 1
Содержание химических элементов, мас.%
С	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Cu	Fe
не более
0,14-0,22	0,4-0,65	0,12-0,3	0,04	0,05	0,30	0,30	0,030	остальн.

Горячекатаные листы толщиной до 3,9 мм из стали Ст3сп по ГОСТ 16523 обладают временным сопротивлением разрыву σ_в=370÷480 МПа при относительном удлинении δ₅≥22%.

Сталь Ст3сп выплавляют в кислородном конверторе емкостью 300 т с применением передельного чугуна и стального лома (в сумме 99% по массе). Неметаллическую часть шихты составляют известь, плавиковый шпат, окатыши (железная руда).

Выплавленную сталь сливают в ковш, производят отбор пробы и определение химического состава стали методом спектрального анализа. Устанавливают, что из чугуна и металлического лома в сталь перешло по массе: 0,2% Cr, 0,25% Ni, 0,20% Cu.

С использованием полученных результатов определяют процентное количество марганца, которое можно сэкономить при сохранении прочностных свойств проката:

(0,3·Cr+0,5·Ni+0,7·Cu)=0,3×0,2%+0,5×0,25%+0,7×0,20%=0,325%

По условиям получения требуемого состава стали марки Ст3сп в кислородном конверторе в качестве заданного количества марганца, вводимого в ковш, принимают среднее по таблице и составляющее Mn₃=0,525%. Но поскольку сталь содержит упрочняющие примеси хрома, никеля и меди, для получения равнопрочного листового проката фактическое количество марганца Mn составляет:

Mn=Mn₃-(0,3·Cr+0,5·Ni+0,7·Cu)=0,525%-0,325%=0,20%.

Таким образом, экономия марганца на 0,325% при пересчете на плавку массой 300000 кг составляет 975 кг, что соответствует экономии 75%-го ферромарганца в количестве 1300 кг.

Для раскисления и легирования расплава в ковш добавляют 800 кг 75%-го ферромарганца, содержащего 600 кг марганца (Mn=0,20% от массы расплава), а также ферросилиций. Сталь разливают на МНЛЗ в слябы сечением 250×1320 мм. Непрерывно литые слябы нагревают до температуры 1250°С и прокатывают на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 3,0 мм, которые охлаждают на отводящем рольганге водой до температуры 580°С и сматывают в рулоны.

Полученный горячекатаный листовой прокат имеет показатель прочности σ_в=415 МПа и относительное удлинение δ₅=28%, что полностью соответствует требованиям ГОСТ 15623.

2. Все те же операции, что и в примере 1, только по результатам анализа расплава в ковше получено следующее содержание примесных элементов: Cr=0,3%, Ni=0,3%, Cu=0,3%. В этом случае рассчитанное количество марганца составит:

Mn=0,525%-(0,3×0,3+0,5×0,3+0,7×0,3)=0,075%<0,12%.

Поскольку рассчитанное количество марганца оказалось меньше минимально допустимого, то для полного раскисления расплава и связывания серы в сульфиды принимает Mn=0,12%.

Готовый горячекатаный листовой прокат характеризуется следующими механическими свойствами: σ_в=460 МПа, δ₅=25%.

3. Все те же операции, что и в примере 2, только в расплав, находящийся в ковше, вводят рассчитанное количество марганца Mn=0,075% (вместо необходимых для раскисления стали 0,12%). Из-за остаточной окисленности стали и наличия в ней эндогенных неметаллических включений, прочностные и пластические свойства горячекатаных полос ниже допустимых значений: σ_в=360 МПа,δ₅=18%.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что полное использование резерва прочности, сообщаемого стали примесями хрома, никеля и меди, позволяет экономить в среднем 0,12% ферромарганца, используемого в производстве сталей массового назначения при одновременном обеспечении требуемых механических свойств проката.

В качестве базового объекта принята существующая технология производства проката из углеродистых и низколегированных сталей в ОАО "Северсталь". Использование изобретения обеспечит повышение рентабельности производства листового и сортового проката.

Источники информации

1. М.А.Беняковский и др. Производство автомобильного листа. М.: Металлургия, 1979 г., стр.12, 36, 78-79.

2. Патент РФ №2031962, МПК С21С 5/28, С21D 9/48, 1995 г.

3. Патент РФ №2039088, МПК С21С 5/28, 1995 г. - прототип.

Способ производства проката из углеродистых и низколегированных сталей, включающий выплавку стали, подачу стали в ковш с введением контролируемого в заданном диапазоне количества марганца и примесей хрома, никеля и меди, разливку стали в слитки, горячую прокатку, отличающийся тем, что количество марганца, вводимого в ковш, устанавливают по соотношению, мас.%:

Mn=Mn₃-(0,3·Cr+0,5·Ni+0,7·Cu)

при условии, что количество марганца составляет не менее 0,12 мас.%,

где Mn₃ - среднее заданное количество марганца в стали требуемого состава.