Способ горячей прокатки низколегированной стали на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок

Способ предназначен для формирования в готовом прокате различной толщины одинаковых механических свойств при горячей прокатке полос для последующего изготовления изделий методом штамповки. Микролегированную карбонитридообразующими элементами сталь прокатывают на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок в полосу толщиной 2-5 мм. При этом на промежуточном рольганге после черновой группы клетей раскат охлаждают со скоростью не более 0,6°С/с, после чего осуществляют прокатку в чистовой группе клетей при температуре конца прокатки 845-880°С с последующей смоткой полосы в рулон с заданными температурами. Температурно-скоростные условия прокатки и смотки устанавливают в зависимости от конечной толщины полосы в соответствии с прочностными характеристиками, определяемыми из выражения: σ_т/σ_в<0,85, где σ_т, σ_в - предел текучести и предел прочности полосы, соответственно, МПа: для полос толщиной до 3 мм смотку осуществляют при температуре 600-630°С, а для полос толщиной более 3,0 мм - 570-630°С без водяного охлаждения на отводящем рольганге. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос преимущественно из низколегированной стали с микролегированием карбонитридообразующими элементами для последующего изготовления изделий методом штамповки.

Известны способы горячей прокатки полос, включающие горячую прокатку на широкополосном стане в черновой и чистовой группах клетей с охлаждением полос путем подачи охладителя в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, которые достаточно подробно описаны в технической литературе (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.542-580, Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995 г., Патент РФ №2120481, 1998 г.).

Недостатком известных способов является их неприемлемость для производства горячекатаных полос из низколегированной стали с микролегированием карбонитридообразующими элементами на непрерывном широкополосном стане с двумя или несколькими группами моталок, что связано со сложностью формирования заданной микроструктуры в прокате различной толщины из-за особенностей ее формирования в известных температурных интервалах.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства широких горячекатаных полос из высокоуглеродистых низколегированных марок стали, включающий прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей с температурой конца прокатки 700-800°С, охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон при температуре 500-600°С (см. А.С. СССР №1196391).

Недостатком известного способа является сложность обеспечения в готовой горячекатаной полосе различной толщины требуемых одинаковых механических свойств в условиях широкополосного стана горячей прокатки с двумя группами моталок. Это связано с неопределенностью температурно-скоростных параметров прокатки и смотки полосы в рулон в зависимости от ее конечной толщины.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение условий для формирования в готовом прокате различной толщины одинаковых механических свойств при горячей прокатке в условиях широкополосного стана с двумя группами моталок.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе горячей прокатки низколегированной стали толщиной 2-5 мм, преимущественно микролегированной карбонитридообразующими элементами, на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок, включающем прокатку металла в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, охлаждение полосы на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, согласно изобретению, на промежуточном рольганге после черновой группы клетей раскат охлаждают со скоростью не более 0,6°С/с, после чего осуществляют прокатку в чистовой группе клетей при температуре конца прокатки 845-880°С, с последующей смоткой полосы в рулон с заданными температурами, при этом температурно-скоростные условия прокатки и смотки устанавливают в зависимости от конечной толщины полосы в соответствии с прочностными характеристиками, определяемыми из выражения:

σ_т/σ_в<0,85,

где σ_т, σ_в - предел текучести и предел прочности полосы соответственно, МПа: для полос толщиной до 3 мм при температуре 600-630°С, для полос толщиной более 3,0 мм - при температуре 570-630°С.

Способ по п.1 отличается тем, что для полос толщиной до 3 мм смотку в рулон осуществляют без водяного охлаждения на отводящем рольганге.

Отличительный признак, характеризующий температурный диапазон конца горячей прокатки в интервале 845-880°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.542-580). Как и в известных технических решениях, так и в заявляемом выбранный интервал служит для формирования заданной микроструктуры. Однако, в отличие от известных решений, в заявляемом способе выбранный диапазон температур конца прокатки для указанных марок стали позволяет управлять формированием соотношения предела текучести к пределу прочности материала, которое характеризует способность полосы к дальнейшей переработке, включая холодную прокатку и последующую штамповку. Данный показатель (σ_т/σ_в) для выбранных марок стали (низколегированных микролегированных карбонитридообразующими элементами, например, сталь марки 07ГБЮА) должен быть меньше 0,85. Если σ_т/σ_в≥0,85, то штампуемость резко снижается, что приводит к снижению выхода годного. При температурах ниже 845°С горячая прокатка осуществляется в двухфазной области (диаграмма «железо-углерод»), что способствует снижению пластичности, росту предела текучести, предела прочности и, в конечном итоге, росте (выше 0,85) указанного соотношения прочностных показателей. Переработка такого подката в холоднокатаную продукцию для последующей штамповки будет затруднительна. С другой стороны, при температурах конца прокатки выше 880°С в микроструктуре формируется крупное зерно, снижается общая прочность, при этом также снижается пластичность, а предел текучести практически не изменяется, что ведет к росту показателя σ_т/σ_в выше значений 0,85.

Известен диапазон скорости охлаждения 0,8-1,5°С/с (см., например, пат. РФ №2125102, Б.И. №2, 1999). Отличительный признак, характеризующий скорость охлаждения раската на промежутке не более 0,6°С/с, в известных технических решениях не обнаружен. В заявляемых марках стали при температурах горячей прокатки микролегирующие элементы сдерживают рост зерна, обеспечивая повышение пластичности, прочности, при снижении предела текучести. Учитывая, что температура конца прокатки для различных толщин должна быть одинаковой (для обеспечения заданных механических свойств), то для того чтобы выкатать в чистовой группе широкополосного стана полосу, необходимо управлять температурой раската на промежутке между группами клетей. При этом скорость охлаждения должна быть очень низкой.

Отличительный признак, характеризующий температуру смотки полосы в зависимости от конечной толщины в диапазоне 570-630°С, не известен.

Скорость охлаждения полос при душировании до температур смотки влияет на количество и форму зерен, характер распределения перлита и цементита, выделение в структуре «избыточных фаз». Рост скорости охлаждения полосы до температуры смотки увеличивает количество зерен, приводит к их измельчению. При снижении скорости охлаждения полосы в структуре стали будут грубые выделения избыточных фаз. Этот факт, в совокупности с необходимостью обеспечения требуемого температурного режима конца прокатки, определяет температурные условия смотки в заявляемом способе. Так как необходимо сформировать в подкате различной толщины одинаковые механические свойства, учитывая особенности широкополосного стана горячей прокатки с двумя группами моталок, на котором смотку более толстого проката (для выбранных марок стали) ведут на вторую группу моталок, следовательно, необходимо исключить охлаждение водой толстой (толщиной более 3,0 мм) полосы перед смоткой в рулон.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков в известных технических решениях не обнаружена.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ горячей прокатки широких полос из низкоуглеродистых марок стали 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», имеющем 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 по заявляемому способу, была проведена опытная проверка. Для этого были прокатаны полосы из стали марки 07ГБЮА толщиной 2-5 мм, шириной 950-1315 мм.

После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана, раскат толщиной 35-40 мм, имеющий температуру 1040-1080°С, направлялся по промежуточному рольгангу в чистовую непрерывную группу клетей. Промежуточный рольганг оснащен тепловыми экранами типа «энкопанель», позволяющими управлять скоростью охлаждения на промежутке между черновой и чистовой прокаткой. После горячей прокатки в зависимости от толщины полосы осуществлялась ее смотка в рулон на соответствующую группу моталок. В дальнейшем горячекатаный прокат перерабатывался в холоднокатаную продукцию на стане 2500 холодной прокатки ОАО «ММК» для последующего изготовления изделий методом штамповки.

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялась прокатка в чистовой группе клетей на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК», охлаждение на отводящем рольганге и смотка полосы в рулон, представлены в таблице. Варьировались скорость охлаждения раската перед чистовой прокаткой, а также технологические параметры горячей прокатки и смотки полосы в рулон. При этом в качестве показателя, характеризующего механические свойства в прокате различной толщины, принималось соотношение предела текучести к пределу прочности материала σ_т/σ_в.

Таблица
Конечная толщина полосы, мм	Скорость охлаждения раската, град/с	Температура конца прокатки, Ткп, °С	Наличие охлаждения на отводящем рольганге	Номер группы моталок, на которую производится смотка	Температура смотки, Тсм, °C	σт/σв
2,0	1,0	845-875	есть	1	570-600	0,87
2,0	0,8	845-875	есть	1	600-630	0,76
2,5	1,0	855-880	есть	1	570-600	0,86
2,5	0,8	855-880	есть	1	600-630	0,85
3,0	1,0	850-880	нет	2	570-600	0,89
3,0	0,8	850-880	нет	2	600-630	0,92
4,0	1,0	850-880	нет	2	570-600	0,94
4,0	0,8	850-880	нет	2	600-630	0,88
5,0	0,8	850-880	нет	2	570-600	0,74

Как видно из таблицы, в ходе горячей прокатки на широкополосном стане с двумя группами моталок при изменении технологических параметров в заявляемом диапазоне возможно обеспечить в полосе различной толщины одинаковые механические характеристики, в частности, прочностные. Это позволяет эффективно перерабатывать такую горячекатаную полосу в холодно штампованные изделия.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что заявляемый способ горячей прокатки низколегированной стали на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Заявляемый способ может найти широкое применение для производства тонкого горячекатаного подката с регламентируемыми механическими свойствами, позволяющими перерабатывать его в холоднокатаную продукцию для последующего изготовления деталей методом штамповки.

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

1. Способ горячей прокатки низколегированной стали толщиной 2-5 мм, преимущественно микролегированной карбонитридообразующими элементами, на непрерывном широкополосном стане с двумя группами моталок, включающий прокатку металла в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, охлаждение полосы на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, отличающийся тем, что на промежуточном рольганге после черновой группы клетей раскат охлаждают со скоростью не более 0,6°С/с, после чего осуществляют прокатку в чистовой группе клетей при температуре конца прокатки 845-880°С, с последующей смоткой полосы в рулон с заданными температурами, при этом температурно-скоростные условия прокатки и смотки устанавливают в зависимости от конечной толщины полосы в соответствии с прочностными характеристиками, определяемыми из выражения

σ_т/σ_в<0,85,

где σ_т, σ_в - предел текучести и предел прочности стали соответственно, МПа, для полос толщиной до 3 мм температура смотки составляет 600-630°С, для полос толщиной более 3,0 мм - 570-630°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смотку полос толщиной до 3 мм осуществляют без водяного охлаждения на отводящем рольганге.