Способ производства горячекатаных полос

Изобретение относится к прокатному производству, конкретнее к горячей прокатке полос на непрерывных широкополосных станах, и может быть использовано при изготовлении штрипсов для сварных водогазопроводных труб. Для повышения выхода годного при одновременном снижении концентрации марганца в стали способ включает нагрев слябов, горячую прокатку с температурой конца прокатки не ниже 810°С и смотку при температуре не ниже 615°С. При толщине полос 1,40-1,99 мм температуру смотки поддерживают равной 615-655°С. При толщине полос 2,00-2,80 мм температуру конца прокатки поддерживают не ниже 820°С, а температуру смотки равной 625-665°С. При толщине полос 2,81-3,99 мм температуру конца прокатки поддерживают не ниже 830°С, а температуру смотки равной 680-720°С. При толщине полос 4,00 мм и более температуру конца прокатки поддерживают не ниже 840°С, а температуру смотки равной 625-665°С. 3 табл.

 

Изобретение относится к прокатному производству, конкретнее к горячей прокатке полос на непрерывных широкополосных станах, и может быть использовано при изготовлении штрипсов для сварных водогазопроводных труб.

Полосы (штрипсы) толщиной 1,4-7,0 мм из углеродистой марганецсодержащей стали для изготовления водогазопроводных труб должны отвечать следующему комплексу механических свойств (таблица 1):

Таблица 1
Механические свойства штрипсов для водогазопроводных труб
σв, МПа	σт, МПа	δ5, %	ψ, %	НВ, ед.
350-440	200-270	не менее 32	не менее 69	не более 155

Известен также способ горячекатаных полос из стали, содержащей по массе 0,03÷0,25% углерода и 0,2÷1,0% марганца. Непрерывно литые слябы нагревают до температуры аустенитизации, прокатывают с регламентированной температурой конца прокатки, охлаждают водой до температуры 550÷750°С и сматывают в рулоны [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что полосы имеют низкую прочность и нестабильные механические свойства. Это приводит к снижению выхода годного. Кроме того, в стали допускается большое количество марганца, что увеличивает стоимость производства горячекатаных полос.

Известен способ производства горячекатаных полос из углеродистой стали, содержащей марганец. Способ включает горячую прокатку полос до конечной толщины с температурой конца прокатки Т_кп=850÷900°С, охлаждение полос водой до температуры смотки Т_см=550÷650°С и смотку полос в рулоны [2].

Недостатки известного способа состоят в том, что горячекатаные стальные полосы различной толщины имеют различные и нестабильные механические свойства, а сталь содержит избыточное количество марганца.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства горячекатаных полос, включающий нагрев слябов из углеродистой марганецсодержащей стали, их горячую прокатку с температурой конца прокатки 870÷900°С, охлаждение водой до температуры смотки 720÷750°С [3] - прототип.

Недостатки данного способа состоят в том, что стальные полосы различной толщины после охлаждения водой приобретают разные механические свойства. Это снижает выход годного, следствием чего является увеличение затрат на производство.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении выхода годного и снижении затрат на производство.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства горячекатаных полос, включающем нагрев слябов из углеродистой марганецсодержащей стали, их горячую прокатку с температурой конца прокатки не ниже 810°С, охлаждение водой и смотку полос в рулоны при температуре не ниже 615°С, согласно предложению температуру конца прокатки и смотки устанавливают в зависимости от толщины полосы в соответствии с условиями:

Т_кп≥810°С, Т_см=615-655°С для Н=1,40-1,99 мм;

Т_кп≥820°С, Т_см=625-665°С для Н=2,00-2,80 мм;

Т_кп≥830°С, Т_см=680-720°С для Н=2,81-3,99 мм;

Т_кп≥840°С, Т_см=625-655°С для Н≥4,00 мм,

где Т_кп, Т_см - температура конца прокатки и смотки полосы в рулон соответственно;

Н - толщина полосы.

Сущность предложенного способа состоит в следующем. Полосы разной толщины, прокатанные и смотанные при одних и тех же значениях температур Т_кп и Т_см, охлаждаются водой на отводящем рольганге непрерывного широкополосного стана с различной интенсивностью. В результате чего тонкие полосы приобретают прочностные характеристики выше допустимых значений, а пластические - ниже. Более толстые полосы, наоборот, вследствие замедленного охлаждения имеют недостаточно высокие прочностные характеристики. Это приводит к снижению выхода годного.

Регламентирование температур Т_кп и Т_см для полос различных толщин позволяет снизить зависимость параметров конечной микроструктуры и механических свойств от их толщины. Благодаря этому полосы всего диапазона толщин от 1,4 до 7,0 мм приобретают одинаковые заданные механические свойства. Это увеличивает выход годного и, как следствие, снижает затраты на производство.

Экспериментально установлено, что при температуре Т_кп ниже 810°С и температуре Т_см ниже 615°С в марганецсодержащей углеродистой стали формируются неравномерные зерна микроструктуры, вытянутые в направлении прокатки. Это приводит к снижению показателей относительного удлинения и сужения, уменьшению выхода годного.

Также экспериментально установлено, что заданный комплекс механических свойств горячекатаных полос толщиной 1,40-1,99 мм достигается при Т_кп≥810°С и Т_см=615-655°С. Снижение Т_см менее 615°С увеличивает прочность и снижает пластичность горячекатаных полос, что приводит к снижению выхода годного. Увеличение Т_см более 655°С приводит к формированию крупнозернистой структуры стали, снижению показателя относительного сужения ниже допустимого уровня.

При Т_кп<820°С и Т_см<625°С прочностные свойства полос толщиной 2,00-2,80 мм выше допустимого уровня, а пластические - ниже. В то же время увеличение Т_см более 665°С приводит к потере прочности и формированию нестабильных механических свойств горячекатаных полос, снижению выхода годного.

Аналогичным образом, при Т_кп<830°С и Т_см<680°С прочностные свойства полос толщиной 2,81-3,99 мм выше допустимого уровня, а пластические - ниже. В то же время увеличение Т_см более 720°С приводит к потере прочности и формированию нестабильных механических свойств горячекатаных полос, снижению выхода годного.

Для полос толщиной 4,00 мм и более снижение Т_кп менее 840°С не обеспечивает достаточно высокой интенсивности и степени упрочнения полосы при ее охлаждении водой. Увеличение Т_см более 665°С приводит к разупрочнению полос в рулонах и формированию неравномерных механических свойств по длине. Снижение Т_см менее 625°С приводит к формированию неравномерности зеренной структуры по толщине полосы. Это ухудшает показатели пластичности и относительного сужения, приводит к снижению выхода годного.

Примеры реализации способа

В методические нагревательные печи непрерывного широкополосного стана 1700 загружают литые слябы из марганецсодержащих углеродистых сталей следующих химических составов (таблица 2):

Таблица 2
Химический состав углеродистых сталей
№ состава	Содержание химических элементов, мас.%
	С	Si	Mn	Cr	S	Р	Cu	Ni	N
не более
1.	0,06	0,16	0,34	0,10	0,010	0,010	0,09	0,09	0,004
2.	0,07	0,17	0,35	0,11	0,012	0,011	0,10	0,12	0,005
3.	0,10	0,25	0,42	0,12	0,023	0,012	0,15	0,16	0,006
4.	0,14	0,37	0,50	0,15	0,040	0,020	0,20	0,20	0,010
5.	0,11	0,26	0,55	0,13	0,025	0,013	0,12	0,15	0,007
6.	0,12	0,36	0,65	0,15	0,037	0,030	0,23	0,25	0,009

Разогретый до температуры аустенитизации сляб с химическим составом №3, содержащим 0,42% марганца, прокатывают в черновых клетях до промежуточной толщины 40 мм. Затем раскат задают в 6-клетевую непрерывную чистовую группу клетей и прокатывают до конечной толщины Н=2,50 мм с температурой конца прокатки Т_кп=830°C. Прокатанную полосу транспортируют с помощью отводящего рольганга к моталками с одновременным охлаждением водой до регламентированной температуры смотки Т_см=645°С и сматывают в рулон. Прокатанная полоса имеет стабильные механические свойства, полностью соответствующие предъявляемым требованиям к штрипсам для водогазопроводных труб. Благодаря этому выход годного Q составляет 99,8%.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности представлены в таблице 3.

Из таблицы 3 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №№2-4, 7-9, 12-14, 17-19), независимо от толщины полосы, т.е. в диапазоне Н=1,4-6,0 мм, обеспечивается формирование стабильных механических свойств горячекатаных полос, которые полностью соответствуют требуемым значениям.

При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №№1, 5, 6, 10, 11, 15, 16, 20-22) уровень и стабильность механических свойств горячекатаных полос снижаются, что приводит к снижению выхода годного и увеличению затрат на производство.

В вариантах реализации способа №21 и №22 при прокатке по одним и тем же температурным режимам полос толщиной 2,00 и 6,00 мм полосы приобретают различные и нестабильные механические свойства. Это снижает выход годного. К тому же используемая сталь с составом №6 содержит до 0,65% марганца, тогда как в стали, используемой в предложенном способе (составы №2-4), концентрация марганца ограничена пределами 0,35-0,50%.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что регламентирование температур конца прокатки и смотки в зависимости от толщины горячекатаной полосы из углеродистой марганецсодержащей стали позволяет скомпенсировать влияния неодинаковой скорости охлаждения полос различных толщин, стабилизировать формирование микроструктуры. Это обеспечивает получение заданного комплекса механических свойств независимо от толщины полосы и повышение выхода годного. В результате достигается снижение затрат на производство.

В качестве базового объекта при определении технико-экономических преимуществ предложенного способа принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства горячекатаных штрипсов для водогазопроводных труб на 15-20%.

Таблица 3.
Режимы производства горячекатаных полос и их эффективность
№ варианта	№ состава	Н, мм	Tкп, °C	Тсм, °С	σв, МПа	σт, МПа	δ5, %	ψ, %	НВ, ед.	Q, %
1.	1.	1,30	800	600	440-490	270-320	28-32	55-69	155-184	60,7
2.	2.	1,40	810	615	430	260	35	75	144	99,6
3.	3.	1,70	820	635	420	250	37	76	145	99,7
4.	4.	1,99	830	655	425	240	36	78	145	99,4
5.	5.	2,00	810	610	430-480	260-320	33-34	68-70	155-157	74,8
6.	1.	1,99	810	620	439-480	250-280	34-36	65-69	154-182	76,3
7.	2.	2,00	820	625	435	250	36	73	144	99,5
8.	3.	2,50	830	645	420	250	38	76	145	99,8
9.	4.	2,80	840	665	420	240	35	77	144	99,7
10.	5.	2,82	850	670	310-360	210-290	29-34	63-70	145-155	73,9
11.	1.	2,79	820	670	439-480	250-340	27-32	62-69	151-158	75,1
12.	2.	2,81	830	680	430	250	37	74	143	99,6
13.	3.	3,45	835	700	420	250	36	75	143	99,9
14.	4.	3,99	840	720	425	240	37	74	144	99,6
15.	5.	4,20	835	730	340-360	190-230	30-35	68-72	146-149	71,4
16.	1.	3,99	830	620	370-450	200-280	28-34	66-71	145-156	75,2
17.	2.	4,00	840	625	420	250	36	74	144	99,6
18.	3.	5,50	850	645	420	240	37	78	143	99,8
19.	4.	6,00	860	665	415	240	36	78	141	99,5
20.	5.	7,50	870	670	300-350	180-200	30-36	68-71	130-139	66,7
21.	6.	2,00	900	550	450-490	260-300	26-34	60-69	154-172	68,8
22.	6.	6,00	900	550	320-360	170-210	34-37	65-72	130-145	72,9

Источники информации

1. Заявка Японии 59-229420, МПК С21D 9/46, С21D 8/02, 1984 г.

2. Грудев А.П. и др. Технология прокатного производства. М.: Металлургия, 1994 г., с.362-364.

3. Патент РФ №2177042, МПК С21D 8/04, 2001 г. - прототип.

Способ производства горячекатаных полос, включающий нагрев слябов из углеродистой марганецсодержащей стали, горячую прокатку с температурой конца прокатки не ниже 810°С, охлаждение водой и смотку полос в рулоны при температуре не ниже 615°С, отличающийся тем, что температуру конца прокатки и смотки устанавливают в зависимости от толщины полосы в соответствии с условиями:

Т_кп≥810°С, Т_см=615-655°C при Н=1,40-1,99 мм;

Т_кп≥820°С, Т_см=625-665°C при Н=2,00-2,80 мм;

Т_кп≥830°С, Т_см=680-720°С при Н=2,81-3,99 мм;

Т_кп≥840°С, Т_см=625-665°C при Н=4,00 мм,

где Т_кп - температура конца прокатки;

Т_см - температура смотки полосы в рулон;

Н - толщина полосы.