Способ производства горячекатаного листового проката

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к горячей прокатке толстолистовой стали на реверсивных станах, которая используется для изготовления сварных металлоконструкций. Для повышения качества горячекатаного листового проката и выхода годного способ включает нагрев слябов, последующую их многопроходную реверсивную черновую и чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки, при этом чистовую прокатку начинают при температуре 970-1050°С и завершают при температуре конца прокатки от 940 до 990°С с относительным обжатием в последнем проходе 7-15%. Сляб получают из стали, содержащей, мас.%: С=0,18-0,23; Si=0,15-0,40; Mn=1,0-1,35; V=0,02-0,04; Al=0,02-0,05; Cr≤0,3; Ni≤0,3; Cu≤0,3; S≤0,020; P≤0,020; N≤0,012; Fe - остальное. Температура конца прокатки при толщине листа 6,0-16,0 мм равна 940°С, при толщине листа 16,1-25,0 мм - 950°С, при толщине листа 25,1-40,0 мм - 980°С, при толщине листа сверх 40,0 мм равна 990°С. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к горячей прокатке толстолистовой стали на реверсивных станах, которая используется для изготовления сварных металлоконструкций.

Горячекатаный листовой прокат толщиной 6,35-51,0 мм, используемый для изготовления сварных металлоконструкций, должен отвечать следующему комплексу механических свойств (табл.1), а также обладать их стабильностью:

Таблица 1 Механические свойства горячекатаных листов (ASTM А/572)
σв, МПа	σт, МПа	δ, %	KV-30, Дж	Свариваемость
не менее 450	345-355	не менее 19	не менее 12	удовлетв.

Известен способ производства горячекатаной низколегированной толстолистовой стали, содержащей углерод, кремний, марганец, титан, медь, никель, хром, молибден, ванадий, ниобий и железо. Способ включает нагрев слябов, их черновую и чистовую реверсивную горячую прокатку, которую завершают при температуре 800-900°С. Затем прокатанные листы подвергают охлаждению [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что листы различной толщины охлаждаются с разной скоростью. Это приводит к нестабильности механических свойств листов из данной низколегированной стали, снижению качества и выхода годных листов.

Известен также способ производства толстолистовой конструкционной стали с однородной ферритной структурой. В соответствии с этим способом отливают слябы следующего химического состава, мас.%:

Углерод	не более 0,23
Марганец	не более 1,35
Фосфор	не более 0,04
Сера	не более 0,05
Кремний	не более 0,50
Ванадий	не более 0,10
Алюминий	0,02-0,06
Никель	не более 0,50
Хром	не более 0,70
Медь	не более 0,40
Железо	остальное.

Слябы нагревают до температуры 1120-1180°С, подвергают черновой прокатке с суммарным обжатием 40-60% и чистовой прокатке с суммарным обжатием 40-60%. Чистовую прокатку начинают при температуре не выше 980°С и завершают при температуре конца прокатки ниже 870°С [2].

Недостаток известного способа состоит в том, что прокатанные листы, в зависимости от толщины и конкретного содержания легирующих элементов стали, приобретают различные механические свойства. Это снижает их качество и выход годного.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства горячекатаного листового проката из низколегированной стали марки 14ХГ2САФД, включающий нагрев слябов, последующую их многопроходную реверсивную черновую и чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки, при этом чистовую прокатку завершают при температуре конца прокатки не выше 950°С с относительным обжатием в последнем проходе не менее 15% [3] - прототип.

Недостаток известного способа состоит в том, что горячекатаные листы имеют низкие вязкопластические свойства. Помимо этого, в процессе чистовой прокатки и при последующем охлаждении на воздухе листы приобретают нестабильные механические свойства, зависящие как от толщины листов, так и от конкретного химического состава каждой плавки. Это снижает качество горячекатаных листов и выход годного.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества горячекатаных листов и выхода годного.

Указанная техническая задача решается тем, что в известном способе производства горячекатаного листа из низколегированной стали, включающем получение сляба, нагрев, последующую многопроходную реверсивную черновую и чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки, согласно изобретению чистовую прокатку начинают при температуре 970-1050°С и завершают при температуре конца прокатки от 940 до 990°С с относительным обжатием в последнем проходе от 7 до 15%, причем сляб получают из стали, содержащей следующий химический состав, мас.%:

Углерод	0,18-0,23
Кремний	0,15-0,40
Марганец	1,0-1,35
Ванадий	0,02-0,04
Алюминий	0,02-0,05
Хром	не более 0,3
Никель	не более 0,3
Медь	не более 0,3
Сера	не более 0,020
Фосфор	не более 0,020
Азот	не более 0,012
Железо	остальное.

Кроме того, при получении листа толщиной 6,0-16,0 мм температура прокатки равна 940°С, при получении листа толщиной 16,1-25,0 мм температура конца прокатки равна 950°С, при получении листа толщиной 25,1-40,0 мм температура конца прокатки равна 980°С, а при получении листа толщиной более 40,0 мм температура конца прокатки равна 990°С.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Обеспечение заданных механических свойств горячекатаных толстых листов достигается одновременно как оптимизацией химического состава стали, так и режимов их последующей деформационно-термической обработки. При относительном обжатии в последнем проходе 7-15% и температуре конца прокатки, зависящей от толщины листа, в стали предложенного состава формируется аустенитная структура такого типа, что после распада переохлажденного аустенита на феррит и перлит конечная микроструктура и механические свойства стали практически не зависят от толщины листа, которая определяет скорость их охлаждения, и конкретного химического состава плавки. Благодаря этому листы в диапазоне толщин от 6,0 до 51 мм имеют заданные и равномерные механические свойства.

Экспериментально установлено, что при температуре начала чистовой прокатки ниже 970°С формируется мелкая анизотропная микроструктура аустенита и нестабильные микроструктура и свойства прокатанных листов. Это снижает качество листов и выход годного. Увеличение температуры начала чистовой прокатки более 1050°С приводит к разнобалльности микроструктуры стали, потере прочностных свойств готовых листов.

При температуре конца прокатки выше 990°С в стали предложенного состава в процессе охлаждения наблюдается неравномерный рост аустенитных зерен, что приводит к неравномерности микроструктуры в готовых листах, снижению прочности и стабильности механических свойств. Снижение температуры конца прокатки менее 940°С ухудшает пластические и вязкостные свойства листов.

При относительном обжатии от 7 до 15% в последнем проходе имеет место механическая проработка валками только поверхностных слоев толстых листов. И так как поверхность листов после прокатки охлаждается наиболее интенсивно, то результатом механической проработки поверхности является выравнивание механических свойств листов различной толщины и различного химического состава стали в заявленных пределах.

Увеличение обжатия более 15% приводит к росту прочности и неравномерности механических свойства листов толщиной 6,0-25,0 мм. Снижение обжатия в последнем проходе менее 7% не обеспечивает выравнивания механических свойств листов в диапазонах толщин 6,0-25,0 мм, что снижает качество листов и выход годного.

Углерод в стали предложенного состава определяет ее прочностные свойства. Снижение содержания углерода менее 0,18% приводит к падению прочности ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода сверх 0,23% ухудшает пластичность и вязкость стали.

Кремний раскисляет и упрочняет сталь, повышает ее упругие свойства. При содержании кремния менее 0,15% прочность стали недостаточна. Увеличение содержания кремния более 0,40% приводит к возрастанию количества силикатных неметаллических включений, охрупчивает сталь, ухудшает ее пластичность.

Марганец введен для раскисления и повышения прочности стали, связывания примесной серы в сульфиды. При содержании марганца менее 1, 0% снижается прочность стали и вязкость при отрицательных температурах, приводит к увеличению отбраковки. Повышение концентрации марганца сверх 1,35% ухудшает пластичность стали. Ванадий образуют с углеродом карбиды VC, а с азотом - нитриды VN. Мелкие нитриды и карбонитриды ванадия располагаются по границам зерен и субзерен, тормозят движение дислокации и, тем самым, упрочняют сталь. При содержании ванадия менее 0,02% его влияние недостаточно велико, свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение концентрации ванадия более 0,04% вызывает дисперсионное твердение проката и приводит к выделению на границах зерен интерметаллических соединений. Это ухудшает свойства и снижает выход годных горячекатаных полос.

Алюминий является раскисляющим и модифицирующим элементом. При содержании алюминия менее 0,02% его воздействие проявляется слабо, сталь имеет низкие механические свойства. Увеличение содержания алюминия более 0,05% приводит к графитизации стали, потере прочности и хладостойкости.

Хром, никель и медь способствуют повышению прочностных свойств и стойкости против коррозии, но при содержании каждого из этих элементов более 0,30% имеет место снижение работы удара при отрицательных температурах, что недопустимо.

Сера является вредной примесью, снижающей пластические и вязкостные свойства. При концентрации серы не более 0,020% ее вредное действие проявляется слабо и не приводит к заметному снижению механических свойств стали данного состава. В то же время более глубокая десульфурация удорожает сталь, делает ее производство нерентабельным.

Фосфор в количестве не более 0,020% целиком растворяется в α-железе, что ведет к упрочнению металлической матрицы. Однако увеличение содержания фосфора более 0,020% вызывает охрупчивание стали и снижение работы удара при отрицательных температурах.

Азот является нитридообразующим элементом, упрочняющим сталь. Однако повышение концентрации азота сверх 0,012% приводит к снижению вязкостных свойств (работы удара) при отрицательных температурах, что недопустимо.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере производят выплавку низколегированных сталей различного состава (табл.1).

Выплавленные стали разливают на МНЛЗ в слябы сечением 250×1350 мм, которые загружают в газовую методическую печь и нагревают до температуры Т_а - 1180°С. Нагретые слябы прокатывают в черновой клети кварто толстолистового реверсивного стана 2800 за 7 проходов (с разбивкой ширины) в раскаты толщиной 60 мм с одновременным охлаждением до температуры начала чистовой прокатки T_нп=1010°С.

Затем раскаты толщиной 60 мм задают в чистовую клеть кварто и прокатывают их до конечной толщины Н_л=6,0-51,0 мм. Листы всех толщин обжимают в последнем проходе на величину ε_к=7-15% при регламентированной температуре конца прокатки Т_кп от 940 до 990°С, зависящей от толщины листа Н_л.

Прокатанные листы охлаждают на воздухе, после чего от них отбирают пробы для испытания механических свойств, по наличию внутренних дефектов с помощью ультразвукового контроля и свариваемости, по результатам которых определяют выход годного Q.

В табл.2 приведены химические составы низколегированных сталей, а в табл.3 - варианты способа производства горячекатаного листового проката из сталей различных составов и показатели их эффективности.

Из табл.2 и 3 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-5, составы сталей №2-4) обеспечивается получение заданных и стабильных механических свойств горячекатаных листов толщиной от 6,0 до 51,0 мм. Выход годного при этом максимален и составляет Q=99,7-99,9%. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и 6, составы №1 и 5) уровень и стабильность механических свойств снижаются, к тому же механические свойства зависят от толщины листов. Это снижает качество листов и выход годного. Также более низкое качество и выход годных горячекатаных листов достигается при реализации способа-прототипа (вариант №7, состав стали №6).

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что одновременная оптимизация химического состава стали и деформационно-термических режимов прокатки толстых листов на реверсивном стане обеспечивает получение заданного уровня и высокой стабильности механических свойств листов различной толщины. Изменение предельного значения температуры конца прокатки Т_кп в зависимости от толщины листов Н_л и регламентированное обжатие листов в последнем проходе на ε_к=7-15% компенсирует влияние на формирование микроструктуры и механических свойств различия в скоростях охлаждения листов разной толщины. Благодаря этому повышается качество листов и выход годного.

В качестве базового объекта принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства горячекатаного листового проката из низколегированной стали для изготовления сварных металлоконструкций на 25-30%.

Литературные источники

1. Заявка Японии №2205628, МПК C21D 8/02, С22С 38/00, 1990 г.;

2. Патент США №4662950, МПК C21D 8/02, 1987 г.;

3. RU 2191833 C1, C21D 8/02, 27.10.2002. - прототип.

Таблица 2
Химический состав низколегированных сталей
№ состава	Содержание химических элементов, мас.%
С	Si	Mn	V	Al	Cr	Ni	Cu	S	Р	N	Fe
1.	0,17	0,14	0,9	0,01	0,01	0,09	0,09	0,09	0,006	0,009	0,008	Остальн.
2.	0,18	0,15	1,0	0,02	0,02	0,10	0,10	0,10	0,011	0,016	0,009
3.	0,20	0,27	1,17	0,03	0,035	0,15	0,15	0,15	0,015	0,018	0,010	-:-
4.	0,23	0,35	1,35	0,04	0,05	0,30	0,30	0,30	0,020	0,020	0,011	-:-
5.	0,24	0,36	1,36	0,05	0,06	0,40	0,40	0,40	0,021	0,021	0,012	-:-
6.	0,15	0,60	1,20	0,08	0,04	0,40	0,30	0,40	0,010	0,022	0,012	-:-
(прототип)												-:-

Таблица 3
Режимы производства листового проката и показатели их эффективности
№ варианта	№ состава	Тнп, °С	εк, %	Нл, мм	Ткп, °С	σв, МПа	σт, МПа	δ, %	KV-30, Дж	Свариваемость	Q, %
1.	1.	960	6	5,0-16,0	945	350-450	320-345	15-19	7-11	удовл.	23,4
2.	2.	970	7	6,0-16,0	940	460	350	24	18	удовл.	99,7
3.	3.	1010	10	16,1-25,0	950	460	350	25	19	удовл.	99,9
4.	4.	1030	12	25,1-40,0	980	465	350	24	18	удовл.	99,9
5.	3.	1050	15	40,1-51,0	990	460	355	24	18	удовл.	99,8
6.	5.	1060	16	51,1-60,0	1000	380-450	320-345	12-19	6-12	неудовл.	22,4
7.	6.	850	19,4	6,0-40,0	750	370-470	290-360	11-20	3-12	удовл.	20,8
(прототип)

1. Способ производства горячекатаного листа из низколегированной стали, включающий получение сляба, нагрев, последующую многопроходную реверсивную черновую и чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки, отличающийся тем, что сляб получают из стали, имеющей следующий химический состав, мас.%:

углерод	0,18-0,23
кремний	0,15-0,40
марганец	1,0-1,35
ванадий	0,02-0,04
алюминий	0,02-0,05
хром	не более 0,3
никель	не более 0,3
медь	не более 0,3
сера	не более 0,020
фосфор	не более 0,020
азот	не более 0,012
железо	остальное,

при этом чистовую прокатку начинают при температуре 970-1050°С и завершают при температуре конца прокатки от 940 до 990°С с относительным обжатием в последнем проходе от 7 до 15%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении листа толщиной 6,0-16,0 мм температура конца прокатки равна 940°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении листа толщиной 16,1-25,0 мм температура конца прокатки равна 950°С

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении листа толщиной 25,1-40,0 мм температура конца прокатки равна 980°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении листа толщиной более 40,0 мм температура конца прокатки равна 990°С.