Способ производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали (варианты)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству листовой стали, используемой при изготовлении горячекатаных листов, предназначенных для холодного деформирования. Для обеспечения изотропных механических свойств и повышения штампуемости листа при глубокой вытяжке получают сляб из стали марки 20 или 15ЮА ковкой или прокаткой, или литьем в изложницу, или непрерывным литьем, осуществляют двукратную его прокатку после нагрева до 980-1250°С попеременно во взаимно перпендикулярных направлениях с регламентированной степенью деформации и с промежуточным охлаждением проката после первой прокатки, окончательное охлаждение и термическую обработку, при этом степень деформации вдоль и поперек оси сляба составляет 50-95%, суммарная степень продольной и поперечной деформации лежит при этом в пределах 85-98% и определена зависимостью ε_сум={1-[(100-ε_прод)(100-ε_попер)]/100²}·100%, где ε_прод - степень деформации в продольном направлении относительно оси сляба, ε_попер - степень деформации в поперечном направлении относительно оси сляба, а температура конца второй прокатки составляет 750-900°С, причем по первому варианту способа промежуточное охлаждение проката после первой прокатки ведут до температуры окружающей среды, а по второму варианту способа промежуточное охлаждение проката после первой прокатки ведут до температуры 500-600°С. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству и термической обработке листовой стали, и может быть использовано при изготовлении горячекатаных листов из малоуглеродистой и малоуглеродистой низколегированной стали, предназначенных для холодного деформирования различными способами: выдавливанием, глубокой вытяжкой и т.д.

Известен способ производства листовой стали для глубокой вытяжки, включающий горячую прокатку, ускоренное охлаждение, смотку полосы в рулон, размотку рулона, порезку его на листы и нормализацию, которую проводят в два этапа: сначала при температуре Ас₃+(30-50)°С, затем в интервале между критическими точками АС₁ и Ас₃. В результате получают металл со структурой, благоприятной для последующего холодного деформирования с глубокой вытяжкой при одновременном повышении производительности процесса термической обработки и снижении энергозатрат (патент РФ №2133284, МПК C21D 8/04, опубл. 20.07.1999 г.).

В рассмотренном способе горячей прокатки стальной полосы деформация заготовки происходит с удлинением в одном направлении - вдоль полосы, вследствие чего в малоуглеродистой и малоуглеродистой низколегированной стали формируется строчечное распределение неметаллических включений и, как правило, строчечная феррито-перлитная структура, что приводит к значительному снижению пластичности стального листа в направлении поперек прокатки.

Известен способ производства листов из низколегированной стали, включающий нагрев слябов под прокатку до 1200-1300°С, многопроходную горячую прокатку, при том, что обжатие в последнем проходе устанавливают не менее 15% при температуре конца прокатки не выше 950°С, последующий нагрев, закалку и отпуск.

Способ обеспечивает наиболее полное упрочнение стали за счет измельчения микроструктуры и двухстадийного выпадения из твердого раствора мелкодисперсных карбонитридов, создание дислокационной ячеистой структуры (патент РФ №2191833, МПК C21D 8/02, опубл. 27.10.2002 г.).

Прокатка по этому способу ведется без изменения направления прокатки относительно продольного направления сляба и поэтому не обеспечивает достижения изотропности механических свойств листа.

Наиболее близким аналогом первого и второго вариантов изобретения является способ производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающий изготовление сляба или ковкой, или горячей прокаткой, или литьем, горячую прокатку при 1250-1100°С попеременно во взаимно перпендикулярных направлениях, охлаждение, закалку и высокий отпуск, при том, что после первой прокатки сляба проводят охлаждение раската до температуры окружающей среды или до 500-600°С, после чего раскат нагревают до температуры горячей прокатки и проводят деформацию в направлении, перпендикулярном направлению первой прокатки, при этом степени горячей деформации как в продольном, так и в поперечном направлениях составляют 30-85% и связаны зависимостью 0,5≤γ≤1,5, где γ - отношение степени деформации в продольном направлении к степени деформации в поперечном направлении. Горячую прокатку ведут сначала в продольном, а затем в поперечном направлении либо сначала в поперечном, а затем в продольном направлении.

Способ направлен на получение горячекатаных листов из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали с минимальной анизотропностью механических свойств и высокой пластичностью (патент РФ №2235138, МПК С21D 9/48, опубл. 27.08.2004 г. - прототип).

Однако при изготовлении горячекатаного листа по способу, описанному в указанном изобретении при степени горячей деформации исходной заготовки в диапазоне 30-50% с окончанием прокатки при 920-980°С, рекристаллизация в малоуглеродистой, а также в малоуглеродистой низколегированной стали сопровождается недостаточным измельчением зерна и неполностью устраняет строчечную феррито-перлитную структуру. Вследствие указанных структурных особенностей горячекатаный лист характеризуется значительной анизотропией пластичности (табл.1, прототипы).

Изобретение направлено на решение задачи, состоящей в получении изотропной мелкозернистой феррито-перлитной структуры в горячекатаном листе, характеризуемой отсутствием строчечности феррито-перлитной структуры, одинаковыми размерами и равномерным распределением структурных составляющих и неметаллических включений в продольном и поперечном направлениях.

Технический результат от использования изобретения состоит в достижении изотропных механических свойств, в частности пластичности, в том числе близком друг к другу относительном удлинении образцов, вырезанных вдоль и поперек листа; при этом абсолютные значения относительного удлинения в обоих направлениях (вдоль и поперек листа) не уступают по величине относительному удлинению продольных образцов горячекатаного листа, изготовленного известными способами прокатки.

Устранение строчечности в распределении структурных составляющих и неметаллических включений в сочетании с формированием зерна феррито-перлитной структуры преимущественно 7 балла приводит к повышению штампуемости листа при глубокой вытяжке.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающем изготовление сляба, двукратную его прокатку после нагрева до 980-1250°С попеременно во взаимно перпендикулярных направлениях с регламентированной степенью деформации и с промежуточным охлаждением раската после первой прокатки до температуры окружающей среды, окончательное охлаждение и термическую обработку, согласно изобретению степень деформации вдоль и поперек оси сляба составляет 50-95%, суммарная степень продольной и поперечной деформации лежит при этом в пределах 85-98% и определена зависимостью

где ε_прод - степень деформации в продольном направлении относительно оси сляба,

ε_попер - степень деформации в поперечном направлении относительно оси сляба, а температура конца второй прокатки составляет 750-900°С.

Как вариант, указанный технический результат достигается тем, что в способе производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающем изготовление сляба, двукратную его прокатку после нагрева до 980-1250°С попеременно во взаимно перпендикулярных направлениях с регламентированной степенью деформации и с промежуточным охлаждением раската после первой прокатки до температуры 500-600°С, окончательное охлаждение и термическую обработку, согласно изобретению степень деформации вдоль и поперек оси сляба составляет 50-95%, суммарная степень продольной и поперечной деформации лежит при этом в пределах 85-98% и определена зависимостью

где ε_прод - степень деформации в продольном направлении относительно оси сляба,

ε_попер - степень деформации в поперечном направлении относительно оси сляба, а температура конца второй прокатки составляет 750-900°С.

Как в первом, так и во втором варианте способа сляб изготавливают или ковкой, или прокаткой, или литьем в изложницу, или непрерывным литьем. Прокатку ведут сначала в продольном, затем в поперечном направлении или сначала в поперечном, затем в продольном направлении. Термическую обработку проводят путем закалки с высоким отпуском, или путем нормализации, или путем нормализации с высоким отпуском, или путем отжига или высокого отпуска.

По предлагаемому способу прокатки и его варианту нагрев заготовки (сляба) перед первой и перед второй прокатками осуществляется до 980-1250°С, то есть до значений температуры, при которых прокатка малоуглеродистых и малоуглеродистых низколегированных сталей не вызывает затруднений, при этом температура окончания первой прокатки не регламентирована, поскольку последующий нагрев до 980-1250°С перед второй прокаткой таких сталей сопровождается рекристаллизацией и фазовым превращением (феррит + перлит) - аустенит, что нивелирует структурные различия в металле после окончания первой прокатки при различных температурах. При второй прокатке температура конца прокатки в указанном интервале (750-900°С) определяет параметры формирующейся при прокатке структуры - размеры (балл) зерна аустенита и, как следствие, - способствует получению мелкозернистой феррито-перлитной структуры как после горячей прокатки, так и после окончательной термической обработки.

Промежуточное охлаждение раската после первой прокатки до 500-600°С по второму варианту изобретения сопровождается завершением процессов рекристаллизации аустенита и перлитного превращения перед нагревом под вторую прокатку. Вследствие этого при нагреве под вторую прокатку происходит трансформация феррито-перлитной структуры в аустенит, сопровождающаяся выравниванием исходной структуры перед началом второй прокатки, что благоприятно действует на технический результат - получение однородной изотропной структуры в готовом листе.

Пример 1. Непрерывно-литой сляб сечением 150×400 мм из стали марки 20 нагрели до 1250°С и прокатали в продольном направлении со степенью деформации ε_прод=70%. Температура конца прокатки, Т_кп, составила 1020°С. Полученный раскат разрезали на заготовки размерами 45×400×800 мм и охладили в стопе до комнатной температуры. Заготовки после абразивной зачистки нагрели в карусельной печи до 1100°С и прокатали в поперечном направлении на листы толщиной 6,5 мм со степенью деформации, ε_попер, 84%. Температура конца второй (поперечной) прокатки 880°С. Суммарная степень деформации, ε_сум, составила 95%. Горячекатаные листы охладили на воздухе до комнатной температуры и затем провели отжиг в колпаковой муфельной печи с выдержкой при 700°С в течение 6 часов. Характеристики структуры и механические свойства листов приведены в таблице.

Пример 2. Кованый сляб сечением 140×400 мм из стали марки 20 нагрели до 1180°С и прокатали в продольном направлении со степенью деформации, ε_прод, 78%. Температура конца прокатки составила 960°С. Полученный раскат (полоса толщиной 31 мм) разрезали на заготовки (сутунки) длиной 800 мм и шириной 400 мм, сложили в стопу и охладили на воздухе до 500°С. Сутунки горячим садом загрузили в карусельную печь с раскладкой в один слой и нагрели до 1050°С. После этого сутунки прокатали в поперечном направлении (перпендикулярно к оси исходного сляба) на листы толщиной 4,5 мм со степенью деформации при второй прокатке, ε_попер, 85,5%. Температура листов в конце прокатки составила 820°С. Суммарная степень продольной и поперечной деформации, ε_сум, составила 96,8%. Листы охладили на воздухе до комнатной температуры и затем подвергли отжигу в колпаковой муфельной печи с выдержкой при 700°С в течение 6 часов. Характеристики структуры и механические свойства готовых листов приведены в таблице.

Пример 3. Горячекатаный сляб из стали марки 20 толщиной 65 мм нагрели до 1200°С и прокатали в поперечном направлении на заготовку толщиной 32,5 мм с окончанием первой прокатки при 1000°С. Степень деформации, ε_попер, при этом равнялась 50%. После охлаждения заготовки до комнатной температуры ее нагрели до 1050°С и подвергли прокатке в направлении вдоль оси исходного сляба на лист толщиной 10 мм со степенью продольной деформации, ε_прод, 69%. Температура конца второй прокатки при этом равнялась 780°С. Суммарная степень поперечной и продольной прокатки, ε_сум, составила 85%. Готовый лист отожгли при 680°С в течение 4 часов. Характеристики структуры и механические свойства листа приведены в таблице.

Пример 4. Кованый сляб из стали марки 15ЮА сечением 70×350 мм нагрели до 1160°С и прокатали в продольном направлении со степенью деформации, ε_прод, 60% на заготовку толщиной 28 мм; температура конца первой прокатки составила при этом 900°С. Полученную заготовку охладили в стопе до комнатной температуры. После абразивной зачистки заготовки нагрели до 1100°С и прокатали в направлении поперек оси исходного сляба со степенью деформации, ε_попер, 64% на готовый лист толщиной 12 мм. Температура окончания второй прокатки составила 860°С. Суммарная степень деформации продольной и поперечной прокатки, ε_сум, равна при этом 86%. Готовые листы подвергли нормализации с охлаждением на воздухе после нагрева до 970°С, а затем провели высокий отпуск при 680°С с выдержкой в течение 8 часов. Характеристики структуры и механические свойства листов приведены в таблице.

Сравнение механических свойств листов - временного сопротивления и относительного удлинения, - изготовленных по предложенному способу посредством двукратной прокатки с изменением направления прокатки при второй прокатке на 90° в случае суммарной деформации, не выходящей за пределы 85-98%, и вместе с тем при окончании прокатки в интервале 750-900°С и листов, изготовленных с меньшей суммарной деформацией от продольной и поперечной прокатки (78% для листов из стали 20 и 67,5% - стали 15ЮА), в случае окончания второй прокатки при 970 и 940°С показывает, что рекомендованные в изобретении режимы прокатки обеспечивают получение равномерной феррито-перлитной структуры 6-7 балла, при этом коэффициент анизотропии пластичности полученных листов отличается от 1 не более чем на 5%, а по режимам прототипа на 20 и 16%, при более крупном размере зерна 5-6 балла.

Марка стали	Индекс примера	Характеристики горячей прокатки	Механические свойства1)	Коэффициент анизотропии пластичности, Ка 2)	Балл зерна
Степень деформации, %	Температура конца второй прокатки, °С	Временное сопротивление, σв, кг/мм2	Относительное удлинение, δ5, %
20	1	εпрод - 70	880	41/ 43	40/40	1,0	6
		εпопер - 84
εсум - 95
20	2	εпрод - 78	820	44/42	39/40	0,98	6-7
		εпопер - 85,5
εсум - 96,8
20	3	εпрод - 50	780	39/43	40/42	0,95	7
		εпопер - 69
εсум - 85
20	прототип	εпрод - 60	970	43/41	34/28	1,2	5
		εпопер - 45
εсум - 78
15ЮА	4	εпрод - 60 εпопер - 64 εсум - 86	860	45/43	36/38	0,95	7
15ЮА	прототип	εпрод - 35 εпопер - 50 εсум - 67,5	940	44/38	37/32	1,16	5-6
Примечания: 1) - в числителе - в направлении оси исходного сляба, в знаменателе - в направлении поперек оси исходного сляба 2) - Ка=(δ5)прод/(δ5)попер

1. Способ производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающий изготовление сляба, двукратную его горячую прокатку после нагрева попеременно во взаимно перпендикулярных продольном и поперечном направлениях оси сляба с регламентированной степенью деформации и с промежуточным охлаждением проката после первой прокатки до температуры окружающей среды, окончательное охлаждение и термическую обработку, отличающийся тем, что нагрев под горячую прокатку ведут до 980-1250°С, прокатку в продольном и поперечном направлениях оси сляба осуществляют со степенью деформации, составляющей 50-95%, при этом суммарную степень деформации в продольном и поперечном направлениях устанавливают в пределах 85-98% и определяют по зависимости:

где ε_прод - степень деформации в продольном направлении относительно оси сляба,

ε_попер - степень деформации в поперечном направлении относительно оси сляба,

а температура конца второй прокатки составляет 750-900°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изготовление сляба осуществляют ковкой или прокаткой, или литьем в изложницу, или непрерывным литьем.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что прокатку ведут сначала в продольном, затем в поперечном направлении.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что прокатку ведут сначала в поперечном, затем в продольном направлении.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую обработку проводят путем закалки с высоким отпуском или путем нормализации, или путем нормализации с высоким отпуском, или путем отжига, или высокого отпуска.

6. Способ производства листового проката из малоуглеродистой или малоуглеродистой низколегированной стали, включающий изготовление сляба, двукратную его прокатку после нагрева попеременно во взаимно перпендикулярных продольном и поперечном направлениях оси сляба с регламентированной степенью деформации и с промежуточным охлаждением проката после первой прокатки до 500-600°С, окончательное охлаждение и термическую обработку, отличающийся тем, что нагрев под горячую прокатку ведут до 980-1250°С, прокатку в продольном и поперечном направлениях оси сляба осуществляют со степенью деформации, составляющей 50-95%, при этом суммарную степень деформации в продольном и поперечном направлениях устанавливают в пределах 85-98% и определяют по зависимости:

где ε_прод - степень деформации в продольном направлении относительно оси сляба,

ε_попер - степень деформации в поперечном направлении относительно оси сляба,

а температура конца второй прокатки составляет 750-900°С.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что изготовление сляба осуществляют ковкой или прокаткой, или литьем в изложницу, или непрерывным литьем.

8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что прокатку ведут сначала в продольном, затем в поперечном направлении.

9. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что прокатку ведут сначала в поперечном, затем в продольном направлении.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что термическую обработку проводят путем закалки с высоким отпуском или путем нормализации, или путем нормализации с высоким отпуском, или путем отжига или высокого отпуска.