Способ производства горячекатаных полос

Изобретение предназначено для снижения затрат при производстве полос конструкционного назначения из углеродистых сталей на непрерывных широкополосных станах. Способ включает нагрев слябов, черновую прокатку, чистовую прокатку полос до конечной толщины с регламентированными температурами конца прокатки и смотки, охлаждение водой до температуры смотки и смотку в рулоны. Стабильность механических свойств и экономия легирующих материалов обеспечивается за счет того, что температуры конца прокатки и смотки регламентированы конечной толщиной полосы, а сталь имеет следующий химический состав, мас.%: 0,14-0,18 C, не более 0,15 Si, 0,40-0,55 Mn, 0,01-0,05 А1, остальное - Fe и примеси. 4 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении на непрерывных широкополосных станах полос толщиной 1,50-6,00 мм конструкционного назначения из углеродистых сталей.

Горячекатаный полосовой прокат конструкционного назначения их углеродистых сталей должен удовлетворять следующему комплексу механических свойств (табл.1):

Таблица 1.

Механические свойства горячекатаных полос (ТУ 11-1-3579)

в, МПа	т, МПа	4, %	Изгиб на 180°
Не менее 370	не менее 245	не менее 30	выдержив. без надрывов и трещин

Известен способ горячей прокатки полос из конструкционной углеродистой стали марки Ст3сп, включающий нагрев слябов, черновую прокатку на толщину 15-36 мм, чистовую прокатку полос за 6-7 проходов до конечной толщины 1,2-8,0 мм с температурой конца прокатки 840-920°С, охлаждение водой до температуры смотки 550-650°С и смотку полос в рулоны [1]. Конструкционная углеродистая сталь марки Ст3сп (ГОСТ 380) содержит по массе 0,40-0,65% марганца.

Недостатки известного способа состоят в том, что полосы разных толщин, прокатанные по одним и тем же режимам, имеют различные механические свойства. Это приводит к повышенной отбраковке металлопродукции и увеличению затрат на производство. Кроме того, повышенное содержание марганца в стали дополнительно увеличивает эти затраты.

Известен также способ производства горячекатаных полос из углеродистой стали марки 08Ю, включающий нагрев слябов до температуры 1250°С и прокатку на непрерывном широкополосном стане в полосы заданной толщины с температурой конца прокатки 870-900°С.Прокатанные полосы охлаждают водой до температуры 720-750°С и сматывают в рулоны [2]. Конструкционная сталь марки 08Ю содержит в своем составе по массе 0,25-0,45% марганца и 0,02-0,08% алюминия (ГОСТ 4041).

Данный способ также требует увеличенных затрат на производство, т.к. полосы разных толщин, прокатанные с одной и той же температурой смотки, охлаждаются водой, подаваемой на их нижние стороны, с различными скоростями. Это приводит к увеличению отбраковки готовой продукции по механическим свойствам. Помимо этого повышенное содержание марганца и алюминия в стали марки 08Ю увеличивает затраты на легирование.

Наиболее близким аналогом по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства горячекатаных полос из углеродистой конструкционной стали марки Ст3 пс, включающий нагрев слябов, черновую прокатку, чистовую прокатку полос до конечной толщины с регламентированной температурой конца прокатки 810-880°С, охлаждение водой до температуры смотки 640-680°С и смотку в рулоны, причем углеродистая сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод	0,14-0,22;
Кремний	0,05-0,17;
Марганец	0,40-0,65;
Хром	не более 0,30;
Никель	не более 0,30;
Медь	не более 0,30;
Сера	не более 0,05;
Фосфор	не более 0,04;
Азот	не более 0,08;
Железо	остальное [3] - прототип.

Недостатки известного способа состоят в высоких затратах на производство. Так как скорость охлаждения горячекатаных полос водой от температуры конца прокатки Т_кп до температуры смотки Т_см существенно зависит от толщины полосы h, то и при постоянных значениях Т_кп и Т_см механические свойства горячекатаных полос различной толщины имеют большой разброс значений прочности и пластичности. Это приводит к увеличению отбраковки готовой продукции по механическим свойствам. Помимо этого, повышенное содержание марганца в стали марки Ст3пс увеличивает расход ферромарганца и затраты на легирование.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении затрат на производство.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства горячекатаных полос из углеродистой стали, включающем нагрев слябов, черновую прокатку, чистовую прокатку полос до конечной толщины с регламентированной температурой конца прокатки, охлаждение водой до температуры смотки и смотку в рулоны, согласно предложению, температуры конца прокатки и смотки устанавливают исходя из конечной толщины полосы по зависимостям:

для h=1,50-2,99 мм Т_кп≥820°С и Т_см=610-650°С,

для h=3,00-6,00 мм Т_кп≥840°С и Т_см=640-680°С,

где h - толщина полосы;

Т_кп Т_см - температуры конца прокатки и смотки полосы,

причем углеродистая сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод	0,14-0,18;
Кремний	не более 0,15;
Марганец	0,40-0,55;
Алюминий	0,01-0,05;
Железо и примеси	остальное.

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем.

Механические свойства горячекатаных полос из конструкционной углеродистой стали зависят как от ее химического состава, так и от Т_кп, Т_см и скорости охлаждения полос водой, а именно: с увеличением толщины полосы скорость охлаждения уменьшается, что ведет нестабильности механических свойств, увеличению отбраковки и расходов на производство. Для компенсации неравномерности охлаждения полос различной толщины предложено дифференцировать температуры T_кп, Т_см, а именно: для «тонких» полос h=1,50-2,99 мм значения Т_кп и Т_см имеют более низкие значения, благодаря чему скорость охлаждения прокатанных полос водой с более низкой температурой снижается. Для более «толстых» полос h=3,00-6,00 мм температуры Т_кп и Т_см увеличивают, что ведет к увеличению коэффициента теплоотдачи полосы охлаждающей воде. Благодаря этому скорости охлаждения полос обеих групп толщин выравниваются, за счет чего обеспечивается снижение отбраковки и затрат на производство.

Помимо этого углеродистая сталь предложенного состава содержит меньше марганца (0,40-0,55% против 0,40-0,65% в стали известного состава), благодаря чему достигается экономия ферромарганца и дополнительное снижение затрат на производство.

Экспериментально установлено, что при прокатке полос толщиной h=l,50-2,99 мм из углеродистой стали предложенного химического состава с Т_кп<820°С или Т_см<610°С пластические свойства ниже допустимого значения, δ₄<26%, образцы не выдерживают изгиб на 180°. Увеличение Т_см более 650°С ведет к снижению прочности, увеличению отбраковки и затрат на производство.

При прокатке полос толщиной h=3,00-6,00 мм из углеродистой стали предложенного химического состава с Т_кп<840°С или Т_см<640°С возрастает прочность горячекатаных полос выше допустимого уровня, а при Т_см<640°С снижается пластичность. В обоих случаях увеличивается отбраковка горячекатаных полос и расходы на производство.

Углерод в стали предложенного состава определяет ее прочностные свойства. Снижение содержания углерода менее 0,14% приводит к падению прочности ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода сверх 0,18% ухудшает пластичность стали.

Кремний раскисляет и упрочняет сталь, повышает ее упругие свойства. Однако увеличение содержания кремния более 0,15% 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 0,40% снижается прочность стали что приводит к увеличению отбраковки. Повышение концентрации марганца сверх 0,55% ухудшает пластичность стали, требует увеличения количества ферромарганца и расходов на производство.

Алюминий является раскисляющим и модифицирующим элементом. При содержании алюминия менее 0,01% его воздействие проявляется слабо, сталь имеет низкие механические свойства. Увеличение содержания алюминия более 0,05% приводит к графитизации стали, ухудшению свойств, увеличивает расходы на легирование.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере производили выплавку сталей с различным химическим составом (табл.2.).

Пример 1. Выплавленную сталь состава №3 подвергают непрерывной разливке в слябы толщиной 200 мм, которые, после охлаждения, нагревают в методических печах с газовым отоплением до температуры аустенитизации 1200°С. Разогретые слябы последовательно выталкивают на печной рольганг полунепрерывного широкополосного стана 2800/1700 и осуществляют их черновую горячую прокатку в реверсивной группе клетей в раскаты толщиной 32 мм.

Очередной раскат толщиной 32 мм задают в непрерывную 6-клетевую группу клетей кварто 1700, в которой осуществляют чистовую прокатку полосы

до конечной толщины h=2,00 мм с температурой конца прокатки Т_КП=830°С.Заданное значение поддерживают изменением скорости прокатки и межклетевым охлаждением полосы.

Таблица 2.

Химический состав углеродистых сталей

№ сос тава	Содержание химических элементов, мас.%
	Основные элементы	Примесные элементы
С	Si	Mn	А1	Fe	Cr	Ni	Си	S	Р	N
1.	0,13	0,11	0,39	0,009	основа	0,2	од	0,3	0,022	0,021	0,007
2.	0,14	0,12	0,40	0,01	-	-	од	0,3	0,2	0,021	0,019	0,008
3.	0,16	0,13	0,47	0,03	-	-	0,3	од	од	0,013	0,025	0,006
4.	0,18	0,15	0,55	0,05	-	-	0,2	0,2	0,3	0,025	0,010	0,010
5.	0,19	0,16	0,56	0,06	-	-	0,4	0,4	0,4	0,026	0,026	0,011
6.	0,15	0,17	0,65	-	-	-	о5з	0,3	0,3	0,050	0,040	0,008

Прокатанную полосу транспортируют по отводящему рольгангу к моталке. В процессе транспортирования полосу охлаждают водой до температуры Т_см=630°С и сматывают в рулон.

Пример 2. Все те же операции, что и в примере 1, только раскат толщиной 32 мм при чистовой прокатке в непрерывной 6-клетевой группе клетей кварто 1700 обжимают в полосу с конечной толщиной h=4,50 мм с Т_кп=870°С. Прокатанную полосу охлаждают водой на отводящем рольганге до температуры Т_см=660°С и сматывают в рулон.

В таблице 3 приведены режимы прокатки полос различных толщин из углеродистых сталей с различным химическим составом, а в таблице 4 - их механические свойства, а также относительная величина расходов Q на производство 1 т горячекатаной полосы.

Таблица 3.

Режимы горячей прокатки полос

Таблица 4.

Показатели эффективности различных вариантов способа производства

Как следует из данных, приведенных в табл.2-4, при реализации предложенного способа производства (варианты №2-4 и №8-10) достигается снижение затрат на производство: показатель Q минимален. Снижение затрат Q на производство обеспечивается как за счет обеспечения высоких и стабильных механических свойств горячекатаных полос (следовательно, минимальной отбраковки), так и снижения расхода ферромарганца и алюминия при выплавке стали. Причем высокие механические свойства при минимальных затратах на производство достигаются как для полос толщиной 1,50-2,99 мм, так и для полос толщиной 3,00-6,00 мм.

В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты №1, 5, 7, 11) уровень и стабильность механических свойств ухудшаются, что ведет к увеличению отбраковки металлопродукции и затрат на производство Q. Причем в вариантах №1 и №7 расходы увеличиваются также за счет увеличения затрат на ферромарганец и алюминий при выплавке стали.

Также более высокие затраты Q на производство имеют место и при реализации способа-прототипа (варианты №6 и №12). Кроме того, повышенное содержание серы и фосфора в используемой стали снижает комплекс механических свойств горячекатаных полос и увеличивает отбраковку проката.

Технико-экономические преимущества предложенного способа производства заключаются в том, что при использовании углеродистой стали предложенного состава и регламентировании температурных режимов горячей прокатки Т_кп и Т_см в зависимости от толщины h полос, исключается влияние скорости охлаждения полос водой на уровень и стабильность механических свойств, снижается требуемое содержание марганца и алюминия в стали для обеспечения заданных механических свойств. Благодаря этому достигается снижение затрат на производство.

В качестве базового объекта при определении технико-экономических преимуществ предложенного способа принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства горячекатаных полос толщиной 1,50-6,00 мм конструкционного назначения из углеродистой стали на 8-10%.

Способ производства горячекатаных полос из углеродистой стали

следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,14-0,18
Кремний	не более 0,15
Марганец	0,40-0,55
Алюминий	0,01-0,05
Железо и примеси	остальное,

включающий нагрев слябов, черновую прокатку, чистовую прокатку полос до конечной толщины h с регламентированной температурой конца прокатки, охлаждение водой до температуры смотки и смотку в рулоны, в котором температуры конца прокатки Т_кп и смотки Т_см устанавливают

Т_кп≥820°С и Т_см=610-650°С для h=l,50-2,99 мм и

Т_кп≥840°С и Т_см=640-680°С для h=3,00-6,00 мм.