Способ отжига холоднокатаных рулонов из малоуглеродистой стали

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для термообработки рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали, стабилизированной алюминием, в колпаковой муфельной печи с газовым отоплением и водородной защитной атмосферой. Для уменьшения расхода топлива и повышения качества холоднокатаных полос способ включает многостадийный нагрев рулонов до температуры отжига и последующее охлаждение с регламентированными скоростями. Нагрев от температуры 180-220°С до температуры 480-520°С ведут со скоростью 65-85°С/ч, повторный нагрев ведут до температуры 580-620°С со скоростью 4-11°С/ч, после чего нагрев до температуры отжига 700-720°С ведут со скоростью 20-50°С/ч. Кроме того, рулоны выдерживают при температуре отжига не менее 13 ч, после чего охлаждают вначале со скоростью 10-30°С/ч до температуры 650-690°С, а затем со скоростью 30-60°С/ч до температуры 460-480°С. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для термообработки рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали, стабилизированной алюминием, в колпаковой муфельной печи с газовым отоплением и водородной защитной атмосферой.

Известен способ отжига рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали марки 08Ю, стабилизированной алюминием, в колпаковой муфельной печи, включающий однократный нагрев рулонов до температуры отжига, превышающей 600°С, со скоростью нагрева, снижаемой в процессе нагрева от 35 до 14°С/ч, выдержку при температуре отжига в течение 17 ч и последующее охлаждение [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что из-за увеличенной продолжительности отжига имеет место большой расход топлива. Помимо этого, в процессе одностадийного нагрева не достигается выравнивание температурного поля рулонов, что ведет к свариванию витков и образованию дефекта «излом» при размотке рулонов. Это снижает качество отожженных холоднокатаных полос.

Известен также способ отжига рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали, включающий трехступенчатый нагрев: вначале до температуры 530-550°С, выдержку, повторный нагрев до температуры 620-630°С, выдержку при температуре повторного нагрева и окончательный нагрев со скоростью 10-20°С/ч до температуры отжига 640-650°С, выдержку при температуре отжига и охлаждение [2].

Недостатки известного способа состоят в повышенном расходе топлива на осуществление отжига вследствие большой его продолжительности. Помимо этого, после отжига при температуре 640-650°С, малоуглеродистая сталь, стабилизированная алюминием, имеет низкие пластичность и штампуемость, что снижает качество отожженных полос.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ отжига рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали, включающий нагрев со скоростью 38-55°С/ч до промежуточной температуры 520-550°С, выдержку в течение 18-22 ч, повторный нагрев со скоростью 15-30°С/ч до температуры отжига 660-690°С, выдержку при температуре отжига в течение 20-24 ч, охлаждение со скоростью 35-50°С/ч до температуры 420-430°С и затем охлаждение с произвольной скоростью.

Недостатки известного способа состоят в большой его продолжительности, следствием чего является увеличенный расхода топлива. После отжига при температуре 660-690°С малоуглеродистая сталь, стабилизированная алюминием, имеет низкие и нестабильные показатели пластичности и штампуемости, что снижает качество отожженных полос.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в уменьшении расхода топлива и повышении качества холоднокатаных полос.

Для решения указанной технической задачи в способе отжига рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали, стабилизированной алюминием, в печи с газовым отоплением, включающем их многостадийный нагрев до температуры отжига и последующее охлаждение с регламентированными скоростями, согласно предложению нагрев от температуры 180-220°С до температуры 480-520°С ведут со скоростью 65-85°С/ч, повторный нагрев ведут до температуры 580-620°С со скоростью 4-11°С/ч, после чего нагрев до температуры отжига 700-720°С ведут со скоростью 20-50°С/ч. Кроме того, рулоны выдерживают при температуре отжига не менее 13 ч, после чего охлаждают вначале со скоростью 10-30°С/ч до температуры 650-690°С, а затем со скоростью 30-60°С/ч до температуры 460-480°С.

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем. В интервале температур нагрева до 180-220°С скорость нагрева на качество отожженных полос влияния не оказывает, поэтому для сокращения цикла нагрева и расхода топлива эта скорость должна быть максимально возможной по параметрам печи. В процессе нагрева от температуры 180-220°С до температуры 480-520°С со скоростью 65-85°С/ч происходит крекинг остатков технологической смазки, находящихся на поверхности холоднокатаной полосы с образованием метана, который уносится с потоком защитного газа, благодаря чему исключается образование на поверхности полосы сажистого налета. Кроме того, нагрев со скоростью 65-85°С сокращает общее время нагрева и расход топлива, не сказываясь отрицательно на механических свойствах отожженных полос и свариваемости витков рулонов.

Замедление скорости нагрева до 4-11°С/ч в температурном интервале от 480-520°С до 580-620°С обеспечивает выравнивание температуры по сечению рулонов, что снижает температурные напряжения и вероятность сваривания витков. На этой стадии нагрева микроструктура в различных частях рулонов подготавливаются к одновременному старту процессов рекристаллизации.

Последующее увеличение скорости нагрева до 20-50°С/ч в температурном интервале от 580-620°С до температуры отжига 700-720°С обеспечивает одновременный старт процессов рекристаллизации в различных участках холоднокатаных полос и исключает преимущественный рост отдельных зерен, приводящий к разнобалльности микроструктуры.

Непрерывный «градиентный» нагрев рулонов по предложенному способу без выдержек при промежуточных температурах, как в способе-прототипе, позволяет сократить продолжительность нагрева и расход топлива.

За время выдержки не менее 13 ч при температуре отжига 700-720°С в малоуглеродистой стали, стабилизированной алюминием, интенсивно протекают процессы рекристаллизации, зерна микроструктуры принимают равномерную «оладьеобразную» форму, что обеспечивает повышение пластичности и штампуемости отожженного металла. Но при такой выдержке процесс рекристаллизации не завершается полностью, хотя расход топлива сокращается.

Для завершения процессов рекристаллизации использовано замедленное охлаждение рулонов. В процессе замедленного охлаждения со скоростью 10-30°С от температуры отжига 700-720°С до температуры 650-690°С в отжигаемой малоуглеродистой стали полностью завершаются процессы рекристаллизации. Поскольку в этот период газовые горелки выключены, достигается экономия топлива, а процессы отжига завершаются за счет запаса тепла печи и рулонов.

После окончания периода замедленного охлаждения в температурном интервале от 650-690°С до 460-480°С охлаждение ведут со скоростью 30-60°С/ч. Благодаря этому исключается выпадение мелкодисперсных упрочняющих цементитных частиц и частиц нитридов алюминия, что повышает качество отожженных холоднокатаных полос.

Дальнейшее охлаждение рулонов можно вести с произвольной скоростью, т.к. это не окажет отрицательного влияния на их качество.

Экспериментально установлено, что снижение температуры начала регламентированного нагрева менее 180°С не улучшает качества отожженных полос, а лишь удлиняет цикл отжига. Увеличение этой температуры более 220°С не исключает осмаливания на полосе остатков технологической смазки, что ухудшает качество полос.

Снижение скорости нагрева менее 65°С/ч удлиняет процесс отжига и увеличивает расход топлива. Увеличение скорости нагрева более 85°С/ч увеличивает рост термических напряжений и вероятность сваривания витков рулонов.

Уменьшение промежуточной температуры ниже 580°С приводит к увеличению времени нагрева и расхода топлива. Увеличение промежуточной температуры более 620°С способствует формированию неравномерной микроструктуры по длине полос, ухудшению их качества.

Снижение скорости нагрева менее 4°С/ч увеличивает продолжительность нагрева и расход топлива. Увеличение скорости нагрева более 11°С/ч приводит к росту температурных напряжений и свариванию витков рулонов.

При температуре отжига ниже 700°С или времени отжига менее 13 ч малоуглеродистая сталь, стабилизированная алюминием, приобретает мелкозернистую микроструктуру, высокую прочность и низкую пластичность. Металлическая матрица упрочнена карбидами и нитридами. Это снижает качество отожженных холоднокатаных полос. Увеличение температуры отжига более 720°С приводит к свариванию витков рулонов, образованию изломов, ухудшению качества полос.

Замедленное охлаждение от температуры отжига со скоростью менее 10°С/ч до температуры ниже 650°С удлиняет цикл отжига, ухудшает пластические свойства полос из-за роста ферритных зерен. Увеличение скорости охлаждения более 30°С или температуры окончания замедленного охлаждения выше 690°С приводит к неполному завершению процессов рекристаллизации ферритных зерен. Это ухудшает качество полос.

Снижение скорости повторного охлаждения менее 30°С/ч или температуры его окончания менее 460°С удлиняет общую продолжительность цикла отжига без улучшения качества полос. Увеличение скорости повторного охлаждения более 60°С/ч или его завершение при температуре выше 480°С ведет к выпадению мелкодиспергированных карбидов и нитридов. Это снижает пластичность и качество отожженных полос.

Пример реализации способа

Горячекатаные травленые полосы сечением 3×1170 мм из малоуглеродистой стали марки 08Ю (стабилизированной алюминием) прокатывают на 5-клетевом стане 1700 бесконечной холодной прокатки на толщину 0,7 мм. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости используют эмульсию минерального масла в воде.

Холоднокатаные рулоны массой до 24 т устанавливают в 4 яруса на стенде одностопной колпаковой печи. Стопу рулонов накрывают муфелем и нагревательным колпаком, после чего подмуфельное пространство в течение 30 мин продувают азотом для удаления воздуха. Затем в подмуфельное пространство подают водород, который вытесняет азот. Включают газовые горелки нагревательного колпака и производят нагрев рулонов с максимально возможной скоростью до температуры T₁=200°C. После этого скорость нагрева устанавливают равной V₁=75°С/ч и производят регламентированный нагрев рулонов до температуры Т₂=500°С. Заданную скорость нагрева устанавливают изменением расхода сжигаемого топливного газа.

Затем скорость нагрева снижают до величины V₂=7,5°С/ч и производят повторный регламентированный нагрев рулонов до температуры Т₃=600°С. При замедленном нагреве происходит выравнивание температурного поля рулонов садки.

После достижения температуры Т₃=600°С скорость нагрева увеличивают до V₃=35°С/ч и ведут нагрев рулонов до температуры отжига Т₄=710°С. При температуре отжига рулоны выдерживают в течение времени τ=14 ч. В процессе всего периода нагрева и выдержки садки рулонов в подмуфельном пространстве осуществляют принудительную циркуляцию водорода.

По завершении выдержки рулонов при температуре отжига горелки нагревательного колпака выключают и садка рулонов замедленно охлаждается с печью со скоростью V_охл.1=20°С/ч до температуры Т_охл.1=670°С. В период замедленного охлаждения в малоуглеродистой стали, стабилизированной алюминием, завершаются процессы рекристаллизации, причем топливо при этом не расходуется.

От температуры Т_охл.=670°С рулоны охлаждают со скоростью V_охл.2=45°С/ч до температуры Т_охл.2=470°С путем дозированной подачи в подмуфельное пространство холодного водорода.

Затем со стенда печи снимают нагревательный колпак и производят окончательное ускоренное охлаждение садки рулонов до температуры распаковки 90°С за счет продувки подмуфельного пространства холодным водородом и подачей на муфель охлаждающей воды.

Отожженные стальные полосы не имеют дефектов поверхности и полностью соответствуют комплексу механические свойств по ГОСТ 9045:

1 группа отделки поверхности, категория вытяжных свойств ВОСВ-Т.

Удельный расход условного топлива при отжиге составляет Q=0,41 ГДж на 1 т холоднокатаной полосы.

Варианты реализации способа отжига рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали, стабилизированной алюминием, в печи с газовым отоплением, и показатели их эффективности представлены в таблице.

Из таблицы следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается уменьшение расхода топлива (удельный расход условного топлива на тонну отжигаемой холоднокатаной полосы минимален) при одновременном повышении качества холоднокатаных полос как по механическим свойствам, так и отсутствию дефектов поверхности. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты №1, №5) и при реализации способа-прототипа (вариант №6) имеет место увеличение расхода топлива, качество отжигаемых холоднокатаных полос снижается.

Технико-экономические преимущества предложенного способа отжига состоят в том, что в нем исключены выдержки при промежуточных температурах, скорости нагрева в различных температурных интервалов выбраны максимально возможными, исходя из недопущения сваривания витков рулонов, а время выдержки при температуре отжига сокращено за счет использования охлаждения со скоростью 10-30°С/ч в диапазоне температур от 700-720 до 650-690°С. В период этого охлаждения, при выключенных горелках отопления в нагревательном колпаке, завершаются процессы рекристаллизации микроструктуры малоуглеродистой стали, стабилизированной алюминием. Это способствует одновременному уменьшению расхода топлива и повышению качества холоднокатаных полос.

Режимы отжига холоднокатаных полос из стали марки 08Ю и показатели их эффективности
№ п/п	Т1, °С	V1, °С/ч	Т2, °С	V2, °С/ч	Т3, °С	V3, °С/ч	Т4, °С	τ, ч	Vохл.1, °С/ч	Tохл.1, °С/ч	Vохл.2, °С/ч	Tохл.2, °С/ч	Q, ГДж/т	Показатели качества (ГОСТ 9045)
1.	170	64	470	3	570	19	690	12	9	640	29	450	0,54	низкая пластичн.
2.	180	65	480	4	580	20	700	13	10	650	30	460	0,42	без замечаний
3.	200	75	500	7,5	600	35	710	14	20	670	45	470	0,41	без замечаний
4.	220	85	520	11	620	50	720	15	30	690	60	480	0,42	без замечаний
5.	230	86	530	12	630	51	730	16	31	700	70	490	0,52	дефекты поверхн.
6.	-	-	-	45	540	25	670	24	45	420	-	-	0,87	низкая пластичн.
Примечание: в варианте 6 при температуре Т3 осуществляется промежуточная выдержка в течение 20 ч.

В качестве базового объекта при определении технико-экономических преимуществ предложенного способа принята существующая технология отжига холоднокатаных полос их стали марки 08Ю в ОАО «Северсталь». Использование предложенного способа позволит повысить рентабельность производства холоднокатаной автолистовой стали на 5-10%

Источники информации

1. Гусева С.С. и др. Непрерывная термическая обработка автолистовой стали. М., Металлургия, 1979 г., с.30-31.

2. Авт. свид. СССР №1444372, МПК C21D 9/48, 1988 г.

3. Авт. свид. СССР №1659500, МПК C21D 9/46, 1991 г. - прототип.

1. Способ отжига рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали, стабилизированной алюминием, включающий многостадийный нагрев рулонов в печи с газовым отоплением до температуры отжига 700-720°С, выдержку и последующее охлаждение с регламентированными скоростями, отличающийся тем, что многостадийный нагрев рулонов ведут от температуры 180-220°С до температуры 480-520°С со скоростью 65-85°С/ч, затем нагревают до температуры 580-620°С со скоростью 4-11°С/ч, после чего нагревают до температуры отжига 700-720°С со скоростью 20-50°С/ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдержку рулонов при температуре отжига 700-720°С проводят в течение не менее 13 ч, охлаждение сначала осуществляют со скоростью 10-30°С/ч до температуры 650-690°С, а затем - со скоростью 30-60°С/ч до температуры 460-480°С.