Способ производства рулонов горячекатаной трубной стали

Изобретение предназначено для обеспечения оптимальной микроструктуры в горячекатаной полосе толщиной 8÷10 мм из трубных марок стали с содержанием углерода 0,07÷0,12% и микролегированием ниобием. Способ включает нагрев сляба под горячую прокатку, его прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, дифференцированное охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон. Получение требуемых вязких характеристик, а именно хладостойкости и прочности благодаря образованию зерна феррита не крупнее 9-го балла и полосчатости не более 2-го балла обеспечивается за счет того, что горячую прокатку в чистовой группе стана ведут с суммарным относительным обжатием не менее 82%. Температуру конца горячей прокатки в чистовой группе стана устанавливают в диапазоне 845÷875°С. После окончания горячей прокатки на отводящем рольганге в первые три секунды охлаждение полосы производят со скоростью 18÷25°С/с, затем скорость охлаждения устанавливают 7÷9°С/с. Полосу сматывают в рулон при температуре 520÷560°С. 1 табл.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, предназначенных для последующего изготовления коррозионностойких хладостойких труб.

Известны способы горячей прокатки полос, включающий горячую прокатку полос на стане горячей прокатки с межклетевым охлаждением, а также охлаждением полос водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон (см., например, Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн. 2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991. - С.542, Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995 г.).

Недостатками известных способов является сложность обеспечения заданного уровня физико-механических свойств горячекатаных полос при горячей прокатке с максимальной производительностью на широкополосном стане.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства рулонов горячекатаной трубной стали с содержанием углерода 0,07÷0,12% с микролегированием ниобием и толщиной 8÷12 мм, включающий нагрев сляба, его прокатку в черновой и чистовой группах клетей с температурой конца прокатки 800÷840°С, последующее дифференцированное охлаждение полосы водой на отводящем рольганге и смотку полосы в рулон при температуре 570÷610°С. При этом на отводящем рольганге на концевых участках полосы длиной 7÷12% от ее длины в зависимости от конечной толщины полосы уменьшают интенсивность охлаждения на 16÷25% по отношению к центральной части (см. Патент РФ №2277445, В21В 1/26, опубл. 10.06.2006, Бюл. №16).

Недостаток известного способа заключается в сложности получения в горячекатаном прокате, предназначенном для последующего изготовления коррозионностойких и хладостойких труб, требуемой микроструктуры с зерном феррита не крупнее 9-го балла и с полосчатостью не более 2-го балла. В результате этого возникает трудность в обеспечении в готовой горячекатаной полосе заданного уровня вязких характеристик, в частности хладостойкости, с одной стороны, и показателей прочности (σ_т/σ_в), с другой.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение в горячекатаной полосе толщиной 8÷10 мм из трубных марок стали оптимальной микроструктуры с зерном феррита не крупнее 9-го балла и полосчатостью не более 2-го балла для получения требуемых вязких характеристик, а именно хладостойкости и прочности.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства рулонов горячекатаной трубной стали, преимущественно с содержанием углерода 0,07÷0,12% с микролегированием ниобием и толщиной 8÷10 мм, включающем нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, последующее дифференцированное переменное по длине полосы охлаждение водой на отводящем рольганге и смотку полосы в рулон, согласно изобретению горячую прокатку в чистовой группе клетей стана ведут с суммарным относительным обжатием не менее 82%, при этом температуру конца горячей прокатки в чистовой группе клетей поддерживают в диапазоне 845÷875°С, охлаждение полосы на отводящем рольганге в первые три секунды после окончания горячей прокатки производят со скоростью 18÷25°С/с, после чего скорость охлаждения устанавливают 7÷9°С/с, при этом температуру смотки в рулон поддерживают в диапазоне 520÷560°С.

Известно, что основным показателем качества полос из углеродистых марок стали, особенно микролегированных (к которым можно отнести и трубные марки стали), являются механические, в частности прочностные (предел текучести σ_т, временное сопротивление разрыву σ_в) и вязкие свойства. Полосы имеют ферритоперлитную структуру. Размеры, форма феррита оказывают большое влияние на эти показатели. Мелкозернистая структура феррита (не крупнее 9-го балла) для горячекатаных полос толщиной 8÷10 мм обеспечивает требуемый уровень прочностных характеристик (σ_т/σ_в) и вязких свойств (KCV_-50, количество вязкой составляющей в изломе - до 70%). Одним из главных условий получения мелкозернистой структуры феррита является наличие мелкозернистой структуры аустенита, которая, в свою очередь, может быть получена при определенных степенях и скоростях деформаций и температурах прокатываемого металла. Особенно важно соблюдение этих условий в конце горячей прокатки полос толщиной <25 мм (см., Регламентированная горячая прокатка полос на непрерывных станах. Tomczykiewicz Jan, Wegrzyn Aleksander. Regulowane walcowanie blach w garacej walcowni ciaglej. «Prz. now. hutn. ze-laza», 1976, 4, №2, 63-67). Известно, что в полосах из углеродистых сталей интенсивная рекристаллизация начинается при температурах около 850°С. Микродобавки (например, V, Al и Ti) практически не влияют на температуру рекристаллизации, а только несколько сдерживают рост зерен после рекристаллизации. Наличие Nb заметно задерживает начало рекристаллизации и рост зерен после ее окончания. Следовательно, оптимальной, с точки зрения, формирования требуемой микроструктуры можно считать температуру 845÷875°С. Именно в таком диапазоне температур необходимо поддерживать конец прокатки в чистовой группе клетей.

Кроме того, в условиях заявляемых температур конца горячей прокатки повышается качество проката, особенно при производстве более толстых полос (10 мм), так как улучшаются условия формирования мелкозернистого феррита. При прокатке, например, трубных марок сталей в этом случае формируется мелкозернистый феррит (не крупнее 9-го балла) с упрочняющей равномерно распределенной мелкодисперсной карбонитридной фазой.

Следует подчеркнуть, что низколегированные трубные стали должны хорошо свариваться и обладать высокими значениями прочностных характеристик и одновременно повышенной пластичностью (показатель σ_т/σ_в≤0,87), вязкостью, а также сопротивлением хрупкому разрушению при температурах монтажа труб и их эксплуатации. Поэтому вся технология горячей прокатки полос, предназначенных для последующего изготовления коррозионностойких, хладостойких труб, должна обеспечивать следующие механические показатели: прочностные (σ_т=380÷500 Н/мм², σ_в не менее 510 Н/мм², при отношении σ_т/σ_в≤0,87), пластические (δ₅ не менее 23%) и вязкие (KCV_-50=88 Дж/см³, доля вязкой составляющей в изломе не менее 70%) свойства.

В горячей полосе толщиной 8÷10 мм, имеющей температуру более 875°С в момент окончания прокатки в чистовой группе стана могут успеть пройти процессы рекристаллизации, т.е. сформируется крупное зерно (крупнее 9-го балла). В результате не будет также обеспечен требуемый уровень механических свойств. Нижняя граница температурного диапазона конца прокатки в чистовой группе клетей связана с возможностью обеспечения требуемых пластических (вязких) свойств, так как при понижении температуры предел текучести увеличивается, а временное сопротивление разрыву практически не изменяется, поэтому и показатель σ_т/σ_в также будет увеличиваться (более 0,87). Заявляемый интервал температур конца прокатки также необходим для обеспечения формирования микроструктуры проката в однофазной (аустенитной) области кристаллизации стали.

Кроме того, для выбранных марок стали суммарные обжатия в чистовой группе должны составлять не менее 82%, чтобы при температурах конца прокатки 845÷875°С обеспечить требуемые значения вязких свойств (см., например, Niobium Informasion №14, 1997 г).

Температурный интервал смотки определяется требованиями получения равномерного равноосного зерна феррита. Температура смотки для выбранных марок стали, согласно заявляемому способу производства рулонов горячекатаной трубной стали, должна быть в интервале 520 - 560°С. При температуре смотки выше указанной образуется ферритно-перлитная полосчатость 3 балла, что существенно ухудшает антикоррозионные свойства горячекатаного проката. Кроме того, при более высоких температурах смотки наблюдается дисперсионное упрочнение. Это уменьшает вязкие характеристики проката. При температуре смотки ниже 520°С уменьшается доля вязкой составляющей в изломе менее 70%, что существенно снижает показатель хладостойкости.

Заявленные скорости охлаждения поверхности полосы на отводящем рольганге после окончания горячей прокатки в первые три секунды 18÷25°С/с и далее 7÷9°С/с связаны, с одной стороны, с обеспечением требуемой температуры смотки в диапазоне 520-560°С, а, с другой стороны, с необходимостью формирования требуемого комплекса физико-механических свойств. Как известно, при охлаждении горячекатаной полосы с температур конца прокатки происходит распад аустенита (см., например, Николаев Е.Н. Термическая обработка металлов и оборудование термических цехов. - М.: Высшая школа, 1880. - 192 с). Для заявляемых трубных марок стали на начальной стадии охлаждения с температур конца прокатки (845÷875°С) для повышения коррозионной стойкости металлопроката с целью образования из аустенита феррита и исключения выделения перлита, необходимо поддерживать высокую скорость охлаждения (18÷25°С/с).

Пример осуществления способа.

На широкополосном стане горячей прокатки 2000 (ШСГП) ОАО «ММК» прокатывают полосу из стали марки 09ГСФ.

Сляб, нагретый до требуемой температуры 1180÷1220°С, поступает на широкополосный стан горячей прокатки, имеющий в своем составе черновую непрерывную группу клетей, промежуточный рольганг, чистовой окалиноломатель, чистовую непрерывную группу клетей с устройствами межклетевого охлаждения, а также отводящий рольганг с охлаждающими секциями и две группы моталок. После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана, раскат толщиной 35 мм, имеющий температуру 990÷1030°С направляется по промежуточному рольгангу в чистовую непрерывную группу клетей. Чистовая группа клетей стана имеет в своем составе семь рабочих клетей. Скоростной режим прокатки выбирают с таким учетом, чтобы при суммарном относительном обжатии (ε) в чистовой группе стана не менее 82% обеспечить температуру конца прокатки полосы в последнем чистовом проходе группы в диапазоне 845÷875°С. После этого прокат по отводящему рольгангу направляется к моталкам второй группы. На отводящем рольганге осуществляют дифференцированное охлаждение поверхности полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства. При этом осуществляют управляемое переменное охлаждение полосы водой. Причем, при выбранном температурно-скоростном режиме прокатки, в первые три секунды после окончания горячей прокатки охлаждение производят со скоростью 18÷25 °С/с путем управляемого включения первых охлаждающих секций. После чего скорость охлаждения устанавливают 7÷9°С/с путем управляемого охлаждения поверхности полосы душирующими устройствами (схемой их включения). Это обеспечивает температуру смотки полосы в диапазоне 520÷560°С и, кроме того, выравнивает температуру рулона, что способствует формированию заданного уровня физико-механических свойств.

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялись прокатка, охлаждение и смотка полосы из стали марки 09ГСФ на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК», а также результаты исследований представлены в таблице.

Заявляемая технология производства рулонов на примере горячей прокатки низколегированной стали марки 09ГСФ позволяет получить горячекатаные полосы с зерном феррита не крупнее 9-го балла и полосчатостью - не более 2-го балла. При этом обеспечивается получение механических свойств: σ_т=380÷500 Н/мм², σ_в - не менее 510 Н/мм², σ_т/σ_в≤0,87, δ₅≥23%, ударная вязкость: KCV_-50 - 90-120 Дж/см², доля вязкой составляющей в изломе - не менее 70%.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Заявляемый способ может найти широкое применение на широкополосных станах горячей прокатки при производстве полос из трубных марок стали с требуемыми регламентируемыми физико-механическими свойствами горячекатаного проката.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Способ производства рулонов горячекатаной полосы толщиной 8-10 мм из трубной стали с содержанием углерода 0,07-0,12%, микролегированной ниобием, включающий нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, дифференцированное переменное по длине полосы охлаждение водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, отличающийся тем, что горячую прокатку в чистовой группе клетей стана ведут с суммарным относительным обжатием не менее 82%, при этом температуру конца горячей прокатки в чистовой группе клетей поддерживают в диапазоне 845-875°С, охлаждение полосы на отводящем рольганге в первые три секунды после окончания горячей прокатки производят со скоростью 18-25°С/с, после чего скорость охлаждения устанавливают 7-9°С/с, а температуру смотки в рулон поддерживают в диапазоне 520-560°С.