Способ производства холоднокатаного проката

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаной полосы, предназначенной для изготовления бочек. Для обеспечения заданной твердости и ее однородности по длине полосы осуществляют выплавку стали, содержащей, мас.%: углерод 0,05-0,10, кремний не более 0,06, марганец 0,25-0,50, фосфор не более 0,025, сера не более 0,020, железо и неизбежные примеси - остальное, непрерывную разливку слябов, изменение скорости разливки которой не должно превышать 0,1 м/мин, нагрев слябов до 1220-1320°С, горячую прокатку в полосы с температурой конца прокатки 830-890°С, охлаждение водой, смотку полос в рулоны при температуре 550-610°С, травление, холодную прокатку с суммарным обжатием 60-80%, рекристаллизационный отжиг при 640-700°С с выдержкой при этой температуре 6-18 часов и дрессировку полос с обжатием 0,7-1,4%. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаного проката, предназначенного для изготовления бочек.

Холоднокатаный прокат для изготовления бочек должен отвечать определенным требованиям по механическим свойствам (по твердости) и качеству поверхности проката. Механические свойства по твердости должны быть в узком диапазоне, а именно от 40 до 55 ед. (стремиться 45-55 ед.), причем свойства должны быть однородными и стабильными по длине полосы. Поверхность полосы должна быть пригодна к дальнейшей покраске распылением или роликовой покраске без предварительной очистки поверхности, поэтому на поверхности проката не допускается наличие масла. Шероховатость поверхности (Ra) холоднокатаного проката должна соответствовать 0,6-1,9 мкм.

Известен способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий выплавку стали, разливку, прокатку в черновой и чистовой группе клетей непрерывного широкополосного стана, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в колпаковой печи при температуре не ниже 690°С и дрессировку. При этом выплавляют сталь, содержащую, мас.%:

Углерод	0,01-0,06
Кремний	0,003-0,030
Марганец	0,05-0,25
Фосфор	0,003-0,020
Сера	0,002-0,023
Алюминий кислоторастворимый	0,01-0,06
Азот	0,002-0,007
Железо и неизбежные примеси	остальное

при выполнении соотношений [Mn]·[S]≤0,045 и 5≤[Al]/[N]≤20. Горячую прокатку в черновой группе клетей заканчивают при толщине раската не менее 35 мм и при температуре раската T_p≥l050+8000·[Mn]·[S], °C. Нагрев при рекристаллизационном отжиге осуществляют сначала до 450-500°С в течение не более 10 часов, после чего от 450-500°С нагрев ведут со скоростью не более 20°С/час до 550-600°С, далее со скоростью не более 50°С/час до температуры отжига [патент РФ №2281338, МПК С21D 8/04, С2С 38/06, 10.05.2006].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.

Известен способ производства холоднокатаной листовой стали для глубокой вытяжки, включающий горячую прокатку непрерывно-литых слябов из малоуглеродистой стали, травление, многопроходную холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 75%, рекристаллизационный отжиг рулонов в колпаковой печи с нагревом за несколько стадий: нагрев со средней скоростью 70-80°С/ч до температуры 490-510°С, повторный нагрев со средней скоростью 3-4°С/ч до промежуточной температуры 540-560°С и окончательный нагрев со средней скоростью 50-55°С/ч до температуры 700-720°С, при которой рулоны выдерживают в течение 12-18 часов, охлаждение рулонов и дрессироку. Слябы разливают из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,025-0,050
Кремний	0,003-0,01
Марганец	0,12-0,19
Алюминий	0,02-0,05
Азот	не более 0,011
Железо	остальное

[патент РФ №2255988, МПК С21D 8/04, 10.07.2005].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства листовой стали для холодной штамповки, включающий непрерывную разливку стальных слябов, их нагрев до 1150-1240°С, горячую прокатку с температурой конца прокатки не ниже 870°С, охлаждение водой до 550-730°С, смотку в рулоны, травление, холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 70%, отжиг при 700-750°С с выдержкой при этой температуре 11-34 часов, дрессировку полос ведут с обжатием 0,4-1,2% с шероховатостью поверхности 2-4 мкм Ra и плотностью пиков 60-120 1/см. Непрерывную разливку слябов ведут со скоростью 0,4-1,6 м/мин при температуре разливаемой стали 1500-1580°С. Слябы разливают из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,002-0,007
Кремний	0,005-0,05
Марганец	0,08-0,16
Алюминий	0,01-0,05
Титан	0,05-0,12
Фосфор	не более 0,015
Сера	не более 0,010
Хром	не более 0,04
Никель	не более 0,04
Медь	не более 0,04
Азот	не более 0,006
Железо	остальное

[патент РФ №2197542, МПК С21D 8/04, 27.01.2003 - прототип].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств, имеет высокие издержки за счет легирования стали дорогостоящим титаном и пониженного выхода годного по качеству поверхности из-за наличия дефектов сталеплавильного производства, таких как «плена» и «неметаллические включения».

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение холоднокатаного проката с заданным уровнем твердости в узких пределах, стабильных и однородных по длине полосы, а также снижение производственных издержек за счет увеличения выхода годного по качеству поверхности.

Технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаного проката, включающем выплавку стали, непрерывную разливку слябов, их нагрев, горячую прокатку в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку, согласно изобретению выплавляют сталь, содержащую углерод - 0,05-0,10%; кремний - не более 0,06%; марганец 0,25-0,45%; фосфор - не более 0,025%; серу - не более 0,020%; железо и неизбежные примеси - остальное.

Изменение скорости непрерывной разливки стали не должно превышать более чем на 0,1 м/мин, слябы нагревают до 1220-1320°С, прокатывают с температурой конца прокатки 830-890°С и сматывают при температуре 550-610°С, холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 60-80%, рекристаллизационный отжиг производят при 640-700°С с выдержкой при этой температуре 6-18 часов, дрессировку полос ведут с обжатием 0,7-1,4%. Рекристаллизационный отжиг осуществляют со скоростью 30-75°С/час. Дрессировку полос ведут на валках с шероховатостью 2,0-3,5 мкм (Ra). Дрессировку производят без эмульсии. Холоднокатаный прокат на агрегатах резки сматывают без промасливания.

В рассмотренных аналогах и прототипе регламентированы механические свойства по пределу текучести, временному сопротивлению, относительному удлинению в отличие от предлагаемого изобретения, где нормирована только твердость.

Сущность изобретения состоит в следующем. На механические свойства холоднокатаной листовой стали влияют как химический состав стали, так и режимы деформационно-термической обработки.

Углерод - один из упрочняющих элементов. При содержании углерода менее 0,05% механические свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,10% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.

Марганец обеспечивает получение заданных механических свойств. При содержании марганца менее 0,25% механические свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания марганца более 0,50% приводит к ухудшению механических свойств.

Содержание кремния более 0,06%, фосфора более 0,025%, серы более 0,020% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.

Изменение скорости при разливке более чем на 0,1 м/мин приводит к увеличению отсортировки по качеству поверхности по дефектам сталеплавильного производства, таких как «плена» и «неметаллические включения».

Горячая прокатка с температурами конца прокатки 830-890°С и смотки 550-610°С обеспечивает получение однородных механических свойств по длине полосы.

Холодная прокатка с суммарным обжатием менее 60% требует уменьшения толщины горячекатаного подката, что приводит к нестабильности механических свойств по длине полосы, увеличению неплоскостности, а значит уменьшению выхода годного по качеству поверхности. Увеличение суммарного обжатия сверх 80% приводит к неравномерности механических свойств.

Рекристаллизационный отжиг с температурами ниже 640°С или выше 700°С, а также выдержка при отжиге менее 6 часов не обеспечивает необходимый уровень механических свойств и их стабильность. Увеличение времени выдержки более 18 часов неоправданно удлиняет отжиг.

Скорость нагрева под рекристаллизационный отжиг зависит от массы отжигаемого рулона. При увеличении массы рулона скорость нагрева уменьшается. Скорость менее 30°С/час неоправданно удлиняет отжиг, а более 75°С/час ухудшает механические свойства.

Окончательно механические свойства формируются при дрессировке. Дрессировка полос с обжатием 0,7-1,4% обеспечивает оптимальный уровень механических свойств. Дрессировка с обжатием менее 0,7% или более 1,4% приводит к ухудшению механических свойств и их нестабильности.

Дрессировка на валках с шероховатостью 2,0-3,5 мм (Ra) обеспечивает получение шероховатости на полосе в требуемых пределах от 0,6 до 1,9 мкм. Дрессировка на валках с шероховатостью менее 2,0 мкм или более 3,5 мкм (Ra) приводит к ухудшению микрогеометрии поверхности холоднокатаного проката, к нестабильности по шероховатости.

Проведение дрессировки без эмульсии и сматывание полосы в рулон на агрегатах резки без промасливания обеспечивает высокую чистоту поверхности холоднокатаного проката металла.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере выплавили 7 плавок стали, химический состав которых приведен в таблице 1.

Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280-1350 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи в течение 2,5-3,5 часа и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,3-4,2 мм. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-клетевом стане до толщины 0,6-1,5 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в колпаковых печах с водородной защитной атмосферой. Отожженные полосы дрессировали без эмульсии. Холоднокатаный прокат на агрегатах резки сматывали в рулон без промасливания. Технологические параметры на прокатных переделах приведены в таблице 2. Механические свойства, шероховатость и выход годного по поверхности опытных плавок приведены в таблице 3.

В таблицах 1-3 приведены химический состав, технологические параметры и механические свойства предложенного способа (составы №2-6), способа при запредельных значениях заявленных параметров (составы №1 и 7) и способа-прототипа (состав №8).

Из таблиц 1 -3 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы №2-6) достигаются требуемые свойства по твердости в пределах 45-55 ед., причем получены однородные свойства по длине полосы и имеют разбег 2-3 ед. Колебания скорости при непрерывной разливке в пределах 0,1 м/мин обеспечивают отсутствие отсортировки по сталеплавильным дефектам, и выход годного по поверхности составляет 99,2-100% (составы №2-6). При колебаниях скорости при разливке в пределах 0,2-0,3 м/мин выход годного ниже и составляет 97-98,4% (составы №1, 7, 8). Отсутствие эмульсии при дрессировке и промасливания на агрегатах резки обеспечивают удовлетворительную чистоту поверхности, способной к промасливанию. При производстве бочек замечаний к механическим свойствам и качеству поверхности у потребителя не было.

Таблица 1 Химический состав опытных плавок
№ состава	Содержание элементов, мас.%
С	Si	Mn	P	S	Fе и неизбежные примеси
1	0,04	0,03	0,20	0,008	0,006	Остальное
2	0,05	0,03	0,25	0,009	0,008	Остальное
3	0,07	0,04	0,30	0,010	0,010	Остальное
4	0,08	0,05	0,40	0,015	0,015	Остальное
5	0,08	0,05	0,45	0,020	0,018	Остальное
6	0,10	0,06	0,50	0,025	0,020	Остальное
7	0,11	0,07	0,55	0,030	0,025	Остальное
8 (прототип)	0,002-0,007	0,005-0,06	0,08-0,17	0,010-0,016	0,006-0,011	Остальное
Примечание: Химический состав №8 дополнительно содержит 0,05-0,12% титана.

Таблица 2 Технологические параметры производства холоднокатаного проката
№ состава	Скорость разливки, м/мин	Температура нагрева слябов, °С	Температура конца прокатки, °С	Температура смотки после горячей прокатки, °С	Суммарное обжатие при холодной прокатке, %	Температура отжига, °С	Скорость нагрева при отжиге, °С/час	Время выдержки при отжиге, час	Степень обжатия при дрессировке, %	Шероховатость валков, Ra мкм
1	0,8-1,0	1330	895	620	83	710	80	19	1,5	3,7
2	0,8-0,9	1320	890	610	80	700	75	18	1,4	3,5
3	0,8-0,9	1300	870	580	75	670	60	16	1,2	3,3
4	0,8-0,9	1290	850	570	70	660	50	12	1,0	3,0
5	0,8-0,9	1260	845	560	65	650	40	9	0,9	2,5
6	0,8-0,9	1220	830	550	60	640	30	6	0,7	2,0
7	0,7-1,0	1210	825	545	55	630	25	5	0,6	1,9
8 (прототип)	0,4-0,6	1150-1240	870-890	550-730	70-80	700-750	Не регламентируется	11-34	0,4-1,2	2,0-4,0

Таблица 3
№состава	Твердость по Роквеллу по длине полосы HRB, ед.	Шероховатость Ra, мкм	Выход годного по качеству поверхности, %
Начало	Середина	Конец
1	35-40	34-39	33-38	0,4-0,5	98,4
2	45-46	44-46	45-46	0,6-0,8	100
3	45-48	46-49	47-48	0,8-0,9	99,4
4	47-49	46-48	47-48	0,9-1,3	100
5	48-51	49-51	48-50	1,1-1,5	99,2
6	52-55	51-54	52-54	1,4-1,9	99,5
7	55-60	53-59	54-60	1,7-2,1	97
8 (прототип)	Нет данных	0,9-1,4	97-98

1. Способ производства холоднокатаного проката, включающий выплавку стали, непрерывную разливку слябов, их нагрев, горячую прокатку в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:

углерод	0,05-0,10
кремний	не более 0,06
марганец	0,25-0,50
фосфор	не более 0,025
сера	не более 0,020
железо и
неизбежные примеси	остальное

при этом изменение скорости непрерывной разливки стали не превышает 0,1 м/мин, слябы нагревают до 1220-1320°С, прокатывают с температурой конца прокатки 830-890°С и сматывают при температуре 550-610°С, холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 60-80%, рекристаллизационный отжиг производят при 640-700°С с выдержкой при этой температуре 6-18 ч, дрессировку полос ведут с обжатием 0,7-1,4%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев под рекристаллизационный отжиг осуществляют со скоростью 30-75°С/ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дрессировку полос ведут с помощью валков с шероховатостью 2,0-3,5 мкм (Ra).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дрессировку ведут без имульсии.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что смотку холоднокатаных полос осуществляют на агрегатах резки без промасливания.