Способ производства горячекатаного листового проката

Изобретение предназначено для получения горячекатаного листового проката с однородной мелкодисперсной структурой и низким содержанием неметаллических включений. Способ включает выплавку металла, внепечную обработку, разливку металла через промежуточный ковш на машине непрерывного литья заготовок, нагрев заготовки в нагревательных печах, горячую прокатку металла с получением листового проката толщиной 10-50 мм и термообработку. Получение требуемого предела текучести, минимального содержания и размера неметаллических включений по длине листового проката обеспечивается за счет того, что разливку металла через промежуточный ковш на машине непрерывного литья заготовок производят со скоростью, определяемой из выражения: V=0,521·(L-0,639)·(2·k/x)²·0,00718·(T_п/к-T_ликв)-2,369·[S]-8,36·([Mn]/[S]), где V - скорость разливки, м/мин; L - металлургическая длина криволинейной МНЛЗ, м; k - коэффициент затвердевания металла; х - толщина сляба, мм; Т_п/к - температура металла в промежуточном ковше, °С; Т_ликв - температура ликвидуса металла, С; Mn, S - содержание марганца и серы в металле перед разливкой, %, нагрев производят в течение 5-8 часов, выдачу - с температурой 1200-1300°С, черновую прокатку - при температуре 990-1080°С и чистовую - при температуре 880-970°С.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству горячекатаного листового проката, и может быть использовано на металлургических заводах.

Известен способ получения стали, включающий расплавление в сталеплавильном агрегате металлической шихты, содержащей примеси марганца, хрома, меди и определение в расплаве их содержания, введение в расплав марганца в количестве, рассчитанном по разнице между среднезаданным содержанием его в готовой стали и фактическим содержанием в расплаве, скорректированном на ожидаемый коэффициент усвоения одновременно с кремнием в печь и в ковш, раскисление в ковше алюминием в количестве 0,55-0,11% с окончанием подачи до выпуска 50% расплава, введение в ковш при выпуске 10-20% металла 0,02-0,03% алюминия, затем введение в процессе выпуска 25-40% металла марганца и кремния в отношении (0,3-4,4):1, изменяя его от (3,8-4,4):1 в начале введения, до (0,3-0,9):1 в конце введения, при этом алюминий в количестве 0,03-0,08% вводят равномерно в процессе выпуска 30-50% металла, а количество вводимого в расплав марганца рассчитывают по формуле, проведение усреднительной обработки металла, горячую прокатку с получением листового проката (SU, №1353821 А1, кл. С21С 7/00, опубл. 23.11.1987 г.).

Определить количество выпущенного металла в ковш в известном способе в действующих условиях производства практически невозможно, это не позволяет достаточно точно определить количество вводимых в расплав раскислителей и, как следствие, процент их ввода, что в свою очередь приводит к невозможности получения требуемого содержания марганца в готовой стали и, соответственно, требуемых механических свойств.

Кроме того, введение кремния и марганца в печь также приводит к нестабильному их усвоению во время раскисления металла, которое зависит от многих факторов (содержание углерода в металле перед раскислением, химический состав шлака, его гомогенность и т.д.), и невозможности точного прогнозирования содержания кремния и марганца в металле после предварительного раскисления металла в печи, получения требуемого содержания марганца в готовой стали и, соответственно, требуемых механических свойств.

Известен способ производства горячекатаного листового проката, включающий выплавку металла в сталеплавильном агрегате, его выпуск в ковш, определение химического состава расплава металла и его корректировку путем ввода углерода, добавок марганца, кремния и алюминия и усреднительную обработку металла с использованием газовой продувки, непрерывную разливку, горячую прокатку металла с получением листового проката, при этом углерод в расплав вводят после усреднительной обработки в виде порошковой проволоки с расходом, определяемым из выражения: Р_пров=(С_треб-С_адс)×Р_пл×ρ_пров/100×ρ_напол×0,9, где Р_пров - расход порошковой проволоки, кг; С_треб, С_адс - содержание углерода в готовой стали и перед усреднительной продувкой, %; Р_пл - вес плавки, т; ρ_пров - удельный вес проволоки, кг/т; ρ_напол - удельный вес наполнителя, кг/т; 0,9; 100 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем, а после горячей прокатки полученный листовой прокат сматывают в рулоны при температуре смотки, минимальное и максимальное значения которой определяют из следующих выражений: Т_см.мин=123,4×С_экв+0,089×Т_кп+400,25; Т_{см.макс}=-664×С_экв-0,43×Т_кп+1155,6, где Т_см.мин - минимальная температура смотки, °С; Т_{см.макс} - максимальная температура смотки, °С; С_экв - углеродный эквивалент; Т_кп - температура конца прокатки, °С; 123,4; 0,089; 400,25; 664; 0,43; 1156,6 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем (RU, №2203962 С2, кл. С21С 7/00, В21В 1/00, опубл. 10.05.2003 г.).

В известном способе в процессе разливки не проводят регламентацию скорости разливки от конкретного химического состава стали, что приводит к получению листового проката с неоднородной структурой и высоким содержанием неметаллических включений, характеризующегося нестабильным уровнем механических свойств по его длине.

Кроме того, сложность определения углеродного эквивалента химического состава стали в условиях действующего производства, необходимость дополнительного времени для проведения расчетов, отсутствие данных в системе расчетов параметров разливки и прокатки металла не обеспечивают получение готового проката со стабильными механическими характеристиками.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ производства горячекатаного листового проката из углеродистых и низколегированных сталей, включающий выплавку металла, подачу металла в ковш с введением контролируемого в заданном диапазоне количества марганца и примесей хрома, никеля и меди, разливку металла через промежуточный ковш на машине непрерывного литья заготовок, нагрев заготовки в нагревательных печах, горячую прокатку металла с получением листового проката толщиной 10-50 мм и термообработку, при этом количество марганца, вводимого в ковш, устанавливают по соотношению, мас.%: Mn=Mn₃-(0,3·Cr+0,5·Ni+0,7·Cu) при условии, что количество марганца составляет не менее 0,12 мас.%, где Mn₃ - среднее заданное количество марганца в стали требуемого состава (RU, №2308492 С2, кл. С21С 5/28, C21D 8/04, опубл. 20.10.2007 г.).

Известный способ не обеспечивает достижения требуемого технического результата по следующим причинам.

Найденные в известном способе технологические приемы внепечной обработки, разливки и прокатки направлены, прежде всего, на получение листового проката с широким диапазоном механических свойств в пределах ГОСТа. При этом широкое поле разброса значений механических свойств (σ_в, σ_т) значительно снижает объем металла по группам прочности.

Цикл разливки в известном способе сохраняется постоянным в течение всего процесса, что снижает качество слитка, поскольку не учитываются такие важные технологические параметры, как химический состав разливаемого металла, температура его перегрева и др., что приводит к получению листового проката с нестабильным уровнем механических свойств по его длине, характеризующимся неоднородной структурой и высоким содержанием неметаллических включений.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства горячекатаного листового проката путем оптимизации технологических параметров, обеспечивающего высокий уровень механических свойств в элементах металлоконструкций мостостроения.

Ожидаемый технический результат - получение однородной мелкодисперсной структуры металла с низким содержанием неметаллических включений, что позволяет стабилизировать уровень механических свойств по длине листового проката.

Технический результат достигается тем, что в способе производства горячекатаного листового проката, включающем выплавку металла, внепечную обработку, разливку металла через промежуточный ковш на машине непрерывного литья заготовок, нагрев заготовки в нагревательных печах, горячую прокатку металла с получением листового проката толщиной 10-50 мм и термообработку, по изобретению разливку металла ведут со скоростью, определяемой из выражения:

V=0,521·(L-0,639)·(2·k/x)²·0,00718·(T_п/к-T_ликв)-2,369·[S]-8,36·([Mn]/[S]),

где V - скорость разливки, м/мин;

L - металлургическая длина МНЛЗ, м;

k - коэффициент затвердевания металла;

х - толщина сляба, мм;

Т_п/к - температура металла в промежуточном ковше, С;

Т_ликв - температура ликвидус металла, °С;

Mn, S - содержание марганца и серы в металле перед разливкой, %;

0,521, 0,639, 0,00718, 2,369, 8,36 - эмпирические коэффициенты,

нагрев заготовки осуществляют в течение 5-8 часов, заготовку выдают с температурой 1200-1300°С, а горячую прокатку металла ведут с черновой прокаткой в интервале температур 990-1080°С и чистовой прокаткой в интервале температур 880-970°С.

Разливка металла с регламентированной скоростью в сочетании с режимами горячей прокатки позволяет получить листовой прокат с требуемым пределом текучести, необходимого качества, с минимальным содержанием и размером неметаллических включений, освоить производство проката из низколегированной конструкционной стали для мостостроения.

Процесс получения листового проката из низколегированной конструкционной стали для мостостроения заключается в обеспечении необходимых ее прочностных свойств за счет выбора скорости разливки металла на машине непрерывного литья заготовок, позволяющей получать равномерную по сечению структуру.

Пример. Производство листового проката предлагаемым способом осуществляли следующим образом.

В 450-тонный конвертер заваливали 111 т металлического лома и заливали 297 т жидкого чугуна с температурой 1396°С с содержанием 0,665% Si, 0,417% Mn, 0,023% S и 0,058% Р.

Во время продувки в конвертер присаживали 11,1 т извести, 16,2 т ожелезненного доломита и 0,8 т алюмофлюса. В первый период плавки израсходовали 19689 м³ кислорода, температура металла на повалке составила 1641°С. По окончании второго периода плавки температура металла на повалке составила 1660°С. На повалке была отобрана проба металла и шлака. Химический состав металла, мас.%: С 0,06; Mn 0,070; S 0,023; P 0,008; Cr 0,015; Ni 0,030; Cu 0,041. Химический состав шлака, мас.%: FeO 19,06; CaO 47,42; SiO₂ 14.35; MnO 2,88; MgO 12,42; Al₂O₃ 1,43; P₂O₅ 0,95, основность 3,31.

Во время выпуска металла в сталеразливочный ковш подавали 4,3 т FeSi75, 2,7 т SiMn18 и 4,7 т ФХ100, а до начала выпуска в сталеразливочный ковш присаживали 1,7 т лома меди и 2,3 т никеля. Продолжительность выпуска составила 6 мин.

После окончания выпуска на поверхность металла присаживали 2,1 т извести и 0,7 т плавикового шпата. Затем металл передавали на участок внепечной обработки стали, где металл с температурой 1580°С подвергался усреднительной продувке на установке усреднительной продувки стали и корректировке химического состава путем введения 0,289 т алюминиевой катанки. После этого на установке вакуумирования стали осуществляли вакуумную обработку в течение 10 мин 30 с с коэффициентом циркуляции 3,22. До начала и после окончания вакуумной обработки содержание водорода составило 3,7 и 2,4 ppm соответственно.

На установке печь-ковш осуществляли доводку металла, поступающего с температурой 1558°С. Для корректировки химического состава на плавку было отдано: 0,188 т FeMn78, 0,4 т FeSi75, 0,298 т науглероживателя и 0,1 т ФХ100. Химический состав металла после внепечной обработки следующий, мас.%: С 0,106; Si 1,01; Mn 0,566; S 0,006; P 0,014; Cr 0,754; Ni 0,575; Cu 0,46, Al 0,051; Ti 0,0197. Металл с температурой 1573°С из сталеразливочного ковша подавали в промежуточный ковш и далее в кристаллизатор криволинейной машины непрерывного литья заготовок.

Для защиты металла от вторичного окисления использовали защитные трубы на участке сталеразливочный ковш - промежуточный ковш и промежуточный ковш - кристаллизатор с подачей аргона во внутреннею полость трубы.

Разливку металла вели в МНЛЗ с металлургической длиной 35,8 м.

Эмпирический коэффициент, характеризующий влияние конструкции МНЛЗ на максимально допустимую для данного типа МНЛЗ скорость вытягивания заготовки, был определен равным 0,639 м. Коэффициент затвердевания металла k равен 28 мм/мин^-0,5. Температура металла в промежуточном ковше составляла 1573°С, а температура ликвидус металла 1510°С. Содержание марганца в подготовленном к разливке металле составляло 0,566% по массе, а серы 0,006%. Предполагается, что толщина сляба будет составлять 250 мм.

Исходя из приведенного в формуле изобретения уравнения для расчета скорости разливки

V=k₁·(L-0,639)·(2·k/x)²·k₂·(T_п/к-T_ликв)-k₃·[S]-k₄·([Mn]/[S]),

где V - скорость разливки, м/мин;

и подставив значения соответствующих коэффициентов

k₁ - эмпирический коэффициент, равный 0,521 1/мин²;

k₂ - эмпирический коэффициент, равный 0,00718 м/(мин·°С);

k₃ - эмпирический коэффициент, равный 2,369 м/(мин·%);

k₄ - эмпирический коэффициент, равный 8,36 м/мин,

вычисляем, что разливка должна вестись со скоростью, определяемой из выражения:

V=0,521·(35,8-0,639)·(2·28/250)²-0,00718·(1573-1510)-2,369·0,006-8,36·(0,566/0,006)=0,7 м/мин.

В процессе разливки осуществляли замер температуры металла и корректировку скорости разливки не менее 3-х раз - в начале, середине и конце разливки.

Полученные слябы толщиной 250 мм разрезали на мерные заготовки и подавали на стан 5000 для проведения прокатки и термообработки. Нагрев заготовок осуществляли в нагревательной печи в течение 5 часов 35 минут, при этом заготовки располагали в печи в два ряда, из которых заготовки с температурой поверхности 1239°С поочередно выдавали на прокатку. После нагрева заготовки по рольгангу подавали в камеру гидросбива для предварительного удаления окалины с давлением воды 19,7 МПа и далее транспортировали к четырехвалковой горизонтальной клети.

Получение листового проката толщиной 32 мм и шириной 2300 мм осуществляли с черновой прокаткой в 8 проходов в температурном диапазоне 1070-1015°С с подстуживанием в течение от 320-480 секунд для обеспечения необходимого охлаждения и чистовой прокаткой в 5 проходов в температурном диапазоне 950-910°С.

Получение листового проката толщиной 14 мм и шириной 3000 мм осуществляли с черновой прокаткой в 12 проходов в температурном диапазоне 1030-1010°С с подстуживанием в течение 190-210 секунд и чистовой прокаткой в 7 проходов в температурном диапазоне 960-915°С.

Листовой прокат в горячем состоянии подвергали правке на роликоправильной машине для улучшения его плоскостности, после чего подавали на холодильник. Затем после обрезки боковых кромок листовой прокат подвергался порезке на мерные длины. Готовые листы передавали в отделение термообработки.

Оценку микроструктуры стали и механических свойств проводили в соответствии с действующими стандартами. Исследования показали, что микроструктура стали представляла собой однородную мелкодисперсную структуру, содержание перлита 40% и феррита 60%. Средний размер зерна феррита имеет балл 6-8. Механические характеристики, полученные при растяжении образцов вдоль и поперек оси прокатки листа, составили: σ_в - 640 МПа, σ_т - 550 МПа, δ - 24%, KCU - 118 Дж/см².

Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что разливка металла с регламентированной скоростью в зависимости от технологических параметров, последующая горячая черновая и чистовая прокатка в заявленном температурном интервале обеспечивают формирование оптимальной однородной мелкодисперсной структуры металла с низким содержанием неметаллических включений. За счет этого обеспечивается стабильный уровень механических свойств по длине листового проката.

Способ производства горячекатаного листового проката, включающий выплавку металла, внепечную обработку, разливку металла через промежуточный ковш на криволинейной машине непрерывного литья заготовок, нагрев заготовки в нагревательных печах, горячую прокатку металла с получением листового проката толщиной 10-50 мм и термообработку, отличающийся тем, что разливку металла ведут со скоростью, определяемой из выражения:
V=0,521·(L-0,639)·(2·k/x)²·0,00718·(T_п/к-T_ликв)-2,369·[S]-8,36·([Mn]/[S]),
где V - скорость разливки, м/мин;
L - металлургическая длина криволинейной МНЛЗ, м;
k - коэффициент затвердевания металла;
х - толщина сляба, мм;
Т_п/к - температура металла в промежуточном ковше, °С;
Т_ликв - температура ликвидуса металла, °С;
Mn, S - содержание марганца и серы в металле перед разливкой, %;
0,521, 0,639, 0,00718, 2,369, 8,36 - эмпирические коэффициенты, нагрев заготовки осуществляют в течение 5-8 ч и заготовку выдают с температурой 1200-1300°С, а горячую прокатку металла ведут с черновой прокаткой в интервале температур 990-1080°С и чистовой прокаткой в интервале температур 880-970°С.