Способ производства толстолистовой стали
Владельцы патента RU 2414516:
Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU)
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении толстых листов на реверсивных толстолистовых станах с применением контролируемой прокатки. Техническим результатом изобретения является повышение производительности за счет исключения необходимости подстуживания раската между черновыми и чистовыми проходами при сохранении комплекса механических свойств толстолистовой стали. Для достижения технического результата осуществляют нагрев слябов, прокатку в черновых проходах в раскат промежуточной толщины, прокатку в чистовых проходах с суммарным обжатием не менее 30% и регламентированной температурой конца прокатки и последующее охлаждение листов, при этом слябы нагревают до температуры не выше 1200°С, температуру конца прокатки поддерживают в диапазоне 620-820°С, а после завершения чистовых проходов листы подвергают охлаждению водой со скоростью 5-30°С/с до температуры 300-600°С. В варианте реализации способа слябы нагревают до температуры 1000-1160°С, прокатку в черновых и чистовых проходах ведут с суммарным относительным обжатием 60-97%, а охлаждение водой начинают после паузы продолжительностью 5-80 с. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении толстых листов на реверсивных толстолистовых станах с применением контролируемой прокатки.
Известен способ производства толстых стальных листов, включающий нагрев сляба до температуры аустенитизации 1200°C, черновую прокатку до промежуточной толщины 70 мм с температурой раската 900°C. Затем раскат охлаждают на воздухе (подстуживают) до температуры ниже 800°C. Чистовую прокатку раската до конечной толщины проводят с температурой конца прокатки 730°C и охлаждают лист на воздухе до температуры окружающей среды [1].
Недостатки известного способа состоят в том, что охлаждение раската перед чистовой прокаткой снижает производительность процесса.
Известен также способ контролируемой прокатки толстых листов на реверсивном толстолистовом стане, включающий нагрев стальных слябов до температуры 1250°C, черновую прокатку в раскаты промежуточной толщины, подстуживание раскатов на рольганге перед чистовой клетью и чистовую прокатку до конечной толщины с обжатиями 10-25% и с температурой конца прокатки 760-1040°C [2].
Недостатки известного способа состоят в том, что охлаждение раската перед чистовой прокаткой снижает производительность процесса, а аустенитизирующий нагрев слябов до температуры 1250°C увеличивает энергозатраты на его реализацию.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства толстолистовой низколегированной стали, включающий нагрев сляба до температуры не выше 1160°C, черновую прокатку в раскат промежуточной толщины, подстуживание до температуры ниже Ar3, чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и охлаждение листа, согласно которому подстуживание раската ведут до температуры 740-760°C, а чистовую прокатку осуществляют с суммарным обжатием не менее 30% и температурой конца прокатки не выше 740°C. Причем при суммарном обжатии при чистовой прокатке не более 55% температуру конца прокатки поддерживают равной 700-730°C, при суммарном обжатии при чистовой прокатке более 55% температуру конца прокатки поддерживают равной 710-740°C, а охлаждение листа до температуры 100°C ведут со средней скоростью не более 35°C/ч [3] - прототип.
Недостатки известного способа состоят в том, что подстуживание раската перед чистовой прокаткой, продолжительность которого достигает 6-8 мин, снижает производительность процесса.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении производительности за счет исключения необходимости подстуживания раската между черновыми и чистовыми проходами при сохранении комплекса механических свойств толстолистовой стали.
Для решения технической задачи в известном способе производства толстолистовой стали, включающем нагрев слябов, прокатку в черновых проходах в раскат промежуточной толщины, прокатку в чистовых проходах с регламентированной температурой конца прокатки и последующее охлаждение листов, согласно изобретению, нагрев слябов ведут до температуры не выше 1200°C, температуру конца прокатки поддерживают в диапазоне 620-820°C, а после завершения чистовых проходов листы подвергают охлаждению водой со скоростью 5-30°C/с до температуры 300-600°C. Кроме того, слябы нагревают до температуры 1000-1160°C, прокатку в черновых и чистовых проходах ведут с суммарным относительным обжатием 60-97%, а охлаждения водой начинают после паузы продолжительностью 5-80 с.
Сущность предложенного изобретения состоит в следующем. Нагрев слябов до температуры не выше 1200°C обеспечивает полное растворение в аустените карбидов и карбонитридных включений, благодаря чему повышается технологическая пластичность стали и обеспечивается последующее их диспергирование в процессе многопроходной прокатки. Черновая и чистовая прокатки с суммарным относительным обжатием 60-97% в температурном диапазоне от 1000-1160°C до 620-820°C (контролируемая по обжатиям и температурам) последовательно прогрессивно измельчают рекристаллизующиеся зерна аустенита, благодаря чему достигается формирование заданного комплекса механических свойств готовых стальных листов. Выдержка продолжительностью 5-80 с перед началом охлаждения толстолистовой стали обеспечивает рекристаллизацию деформированных (вытянутых по направлению прокатки) аустенитных зерен, в результате чего повышаются пластические и вязкостные свойства толстолистового проката. Последующее охлаждение прокатанных толстых листов водой со скоростью 5-30°C/с до температуры 300-600°C предотвращает дальнейший неконтролируемый рост зерен микроструктуры, препятствует разупрочнению стали в результате рекристаллизационных процессов, увеличивает эффект дисперсионного твердения при стимулированном выпадении мелкодиспергированных карбидных и карбонитридных частиц, обеспечивает получение гомогенной ферритно-перлитной микроструктуры толстых листов.
Благодаря этому предлагаемый способ обеспечивает такой же комплекс механических свойств толстолистовой стали, что и способ-прототип, но за счет реализации непрерывности режима деформационно-термической обработки стали с ускоренным охлаждением водой, а не путем прерывания технологического процесса для подстуживания раската в промежуточной толщине и последующей низкотемпературной чистовой прокатки.
Исключение необходимости подстуживания раската между черновыми и чистовыми проходами придает всему технологическому процессу непрерывность и повышает его производительность, обеспечивая при этом такие же механические свойства стального толстолистового проката, как и в случае прокатки с остановками для подстуживания раскатов.
Экспериментально установлено, что при нагреве слябов до температуры выше 1200°C в результате повышенной активизации процессов рекристаллизации не достигается прогрессирующее диспергирование зеренной аустенитной структуры стали. Это ухудшает комплекс механических свойств толстых листов. Наилучшее диспергирование микроструктурных составляющих толстолистовой стали достигается при нагреве до температуры 1000-1160°C. Снижение температуры нагрева слябов менее 1000°C уменьшает растворимость карбидных и карбонитридных включений в аустените. Наличие крупных карбидных и карбонитридных включений не позволяет равномерно упрочнить ферритно-перлитную матрицу толстолистовой стали, что приводит к снижению прочностных свойств толстолистовой стали.
При суммарном относительном обжатии в процессе черновой и чистовой прокатки менее 60% не обеспечивается интенсивная механическая проработка микроструктуры стали, эффективное измельчение упрочняющих матрицу карбидных и карбонитридных неметаллических включений, что снижает прочность толстолистовой стали. Увеличение суммарного относительного обжатия более 97% в диапазоне температур от 1000-1160°C до 620-820°C ведет к появлению неблагоприятной текстуры деформации, что ухудшает вязкостные свойства толстолистового проката.
Повышение температуры конца прокатки более 820°C ухудшает свойства толстолистового проката после ускоренного охлаждения водой, снижает долю вязкой составляющей в изломе и пластичность. Снижение температуры конца прокатки менее 620°C приводит к потере прочности толстолистовой стали, что недопустимо.
При продолжительности последеформационной паузы менее 5 с толстолистовой прокат имеет недостаточную вязкость и пластичность, а также анизотропию свойств. Увеличение продолжительности паузы более 80 с приводит к появлению разнозернистости, потере прочностных свойств толстолистовой стали.
Охлаждение толстолистового проката водой до температуры выше 600°C приводит к их самоотпуску, разупрочнению, появлению хрупкости и снижению вязкостных свойств. В то же время охлаждение водой до температуры ниже 300°C не оказывает положительного влияния на свойства толстолистовой стали, а лишь увеличивает расход охлаждающей воды и продолжительность цикла охлаждения, что нецелесообразно.
При скорости охлаждения водой менее 5°C/с происходит интенсивная рекристаллизация зерен деформированного аустенита, снижение степени диспергирования микроструктуры, прочностных и вязкостных свойств толстолистовой стали. Увеличение скорости охлаждения более 30°C/с приводит к росту термических и фазовых напряжений в микроструктуре, снижению пластических и вязкостных свойств, к необходимости дополнительного проведения нормализации толстолистовой стали.
Примеры реализации способа
Для производства листа толщиной Hл=34 мм используют слябы толщиной Hсл=315 мм массой 17 т из стали марки 09Г2С следующего химического состава, мас.%:
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Cu | N | Fe + примеси |
| 0,10 | 0,6 | 1,5 | 0,2 | 0,2 | 0,1 | 0,007 | остальное |
Слябы загружают в методическую печь и нагревают до температуры аустенитизации Tа=1150°C. После выравнивания температуры по сечению сляб подают к толстолистовому реверсивному стану кварто 5000 и подвергают продольной прокатке на толщину 90 мм (черновая прокатка).
Затем раскат незамедлительно (без паузы на подстуживание) задают в реверсивный стан кварто 5000 и прокатывают за 14 проходов до конечной толщины листа Hл=34 мм. Суммарное относительное обжатие εΣ в черновых и чистовых проходах при этом равно:
Температуру конца прокатки поддерживают равной Tкп=700°С.
Прокатанный лист транспортируют по рольгангу до установки контролируемого охлаждения в течение промежутка времени τ=40 с и подвергают охлаждению водой со скоростью 17°С/с до температуры Tо=500°С. Охлажденный лист в дальнейшем остывает на воздухе с самопроизвольной скоростью.
В табл.1 даны варианты реализации способа производства толстолистовой стали, а в табл.2 - показатели их эффективности.
| Таблица 1 | ||||||
| Режимы контролируемой прокатки и охлаждения толстолистовой стали | ||||||
| № п/п | Tа, | εΣ, | Tкп, | τ, | Vо, | T0, |
| °C | % | °C | с | °C/с | °C | |
| 1 | 1210 | 55,0 | 830 | 4,0 | 36 | 610 |
| 2 | 1200 | 60,0 | 820 | 6,0 | 27 | 590 |
| 3 | 1160 | 60,0 | 820 | 5,0 | 25 | 600 |
| 4 | ИЗО | 89,2 | 700 | 44,0 | 30 | 450 |
| 5 | 1000 | 97,0 | 620 | 80,0 | 35 | 300 |
| 6 | 960 | 98,0 | 640 | 82,0 | 20 | 290 |
| 7 | 1150 | 44,0 | 700 | - | 0,33 | 100 |
| (прототип) |
| Таблица 2 | |||||
| Механические свойства толстолистовой стали | |||||
| № п/п | σв, | σт, | δ5, | KCU-40, | Доля волокнистой составляющей в изломе (DWTT), % |
| МПа | МПа | % | Дж/см2 | ||
| 1 | 510 | 410 | 19 | 52 | 78 |
| 2 | 640 | 465 | 30 | 61 | 100 |
| 3 | 640 | 467 | 31 | 62 | 100 |
| 4 | 645 | 475 | 33 | 63 | 100 |
| 5 | 650 | 480 | 32 | 62 | 100 |
| 6 | 500 | 430 | 18 | 40 | 71 |
| 7 | 640 | 470 | 32 | 62 | 100 |
Из данных, представленных в табл.1 и 2, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-5) достигается такой же уровень механических свойств, что и в способе-прототипе (вариант 7), но без подстуживания раскатов продолжительностью 6-8 мин между черновыми и чистовыми проходами.
За счет исключения необходимости подстуживания раската между черновыми и чистовыми проходами достигается повышение производительности процесса прокатки при сохранении комплекса механических свойств толстолистовой стали.
В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 6) механические свойства толстолистовой стали ухудшаются. При реализации способа-прототипа (вариант 7) производительность процесса прокатки снижается вследствие необходимости остановок, связанных с подстуживанием раскатов в промежуточной толщине между черновыми и чистовыми проходами.
Технико-экономические преимущества изобретения состоят в том, что предложенные деформационно-термические режимы производства позволяют использовать все механизмы упрочнения: измельчение зерен микроструктуры, тупоугольные границы зерен, дислокационное упрочнение, дисперсионное твердение, ламинарная структура и текстура при исключении необходимости прерывания процесса прокатки для подстуживания раскатов в промежуточной толщине. Это существенно повышает производительность процесса прокатки, приводит к снижению энергозатрат, связанных с поддержанием заданной температуры в нагревательной печи, сокращает производственный цикл.
В качестве базового объекта при определении технико-экономической эффективности предложенного изобретения принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства толстолистовой низколегированной стали на 15-20%.
Литература
1. Заявка №59-61504 (Япония), МПК B21B 1/38; B21B 1/22, 1984 г.
2. Погоржельский В.И. Контролируемая прокатка непрерывнолитого металла. М., Металлургия, 1986, с.90-91.
3. Патент РФ №2225887, МПК C21D 8/02, C21D 9/46, 2004 г. - прототип.
1. Способ производства толстолистовой стали, включающий нагрев слябов, прокатку в черновых проходах в раскат промежуточной толщины, прокатку в чистовых проходах с регламентированной температурой конца прокатки листов и последующее охлаждение листов, отличающийся тем, что нагрев слябов ведут до температуры не выше 1200°С, температуру конца прокатки поддерживают в диапазоне 620-820°С, а после завершения чистовых проходов листы подвергают охлаждению водой со скоростью 5-30°С/с до температуры 300-600°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слябы нагревают до температуры 1000-1160°С, прокатку в черновых и чистовых проходах ведут с суммарным относительным обжатием 60-97%, а охлаждение водой начинают после паузы продолжительностью 5-80 с.
