Способ производства рулонов горячекатаной низколегированной стали

Изобретение предназначено для повышения качества рулонов горячекатаной полосы толщиной 16,0-20,0 мм из низколегированных марок стали, предназначенных для последующего изготовления труб и гнутых профилей для строительных конструкций. Слябовую заготовку из низколегированной стали при содержании углерода 0,14-0,22%, кремния 0,40-0,80%, марганца 0,80-1,50% прокатывают на широкополосном стане горячей прокатки. Заданный, равный по сечению рулона комплекс механических свойств, в особенности прочностных и вязких, в условиях высокопроизводительного широкополосного стана горячей прокатки обеспечивается за счет того, что температуру конца прокатки в черновой группе устанавливают в зависимости от конечной толщины полосы, равной 980-1040°С, кроме того, в зависимости от конечной толщины полосы регламентируют минимальную величину единичного обжатия в первых чистовых проходах непрерывной группы стана. Скорость охлаждения поверхности горячекатаной полосы в межклетевых промежутках чистовой группы стана, начиная с третьего, регламентируют математическим выражением. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос толщиной 16.0÷20.0 мм из низколегированных марок стали, предназначенных для последующего изготовления электросварных труб и гнутых профилей для строительных конструкций.

Известны способы горячей прокатки полос, включающие горячую прокатку полос на широкополосном стане с межклетевым охлаждением и охлаждением поверхности 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.: Металлурия, 1991. - С.542, пат. РФ №2037536).

Недостатком известных способов является сложность обеспечения требуемого уровня механических свойств горячекатаных полос при максимальной производительности широкополосного стана горячей прокатки, особенно при производстве проката толщиной более 14.0÷16.0 мм.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ горячей прокатки полос толщиной 12.0÷16.0 мм из стали с содержанием углерода 0.14÷0.19%, на широкополосном стане, включающий горячую прокатку полосы в черновой группе клетей с температурой конца черновой прокатки в диапазоне 960÷1060°С и в чистовой непрерывной группе клетей с охлаждением полосы водой в межклетевых промежутках и с последующей смоткой в рулон. Причем в межклетевых промежутках чистовой непрерывной группы клетей устанавливают междеформационную паузу по проходам (пат РФ №2350412).

Недостаток известного способа заключается в сложности обеспечения требуемого одинакового комплекса механических свойств в горячекатаной полосе толщиной 16-20 мм из низколегированных марок стали.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение в горячекатаной полосе толщиной 16.0÷20.0 мм из низколегированных марок стали заданного равного по ее сечению комплекса механических свойств (особенно прочностных и вязких, а именно предела текучести σ_Т не менее 355 МПа при относительном удлинении δ₅ более 20% и работе удара KV при температуре минус 20°С более 27Дж), исключающего трещинообразование на полосе, путем регламентации температурных условий прокатки в черновой группе и межклетевого охлаждения в чистой группе стана, а также деформационных режимов прокатки в первых клетях чистовой группы стана в зависимости от конечной толщины полосы.

Поставленная задача решается тем, что в способе производства рулонов полос из горячекатаной низколегированной стали с содержанием углерода 0,14÷0,22%, кремния 0,40÷0,80%, марганца 0,80÷1,50%, толщиной 16.0÷20.0 мм, включающем выплавку, разливку стали с получением кристаллизованного сляба, его горячую прокатку в черновой и чистовой группах клетей широкополосного стана с охлаждением водой поверхности полосы в межклетевых промежутках чистовой группы клетей и на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, согласно изобретению для полос толщиной от 16.0 мм до 17.9 мм включительно температуру конца прокатки в черновой группе устанавливают равной 1000÷1040°С, прокатку в первых четырех клетях чистовой группы стана осуществляют с единичным относительным обжатием не менее 12%, а для полос толщиной от 18.0 мм до 20.0 мм температуру конца прокатки в черновой группе устанавливают равной 980÷1020°С, прокатку в первых четырех клетях чистовой группы стана осуществляют с единичным относительным обжатием не менее 15%, кроме того, подачу воды на поверхность полосы начинают с третьего межклетевого промежутка, при этом скорость охлаждения для полос толщиной от 16.0 мм до 17.9 мм включительно в чистовых промежутках стана, начиная с третьего, определяют из выражения V_охл=0,25·е^2,12·Vпр, а для полос толщиной от 18.0 мм до 20.0 мм - из выражения V_охл=0,28·е^1,24·Vпр, где V_охл - скорость охлаждения поверхности полосы в i-м чистовом межклетевом промежутке, град./с; V_пр - скорость прокатки в i-й чистовой клети, м/с.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Так как горячекатаная полоса предназначена для последующего изготовления электросварных труб и гнутых профилей для строительных конструкций, то в ней на стадии горячей прокатки должен быть сформирован комплекс механических (прочностных, пластических и вязких) свойств, исключающих трещинообразование при последующей формовке. При этом следует учитывать достаточно значительную толщину полосы (более 16 мм).

Выбранные пределы содержания углерода (0.14÷0.22%) в сочетании с кремнием (0.40÷0.80%) и марганцем (0.80÷1.50%), являющимися основными легирующими компонентами в конструкционных низколегированных сталях, в том числе трубного сортамента, позволяют достичь в горячекатаной полосе заявляемых толщин требуемого уровня механических свойств.

В заявляемом техническом решении признак, характеризующий температуру конца прокатки в черновой группе клетей в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы, связан со следующим.

Диапазон температур раската, соответствующих температурам конца горячей прокатки в черновой группе для заявляемого химического состава стали и конечной толщины полосы, составляет 980÷1040°С. При этом температура конца горячей прокатки в черновой группе клетей стана определяется принципом - чем толще раскат, тем выше его теплоемкость, и соответственно необходима большая интенсивность охлаждения раската в межклетевых промежутках чистовой группы клетей для поддержания требуемой температуры конца горячей прокатки. Поэтому на более толстом раскате (для получения полос толщиной от 18 мм до 20 мм) температура конца горячей прокатки в черновой группе ниже (980÷1020°С), чем на более тонком раскате (1000÷1040°С для полос толщиной менее 18 мм). Так как горячая прокатка полос толщиной более 16 мм осуществляется, как правило, из раската толщиной 48+56 мм, то для поддержания температуры конца прокатки в зависимости от конечной толщины полосы в выбранном диапазоне и формирования равнобальной заданной микроструктуры, и отсутствия поперечных трещин напряжения необходимо управляемое охлаждением полосы в межклетевых промежутках чистовой группы стана горячей прокатки.

Из этих соображений принято условие специального межклетевого охлаждения проката в чистовой группе.

В случае превышения заявляемых значений температур и в случае подачи воды на поверхность полосы в первых двух чистовых межклетевых промежутках будет наблюдаться трещинообразование вследствие резкого градиента температур по сечению полосы. Для исключения трещинообразования необходимо обеспечить условия равномерного охлаждения поверхности полосы. В связи с чем исключается подача воды на поверхность полосы в двух первых чистовых промежутках стана.

Регламентация величины единичных обжатий в каждой из первых четырех клетей чистовой непрерывной группы стана в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы не менее 12% выбрана из следующих соображений. При прокатке в чистовой группе клетей в готовой полосе формируется ферритная структура. При этом размер зерна феррита в готовом прокате тем мельче, чем меньше величина аустенитного зерна в полосе на момент окончания горячей прокатки. Форма и величина зерна аустенита зависят от скорости рекристаллизации при прокатке, а также от степени деформации в чистовой группе клетей стана. Так как в процессе горячей прокатки при температурах рекристаллизации формирование микроструктуры идет неравномерно по объему металла, что связано с особенностями охлаждения проката в условиях широкополосного стана, то в микроструктуре проката будут присутствовать зерна различной формы - от вытянутых до сфероидизированных. Как известно, при высоких степенях деформации в начальной стадии чистовой прокатки скорость образования рекристаллизованных зародышей превышает скорость их роста, что предопределяет образование мелкого зерна. Кроме того, при уменьшении исходного зерна аустенита повышается критическая степень деформации и рекристаллизованное зерно (при данной степени деформации) становится мельче (см. Ю.М.Лахтин. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1977. - 407 С.). С другой стороны, для получения к моменту окончания горячей прокатки требуемой толщины готовой полосы, имеющей температуру конца чистовой прокатки для выбранных марок стали в диапазоне 740÷800°С из раската, полученного в черновой группе клетей, необходима регламентация величины единичных относительных обжатий по первым проходам чистовой группы. При меньших значениях величины единичного обжатия (менее 12%) для проката толщиной до 17.9 мм включительно не будет осуществляться выкатываемость полос на требуемую толщину и, кроме того, не будет обеспечен требуемый уровень механических свойств. Из этих же соображений выбрано значение минимального единичного обжатия 15% в первых четырех проходах чистовой группы стана для случая прокатки полос толщиной от 18 мм и более.

Регламентация условий охлаждения полосы и единичных относительных обжатий при ее прокатке в чистовой группе позволяет обеспечить формирование высоких прочностных (предела текучести (σ_т), временного сопротивления разрыву (σ_в)) и повышенных пластических и вязких свойств, без образования поперечных трещин во время деформации. Это связано с тем, что при выбранных температурных режимах заканчиваются полиморфные превращения γ-Fe в α-Fe, и, следовательно, в условиях объемно-центрированной решетки железа формируются требуемые механические свойства, а напряженное состояние не превышает допустимого.

Приведенная математическая зависимость, регламентирующая скорость охлаждения поверхности горячекатаной полосы по чистовым проходам стана горячей прокатки, - эмпирическая и получена при обработке опытных данных комплекса исследований по прокатке указанного сортамента на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Для осуществления предлагаемого способа предварительно, в зависимости от требуемой конечной толщины горячекатаной полосы, определяется необходимая температура конца горячей прокатки в черновой группе стана. Затем выбираются единичные относительные обжатия в первых четырех клетях чистовой группы стана, обеспечивающие получение требуемой конечной толщины полосы. При этом для достижения заданных механических свойств и исключения появления поперечных трещин в готовой горячекатаной полосе, в соответствии с заявленным выражением, рассчитывается необходимая скорость охлаждения ее поверхности в чистовых, начиная с третьего, проходах непрерывной группы стана. При этом назначается схема охлаждения поверхности полосы водой в чистовых межклетевых промежутках стана, исключающая подачу воды на поверхность полосы в первых двух межклетевых промежутках.

Пример осуществления способа.

На широкополосном стане «2000» горячей прокатки ОАО «ММК» прокатывают полосы размерами (толщина/ширина) 16.0÷20.0/880÷1830 мм из низколегированной стали с содержанием углерода 0.14÷0.22%, кремния 0.40÷0.80%, марганца 0.80÷1.50%.

Сляб, нагретый до требуемой температуры 1240±20°С, поступает на широкополосный стан 2000 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 до 52 мм, с температурой 980÷1040°С направляется по промежуточному рольгангу в чистовую непрерывную группу клетей. Для формирования равномерной микроструктуры в горячекатаной полосе при выбранном скоростном и деформационном режиме прокатки в чистовой группе клетей рассчитывается необходимая скорость охлаждения полосы по проходам, начиная с третьего, с учетом величины деформации, при этом в первые два межклетевых промежутка вода на поверхность полосы не подается.

После прокатки в чистовой группе стана полоса по отводящему рольгангу, на котором осуществляют дифференцированное охлаждение ее поверхности водой сверху и снизу секциями душирующего устройства, направляется к моталкам второй группы, где она сматывается в рулон при температуре 560÷600°С.

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу и способу-прототипу осуществлялась горячая прокатка полосы толщиной 16.0÷20.0 мм на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК», а также результаты исследований представлены в таблице.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен. Заявляемый способ обеспечивает получение горячекатаных полос толщиной 16.0÷20.0 мм со следующими механическими свойствами: σ_т≥355 МПа, σ_в≥510 МПа, δ₅≥20%, KV^-20>27 Дж.

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

Таблица
Способ производства рулонов горячекатаной низколегированной стали
№ п/п	Марка стали	Конеч ная толщи на поло сы, hк, мм	Температура конца прокатки в черновой группе клетей, Тр**, °С	Минимальное единичное относительное обжатие в первых чистовых проходах, ε, %	Наличие подачи воды на поверхность полосы в первых двух чистовых промежутках	Скорость охлаждения поверхности полосы водой в чистовой группе, °С/с	Пре дел теку чести, σт, Н/мм2	Времен ное сопротив ление разры ву, σв, Н/мм2	Рабо та уда ра, KV-20, Дж	Нали чие попе речных трещин
						номер межклетевого промежутка чистовой группы стана
3	4	5
1*	S355J2	16,0	1080±5	9,3	+	10,0	10,6	12,5	370	500	18	+
2	S355J2	16,0	1020±5	12,2	-	5,5	7,2	12,3	410	560	110	-
3*	S355J2	16,5	1070±5	8,2	+	10,1	10,5	12,3	365	505	22	+
4	S355J2	16,5	1030±5	14,3	-	4,5	8,2	11,1	400	540	112	-
5*	S355J2	17,2	1065±5	11,4	+	10,1	10,5	12,3	350	490	26	+
6	S355J2	17,2	1025±5	15,4	-	5,2	8,3	11,5	390	540	108	-
7*	S355J2	17,8	1054±5	11,7	+	9,8	10,4	10,8	355	480	29	+
8	S355J2	17,8	1035±5	13,5	-	4,7	8,1	10,9	390	530	98	-
9*	S355J2	18,0	1050±5	10,2	+	9,5	10,2	10,3	340	480	25	+
10	S355J2	18,0	1005±5	16,0	-	4,4	7,9	12,1	380	520	110	-
11*	St52-3	18,0	1055±5	12,4	+	9,5	10,2	10,3	350	490	28	+
12	St52-3	18,0	1010±5	17,4	-	4,4	7,9	12,1	390	540	148	-
13	S355J2	18,5	990±5	16,2	-	3,8	8,3	11,9	385	530	124	-
14*	St52-3	20,0	1065±5	12,4	+	12,0	10,1	12,4	325	470	26	+
15	St52-3	20,0	985±5	17,4	-	4,6	8,7	12,9	375	510	158	-
* - без регламентации параметров охлаждения в первых 2-х межклетевых промежутках и без учета расчетной формулы
** - усредненная температура по длине раската

Способ производства рулонов полос из горячекатаной низколегированной стали с содержанием углерода 0,14-0,22%, кремния 0,40-0,80%, марганца 0,80-1,50%, толщиной 16,0-20,0 мм, включающий выплавку, разливку стали с получением кристаллизованного сляба, его горячую прокатку в черновой и чистовой группах клетей широкополосного стана с охлаждением водой поверхности полосы в межклетевых промежутках чистовой группы клетей и на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, отличающийся тем, что для полос толщиной от 16,0 мм до 17,9 мм включительно температуру конца прокатки в черновой группе устанавливают равной 1000-1040°С, прокатку в первых четырех клетях чистовой группы стана осуществляют с единичным относительным обжатием не менее 12%, а для полос толщиной от 18,0 мм до 20,0 мм температуру конца прокатки в черновой группе устанавливают равной 980-1020°С, прокатку в первых четырех клетях чистовой группы стана осуществляют с единичным относительным обжатием не менее 15%, при этом подачу воды на поверхность полосы начинают с третьего межклетевого промежутка, причем скорость охлаждения в чистовых промежутках стана, начиная с третьего, для полос толщиной от 16,0 мм до 17,9 мм включительно определяют из выражения а для полос толщиной от 18,0 мм до 20,0 мм - из выражения где V_охл - скорость охлаждения поверхности полосы в i-м чистовом межклетевом промежутке, град/с; V_пр - скорость прокатки в i-й чистовой клети, м/с.