Способ производства нагартованной малоуглеродистой листовой стали

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для получения холоднокатаных полос и лент, поставляемых потребителям в нагартованном состоянии, например, для упаковки грузов. Для повышения выхода годного за счет получения заданного предела текучести листовой стали осуществляют горячую прокатку полос из стали, имеющей следующий химический состав, мас.%: углерод 0,02-0,11, марганец 0,20-0,65, кремний 0,01-0,17, алюминий не более 0,10, железо и примеси - остальное, последующую многопроходную холодную прокатку до конечной толщины. Горячую прокатку полос ведут до толщины, определяемой по формуле: где H, h - толщина горячекатаной полосы и конечная толщина холоднокатаной листовой стали; ; σ_гк - предел текучести горячекатаной полосы; σ_хк - заданное значение временного сопротивления разрыву холоднокатаной полосы. 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для получения холоднокатаных полос и лент, поставляемых потребителям в нагартованном состоянии, например, для упаковки грузов.

Известен способ производства листовой стали с заданным показателем предела текучести, включающий горячую прокатку полос, согласно которому удельный расход воды, подаваемой на охлаждение полос, устанавливают по эмпирической регрессионной зависимости исходя из химического состава стали, температур конца прокатки и смотки, толщины полосы [1].

Однако данный способ не пригоден для производства нагартованной малоуглеродистой листовой стали с заданным пределом текучести.

Известен также способ производства малоуглеродистой листовой стали с заданным показателем предела текучести, включающий горячую прокатку полос до промежуточной толщины 2,0-3,5 мм при регламентированных температурных режимах, травление окалины, холодную прокатку до конечной толщины, рекристаллизационный отжиг и дрессировку. При этом малоуглеродистая сталь содержит углерод, марганец, кремний, алюминий (или без него), железо и примеси [2].

Недостатки известного способа состоят в том, что при производстве листовой стали в нагартованном (наклепанном) состоянии непосредственно после холодной прокатки он не обеспечивает получения заданного предела текучести. Это является причиной отбраковки металлопроката.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаных полос из стали, содержащей углерод, марганец, кремний, алюминий, легирующие элементы, примеси и железо.

Стальной сляб подвергают горячей прокатке в полосу, травлению и холодной прокатке до конечной толщины. Горячую прокатку ведут с регламентированными температурами конца прокатки и смотки, а толщину горячекатаной полосы h_гк устанавливают по следующей экспериментальной зависимости:

где h_хк - конечная толщина холоднокатаной полосы [3].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не позволяет определить толщину горячекатаной полосы из малоуглеродистой стали, из которой в результате холодной прокатки до конечной толщины будет гарантированно получена нагартованная листовая сталь с заданным пределом текучести. Это приводит к снижению выхода годного.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении выхода годного за счет получения заданного предела текучести листовой стали.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства нагартованной малоуглеродистой листовой стали, содержащей углерод, марганец, кремний, алюминий (или без него), железо и примеси, включающем горячую прокатку полос и последующую их многопроходную холодную прокатку до конечной толщины, согласно изобретению горячую прокатку полос ведут до толщины, определяемой по формуле:

,

где Н, h - толщина горячекатаной полосы и конечная толщина холоднокатаной листовой стали;

;

σ_гк - предел текучести горячекатаной полосы;

σ_хк - заданное значение предела текучести холоднокатаной полосы.

Кроме того, малоуглеродистая сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод	0,02-0,11
Марганец	0,20-0,65
Кремний	0,01-0,17
Алюминий	не более 0,10
Железо и примеси	остальное.

Сущность изобретения состоит в следующем. При производстве нагартованной стали необходимо за счет выбора режима обжатия решить одновременно две задачи: получить холоднокатаную полосу конечной толщины и при этом, за счет деформационного упрочнения (наклепа), обеспечить заданное потребителем заданное значение предела текучести. Нестабильность химического состава малоуглеродистой стали, деформационных и температурных режимов горячей прокатки, изменение толщины горячекатаных полос - все это приводит к разбросу фактически полученных значений предела текучести нагартованной малоуглеродистой листовой стали и снижению выхода годного.

Результаты проведенных экспериментальных исследований и их математическая обработка с использованием пошагового регрессионного анализа позволили установить в аналитическом виде предложенную формулу для расчета необходимой оптимальной величины относительного обжатия ε исходя из предела текучести σ_гк горячекатаной полосы и заданного значения предела текучести σ_хк холоднокатаной полосы. Использование в предложенной формуле значения σ_гк позволяет учесть влияние нестабильности химического состава малоуглеродистой стали и температурно-деформационных режимов горячей прокатки полос на свойства наклепанной холоднокатаной стали, что повышает точность расчета относительного обжатия ε.

В дальнейшем, с использованием значения ε, по соотношению определяют точное значение толщины горячекатаной полосы Н, из которой после обжатия с относительной величиной ε будет получена холоднокатаная полоса конечной толщины h.

Следует отметить, что численные значения коэффициентов регрессии: 0,01, 2,5·10^-4 и 0,018 в формуле были получены по экспериментальным данным. Применительно к малоуглеродистым сталям, соответствующим предложенному химическому составу, мас.%:

Углерод	0,02-0,11
Марганец	0,20-0,65
Кремний	0,01-0,17
Алюминий	не более 0,10
Железо и примеси	остальное,

разброс значений σ_хк нагартованной листовой стали от номинального значения, как показали эксперименты, не превышает ±5%. Благодаря этому выход годного приближается к 100%. Это особенно важно, когда потребитель регламентирует допустимое отклонение σ_хк в более узком диапазоне значений.

При запредельных значениях концентраций химических элементов в стали разброс значений σ_хк возрастает. Но в случаях, когда потребитель регламентирует отклонение σ_хк от номинального значения в диапазоне ±10% и более, допустимо использование малоуглеродистой стали с иным содержанием указанных химических элементов.

Углерод и марганец являются основными упрочняющими элементами в нагартованной стали. При снижении содержания углерода менее 0,02% или марганца менее 0,20% предел текучести σ_хк листовой нагартованной малоуглеродистой стали снижается относительно заданного значения, а при содержании углерода более 0,11% или марганца более 0,65% предел текучести σ_хк увеличивается. И в том, и в другом случае это приводит к снижению выхода годного.

Кремний увеличивает скорость нарастания предела текучести σ_хк по мере увеличения ε. При концентрации кремния более 0,17% продольная разнотолщинность горячекатаных полос приводит к увеличению разброса σ_хк и снижению выхода годного. Снижение концентрации кремния менее 0,01% требует повышения относительного обжатия ε, что вызывает растрескивание кромок холоднокатаных полос и снижает выход годного.

Алюминий является стабилизирующим элементом, благодаря чему нагартованная малоуглеродистая сталь длительное время сохраняет стабильное значение σ_хк. Если дальнейшая переработка нагартованной малоуглеродистой стали осуществляется незамедлительно, то алюминий в ее состав можно не вводить. Однако при содержании алюминия более 0,10% из-за наличия ликвации в холоднокатаных полосах из малоуглеродистой стали формируются неравномерные свойства, что снижает выход годного.

Примеры реализации способа

Пример 1. По требованиям потребителей для изготовления топливных фильтров дизельных двигателей внутреннего сгорания необходима нагартованная полоса толщиной h=0,6 мм из малоуглеродистой стали с номинальным пределом текучести σ_хк=90 кг/мм² ±10%. То есть предел текучести должен быть в диапазоне: σ_хк=81…99 кг/мм². Для производства ленты используют непрерывно литые слябы из малоуглеродистой стали следующего состава, мас.%:

С	Mn	Si	Al	Fe + примеси
0,08	0,70	0,20	0,10	Остальное.

По справочным данным определяют значение предела текучести горячекатаной стали данного состава: σ_хк=30,8 кг/мм². С использованием предложенной регрессионной зависимости производят расчет параметра ε холодной деформации:

.

После этого рассчитывают толщину горячекатаной полосы Н:

.

Непрерывно литые слябы прокатывают на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщины Н=2,07 мм при температуре конца прокатки 890°С, охлаждают водой на отводящем рольганге до температуры 560°С и сматывают в рулоны.

Горячекатаные полосы после охлаждения подвергают солянокислотному травлению. Травленые полосы прокатывают на непрерывном 5-клетевом стане кварто 1700 в полосы конечной толщины h=0,6 мм, после чего производят отбор проб и измерение предела текучести: σ_хк=88,0…95,0 кг/мм². Благодаря тому что измеренные значения предела текучести нагартованных холоднокатаных полос укладываются в диапазон допустимых значений σ_хк=85 кг/мм² ±10%, выход годного составляет W=98,6%.

Пример 2. По требованиям потребителей для автоматизированной упаковки сортового проката необходима холоднокатаная нагартованная лента из малоуглеродистой стали толщиной h=1,5 мм с номинальным пределом текучести σ_хк=60 кг/мм² ±5%=57…63 кг/мм². Поскольку допустимый диапазон изменения предела текучести вдвое уже, чем в примере 1, то для производства ленты используют непрерывно литые слябы из малоуглеродистой стали предложенного химического состава, мас.%:

С	Mn	Si	Al	Fe + примеси
0,06	0,40	0,09	0,05	Остальное.

По справочным данным определяют значение предела текучести горячекатаной стали данного состава: σ_хк=28 кг/мм², и осуществляют расчет параметра ε холодной деформации:

.

Затем производят расчет толщины горячекатаной полосы H:

.

Непрерывно литые слябы нагревают до температуры 1250°С, прокатывают на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 1,67 мм и сматывают в рулоны. Затем горячекатаные полосы подвергают солянокислотному травлению и холодной прокатке на непрерывном 4-клетевом стане 1400 до конечной толщины h=1,5 мм. В результате холодной прокатки нагартованные полосы имеют значение предела текучести σ_хк=60…61 кг/мм². Благодаря этому выход годного составляет W=99,9%.

Варианты реализации способа по примеру 2 для малоуглеродистых сталей с различным химическим составом приведены в таблице.

Таблица
Предел текучести холоднокатаных упаковочных лент и выход годного
№ п/п	Содержание химических элементов, мас.%	σхк, кг/мм2	W, %
С	Mn	Si	Al	Fe + примеси
1	0,01	0,19	0,009	0,03	Остальное	53-63	75,6
2	0,02	0,20	0,01	-	-:-	58-60	99,8
3	0,06	0,40	0,09	0,05	-:-	60-61	99,9
4	0,11	0,65	0,17	0,10	-:-	61-63	99,8
5	0,12	0,67	0,18	0,11	-:-	58-66	74,2

Из данных, приведенных в таблице, следует, что в случае реализации предложенного способа с использованием малоуглеродистой стали предложенного состава (варианты №2-4) достигается повышение выхода годного за счет получения заданного значения предела текучести нагартованной ленты: разброс значений σ_хк не превышает 2 кг/мм². Это важно для стабильной работы агрегата автоматизированной упаковки.

При запредельных значениях заявленного химического состава (варианты 1 и 5) разброс значений предела текучести возрастает, что ведет к снижению выхода годного.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что прокатка горячекатаных полос с толщиной, определенной по предложенным экспериментально определенным зависимостям, позволяет при последующей холодной прокатке осуществить деформационное упрочнение (наклеп) холоднокатаных полос из малоуглеродистых сталей до заданного значения предела текучести. В результате достигается увеличение выхода годного. Помимо этого использование малоуглеродистой стали предложенного состава позволяет дополнительно снизить разброс значений предела текучести, что является важным для ряда потребителей нагартованного холоднокатаного листового проката.

В качестве базового объекта при оценке технико-экономической эффективности предложенного способа принят ближайший аналог [3]. Использование предложенного способа позволяет повысить рентабельность производства нагартованной малоуглеродистой листовой стали на 10-15%.

Литература

1. Авт. свид. РФ №1493339, МПК В21В 1/26, 1989 г.

2. М.А.Беняковский и др. Производство автомобильного листа. М.: Металлургия, 1979, с.30-31, 98, 146-147.

3. Патент РФ №2432404, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, С22С 38/16, 2011 г.

Способ производства нагартованной малоуглеродистой листовой стали, включающий горячую прокатку непрерывнолитых слябов из стали, имеющей следующий химический состав, мас.%:

углерод	0,02-0,11
марганец	0,20-0,65
кремний	0,01-0,17
алюминий	не более 0,10
железо и примеси	остальное,

последующую многопроходную холодную прокатку полосы до конечной толщины h, при этом горячую прокатку полос ведут до толщины Н, определяемой по формуле:

где ε - величина относительного обжатия холодной прокатки, %;

σ_гк - предел текучести горячекатаной полосы, кг/мм²;
σ_хк - заданное значение предела текучести холоднокатаной полосы, кг/мм².