Способ производства горячекатаного широкополосного рулонного проката

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству горячекатаного широкополосного рулонного проката. Для повышения потребительских свойств и прочностных свойств проката последний производят из стали, содержащей, мас.%: 0,07 углерода, 0,03 кремния, 0,4÷1,6 марганца, 0,03 хрома, 0,03 никеля, 0,012 серы, 0,014 фосфора, 0,047 алюминия, 0,04 меди, 0,018 титана, 0,007 азота, 0,02÷0,09 ниобия, 0,003 ванадия, которую подвергают прокатке, ускоренному охлаждению и смотке полос в рулон, при этом при толщине полосы до 5 мм включительно используют сталь с фактическим содержанием марганца и ниобия, при толщине проката от 5,01 мм до 12 мм включительно - сталь с содержание марганца большим в 1,5 раза и содержанием ниобия в 1,2 раза большим, чем при производстве проката толщиной до 5 мм, при толщине проката от 12,01 мм до 16 мм включительно - сталь с содержанием марганца большим в 1,9 раза и содержанием ниобия в 1,5 раза большим, чем при производстве проката толщиной до 5 мм, при этом температуру конца прокатки выдерживают ниже температуры Ar₃÷(Ar₃-30)°C, температуру смотки обеспечивают ниже Ar₁ на 100÷150°C, вычисляя величины Ar₃ и Ar₁ по формулам: Ar₃=879,2-94,24[C]-21,13[Si]-25,56[Mn]+47,71[Cr]+16,44[Ni]; Ar₁=729,2-9,24[C]+12,13[Si]-15,56[Mn]+17,71[Cr]-46,44[Ni]. 5 пр.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении горячекатаной широкополосной рулонной стали.

Технология горячей прокатки полосовой рулонной стали достаточно подробно описана, например, в книге П.И. Полухина и др. «Прокатное производство», М., «Металлургия», 1982, с.459-467.

Известен способ горячей прокатки низкоуглеродистой тонколистовой стали на непрерывном многоклетевом стане (см. патент РФ №2353442, кл. B21B 1/26, опубл. 10.12.2007 г.), с заданными температурными режимами прокатки и смотки полосы, при котором полосу прокатывают на толщину 2,4…4,0 мм при температуре в VI клети стана равной 1060±20°C, а заканчивают прокатку при температуре 875±15°C, причем смотку полосы осуществляют при Т_см=695±15°C. Однако этот способ непригоден для получения из высокопрочных низкоуглеродистых марок стали проката с σ_T≥355 МПа.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является известный способ производства горячекатаного широкополосного рулонного проката из стали марки S355MC, включающий прокатку, ускоренное охлаждение с смотку полос в рулоны (RU 2361930 C1, C21D 8/04, 20.07.2009).

Этот способ непригоден для получения потребительских свойств горячекатаного широкополосного рулонного проката согласно требованиям международного стандарта EN 101149-2:1995 (σ_T≥355 н/мм², σ_B=430-550 н/мм², δ₅≥23%).

Технической задачей настоящего изобретения является повышение потребительских свойств горячекатаного широкополосного рулонного проката согласно требованиям международного стандарта EN 101149-2:1995.

Для решения этой задачи в предлагаемом способе производства горячекатаного широкополосного рулонного проката из стали марки S355MC, с содержанием 0,07% углерода, 0,03% кремния, 0,4…1,6% марганца, 0,03% хрома, 0,03% никеля, 0,012% серы, 0,014% фосфора, 0,047% алюминия, 0,04% меди, 0,018% титана, 0,007% азота, 0,02…0,09% ниобия, 0,003% ванадия, включающем прокатку, ускоренное охлаждение и смотку полос в рулоны, в отличие от ближайшего аналога, что при производстве проката толщиной до 5 мм включительно используют стали с фактическим содержанием марганца и ниобия в них, при толщине проката от 5,01 мм до 12 мм включительно используют стали с содержанием марганца большим в 1,5 раза и содержанием ниобия большим в 1,2 раза, чем при производстве проката толщиной до 5 мм, при толщине проката от 12,01 мм до 16 мм включительно используют стали с содержанием марганца большим в 1,9 раза и содержанием ниобия большим в 1,5 раза, чем при производстве проката толщиной до 5 мм, при этом температуру конца прокатки поддерживают в диапазоне Ar₃÷(Ar₃-30°C), температуру смотки - ниже Ar₁ на 100…150°C и определяют Ar₃ и Ar₁ из уравнений:

Ar₃=879,2-94,24[C]-21,13[Si]-25,56[Mn]+47,71[Cr]+16,44[Ni];

Ar₁=729,2-9,24[C]+12,13[Si]-15,56[Mn]+17,71[Cr]-46,44[Ni],

где [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni] - вышеуказанное содержание элементов в стали, соответственно, углерода, кремния, марганца, хрома, и никеля, мас.%.

Приведенные математические соотношения получены при обработке опытных данных и являются эмпирическими.

Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации химического состава стали и параметров температурного режима прокатки и смотки для полосовой стали, что позволяет получать горячекатаную широкополосную сталь с заданными прочностными свойствами.

При реализации предлагаемого способа горячей прокатки температура металла в последнем проходе и температура смотки принимаются в соответствии с вышеприведенными зависимостями, которые определяются при конкретных содержаниях указанных элементов в стали.

Опытную проверку заявляемого способа осуществляли на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». С этой целью при горячей прокатке сталей с содержанием 0,07…0,1 мас.% углерода, 0,02…0,08% кремния, 0,4…1,60% марганца, 0,02…0,05% хрома, 0,02…0,05% никеля и 0,02…0,09% ниобия, варьировали содержание марганца и ниобия при изменении температуры конца прокатки и смотки, оценивая результаты по выходу листовой стали различных классов прочности.

Наилучшие результаты (выход проката заданного класса прочности в пределах 97,5…99,2%) получены при реализации настоящего способа. Отклонения от содержания в стали марганца и ниобия от рекомендуемых значений и температуры конца прокатки и смотки ухудшали достигнутые показатели. Так например, снижение содержания в стали марганца и ниобия на 15% и при температуре конца прокатки выше Ar₃ и температуры смотки ниже Ar₁ на 50°C выход листовой стали требуемого класса прочности не превысил 91,0%, по причине снижения прочностных свойств. Увеличение содержания в стали марганца и ниобия на 15% и при температуре конца прокатки ниже Ar₃ на 50°C и температуры смотки ниже Ar₁ на 170°C более рекомендуемых, дало выход листового проката требуемого класса прочности не более 93% по причине ухудшения пластических свойств.

Технология горячей прокатки листа, взятая в качестве ближайшего аналога дала выход проката требуемого класса прочности в пределах 87,1…89,4%.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.

Технико-экономические исследования показали, что использование настоящего изобретения при производстве горячекатаной листовой стали с заданными прочностными свойствами позволит уменьшить производственные затраты почти в 1,3 раза с соответствующим снижением себестоимости проката.

Примеры конкретного выполнения

1. На широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» прокатывается сталь марки S355MC с содержанием 0,07 мас.% углерода, 0,03% кремния, 0,55% марганца, 0,03% хрома, 0,03% никеля, серы 0,012%, фосфора 0,014%, алюминия 0,047%, меди 0,04%, титана 0,018%, азота 0,007, ниобия 0,035% и ванадия 0,003%, прокат толщиной h=5 мм с суммарным обжатие в чистовой группе клетей Е_сум=85%.

Температура конца прокатки:

Ar₃=879,2-94,24[C]-21,13[Si]-25,56[Mn]+47,71[Cr]+16,44[Ni]=879,2-94,24·0,07-21,13·0,03-25,56·0,55+47,71·0,03+16,44·0,03=859,84°C;

Т_кп=859,84-9,84=850,0°C;

Температура смотки:

Ar₁=729,2-9,24[C]+12,13[Si]-15,56[Mn]+17,71[Cr]-46,44[Ni]=729,2-9,24·0,07+12,13·0,03-15,56·0,55+17,71·0,03-46,44·0,03=719,5°C;

Т_см=719,5-109,5=610,0°C;

Общий углеродный эквивалент равен:

С_э=0,3486Si+0,182Mn+0,323P+0,37Al+0,1923Cr+0,1574Cu+0,209Ti+0,714N+0,17Ni+0,108Nb=0,3486·0,03+0,182·0,55+0,323·0,014+0,37·0,047+0,1923·0,03+0,1574·0,04+0,209·0,018+0,714·0,007+0,17·0,03+0,108·0,035=0,1622:

Частный углеродный эквивалент равен:

C_v=(1-V)/(C+S+P+Cr+Al+Mo+Sn+B)=(1-0,003)/(0,07+0,012+0,014+0,03+0,047+0+0+0)=5,763;

Предел текучести равен:

σ_T=1076,833+650,745С_э-9,563h-0,462Т_см-0,454Т_кп-15,463C_v=1076,833+650,745·0,1622-9,563·5-0,462·610,0-0,454·850,0-15,463·5,763=377,7 н/мм²;

Временное сопротивление разрыву:

σ_B=592,1271+675,131С_э-0,244Т_см-0,374Т_кп-15,604C_v+3,485Е_сум=592,1271+675,131·0,1622-0,244·610,0-0,374·850,0-15,604·5,763+3,485·85=441,2 н/мм²;

Относительное удлинение:

δ₅=0,763Е_сум-0,085σ_B+0,858h+28,878С_э=0,763·85-0,085·441,2+0,858·5+28,878·0,1622=36,33%.

Прокатка листовой стали h=5 мм, с указанным содержание марганца и ниобия, при температуре конца прокатки Т_кп=850,0°C и смотки Т_см=610,0°C позволяет получить механические характеристики: σ_T=377,7 н/мм², σ_B=441,2 н/мм², δ₅=36,33%, которые отвечают требованиям международного стандарта EN 101149-2:1995 согласно которых σ_T≥355 н/мм², σ_B=430-550 н/мм², δ₅≥23%.

2. На широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» прокатывается сталь марки S355MC с содержанием 0,07 мас.% углерода, 0,03% кремния, 0,825% марганца, 0,03% хрома, 0,03% никеля, серы 0,012%, фосфора 0,014%, алюминия 0,047%, меди 0,04%, титана 0,018%, азота 0,007, ниобия 0,042% и ванадия 0,003%, прокат толщиной h=7 мм с суммарным обжатие в чистовой группе клетей Е_сум=80%.

Температура конца прокатки:

Ar₃=879,2-94,24[C]-21,13[Si]-25,56[Mn]+47,71[Cr]+16,44[Ni]=879,2-94,24·0,07-21,13·0,03-25,56·0,825+47,71·0,03+16,44·0,03=852,81°C;

Т_кп=852,81-20,81=832,0°C;

Температура смотки:

Ar₁=729,2-9,24[C]+12,13[Si]-15,56[Mn]+17,71[Cr]-46,44[Ni]=729,2-9,24·0,07+12,13·0,03-15,56·0,825+17,71·0,03-46,44·0,03=715,22°C;

Т_см=715,22-130,22=585,0°C;

Общий углеродный эквивалент равен:

С_э=0,3486Si+0,182Mn+0,323P+0,37Al+0,1923Cr+0,1574Cu+0,209Ti+0,714N+0,17Ni+0,108Nb=0,3486·0,03+0,182·0,825+0,323·0,014+0,37·0,047+0,1923·0,03+0,1574·0,04+0,209·0,018+0,714·0,007+0,17·0,03+0,108·0,042=0,213:

Частный углеродный эквивалент равен:

C_v=(1-V)/(C+S+P+Cr+Al+Mo+Sn+B)=(1-0,003)/(0,07+0,012+0,014+0,03+0,047+0+0+0)=5,763;

Предел текучести равен:

σ_T=1076,833+650,745С_э-9,563h-0,462Т_см-0,454Т_кп-15,463C_v=1076,833+650,745·0,213-9,563·5-0,462·585,0-0,454·832,0-15,463·5,763=411,4 н/мм²;

Временное сопротивление разрыву:

σ_B=592,1271+675,131С_э-0,244Т_см-0,374Т_кп-15,604C_v+3,485Е_сум=592,1271+675,131·0,213-0,244·585,0-0,374·832,0-15,604·5,763+3,485·80=470,9 н/мм²;

Относительное удлинение:

δ₅=0,763Е_сум-0,085σ_B+0,858h+28,878С_э=0,763·80-0,085·470,9+0,858·7+28,878·0,213=33,17%.

Прокатка листовой стали h=7 мм, с указанным содержание марганца и ниобия, при температуре конца прокатки Т_кп=832,0°C и смотки Т_см=585,0°C позволяет получить механические характеристики: σ_T=411,4 н/мм², σ_B=470,9 н/мм², δ₅=33,17%, которые отвечают требованиям международного стандарта EN 101149-2:1995 согласно которых σ_T≥355 н/мм², σ_B=430-550 н/мм², δ₅≥23%.

3. На широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» прокатывается сталь марки S355MC с содержанием 0,07 мас.% углерода, 0,03% кремния, 0,825% марганца, 0,03% хрома, 0,03% никеля, серы 0,012%, фосфора 0,014%, алюминия 0,047%, меди 0,04%, титана 0,018%, азота 0,007, ниобия 0,042% и ванадия 0,003%, прокат толщиной h=11 мм с суммарным обжатие в чистовой группе клетей Е_сум=73%.

Температура конца прокатки:

Ar₃=879,2-94,24[C]-21,13[Si]-25,56[Mn]+47,71[Cr]+16,44[Ni]=879,2-94,24·0,07-21,13·0,03-25,56·0,825+47,71·0,03+16,44·0,03=852,81°C;

Т_кп=852,81-20,81=832,0°C;

Температура смотки:

Ar₁=729,2-9,24[C]+12,13[Si]-15,56[Mn]+17,71[Cr]-46,44[Ni]=729,2-9,24·0,07+12,13·0,03-15,56·0,825+17,71·0,03-46,44·0,03=715,22°C;

Т_см=715,22-130,22=585,0°C;

Общий углеродный эквивалент равен:

С_э=0,3486Si+0,182Mn+0,323P+0,37Al+0,1923Cr+0,1574Cu+0,209Ti+0,714N+0,17Ni+0,108Nb=0,3486·0,03+0,182·0,825+0,323·0,014+0,37·0,047+0,1923·0,03+0,1574·0,04+0,209·0,018+0,714·0,007+0,17·0,03+0,108·0,042=0,213:

Частный углеродный эквивалент равен:

C_v=(1-V)/(C+S+P+Cr+Al+Mo+Sn+B)=(1-0,003)/(0,07+0,012+0,014+0,03+0,047+0+0+0)=5,763

Предел текучести равен:

σ_T=1076,833+650,745С_э-9,563h-0,462Т_см-0,454Т_кп-15,463C_v=1076,833+650,745·0,213-9,563·11-0,462·585,0-0,454·832,0-15,463·5,763=373,2 н/мм²;

Временное сопротивление разрыву:

σ_B=592,1271+675,131С_э-0,244Т_см-0,374Т_кп-15,604C_v+3,485Е_сум=592,1271+675,131·0,213-0,244·585,0-0,374·832,0-15,604·5,763+3,485·73=446,5 н/мм²;

Относительное удлинение:

δ₅=0,763Е_сум-0,085σ_B+0,858h+28,878С_э=0,763·73-0,085·446,5+0,858·11+28,878·0,213=33,34%.

Прокатка листовой стали h=11 мм, с указанным содержание марганца и ниобия, при температуре конца прокатки Т_кп=832,0°C и смотки Т_см=585,0°C позволяет получить механические характеристики: σ_T=373,2 н/мм², σ_B=446,5 н/мм², δ₅=33,34%, которые отвечают требованиям международного стандарта EN 101149-2:1995 согласно которых σ_T≥355 н/мм², σ_B=430-550 н/мм², δ₅≥23%.

4. На широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» прокатывается сталь марки S355MC с содержанием 0,07 мас.% углерода, 0,03% кремния, 1,045% марганца, 0,03% хрома, 0,03% никеля, серы 0,012%, фосфора 0,014%, алюминия 0,047%, меди 0,04%, титана 0,018%, азота 0,007, ниобия 0,053% и ванадия 0,003%, прокат толщиной h=13 мм с суммарным обжатие в чистовой группе клетей Е_сум=71%.

Температура конца прокатки:

Ar₃=879,2-94,24[C]-21,13[Si]-25,56[Mn]+47,71[Cr]+16,44[Ni]=879,2-94,24·0,07-21,13·0,03-25,56·1,045+47,71·0,03+16,44·0,03=847,18°C;

Т_кп=847,18-27,18=820,0°C;

Температура смотки:

Ar₁=729,2-9,24[C]+12,13[Si]-15,56[Mn]+17,71[Cr]-46,44[Ni]=729,2-9,24·0,07+12,13·0,03-15,56·1,045+17,71·0,03-46,44·0,03=711,72°C;

Т_см=711,72-149,72=562,0°C;

Общий углеродный эквивалент равен:

С_э=0,3486Si+0,182Mn+0,323P+0,37Al+0,1923Cr+0,1574Cu+0,209Ti+0,714N+0,17Ni+0,108Nb=0,3486·0,03+0,182·1,045+0,323·0,014+0,37·0,047+0,1923·0,03+0,1574·0,04+0,209·0,018+0,714·0,007+0,17·0,03+0,108·0,053=0,2551:

Частный углеродный эквивалент равен:

C_v=(1-V)/(C+S+P+Cr+Al+Mo+Sn+B)=(1-0,003)/(0,07+0,012+0,014+0,03+0,047+0+0+0)=5,763;

Предел текучести равен:

σ_T=1076,833+650,745С_э-9,563h-0,462Т_см-0,454Т_кп-15,463C_v=1076,833+650,745·0,2551-9,563·13-0,462·562,0-0,454·820,0-15,463·5,763=397,5 н/мм²;

Временное сопротивление разрыву:

σ_B=592,1271+675,131С_э-0,244Т_см-0,374Т_кп-15,604C_v+3,485Е_сум=592,1271+675,131·0,2551-0,244·562,0-0,374·820,0-15,604·5,763+3,485·71=478,1 н/мм²;

Относительное удлинение:

δ₅=0,763Е_сум-0,085σ_B+0,858h+28,878С_э=0,763·71-0,085·478,1+0,858·13+28,878·0,2551=32,06%.

Прокатка листовой стали h=13 мм, с указанным содержание марганца и ниобия, при температуре конца прокатки Т_кп=820,0°C и смотки Т_см=562,0°C позволяет получить механические характеристики: σ_T=397,5 н/мм², σ_B=478,1 н/мм², δ₅=32,06%, которые отвечают требованиям международного стандарта EN 101149-2:1995 согласно которых σ_T≥355 н/мм², σ_B=430-550 н/мм², δ₅≥23%.

5. На широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» прокатывается сталь марки S355MC с содержанием 0,07 мас.% углерода, 0,03% кремния, 1,045% марганца, 0,03% хрома, 0,03% никеля, серы 0,012%, фосфора 0,014%, алюминия 0,047%, меди 0,04%, титана 0,018%, азота 0,007, ниобия 0,053% и ванадия 0,003%, прокат толщиной h=15 мм с суммарным обжатие в чистовой группе клетей Е_сум=67%.

Температура конца прокатки:

Ar₃=879,2-94,24[C]-21,13[Si]-25,56[Mn]+47,71[Cr]+16,44[Ni]=879,2-94,24·0,07-21,13·0,03-25,56·1,045+47,71·0,03+16,44·0,03=847,18°C;

Т_кп=847,18-27,18=820,0°C;

Температура смотки:

Ar₁=729,2-9,24[C]+12,13[Si]-15,56[Mn]+17,71[Cr]-46,44[Ni]=729,2-9,24·0,07+12,13·0,03-15,56·1,045+17,71·0,03-46,44·0,03=711,72°C;

Т_см=711,72-149,72=562,0°C;

Общий углеродный эквивалент равен:

С_э=0,3486Si+0,182Mn+0,323P+0,37Al+0,1923Cr+0,1574Cu+0,209Ti+0,714N+0,17Ni+0,108Nb=0,3486·0,03+0,182·1,045+0,323·0,014+0,37·0,047+0,1923·0,03+0,1574·0,04+0,209·0,018+0,714·0,007+0,17·0,03+0,108·0,053=0,2551:

Частный углеродный эквивалент равен:

C_v=(1-V)/(C+S+P+Cr+Al+Mo+Sn+B)=(1-0,003)/(0,07+0,012+0,014+0,03+0,047+0+0+0)=5,763;

Предел текучести равен:

σ_T=1076,833+650,745С_э-9,563h-0,462Т_см-0,454Т_кп-15,463C_v=1076,833+650,745·0,2551-9,563·15-0,462·562,0-0,454·820,0-15,463·5,763=378,4 н/мм²;

Временное сопротивление разрыву:

σ_B=592,1271+675,131С_э-0,244Т_см-0,374Т_кп-15,604C_v+3,485Е_сум=592,1271+675,131·0,2551-0,244·562,0-0,374·820,0-15,604·5,763+3,485·67=464,1 н/мм²;

Относительное удлинение:

δ₅=0,763Е_сум-0,085σ_B+0,858h+28,878С_э=0,763·67-0,085·464,1+0,858·15+28,878·0,2551=31,91%.

Прокатка листовой стали h=15 мм, с указанным содержание марганца и ниобия, при температуре конца прокатки Т_кп=820,0°C и смотки Т_см=562,0°C позволяет получить механические характеристики: σ_T=378,4 н/мм², σ_B=464,1 н/мм², δ₅=31,91%, которые отвечают требованиям международного стандарта EN 101149-2:1995 согласно которых σ_T≥355 н/мм², σ_B=430-550 н/мм², δ₅≥23%.

Способ производства горячекатаного широкополосного рулонного проката из стали марки S355MC, содержащей, мас.%: 0,07 углерода, 0,03 кремния, 0,4÷1,6 марганца, 0,03 хрома, 0,03 никеля, 0,012 серы, 0,014 фосфора, 0,047 алюминия, 0,04 меди, 0,018 титана, 0,007 азота, 0,02÷0,09 ниобия, 0,003 ванадия, включающий прокатку, ускоренное охлаждение и смотку полос в рулоны, отличающийся тем, что при производстве проката толщиной до 5 мм включительно используют стали с фактическим содержанием марганца и ниобия в них, при толщине проката от 5,01 мм до 12 мм включительно используют стали с содержание марганца большим в 1,5 раза и содержанием ниобия большим в 1,2 раза, чем при производстве проката толщиной до 5 мм, при толщине проката от 12,01 мм до 16 мм включительно используют стали с содержанием марганца большим в 1,9 раза и содержанием ниобия большим в 1,5 раза, чем при производстве проката толщиной до 5 мм, при этом температуру конца прокатки поддерживают в диапазоне Ar₃÷(Ar₃-30)°C, температуру смотки - ниже Ar₁ на 100÷150°C и определяют Ar₃ и Ar₁ из уравнений:
Ar₃=879,2-94,24[C]-21,13[Si]-25,56[Mn]+47,71[Cr]+16,44[Ni],
Ar₁=729,2-9,24[C]+12,13[Si]-15,56[Mn]+17,71[Cr]-46,44[Ni],
где [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni] - содержание элементов в стали соответственно углерода, кремния, марганца, хрома и никеля, мас.%.