Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты
Владельцы патента RU 2529325:
Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU)
Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к технологии прокатки и термической обработки металлов, и может быть использовано при производстве высокопрочной холоднокатаной полосы из углеродистой стали в нагартованном состоянии толщиной 0,8-1,0 мм и массой 17-26 т для получения упаковочной ленты. Способ включает горячую прокатку, смотку полосы в рулоны, травление, холодную прокатку и термическую обработку. Температуру конца горячей прокатки и смотки поддерживают в диапазонах 830-870°C и 470-540°C соответственно. Термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаного проката до температуры 370-440°С и выдержки при этой температуре в течении времени τ=(m+h)/K, где m - масса максимального рулона в стопе, т; h - толщина полосы, мм; К=0,80-1,10 - эмпирический коэффициент, полученный опытным путем. Кроме этого, сталь имеет следующий химический состав, мас.%: 0,10-0,18 С; 0,30-0,80 Si; 1,1-1,8 Mn; не более 0,020 Р; не более 0,015 S; не более 0,06 Al; не более 0,06 Сr; не более 0,01 N; Fe, неизбежные примеси - остальное. Техническим результатом изобретения является увеличение выхода годного за счет повышения комплекса механических свойств. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к технологии прокатки и термической обработки металлов, и может быть использовано при производстве высокопрочной холоднокатаной полосы из углеродистой стали в нагартованном состоянии толщиной 0,8-1,0 мм и массой 17-26 т для получения упаковочной ленты.
Упаковочная лента должна отвечать следующему комплексу свойств (табл.1):
| Таблица 1 | |
| Механические свойства стальной упаковочной ленты | |
| σв, Н/мм2 | δ100, % |
| Не менее 960 | не менее 4 |
Известен способ производства холоднокатаной полосы из углеродистой стали, включающий нагрев сляба, горячую прокатку, охлаждение и смотку полосы в рулон, травление и холодную прокатку, согласно которому сляб нагревают до температуры 1260-1320°С, горячую прокатку завершают при температуре 820-880°С, охлаждение полосы ведут до температуры 550-590°С, а холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 60-73%. Кроме того, сталь имеет следующий химический состав, мас.%:
| Углерод | 0,30-0,45 |
| Кремний | 0,01-0,05 |
| Марганец | 0,85-1,35 |
| Алюминий | 0,01-0,04 |
| Хром | не более 0,10 |
| Никель | не более 0,05 |
| Медь | не более 0,10 |
| Молибден | не более 0,05 |
| Сера | не более 0,020 |
| Фосфор | не более 0,020 |
| Железо | остальное [1] |
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемые свойства для упаковочной ленты в части относительного удлинения.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ обработки полосы из низкоуглеродистой стали, включающий горячую прокатку, смотку полосы, травление, холодную прокатку и отжиг, согласно которому горячую прокатку заканчивают при температуре 840-860°С, смотку полосы осуществляют при 550-650°С, а холодную прокатку производят с обжатием 25-50% с последующим отжигом при 350-450°С [2].
Предлагаемый способ обработки полосы используется для низкоуглеродистой стали марок 08кп-3кп (пс).
Недостаток известного способа состоит в том, что при его использовании для производства упаковочной ленты они имеют низкий комплекс механических свойств, особенно в части показателя предела прочности, что уменьшает выход годного.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении выхода годного за счет повышения комплекса механических свойств.
Для решения технической задачи в известном способе производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты толщиной 0,8-1,0 мм и массой 17-26 т, включающем горячую прокатку полос из стали, их смотку в рулоны, травление, холодную прокатку и термическую обработку, согласно изобретению температуру горячей прокатки и смотки поддерживают в диапазонах 830-870°С и 470-540°С соответственно, термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаных полос до температуры 370-440°С и выдержкой при этой температуре в течение времени τ=(m+h)/K, где m - масса максимального рулона в стопе, т, h - толщина полосы, мм, К=0,80-1,10 - эмпирический коэффициент, полученный опытным путем.
Кроме того, сталь имеет следующий химический состав, мас.%:
| Углерод | 0,10-0,18 |
| Кремний | 0,30-0,80 |
| Марганец | 1,10-1,80 |
| Алюминий | не более 0,06 |
| Хром | не более 0,06 |
| Фосфор | не более 0,020 |
| Сера | не более 0,015 |
| Азот | не более 0,01 |
| Железо и неизбежные примеси | остальное |
Сущность изобретения состоит в следующем.
При регламентированных параметрах горячей прокатки (температурах конца прокатки Ткп=830-870°С и смотки Тсм=470-540°С) обеспечивается формирование оптимальных структурных составляющих фаз для получения высоких прочностных и пластических свойств. В результате полосовая сталь имеет высокую однородность структуры, зерно характеризуется мелким размером. Окончание горячей прокатки полос при температуре ниже 830°С, в двухфазной области, приводит к значительной разнозернистости структуры, что влечет за собой нестабильность механических свойств в горячекатаном, а затем и в холоднокатаном состоянии. Повышение температуры конца горячей прокатки свыше 870°С приводит к укрупнению зерна и понижению прочностных свойств горячекатаной стали. Смотка полос ниже 470°С очень сильно повышает прочность стали, однако значительно снижает пластичность. При температуре смотки выше 540°С пластичность стали повышается, однако это приводит к снижению ее прочности ниже допустимого уровня.
Термическая обработка стали при температурах 370-440°С, производимая после холодной прокатки, позволяет повысить пластические свойства стали, сохраняя при этом прочностные свойства на требуемом уровне. При температуре более 440°С идет резкое снижение прочностных свойств. При температуре ниже 370°С для получения оптимальной пластичности требуется более длительная выдержка металла, что влечет за собой больший расход энергии.
Для достижения удовлетворительного уровня пластичности стали необходима оптимальная выдержка металла при 370-440°С.
Экспериментально установлено, что если время выдержки при термической обработке менее рассчитанного по формуле τ=(m+h)/K, то пластичность не возрастает до требуемого уровня, нет выравнивания свойств. Увеличение времени выдержки свыше рассчитанного по формуле τ=(m+h)/K приводит к снижению прочностных свойств готовой ленты и выхода годного, увеличению затрат на производство. Также установлено, что значение коэффициента К зависит от массы рулона.
Углерод в предложенной стали является основным упрочняющим элементом. При содержании углерода менее 0,10% прочностные свойства холоднокатаной стали ниже допустимого уровня. Увеличение концентрации углерода сверх 0,18% приводит к увеличению прочностных характеристик нагартованной ленты, но при этом сильно снижается пластичность металла.
Кремний раскисляет и упрочняет сталь. Снижение содержания кремния менее 0,3% приводит к снижению прочностных свойств полосы. Увеличение содержания этого элемента более 0,80% приводит к потере пластичности и вязкости.
Марганец оказывает упрочняющее действие. При содержании марганца менее 1,1% прочностные свойства и твердость ниже допустимого уровня, а увеличение его содержания более 1,8% резко понижает показатель пластичности.
Фосфор и сера являются вредными примесями, и их содержание должно быть сведено к минимуму. При содержании фосфора более 0,02% повышается прочность и вызывается охрупчивание стали. Вместе с этим сильно снижается удлинение. Сера практически не влияет на прочность, но при содержании серы более 0,015% уменьшает пластичность. Общая пластичность понижается частицами MnS. Снижение общей пластичности проходит экспоненциально с увеличением объемной доли частиц второй фазы MnS.
Алюминий введен для раскисления стали и связывания азота в нитриды. Нитриды алюминия упрочняют холоднокатаную сталь. Увеличение содержания алюминия более 0,06% способствует графитизации стали, падению ее прочностных свойств и твердости.
Хром упрочняет сталь, но при концентрации более 0,06% имеет место падение пластичности нагартованной полосы ниже допустимого уровня.
Азот упрочняет сталь, но если его количество превышает 0,01%, сталь становится склонной к разрушению, уменьшается выход годной полосы.
Пример реализации способа. Производство холоднокатаных рулонов массой от 18 до 20 т, толщиной 1,0 мм, шириной 1000 мм.
В кислородном конвертере выплавили 6 опытных плавок стали, химический состав которых приведен в таблице 2:
| Таблица 2 | |||||||||
| Химический состав сталей (ковшевая проба) | |||||||||
| № состава | Содержание химических элементов, мас.% | ||||||||
| С | Si | Mn | Al | Р | S | Cr | N | Fe и неизбежные примеси | |
| 1 | 0,080 | 0,23 | 1,10 | 0,030 | 0,014 | 0,005 | 0,55 | 0,006 | Остальное |
| 2 | 0,120 | 0,35 | 1,18 | 0,034 | 0,010 | 0,004 | 0,03 | 0,006 | -:- |
| 3 | 0,150 | 0,55 | 1,43 | 0,040 | 0,015 | 0,008 | 0,04 | 0,007 | -:- |
| 4 | 0,165 | 0,65 | 1,67 | 0,055 | 0,017 | 0,013 | 0,05 | 0,008 | -:- |
| 5 | 0,148 | 0,45 | 1.39 | 0,030 | 0,020 | 0,004 | 0,045 | 0,007 | -:- |
| 6 | 0,150 | 0,12 | 0,50 | не регл. | 0,010 | 0,020 | 0,10 | 0,006 | -:- |
Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы толщиной 250 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи с шагающими балками и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,9 мм. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой и сматывали в рулон. Охлажденные рулоны подвергали соляно-кислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-ти клетевом стане до конечной толщины 1 мм. Холоднокатаные рулоны подвергали термической обработке в колпаковых печах. После всех операций отбирали пробы и проводили испытания для определения механических свойств проката. Холоднокатаные полосы в виде рулонов, механические свойства которых удовлетворяют требованиям, приведенным в табл.1, отгружали потребителям для дальнейшей переработки (резке, пассивации, покрытию и др.). Благодаря применению данной технологии обеспечивается увеличение выхода годного до Q=100%.
Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | |||||||||
| Режимы производства и их эффективность | |||||||||
| Режимы производства | Механические свойства | ||||||||
| № состава | m, т | К | Ткп, °C | Тсм, °C | Тотж, °C | τ, час | σв, H/мм2 | δ100, % | Q, % |
| 1 | 18 | 0,83 | 830 | 470 | 420 | 23 | 877 | 5 | - |
| 2 | 18 | 0,83 | 830 | 470 | 370 | 23 | 1011 | 7 | 100 |
| 3 | 20 | 0,91 | 850 | 500 | 400 | 23 | 1000 | 8 | 100 |
| 4 | 20 | 0,91 | 870 | 540 | 430 | 23 | 1000 | 6 | 100 |
| 5 | 18 | 0,61 | 850 | 500 | 387 | 31 | 890 | 9 | - |
| 6 (прототип) | 20 | 845 | 555 | 390 | 23 | 650 | 17 | - |
Из данных, приведенных в таблице 3, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-№4) достигается увеличение выхода годного за счет повышения комплекса механических свойств.
В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также при реализации известного способа [2] (вариант №6) из-за низкого комплекса механических свойств холоднокатаный прокат для производства готовой упаковочной ленты получить не удалось.
Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что за счет одновременной оптимизации режимов горячей прокатки и термической обработки достигается повышение комплекса механических свойств стали в холоднокатаном отожженном состоянии.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2203965, МПК C21D 8/02, С22С 38/04, 2003 г.
2. Авторское свидетельство СССР №995925, МПК В21В 3/00, 1981 г.
1. Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты толщиной 0,8-1,0 мм и массой рулона 17-26 т, включающий горячую прокатку, смотку полосы в рулоны, травление, холодную прокатку и термическую обработку, отличающийся тем, что горячую прокатку заканчивают при температуре 830-870°С, смотку полосы осуществляют при температуре 470-540°С, термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаного проката до температуры 370-440°С и выдержкой при этой температуре в течение времени τ=(m+h)/K,
где m - масса максимального рулона в стопе, т;
h - толщина полосы, мм;
К=0,80-1,10 - эмпирический коэффициент, полученный опытным путем.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую, мас.%:
| Углерод | 0,10-0,18 |
| Кремний | 0,30-0,80 |
| Марганец | 1,10-1,80 |
| Алюминий | не более 0,06 |
| Хром | не более 0,06 |
| Фосфор | не более 0,020 |
| Сера | не более 0,015 |
| Азот | не более 0,01 |
| Железо и неизбежные примеси | остальное |
