Способ термической обработки холоднокатаной стальной ленты толщиной 0,30-1,5 мм из конструкционной стали с пределом прочности при растяжении 800 -1200мпа



Способ термической обработки холоднокатаной стальной ленты толщиной 0,30-1,5 мм из конструкционной стали с пределом прочности при растяжении 800 -1200мпа
Способ термической обработки холоднокатаной стальной ленты толщиной 0,30-1,5 мм из конструкционной стали с пределом прочности при растяжении 800 -1200мпа
Способ термической обработки холоднокатаной стальной ленты толщиной 0,30-1,5 мм из конструкционной стали с пределом прочности при растяжении 800 -1200мпа
C21D1/20 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2679786:

Ненашев Сергей Александрович (RU)
Нефедов Дмитрий Викторович (RU)
Кузьмин Алексей Юрьевич (RU)

Изобретение относится к термической обработке конструкционных сталей и может быть использовано при производстве высокопрочной упаковочной ленты, используемой в металлургической, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности. Для обеспечения предела прочности при растяжении 800-1200 МПа и удлинения не менее 7,0% в широком диапазоне толщин (0,30-1,50 мм) в условиях высокопроизводительного агрегата патентирования холоднокатаную стальную ленту толщиной 0,30-1,50 мм, из стали, содержащей, мас.%: 0,14-0,70 углерода, 0,15-0,60 кремния и 0,40-1,60 марганца нагревают со скоростью 8,0-18,0°С/с до температуры выдержки, зависящей от уровня легирования стали и определяемой определяемой из выражения: Тн=(990-178⋅Эхс)±10, где Тн - расчетная температура нагрева ленты под патентирование, °С, Эхс - эквивалент химического состава, определяемый из выражения: где С, Mn, Si - углерод, марганец, кремний, мас.%, в атмосфере, содержащей 0,5-2,4% СО, выдерживают при заданной температуре в течение 20-35 с, осуществляют изотермическую закалку в расплаве свинца в течение 20-50 с при температуре 440-500°С. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, в частности к термической обработке холоднокатаной стальной ленты из конструкционных сталей, и может быть использовано при производстве высокопрочной упаковочной ленты, предназначенной для обвязки, упаковки, пакетирования, крепления крупногабаритной продукции, соединения в моноблоки отдельных единиц с целью исключения повреждения и порчи товара при доставке потребителю, используемой в металлургической, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.

Современные механизированные способы упаковки предъявляют особые требования к упаковочной ленте: прочность, достаточную для фиксации продукции при транспортировке и хранении; пластичность, обеспечивающую образование надежных «замков» обвязки; состояние поверхности, обеспечивающее скольжение соприкасающихся поверхностей, а также стойкость к атмосферной коррозии.

Наиболее полно данным требованиям отвечает лента следующих классов прочности, класс UMC800HE с временным сопротивлением разрыву σB≥800 МПа и относительным удлинением δ100≥10%, UMC970HE с временным сопротивлением разрыву σB≥970 МПа и относительным удлинением δ100≥7,5%, UMC1200 USLM с временным сопротивлением разрыву σB≥1200 МПа и относительным удлинением δ100≥7,0%.

Известен способ термической обработки стали, осуществляемый путем нагрева до температуры на 20-30°С выше Ас3, выдержки при этой температуре и охлаждения в расплавленном свинце при 540-560°С без последующего отпуска (см., например, Справочник термиста, А.А. Шмыков, Москва, 1952). Операция патентирования применима, как правило, к сортовому прокату и в отдельных случаях используется в качестве финишной термической обработки ленты.

Известен способ обработки стальной ленты с содержанием углерода 0,45-0,56%, включающий патентирование металла с нагревом в печи с избытком природного газа и выдержкой в расплаве из смеси 98%NaNO3 и 2%MnO2 при температуре 350-400°С, промывку в холодной воде, покрытие воском и сушку горячим воздухом, после чего ленту пропускают через адгезирующие ролики (патент РФ №2145360 C21D 9/52, 8/02, 2000).

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ обработки стальной ленты из марганцовистой стали с содержанием углерода в пределах 0,26-0,35%, включающий патентирование металла с нагревом в печи с недостатком кислорода до температуры 920-980°С и изотермической выдержкой в расплаве из смеси NaNO3 и MnO2 при температуре 380°С, с последующим охлаждением проточной водой, электрохимическим травлением в 16%-ном растворе серной кислоты, после которого металл дополнительно промывают холодной водой и сушат при температуре около 300°С, а затем пропускают горячую ленту в течение 1-3 с через ванну с водно-восковой эмульсией с последующим обтиром прокладками поверхности движущегося металла (патент РФ №2238987 C21D 8/02, 1/20, 9/52, 2004).

Недостатками данных способов являются отсутствие регламентации временных параметров термической обработки, а также сложности обеспечения требуемого уровня механических свойств в широком диапазоне толщин (0,30÷1,50 мм) и уровне легирования. Это, в свою очередь, не позволяет обеспечить в упаковочной ленте из углеродистой стали, изготавливаемой в агрегатах патентирования с изотермической выдержкой в расплаве свинца, уровень характеристик, соответствующих заявляемым классам прочности 800-1200.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста, заявляемый способ производства патентированного высокопрочного холоднокатаного проката, не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Техническим результатом изобретения является разработка режимов термической обработки ленты в толщинах от 0,30 до 1,50 мм с гарантированным пределом прочности 800-1200 МПа и относительным удлинением не менее 7-10%.

Технический результат достигается тем, что холоднокатаную ленту толщиной 0,30-1,50 мм, из стали с содержанием 0,14-0,70% углерода, 0,15-0,60% кремния и 0,40-1,60% марганца нагревают со скоростью 8,0-18,0°С/с до температуры, определяемой из выражения:

где Тн - расчетная температура нагрева ленты под патентирование, °С;

Эхс - эквивалент химического состава, определяемый из выражения:

где С, Mn, Si - углерод, марганец, кремний, масс. %,

выдерживают при заданной температуре в течение 20-35 с в атмосфере, содержащей 0,5-2,4% СО, после чего подвергают изотермической выдержке в расплаве свинца в течение 20-50 с при температуре 440-500°С.

Достижение технического результата обеспечивается за счет формирования в углеродистой и низколегированной стали мелкодисперсной сорбито-бейнитной или бейнитной структуры при минимальном содержании (или полном отсутствии) структурно свободного феррита после термической обработки с регламентацией температурно-временных параметров нагрева в области протекания статической рекристаллизации аустенита, обусловленной фазовым наклепом вследствие α→γ превращения. Выбранная комбинация легирующих элементов обеспечивает требуемое состояние аустенита перед закалкой, что достигается соответствующим содержанием углерода, кремния и марганца.

Углерод в пределах 0,14-0,70% при заявляемых температурно-временных параметрах обработки способствует формированию микроструктуры, состоящей из смеси сорбита и бейнита (или полностью бейнита) с минимальной долей структурно свободного феррита. При содержании углерода менее 0,14% в готовой ленте формируется феррито-сорбитная смесь, не позволяющая обеспечить требуемый класс прочности. При содержании углерода более 0,70% по границам колоний бейнита выделяется структурно свободный цементит, который не позволяет получать относительное удлинение на уровне 7,0% и увеличивает склонность к трещинообразованию.

Кремний добавлен для раскисления и повышения прочностных характеристик. При концентрации кремния менее 0,15% прочность стали ниже допустимой. При содержании кремния более 0,60% происходит значительное искажение кристаллической решетки α-Fe, что увеличивает ее сопротивление движению дислокаций и препятствует релаксации высоких упругих микронапряжений, вследствие чего происходит понижение показателей пластичности, увеличение склонности к трещинообразованию (сталь не выдерживает испытания на холодный изгиб).

Марганец в количестве 0,40-1,60% позволяет гарантировать высокий уровень прочностных характеристик. Повышение содержания марганца в качестве легирующего элемента для низкоуглеродистой стали с большой прочностью неперспективно вследствие:

- значительного развития склонности к отпускной хрупкости при концентрации марганца свыше 1,60% в сочетании с неизбежным наличием в стали фосфора, поскольку марганец и фосфор являются горофильными элементами, концентрирующимися при замедленном охлаждении по границам зерен;

- усиления центральной сегрегации в непрерывнолитом слябе и ухудшения пластичности металла.

Зависимость, позволяющая рассчитать влияние элементов химического состава на завершение полиморфного α→γ превращения (температура Ас3), при заявляемых температурно-временных условиях нагрева холоднокатаной ленты, получена при обработке результатов дилатометрических исследований, проведенных в условиях ООО «УМК». Набранный массив данных подвергался статистической обработке с применением корреляционно-регрессионного анализа. В результате было получено уравнение множественной регрессии, связывающее температуру завершения полиморфного превращения Ас3 с выбранными параметрами химического состава, на основании которого, в целях упрощения процесса управления и оперативного принятия решения, была выведена формула Эхс (2), показывающая влияние основных легирующих элементов (в исследованном диапазоне их изменения) на положение критических точек.

Температура Ас3, определенная с помощью дилатометрических исследований, не учитывает влияния масштабного фактора и процессов статической рекристаллизации аустенита, следовательно, необходима температурная поправка на указанные параметры, учтенная в формуле Тн (1). Приведенные в формуле (1) безразмерные коэффициенты эмпирические и получены при обработке опытных данных производства ленты в условиях агрегата патентирования ООО «УМК».

Скорость нагрева до температуры Тн и время выдержки при данной температуре выбраны исходя из обеспечения мелкого рекристаллизованного зерна аустенита. В случаях, когда скорость нагревания составляет менее 8,0°С/с, требуется длительное время для достижения лентой целевой температуры повторного нагрева, что приводит к снижению производительности, а также к увеличению размеров зерна. Отклонение от верхних значений нормируемых параметров нагрева, приводит к формированию разнозернистой структуры готовой ленты. Все это способствует снижению показателей пластичности.

В секциях прямого пламенного нагрева печи аустензации происходит очистка поверхности полосы при ее нагреве непосредственно в восстановительной атмосфере, которая производится при горении природного газа и воздуха, смешиваемых при соотношении несколько ниже оптимального коэффициента избытка воздуха при сжигании газа. Восстановительная атмосфера достигается за счет поддержания в продуктах горения доли СО на уровне 0,5-2,4% и обеспечивает отсутствие на поверхности ленты продуктов окисления, снижающих теплообмен между расплавом свинца и самой лентой, способствую, тем самым, повышению равномерности и однородности механических свойств как по длине, так и по ширине ленты. Отсутствие окисной пленки исключает ее осыпание при перегибах, повышая, тем самым, технологичность ленты при эксплуатации.

Время изотермической выдержки 20-50 с ограничено с одной стороны временем полного протекания процессов γ→α превращения, с другой, производственными и материальными затратами. Температура изотермической выдержки в пределах от 440 до 500°С способствует формированию мелкодисперсной сорбито-бейнитной или бейнитной структуры при минимальном содержании (или полном отсутствии) структурно свободного феррита.

Пример осуществления способа

Опытную проверку предлагаемого способа осуществляли при производстве патентированной ленты из холоднокатаной нагартованной полосовой стали в условиях ООО «Уральская Металлообрабатывающая Компания». В качестве исходной заготовки использовали холоднокатаную нагартованную и отожженную ленту. Ленту подвергали термической обработке в высокопроизводительном агрегате патентирования, окрашиванию и покрытию воском.

Испытание на растяжение, для оценки уровня механических свойств, проводили на плоских пропорциональных образцах по ГОСТ 11701, оценку микроструктуры проводили с помощью оптической микроскопии в соответствии с ГОСТ 5639 и ГОСТ 5640.

Технологические параметры производства ленты, механические свойства и микроструктура стали представлена в таблице 1. По варианту №3,4, 9 была произведена лента, параметры технологии производства которого выходят за объемы предмета данного изобретения (сравнительный вариант).

Полученную ленту испытывали при механизированной упаковке пачек и рулонов листовой стали в цехах ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Из таблицы 1 видно, что лента, обработанная по режимам №3, 4, 9 либо не соответствует требованиям по пределу прочности, предъявляемым к классам прочности 800-1200, либо по показателям пластичности.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в наиболее близком аналоге.

Заявляемый способ может найти широкое применение при производстве высокопрочной ленты с требуемыми регламентируемыми механическими параметрами.

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

Способ термической обработки холоднокатаной стальной ленты толщиной 0,30-1,50 мм из конструкционной стали с пределом прочности при растяжении 800-1200 МПа, включающий патентирование ленты, окрашивание поверхности, покрытие воском и сушку горячим воздухом, отличающийся тем, что обработке подвергают ленту из стали, содержащей, мас.%: 0,14-0,70 углерода, 0,15-0,60 кремния и 0,40-1,60 марганца, патентирование осуществляют путем нагрева ленты со скоростью 8,0-18,0°С/с до температуры, определяемой из выражения:

Тн=(990-178⋅Эхс)±10, где

Тн - расчетная температура нагрева ленты под патентирование, °С;

Эхс - эквивалент химического состава, определяемый из выражения:

где

С, Mn, Si - углерод, марганец, кремний, мас.%,

выдержки при этой температуре в атмосфере, содержащей 0,5-2,4% СО, в течение 20-35 с и изотермической выдержки в расплаве свинца в течение 20-50 с при температуре 440-500°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу производства формованного продукта. Способ включает обработку металлического листа, имеющего объемно центрированную кубическую структуру и поверхность, которая удовлетворяет любому из следующих условий (a) или (b); формовку этого металлического листа, вызывающую деформацию плоского растяжения и двухосную деформацию растяжения и позволяющую по меньшей мере части этого металлического листа иметь коэффициент уменьшения толщины листа от 10% до 30%.

Изобретение относится к способу получения литых биметаллических штампов системы «ферритокарбидная сталь - аустенито-бейнитный чугун», включающему послойную заливку сплавов в литейную форму и направленное охлаждение со стороны нижнего торца заготовки.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству листового проката из конструкционных сталей северного исполнения. Для повышения хладостойкости и трещиностойкости при сохранении достаточного уровня прочностных и пластических свойств в прокате выплавляют сталь, содержащую, мас.%: углерод 0,09-0,13, марганец 1,40-1,60, кремний 0,50-0,70, алюминий 0,025-0,090, хром 0,03-0,10, никель (0,02-0,10, медь 0,03-0,10, молибден 0,002-0,050, титан 0,004-0,025, ниобий 0,001-0,01, ванадий 0,003-0,010, азот 0,001-0,008, сера 0,001-0,005, фосфор 0,003-0,016, кальций 0,0001-0,01, железо – остальное, при этом по первому варианту способа предварительную деформацию с регламентированными обжатиями проводят при температуре 950-1100°С, а окончательную деформацию осуществляют при температуре 880-760°С, далее листовой прокат замедленно охлаждают в штабеле и на воздухе до температуры окружающей среды.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения рулонного проката для изготовления нефтепроводных труб группы Кс по ГОСТ 52203-04 без дополнительной термообработки.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к способам производства сортового круглого проката из легированных сталей для изготовления крепежных изделий холодной объемной штамповкой.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к способу производства сортового круглого проката из легированных сталей для изготовления крепежных изделий холодной объемной штамповкой.

Изобретение относится к области металлургии. Для получения листового проката категории прочности 345 с соотношением предела текучести к временному сопротивлению не более 0,75, используемого при строительстве резервуаров для хранения нефтепродуктов, выплавляют сталь, содержащую, мас.

Изобретение относится к получению текстурированной листовой магнитной стали с нанесенным изолирующим покрытием. На поверхность текстурированной листовой магнитной стали нанесено изолирующее покрытие, содержащее Si, P, О и Cr и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al и Mn.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу электротехнической стали с ориентированной структурой, применяемому в качестве материала сердечников трансформаторов.
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее, для получения рулонного полосового проката с низкой скоростью коррозии при сохранении уровня прочностных и пластических характеристик, соответствующего категории прочности К52, осуществляют аустенизацию заготовки при 1200-1280°С, черновую прокатку до толщины промежуточного подката, чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ламинарное охлаждение водой до температуры смотки в рулон, при этом заготовку получают из стали, содержащей мас.%: углерод 0,04-0,07, марганец 0,4-0,9, кремний 0,1-0,4, хром 0,2-0,7, медь 0,3-0,6, никель 0,15-0,60, алюминий не более 0,03, молибден не более 0,08, сера не более 0,003, фосфор не более 0,015, при выполнении соотношения Nb+V+Ti≤0,15, остальное – железо и неизбежные примеси, аустенизацию осуществляют с выдержкой не менее 3 часов, черновую прокатку заготовки производят при величине единичного относительного обжатия в первом проходе не менее 30% и не менее 20% в последнем проходе с обеспечением толщины подката, равной 5,5-7,5 толщины готовой полосы, а чистовую прокатку производят при величине единичного относительного обжатия в первом проходе не менее 30% и не более 10% в последнем проходе, причем температуру конца чистовой прокатки устанавливают из соотношения Ткп=800*К, °С, где К - эмпирический коэффициент, составляющий К=1,02-1,15, а смотку полосы в рулон производят в диапазоне температур 585-670°С.

Изобретение относится к области механики, микросистемной техники и наномеханики, в частности к технике устройств на основе материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ), и может найти применение в области радиоэлектроники, машиностроения, биотехнологии, электронной микроскопии, медицины.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения высокой стойкости к водородному охрупчиванию в кислой среде и высокой коррозионной усталостной прочности холоднокатаную проволоку изготавливают из стали следующего химического состава, в вес.%: 0,2≤С≤0,6, 0,5≤Мn≤1,0, 0,1≤Si≤0,5,0,2≤Сr≤1,0, Р≤0,020, S≤0,015, N≤0,010, при необходимости не более 0,07 Аl, не более 0,2 Ni, не более 0,1 Мо и не более 0,1 Сu, остальное - железо и неизбежные при выплавке примеси, при этом проволока имеет микроструктуру с содержанием бейнита и, при необходимости до 35% игольчатого феррита и до 15% перлита.

Изобретение относится к области индукционного нагрева стального листа. Для предотвращения коробления независимо от наличия или отсутствия фиксирующих роликов стального листа способ нагрева стального листа включает предварительный нагрев центральной части по ширине стального листа электромагнитной катушкой индукционного нагрева, имеющей выпуклую форму, проецируемую на поверхность стального листа в сторону ввода быстро нагреваемого непрерывно перемещающегося стального листа, в результате чего изотерма стального листа при нагреве имеет выпуклую форму в сторону ввода, так что формируется большая складка на стальном листе, и также предлагает устройство нагрева, используемое в этом способе.

Изобретение относится к способу термообработки металлического полосового материала для получения полосового материала, имеющего механические свойства, которые различаются по ширине полосы.
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стальной высокопрочной проволочной арматуры. Способ изготовления арматуры из стали включает выплавку стали, содержащей: мас.%: углерод 0,78-0,82, марганец 0,70-0,90, кремний 0,20-0,30, сера не более 0,010, фосфор не более 0,025, хром 0,20-0,30, никель не более 0,10, медь не более 0,10, алюминий не более 0,005, бор 0,0010-0,0030, азот не более 0,008, титан не более 0,005%, железо остальное, при этом поддерживают суммарное содержание Cr+Mn+Ni+Cu<1,4, а соотношение Al/B - в пределах <1,67.

Изобретение относится к производству профилированной проволоки из низколегированной углеродистой стали, предназначенной для использования в качестве компонента в гибких трубах для морской нефтедобычи.

Изобретение относится к линиям обработки стальных полос. Линия содержит последовательно расположенные станцию разматывания и промывки, станцию нагрева, станцию выдержки и станцию замедленного охлаждения, после которых параллельно расположены станция охлаждения водородом и станция водной закалки, при этом после станции охлаждения водородом последовательно расположены станция повторного нагрева, станция перестаривания, станция конечного охлаждения, станция правки, станция доводки, смазочная станция и станция наматывания, а после станции водной закалки последовательно расположены станция кислотной промывки и гальваническая станция.
Изобретение относится к металлургии, в частности к метизному производству, и может быть использовано при производстве из высокоуглеродистой стали проволоки больших диаметров, преимущественно 9-12 мм, предназначенной для изготовления, например, высокопрочной арматуры для железобетонных шпал.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стальной высокопрочной арматуры. .

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячеоцинкованной полосы повышенной прочности, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки Для повышения прочностных характеристик стали с сохранением высокой пластичности проводят аустенитизацию (3) углеродистой стали (1) при температуре, превышающей температуру аустенитизации, затем вводят сталь (1) в ванну (2) с закалочной средой (21) для охлаждения до температуры, меньшей температуры аустенитизации, доводят сталь (1) до температуры бейнитного превращения и выдерживают в течение определенного времени при этой температуре, при этом количество закалочной среды (21) и длительность контакта стали с закалочной средой (21) таковы, что в общей структуре углеродистой стали (1), находящейся в ванне (2) с закалочной средой (21), образуется заданная доля бейнитной структуры, при выходе углеродистой стали (1) из ванны (2) остатки закалочной среды (21) удаляют с ее поверхности воздействием газа, затем углеродистую сталь (1) перемещают через расположенную после ванны станцию (13) изотермической выдержки, в которой проводят превращение остальных составляющих структуры углеродистой стали (1) в бейнит, протекающее при температуре бейнитного превращения и без отклонения углеродистой стали (1) при ее перемещении до полного формирования в ней бейнитной структуры и окончательно охлаждают сталь (1) на станции (17, 18) охлаждения.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННОГО ПРОКАТА ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ. .

Изобретение относится к термической обработке конструкционных сталей и может быть использовано при производстве высокопрочной упаковочной ленты, используемой в металлургической, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности. Для обеспечения предела прочности при растяжении 800-1200 МПа и удлинения не менее 7,0 в широком диапазоне толщин в условиях высокопроизводительного агрегата патентирования холоднокатаную стальную ленту толщиной 0,30-1,50 мм, из стали, содержащей, мас.: 0,14-0,70 углерода, 0,15-0,60 кремния и 0,40-1,60 марганца нагревают со скоростью 8,0-18,0°Сс до температуры выдержки, зависящей от уровня легирования стали и определяемой определяемой из выражения: Тн±10, где Тн - расчетная температура нагрева ленты под патентирование, °С, Эхс - эквивалент химического состава, определяемый из выражения: где С, Mn, Si - углерод, марганец, кремний, мас., в атмосфере, содержащей 0,5-2,4 СО, выдерживают при заданной температуре в течение 20-35 с, осуществляют изотермическую закалку в расплаве свинца в течение 20-50 с при температуре 440-500°С. 1 табл.

Наверх