Способ производства холоднокатаного проката
Владельцы патента RU 2361933:
Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU)
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаной полосы, предназначенной для изготовления бочек. Для обеспечения заданной твердости и ее однородности по длине полосы осуществляют выплавку стали, содержащей, мас.%: углерод 0,05-0,10, кремний не более 0,06, марганец 0,25-0,50, фосфор не более 0,025, сера не более 0,020, железо и неизбежные примеси - остальное, непрерывную разливку слябов, изменение скорости разливки которой не должно превышать 0,1 м/мин, нагрев слябов до 1220-1320°С, горячую прокатку в полосы с температурой конца прокатки 830-890°С, охлаждение водой, смотку полос в рулоны при температуре 550-610°С, травление, холодную прокатку с суммарным обжатием 60-80%, рекристаллизационный отжиг при 640-700°С с выдержкой при этой температуре 6-18 часов и дрессировку полос с обжатием 0,7-1,4%. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаного проката, предназначенного для изготовления бочек.
Холоднокатаный прокат для изготовления бочек должен отвечать определенным требованиям по механическим свойствам (по твердости) и качеству поверхности проката. Механические свойства по твердости должны быть в узком диапазоне, а именно от 40 до 55 ед. (стремиться 45-55 ед.), причем свойства должны быть однородными и стабильными по длине полосы. Поверхность полосы должна быть пригодна к дальнейшей покраске распылением или роликовой покраске без предварительной очистки поверхности, поэтому на поверхности проката не допускается наличие масла. Шероховатость поверхности (Ra) холоднокатаного проката должна соответствовать 0,6-1,9 мкм.
Известен способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий выплавку стали, разливку, прокатку в черновой и чистовой группе клетей непрерывного широкополосного стана, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в колпаковой печи при температуре не ниже 690°С и дрессировку. При этом выплавляют сталь, содержащую, мас.%:
Углерод | 0,01-0,06 |
Кремний | 0,003-0,030 |
Марганец | 0,05-0,25 |
Фосфор | 0,003-0,020 |
Сера | 0,002-0,023 |
Алюминий кислоторастворимый | 0,01-0,06 |
Азот | 0,002-0,007 |
Железо и неизбежные примеси | остальное |
при выполнении соотношений [Mn]·[S]≤0,045 и 5≤[Al]/[N]≤20. Горячую прокатку в черновой группе клетей заканчивают при толщине раската не менее 35 мм и при температуре раската Tp≥l050+8000·[Mn]·[S], °C. Нагрев при рекристаллизационном отжиге осуществляют сначала до 450-500°С в течение не более 10 часов, после чего от 450-500°С нагрев ведут со скоростью не более 20°С/час до 550-600°С, далее со скоростью не более 50°С/час до температуры отжига [патент РФ №2281338, МПК С21D 8/04, С2С 38/06, 10.05.2006].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.
Известен способ производства холоднокатаной листовой стали для глубокой вытяжки, включающий горячую прокатку непрерывно-литых слябов из малоуглеродистой стали, травление, многопроходную холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 75%, рекристаллизационный отжиг рулонов в колпаковой печи с нагревом за несколько стадий: нагрев со средней скоростью 70-80°С/ч до температуры 490-510°С, повторный нагрев со средней скоростью 3-4°С/ч до промежуточной температуры 540-560°С и окончательный нагрев со средней скоростью 50-55°С/ч до температуры 700-720°С, при которой рулоны выдерживают в течение 12-18 часов, охлаждение рулонов и дрессироку. Слябы разливают из стали следующего химического состава, мас.%:
Углерод | 0,025-0,050 |
Кремний | 0,003-0,01 |
Марганец | 0,12-0,19 |
Алюминий | 0,02-0,05 |
Азот | не более 0,011 |
Железо | остальное |
[патент РФ №2255988, МПК С21D 8/04, 10.07.2005].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства листовой стали для холодной штамповки, включающий непрерывную разливку стальных слябов, их нагрев до 1150-1240°С, горячую прокатку с температурой конца прокатки не ниже 870°С, охлаждение водой до 550-730°С, смотку в рулоны, травление, холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 70%, отжиг при 700-750°С с выдержкой при этой температуре 11-34 часов, дрессировку полос ведут с обжатием 0,4-1,2% с шероховатостью поверхности 2-4 мкм Ra и плотностью пиков 60-120 1/см. Непрерывную разливку слябов ведут со скоростью 0,4-1,6 м/мин при температуре разливаемой стали 1500-1580°С. Слябы разливают из стали следующего химического состава, мас.%:
Углерод | 0,002-0,007 |
Кремний | 0,005-0,05 |
Марганец | 0,08-0,16 |
Алюминий | 0,01-0,05 |
Титан | 0,05-0,12 |
Фосфор | не более 0,015 |
Сера | не более 0,010 |
Хром | не более 0,04 |
Никель | не более 0,04 |
Медь | не более 0,04 |
Азот | не более 0,006 |
Железо | остальное |
[патент РФ №2197542, МПК С21D 8/04, 27.01.2003 - прототип].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств, имеет высокие издержки за счет легирования стали дорогостоящим титаном и пониженного выхода годного по качеству поверхности из-за наличия дефектов сталеплавильного производства, таких как «плена» и «неметаллические включения».
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение холоднокатаного проката с заданным уровнем твердости в узких пределах, стабильных и однородных по длине полосы, а также снижение производственных издержек за счет увеличения выхода годного по качеству поверхности.
Технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаного проката, включающем выплавку стали, непрерывную разливку слябов, их нагрев, горячую прокатку в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку, согласно изобретению выплавляют сталь, содержащую углерод - 0,05-0,10%; кремний - не более 0,06%; марганец 0,25-0,45%; фосфор - не более 0,025%; серу - не более 0,020%; железо и неизбежные примеси - остальное.
Изменение скорости непрерывной разливки стали не должно превышать более чем на 0,1 м/мин, слябы нагревают до 1220-1320°С, прокатывают с температурой конца прокатки 830-890°С и сматывают при температуре 550-610°С, холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 60-80%, рекристаллизационный отжиг производят при 640-700°С с выдержкой при этой температуре 6-18 часов, дрессировку полос ведут с обжатием 0,7-1,4%. Рекристаллизационный отжиг осуществляют со скоростью 30-75°С/час. Дрессировку полос ведут на валках с шероховатостью 2,0-3,5 мкм (Ra). Дрессировку производят без эмульсии. Холоднокатаный прокат на агрегатах резки сматывают без промасливания.
В рассмотренных аналогах и прототипе регламентированы механические свойства по пределу текучести, временному сопротивлению, относительному удлинению в отличие от предлагаемого изобретения, где нормирована только твердость.
Сущность изобретения состоит в следующем. На механические свойства холоднокатаной листовой стали влияют как химический состав стали, так и режимы деформационно-термической обработки.
Углерод - один из упрочняющих элементов. При содержании углерода менее 0,05% механические свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,10% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.
Марганец обеспечивает получение заданных механических свойств. При содержании марганца менее 0,25% механические свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания марганца более 0,50% приводит к ухудшению механических свойств.
Содержание кремния более 0,06%, фосфора более 0,025%, серы более 0,020% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.
Изменение скорости при разливке более чем на 0,1 м/мин приводит к увеличению отсортировки по качеству поверхности по дефектам сталеплавильного производства, таких как «плена» и «неметаллические включения».
Горячая прокатка с температурами конца прокатки 830-890°С и смотки 550-610°С обеспечивает получение однородных механических свойств по длине полосы.
Холодная прокатка с суммарным обжатием менее 60% требует уменьшения толщины горячекатаного подката, что приводит к нестабильности механических свойств по длине полосы, увеличению неплоскостности, а значит уменьшению выхода годного по качеству поверхности. Увеличение суммарного обжатия сверх 80% приводит к неравномерности механических свойств.
Рекристаллизационный отжиг с температурами ниже 640°С или выше 700°С, а также выдержка при отжиге менее 6 часов не обеспечивает необходимый уровень механических свойств и их стабильность. Увеличение времени выдержки более 18 часов неоправданно удлиняет отжиг.
Скорость нагрева под рекристаллизационный отжиг зависит от массы отжигаемого рулона. При увеличении массы рулона скорость нагрева уменьшается. Скорость менее 30°С/час неоправданно удлиняет отжиг, а более 75°С/час ухудшает механические свойства.
Окончательно механические свойства формируются при дрессировке. Дрессировка полос с обжатием 0,7-1,4% обеспечивает оптимальный уровень механических свойств. Дрессировка с обжатием менее 0,7% или более 1,4% приводит к ухудшению механических свойств и их нестабильности.
Дрессировка на валках с шероховатостью 2,0-3,5 мм (Ra) обеспечивает получение шероховатости на полосе в требуемых пределах от 0,6 до 1,9 мкм. Дрессировка на валках с шероховатостью менее 2,0 мкм или более 3,5 мкм (Ra) приводит к ухудшению микрогеометрии поверхности холоднокатаного проката, к нестабильности по шероховатости.
Проведение дрессировки без эмульсии и сматывание полосы в рулон на агрегатах резки без промасливания обеспечивает высокую чистоту поверхности холоднокатаного проката металла.
Примеры реализации способа
В кислородном конвертере выплавили 7 плавок стали, химический состав которых приведен в таблице 1.
Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280-1350 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи в течение 2,5-3,5 часа и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,3-4,2 мм. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-клетевом стане до толщины 0,6-1,5 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в колпаковых печах с водородной защитной атмосферой. Отожженные полосы дрессировали без эмульсии. Холоднокатаный прокат на агрегатах резки сматывали в рулон без промасливания. Технологические параметры на прокатных переделах приведены в таблице 2. Механические свойства, шероховатость и выход годного по поверхности опытных плавок приведены в таблице 3.
В таблицах 1-3 приведены химический состав, технологические параметры и механические свойства предложенного способа (составы №2-6), способа при запредельных значениях заявленных параметров (составы №1 и 7) и способа-прототипа (состав №8).
Из таблиц 1 -3 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы №2-6) достигаются требуемые свойства по твердости в пределах 45-55 ед., причем получены однородные свойства по длине полосы и имеют разбег 2-3 ед. Колебания скорости при непрерывной разливке в пределах 0,1 м/мин обеспечивают отсутствие отсортировки по сталеплавильным дефектам, и выход годного по поверхности составляет 99,2-100% (составы №2-6). При колебаниях скорости при разливке в пределах 0,2-0,3 м/мин выход годного ниже и составляет 97-98,4% (составы №1, 7, 8). Отсутствие эмульсии при дрессировке и промасливания на агрегатах резки обеспечивают удовлетворительную чистоту поверхности, способной к промасливанию. При производстве бочек замечаний к механическим свойствам и качеству поверхности у потребителя не было.
Таблица 1 Химический состав опытных плавок |
||||||
№ состава | Содержание элементов, мас.% | |||||
С | Si | Mn | P | S | Fе и неизбежные примеси | |
1 | 0,04 | 0,03 | 0,20 | 0,008 | 0,006 | Остальное |
2 | 0,05 | 0,03 | 0,25 | 0,009 | 0,008 | Остальное |
3 | 0,07 | 0,04 | 0,30 | 0,010 | 0,010 | Остальное |
4 | 0,08 | 0,05 | 0,40 | 0,015 | 0,015 | Остальное |
5 | 0,08 | 0,05 | 0,45 | 0,020 | 0,018 | Остальное |
6 | 0,10 | 0,06 | 0,50 | 0,025 | 0,020 | Остальное |
7 | 0,11 | 0,07 | 0,55 | 0,030 | 0,025 | Остальное |
8 (прототип) | 0,002-0,007 | 0,005-0,06 | 0,08-0,17 | 0,010-0,016 | 0,006-0,011 | Остальное |
Примечание: Химический состав №8 дополнительно содержит 0,05-0,12% титана. |
Таблица 2 Технологические параметры производства холоднокатаного проката |
||||||||||
№ состава | Скорость разливки, м/мин |
Температура нагрева слябов, °С |
Температура конца прокатки, °С |
Температура смотки после горячей прокатки, °С |
Суммарное обжатие при холодной прокатке, % |
Температура отжига, °С | Скорость нагрева при отжиге, °С/час |
Время выдержки при отжиге, час | Степень обжатия при дрессировке, % |
Шероховатость валков, Ra мкм |
1 | 0,8-1,0 | 1330 | 895 | 620 | 83 | 710 | 80 | 19 | 1,5 | 3,7 |
2 | 0,8-0,9 | 1320 | 890 | 610 | 80 | 700 | 75 | 18 | 1,4 | 3,5 |
3 | 0,8-0,9 | 1300 | 870 | 580 | 75 | 670 | 60 | 16 | 1,2 | 3,3 |
4 | 0,8-0,9 | 1290 | 850 | 570 | 70 | 660 | 50 | 12 | 1,0 | 3,0 |
5 | 0,8-0,9 | 1260 | 845 | 560 | 65 | 650 | 40 | 9 | 0,9 | 2,5 |
6 | 0,8-0,9 | 1220 | 830 | 550 | 60 | 640 | 30 | 6 | 0,7 | 2,0 |
7 | 0,7-1,0 | 1210 | 825 | 545 | 55 | 630 | 25 | 5 | 0,6 | 1,9 |
8 (прототип) |
0,4-0,6 | 1150-1240 | 870-890 | 550-730 | 70-80 | 700-750 | Не регламентируется | 11-34 | 0,4-1,2 | 2,0-4,0 |
Таблица 3 | |||||
№состава | Твердость по Роквеллу по длине полосы HRB, ед. | Шероховатость Ra, мкм | Выход годного по качеству поверхности, % | ||
Начало | Середина | Конец | |||
1 | 35-40 | 34-39 | 33-38 | 0,4-0,5 | 98,4 |
2 | 45-46 | 44-46 | 45-46 | 0,6-0,8 | 100 |
3 | 45-48 | 46-49 | 47-48 | 0,8-0,9 | 99,4 |
4 | 47-49 | 46-48 | 47-48 | 0,9-1,3 | 100 |
5 | 48-51 | 49-51 | 48-50 | 1,1-1,5 | 99,2 |
6 | 52-55 | 51-54 | 52-54 | 1,4-1,9 | 99,5 |
7 | 55-60 | 53-59 | 54-60 | 1,7-2,1 | 97 |
8 (прототип) | Нет данных | 0,9-1,4 | 97-98 |
1. Способ производства холоднокатаного проката, включающий выплавку стали, непрерывную разливку слябов, их нагрев, горячую прокатку в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
углерод | 0,05-0,10 |
кремний | не более 0,06 |
марганец | 0,25-0,50 |
фосфор | не более 0,025 |
сера | не более 0,020 |
железо и | |
неизбежные примеси | остальное |
при этом изменение скорости непрерывной разливки стали не превышает 0,1 м/мин, слябы нагревают до 1220-1320°С, прокатывают с температурой конца прокатки 830-890°С и сматывают при температуре 550-610°С, холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 60-80%, рекристаллизационный отжиг производят при 640-700°С с выдержкой при этой температуре 6-18 ч, дрессировку полос ведут с обжатием 0,7-1,4%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев под рекристаллизационный отжиг осуществляют со скоростью 30-75°С/ч.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дрессировку полос ведут с помощью валков с шероховатостью 2,0-3,5 мкм (Ra).
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дрессировку ведут без имульсии.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что смотку холоднокатаных полос осуществляют на агрегатах резки без промасливания.