Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА РУЛОНОВ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ТРУБНОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве на станах горячей прокатки с максимальным усилием прокатки в каждой клети чистовой группы не более 3500 тонн широких горячекатаных полос преимущественно из низколегированной стали класса прочности К52 для последующего изготовления сварных труб.

Известны способы горячей прокатки полос, включающие горячую прокатку полос на широкополосном стане с межклетевым охлаждением и охлаждением полос водой на отводящем рольганге перед последующей смоткой в рулон (см., например, Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн.2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991. - С.542, Патент РФ №2279937, опубл. 20.07.2006, Бюл. №20, Патент РФ №2277445, опубл. 10.06.2006, Бюл. №16).

Недостатком известных способов является сложность обеспечения требуемого уровня механических свойств горячекатаных полос из низколегированных марок стали в условиях широкополосного стана горячей прокатки, имеющего в своем составе чистовую группу с малой обжимной способностью.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства рулонов горячекатаной трубной стали, включающий нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой группах клетей с температурой конца прокатки 780-840°С, охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон. При этом на отводящем рольганге применяют дифференцированное охлаждение поверхности полосы с задержкой подачи воды на полосу в интервале 14-20 секунд. Температуру полосы перед смоткой устанавливают в интервале 570-610°С (см. Патент РФ №2268793, опубл. 27.01.2006, Бюл. №3).

Недостаток известного способа заключается в сложности обеспечения в горячекатаной полосе из низколегированной без микролегирования марки стали трубного сортамента требуемого комплекса механических свойств, особенно в условиях широкополосного стана горячей прокатки, имеющего в своем составе чистовую группу клетей с малой обжимной способностью.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение в горячекатаном прокате из низколегированной без микролегирования марки стали механических свойств, соответствующих классу прочности К52 в условиях широкополосного стана горячей прокатки, обладающего малой обжимной способностью чистовой группы.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства рулонов горячекатаной трубной стали, преимущественно с содержанием углерода 0,11-0,15%, включающем нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана с температурой конца прокатки 780-840°С, дифференцированное охлаждение поверхности полосы водой секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с задержкой подачи воды на полосу и последующую смотку в рулон при заданной температуре, согласно изобретению при содержании в стали марганца (Mn) 1,45-1,55%, ниобия (Nb) и ванадия (V) не более 0,01% каждого из элементов при охлаждении полосы на отводящем рольганге воду на ее поверхность подают через 9-11 секунд после окончания горячей прокатки, а температуру смотки полосы устанавливают в диапазоне 540-580°С.

Совокупность отличительных признаков, нормирующих время задержки подачи воды на поверхность горячей полосы после окончания горячей прокатки и температуру смотки для стали, исключающей микролегирование карбонитридообразующими элементами (Nb, V, Ti) при содержании марганца до 1,45-1,55%, связана со следующим.

В процессе горячей прокатки на широкополосном стане в горячекатаной полосе из заявленного диапазона марок стали (низколегированная сталь класса прочности К52 с содержанием углерода 0,11-0,15%) должен быть сформирован комплекс механических свойств со следующими показателями: предел текучести σ_т (σ_0,2) - не менее 370 МПа, временное сопротивление разрыву σ_в - более 510 МПа, при соотношении σ_в/σ_т≤0,90, относительное удлинение δ₅ - более 23%, ударная вязкость: KCU_-60 - не менее

65 Дж/см², KCV_-20 - не менее 69 Дж/см², DWTT_-20=100%. В известных технических решениях для обеспечения указанного комплекса свойств применяют микролегирование стали Ti, V, Nb, которые являются карбонитридообразующими элементами, упрочняющими ферритную матрицу при температуре конца прокатки в диапазоне 780-840°С и температуре смотки в диапазоне 570-610°С (см., например, Патент РФ №2268793, опубл. 27.01.2006, Бюл. №3). При этом в условиях широкополосного стана горячей прокатки с малой обжимной способностью чистовой группы клетей, не позволяющей осуществлять прокатку металла в ней с высокими суммарными относительными обжатиями, возникают значительные проблемы по возможности получения требуемых значений механических свойств, в частности, вязких характеристик, соответствующих классу прочности К52 (см. Niobium Informasion №14, 1997 г.).

В заявляемом техническом решении для повышения прочностных свойств горячекатаного рулонного проката из стали без микролегирования Nb, Ti, V используется, с одной стороны, повышенное до 1,45-1,55% содержание марганца (Mn), который, как известно, заметно повышает прочность, практически не снижая пластичности (см. Ю.М.Лахтин. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1977. - 408 с.). При этом обеспечивается при известных температурах конца прокатки выкатываемость полосы на стане.

С другой стороны, для повышения прочностных свойств при одновременном обеспечении высоких пластических характеристик в готовой горячекатаной полосе в заявляемом техническом решении при охлаждении полосы на отводящем рольганге воду на ее поверхность подают через 9-11 секунд после окончания горячей прокатки, а температуру смотки полосы устанавливают в диапазоне 540-580°С. В случае задержки подачи воды на полосу менее 9 секунд, в структуре проката наблюдается формирование сверхмелкого зерна, так как образуется много центров рекристаллизации, что ведет к значительному повышению прочностных и снижению пластических (вязких) свойств. При длительной задержке подачи воды на поверхность полосы после окончания горячей прокатки (более 11 секунд) для выбранного диапазона низколегированных марок стали без микролегирования карбонитридообразующими элементами будет образовываться разнобалльная крупнозернистая структура со значительной протяженностью границ зерен феррита, что приведет к увеличению пластических характеристик готового проката при снижении прочностных свойств.

Повышение содержания в низколегированной стали марганца до 1,55% способствует стабилизации непревращенного аустенита при температурах конца прокатки и позволяет снизить температуру смотки до 540-580°С. При этом нижняя граница температуры смотки (540°С) определяется избеганием перегрузок моталок стана горячей прокатки. При повышенных температурах смотки интенсифицируются процессы отпуска, а также вероятность диффузионных превращений. Поэтому для каждой стали существует верхняя критическая температура смотки при заданной схеме охлаждения, выше которой в структуре появляется мелкозернистый перлит, возникает площадка текучести и резко возрастает отношение σ_0,2/σ_в. При температуре смотки 540-580°С наблюдается минимальное значение σ_0,2 и отсутствие площадки текучести. При температуре смотки выше 580°С происходит незначительный рост временного сопротивления разрыву σ_в при существенном уменьшении вязких характеристик проката. Таким образом, температурный интервал смотки 540-580°С является наиболее благоприятным для обеспечения в горячекатаной полосе комплекса механических свойств, соответствующих классу прочности К52.

Указанная совокупность признаков в известных технических решениях не обнаружена.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ горячей прокатки полос не следует явным образом из известного уровня техники, а, следовательно, соответствует условию патентноспособности "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа

На широкополосном стане 2500 горячей прокатки ОАО «ММК» прокатывают полосу размерами 8,0·2292 мм из стали марки 12ГСБ, имеющей следующий химический состав: С - 0,11÷0,15%, Mn - 1,45÷1,55%, Si - 0,44÷0,49%, Nb, V, Ti - не более 0,01% каждого элемента.

Сляб, нагретый до требуемой температуры, поступает на широкополосный стан горячей прокатки, имеющий в своем составе черновую группу клетей, промежуточный рольганг, чистовую непрерывную группу клетей с устройствами межклетевого охлаждения, а также отводящий рольганг с охлаждающими секциями и моталки. После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана раскат, имеющий температуру 1060-1130°С, направляется по промежуточному рольгангу в чистовую непрерывную группу клетей. Температуру конца прокатки полосы в последнем чистовом проходе группы поддерживают в диапазоне 780-840°С. После этого прокат по отводящему рольгангу направляется к моталкам. На отводящем рольганге осуществляют дифференцированное охлаждение поверхности полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства. При этом осуществляют задержку подачи охлаждающей воды на полосу через 9-11 секунд после окончания горячей прокатки. Полосу сматывают в рулон при температуре 540-580°С.

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялись прокатка, охлаждение и смотка полосы в рулон из стали марки 12ГСБ на широкополосном стане 2500 горячей прокатки ОАО «ММК», а также результаты исследований представлены в таблице.

Заявляемая технология производства рулонов на примере горячей прокатки стали марки 12ГСБ обеспечивает получение следующих механических свойств: σ_в≥510 МПа, σ_т≥370 МПа, σ_в/σ_т≤0,90, δ₅≈28-36%, ударная вязкость: KCU_-60 - не менее 125 Дж/см², KCV_-20=120-135 Дж/см², DWTT_-20=100%, что соответствует требованиям к горячекатаному прокату класса прочности К52 (например, по ТУ 14-1-5246-94).

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

Заявляемый способ может найти широкое применение на широкополосных станах горячей прокатки, имеющих в своем составе чистовую группу клетей, обладающую малой обжимной способностью, при производстве полос из трубных марок стали, исключающих микролегирование, с регламентируемыми физико-механическими свойствами горячекатаного проката.

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