Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОЛИСТОВОЙ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ СТАЛИ

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

Тонколистовую сталь (толщиной не более 3,9 мм) обычно прокатывают на непрерывных широкополосных станах (аналогичных стану 2500 горячей прокатки ОАО "Магнитогорский меткомбинат") при заданных параметрах (температуры начала, конца прокатки и смотки, скорости охлаждения полос после прокатки и т. д. ). Смотанные в рулоны полосы передают в цех холодной прокатки, где их предварительно подвергают травлению (в растворах HCl или H₂SO₄, причем для лучшего удаления окалины с поверхности металла его нередко подвергают дрессировке (т. е. прокатке с обжатиями не более 3%) в специальной клети, установленной в линии непрерывного травильного агрегата (НТА). Технология производства горячекатаной тонколистовой стали достаточно подробно описана, например, в книге П.И.Полухина и др. Прокатное производство, М.: Металлургия, 1982, с. 374-453.

Известен способ производства высокопрочных горячекатаных стальных листов, при котором сталь, содержащую 0,02-0,15% углерода и 1-2% марганца, прокатывают до температуры в интервале Ar=±50^oC и сматывают при температуре ниже 250^oC, а охлаждение производят в два этапа (см. япон.заявку N 55-91934, кл. C 21 D 8/00, заявл. 30.12.78, N 53-162542, опубл. 11.07.80). Известен также способ производства горячекатаной листовой стали с высокой адгезионной прочностью, содержащей 0,03-0,30% C, 1,0-2,5% Si и 0,6-3,0 Mn, отличающийся тем, что температуру окончания прокатки принимают ≥800^oC и металл охлаждают перед смоткой со скоростью ≅ 50^oC/с, сматывают при температуре 500-650^oC, а затем подвергают травлению в HCl при 65-95^oC (см. япон.заявку N 2138489, кл. C 21 D 8/02, 28.05.90).

Недостатком известных способов является невозможность получения горячекатаной листовой стали с низкими прочностными характеристиками и высокой штампуемостью, т. е. близкой по свойствам низкоуглеродистой холоднокатаной стали категорий вытяжек "Г" и "Н" (по ГОСТу 16523).

Известно производство тонколистовой горячекатаной стали, описанной в книге под ред. П.И. Полухина. Технология процессов обработки металлов давлением, М.: Металлургия, 1988, с. 178-179 и 215-217.

Эта технология включает горячую прокатку полос, их охлаждение и последующее травление и характеризуется тем, что перед подачей полос в травильные ванны металл пропускают через дрессировочную клеть, установленную в линии НТА, где подвергают дрессировке, что способствует более быстрому удалению окалины с поверхности металла.

Недостатком такой технологии также является невозможность получения горячекатаной стали с низкими прочностными характеристиками и высокой штампуемостью.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ производства тонколистовой горячекатаной стали, включающий горячую прокатку полос, охлаждение до температуры смотки, смотку, травление с дрессировкой (см. SU 1342930 A, C 21 D 8/02, 07.10.1981).

Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа горячей прокатки тонких стальных полос и снижение трудозатрат при производстве листовой стали с улучшенной штампуемостью.

Для решения указанной задачи в способе, включающем горячую прокатку полос, охлаждение до температуры смотки, смотку и травление с дрессировкой, при содержании в стали 0,01-0,10% углерода температуру конца прокатки принимают равной 780-800^oC, охлаждение ведут со скоростью 9-13 град/с, травление ведут при температуре 60-80^oC, а дрессировку проводят с относительным обжатием 0,5-1,0%.

Сущность технического решения заключается в сочетании определенных параметров горячей прокатки (температуры ее конца и скорости охлаждения полос) с некоторыми параметрами процесса травления горячекатаного металла (температурой задачи его на НТА и величиной относительного обжатия при дрессировке). Это обеспечивает получение тонколистовой стали с требуемыми механическими свойствами, необходимыми для высокой ее штампуемости.

Такое свойство характерно для низколегированной стали, имеющей предел текучести σ_т = 160...180 МПа, временное сопротивление разрыву σ_в = 290...310 (при величине σ_т/σ_в = 0,55...0,58), относительное удлинение δ₄ = 38...40% и твердостью HR_B = 30...35. Обычно такие механические характеристики присущи холоднокатаной стали, для получения которой требуется дополнительный (после травления горячекатаного металла) цикл операций: холодная прокатка, рекристаллизационный отжиг и дрессировка, что значительно удорожает прокат.

Как показали металлографические исследования, проведенные в Центральной лаборатории контроля (ЦЛК) ОАО "Магнитогорский меткомбинат" после опытной прокатки и травления с вышеуказанными параметрами, их сочетание дает для ст. 08кп, пс толщиной 1,8. . . 3,9 мм гарантию преимущественного появления "оладеобразной" микроструктуры зерен с ориентацией <111>, наиболее благоприятной для стали, подвергаемой в дальнейшем глубокой штамповке.

Опытную прокатку и травление полосовой стали осуществляли на широкополосном стане 2500 горячей прокатки ОАО "ММК" и на НТА листопрокатного цеха N 5 комбината.

С этой целью при горячей прокатке на стане полосовой стали толщиной 1,8. . . 3,9 мм с содержанием углерода в пределах 0,01...0,10% варьировали температуру конца прокатки (t_k), скорость охлаждения полос (V_o) перед смоткой, а на НТА - температуру задачи рулонных полос на травление (t_т) и величину относительного их обжатия ε при прохождении через дрессировочную клеть. Результаты опытов оценивали по механическим свойствам σ_т,σ_в,δ₄ и HR_B) образцов, отобранных от полос после травления.

Наилучшие результаты получены для стали, обработанной по вышеуказанным параметрам прокатки и травления: до 98% образцов имели σ_т = 160...180 МПа, σ_в = 290...310 МПа, δ₄ = 38...40% и HR_B = 30...35. Испытания образцов на вытяжку показали, что около 99% их соответствует категории "Г" (по ГОСТу 16523), а остальные - категории "H". Отклонения от оптимальных параметров процесса в любую сторону вызвали ухудшение штампуемости стали.

Например, при t_k<780^o ухудшались пластические свойства металла из-за увеличения балла зерна (до 10-11), а при t_k>800 получалось слишком крупное зерно (5-й балл), что ухудшало штампуемость листов (появление линий сдвига). Снижение скорости охлаждения полос V_o<9 град/с было аналогично увеличению t_k, а при V_o>13 град/с наблюдалось "измельчение" зерен, что повышало величину σ_т с отрицательными последствиями.

При t_т<60^oC замедлялся процесс травления, что ухудшало поверхность полос и отрицательно сказывалось на последующую холодную прокатку. При t_т>80^oC наблюдалась "водородная хрупкость" (появление трещин на металле) из-за увеличения насыщения стали водородом и повышения твердости. Снижение ε (до 0,2... 0,4%) приводило к появлению линий сдвига при штамповке, а при ε>1,0% - ухудшалась пластичность из-за роста величины σ_т/σ_в и уменьшения δ_4.
Было отмечено, что величина ε при дрессировке должна быть обратно пропорциональной содержанию углерода в стали, т.е. чем выше это содержание, тем меньше ε и наоборот.

Опыты с параметрами процесса, отличными от оптимальных (и заявляемых), косвенно подтвердили непригодность известной технологии, выбранной в качестве ближайшего аналога (см. выше), для получения горячекатаной тонколистовой стали со свойствами, приближающимися к свойствам холоднокатаной стали.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость предлагаемого способа для решения поставленной задачи и его преимущества перед известным объектом.

Технико-экономические исследования, проведенные в ЦЛК ОАО "ММК" показали, что реализация найденного технического решения значительно расширяет технологические возможности стана горячей прокатки 2500 (и аналогичных ему), делая его продукцию более конкурентоспособной. При этом трудозатраты на производство горячекатаной стали толщиной 3,9 мм, эквивалентной холоднокатаной листовой стали тех же толщин, уменьшаются ориентировочно на 45% с соответствующим снижением себестоимости и ростом прибыли от реализации проката.

Пример конкретного выполнения
Низкоуглеродистая сталь марки 08 пс толщиной 2,5 мм с содержанием углерода 0,05% получается после горячей прокатки с температурой ее конца 790^oC и охлаждении полос перед смоткой со скоростью 11 град до 700^oC. Рулонные полосы задают на НТА при 70^oC и перед прохождением через травильные ванны подвергают обжатию в дрессировочной клети агрегата с ε = 0,75%.

После травления горячекатаная сталь имеет σ_т = 170 МПа, σ_в = 300 МПа, σ_т/σ_в =0,565), δ₄ = 39% и твердость HR_B = 32 ед.