Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОГО ПОЛОСОВОГО ПРОКАТА ДЛЯ ТРУБНОГО ШТРИПСА

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве горячекатаного полосового проката для трубного штрипса из углеродистой стали на широкополосных станах.

Горячекатаный полосовой прокат для трубного штрипса из углеродистой стали с содержанием углерода 0,06-0,60% толщиной более 3,9 мм используется для производства сварных труб различного сортамента, технология производства которой описана в справочнике под ред. В. И. Зюзина и А.В. Третьякова "Технология прокатного производства", кн. 2, М. : Металлургия, 1991, с. 559-580. Прокатка осуществляется на непрерывных широкополосных станах, содержащих черновые и чистовые клети. Механические свойства и структура готового горячекатаного проката определяются основными параметрами технологического процесса: величиной суммарного относительного обжатия (ε) в чистовых клетях, скоростью прокатки (v_пр), выдержкой металла перед охлаждением, диапазоном температур и скоростью охлаждения. Эти параметры во многом определяются химическим составом стали, соблюдение которых определяет качество готового проката.

Известен способ производства широких горячекатаных полос из высокоуглеродистых низколегированных сталей, включающий горячую прокатку на стане с температурой конца прокатки 700-800^oС, охлаждение душированием на отводящем рольганге и смотку при температуре 500-600^oС, при этом прокатку в двух последних проходах осуществляют с суммарным обжатием 20-25% при скорости полосы в последнем проходе 5,0-7,5 м/с, а охлаждение полосы начинают через 3-5 с после окончания прокатки со скоростью охлаждения 9-15 град./с, поддерживая зону душирования сверху и снизу полосы в соотношении 1:(4-8) (А.с. СССР 1196391, кл. С 21 D 8/02, опубл. 07.12.85).

В известном способе величина суммарного относительного обжатия ε и скорости охлаждения металла не регламентируются в зависимости от величины углеродного эквивалента (С_э) стали, что не обеспечивает высокого качества готового проката для производства, например трубного штрипса толщиной 4-16 мм, в частности равномерности основных механических свойств (предела прочности σ_в, относительного удлинения δ и величины ударной вязкости KCV) по длине полос.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ охлаждения полос при производстве горячекатаной полосовой стали на широкополосном непрерывном стане 2000 (А. с. 1388438, кл. С 21 D 1/02, опубл. 15.04.88). Известный способ включает нагрев металла (слябов) в печи до 1270^oС, прокатку до получения полосы толщиной 5 мм с температурой конца прокатки 850^oС и охлаждение с регламентированными скоростями, обусловленными регламентированным расходом охладителя при охлаждении концов полосы, определяемом в зависимости от величины углеродного эквивалента и температуры смотки по соотношению
Ф_к = Ф_с[(203-191)-(543-715)С_э-0,051 Tсм],
где Ф_к, Ф_с - удельный расход охладителя для концевых участков и средней части полосы соответственно, м³/м²ч;
С_э - углеродный эквивалент;
Тсм - температура смотки, ^oС.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения:
1. Нагрев металла.

2. Прокатка металла до получения полосы толщиной более 3,9 мм.

3. Охлаждение с регламентированными скоростями в зависимости от величины углеродного эквивалента.

Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.

Прокатку полосы в известном способе ведут при температурно-деформационном режиме, не регламентированном в зависимости от величины углеродного эквивалента, что не обеспечивает получения однородной мелкодисперсной структуры, т. к. каждой температуре соответствует определенная критическая степень деформации, необходимая для полного завершения процесса рекристаллизации.

При прокатке с повышенных температур происходит рост зерна аустенита, который оказывает негативное влияние на механические свойства готового проката. Сформированная окончательная структура стали после прокатки представляет собой крупнозернистую ферритоперлитную смесь с включениями участков структуры типа видманштеттовой, характеризующаяся низкой вязкостью, исправление которой требует дополнительной термической обработки. Известный способ не обеспечивает высокого качества готового проката, т.к. механические свойства неравномерно распределены по длине полосы и их уровень невысок.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства горячекатаного полосового проката для трубного штрипса, в котором за счет получения однородной мелкодисперсной структуры стали обеспечивается высокий уровень равномерных механических свойств по длине полосы, что позволяет повысить качество готового проката.

Поставленная задача решается тем, что в способе производства горячекатаного полосового проката для трубного штрипса, включающем нагрев металла, его прокатку при заданных температурах до получения полосы толщиной более 3,9 мм и охлаждение с регламентированными скоростями в зависимости от величины углеродного эквивалента С_э, по изобретению прокатку ведут с регламентацией температуры прокатки, величины суммарных обжатий и скорости прокатки в зависимости от величины углеродного эквивалента, при этом прокатку в чистовых клетях стана в диапазоне температур прокатки (t₁-t₂), где: t₁ = 638•(C_э ^0,04 + 0,6), ^oC; t₂ = 0,9t₁ при t₁≤975^oС; t₂ = 0,91t₁ + 15^oС при t₁ = 980-995^oС и t₂ = 0,93t₁ + 15^oС при t₁≥1000^oС ведут при величине суммарного относительного обжатия ε₁≥9,35/(С_э + 0,03)%, а при температуре менее t₂, но более 700^oС прокатку ведут при величине суммарного относительного обжатия ε₂≥80/ε^0,24, %, для С_э>0,29; %, для С_э = 0,29-0,40; ε₂≥200/ε^0,6, %, для С_э = 0,41-0,46 и ε₂≥64,2/ε^0,3, %, для С_э>0,46 со скоростью прокатки на входе в чистовые клети V_п≥(0,65/С_э) + 0,05, м/с, а охлаждение с регламентированными скоростями ведут в два этапа, при этом охлаждение на первом этапе в интервале (Т_к-t), где: Т_к - температура конца прокатки, ^oС; t = 586/(С_э + 0,2)^0,1, ^oC, ведут со скоростью охлаждения W₁≥0,1065(Т_к/100)^1,5, ^oC, для С_э≤0,32 и W₁≥0,0596(Т_k/100)^1,9, ^oC, для С_э≥0,33, а охлаждение на втором этапе в интервале температур (t₁'-t₂'), где t>t₁'>t-(8-12^oС) и t₂' = 502/C_э ^0,1, ^oC, ведут со скоростью охлаждения W₂≥0,058(T_к/100)^1,7, ^oC, для С_э<0,26 и W₂≥((Т_к/100)/10С_э+0,1)+(Т_к/800)+1,95, ^oС, для С_э≥0,26.

Приведенные математические зависимости являются эмпирическими, полученными при обработке экспериментальных данных.

Величина углеродного эквивалента по ГОСТ 19281:
С_э = С + Мn/6 + Si/24 + Сr/5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + Р/2, где: С, Мn, Si, Cr, Ni, Сu, V, Р - содержание химических элементов, %.

Нижняя граница толщины прокатываемых полос (более 3,9 мм) в предлагаемом способе выбрана в соответствии с градацией толщин горячекатаного полосового проката по ГОСТ 19903. Механические свойства горячекатаного полосового проката и их равномерность по его длине зависят от химического состава стали, который оценивается углеродным эквивалентом, режимов прокатки и скорости охлаждения, обеспечивающие заданный уровень и равномерность механических свойств. Поскольку с повышением толщины полос механические свойства снижаются, предлагаемый температурно-деформационный режим при проведении регламентированной прокатки полосы в чистовых клетях в зависимости от углеродного эквивалента обеспечивает требуемый уровень механических свойств для данных марок сталей при толщине полосы более 3,9 мм.

Сущность заявляемого технического решения заключается в регламентации основных параметров процесса производства горячекатаного полосового проката для трубного штрипса толщиной более 3,9 мм с содержанием углерода в стали 0,06-0,60%, которые выбираются в зависимости от величины углеродного эквивалента С_э для конкретной стали, что обеспечивает получение высококачественного по своим свойствам готового проката, а продукция, изготовленная из него, например, сварные трубы обладает высокими потребительскими свойствами.

Регламентация температуры, скорости прокатки и величины суммарного относительного обжатия в зависимости от углеродного эквивалента приводит к замедлению процесса рекристаллизации в углеродистых сталях. При этом происходит удлинение аустенитного зерна, а с увеличением степени деформации увеличивается количество полос деформации в аустенитных зернах, что сопровождается получением при фазовом превращении равномерной измельченной ферритоперлитной структуры. Температурно-деформационный режим прокатки, соответствующий заявляемым зависимостям, приводит к более полному использованию эффекта статической рекристаллизации в высокотемпературной фазе, а также подготовке структуры аустенита к фазовому превращению с низким количеством структурных несовершенств после деформации.

При реализации предлагаемого способа определяют величину С_э прокатываемой стали. Затем определяют диапазон температур (t₁-t₂) прокатки в чистовых клетях стана и определяют требуемые величины суммарного относительного обжатия (ε₁ и ε₂) в этих клетях при регламентированных скоростях прокатки (скорости в отдельных клетях возрастают, начиная от скорости прокатки на входе в чистовые клети V_п, соответственно уменьшению толщины полосы). Затем определяют интервалы температур (Т_к-t) и (t₁'-t₂') и величины скоростей охлаждения металла W₁ и W₂ в зависимости от С_э на первом и втором этапах охлаждения, после чего осуществляют прокатку по предлагаемому способу.

Для более эффективного измельчения ферритоперлитного зерна, изменения характера протекания процессов структурообразования охлаждение проката производили непосредственно после регламентированной прокатки в два этапа. Первый этап ускоренного охлаждения после регламентированной прокатки в значительной степени определяется возможностями торможения процессов рекристаллизации аустенита, интенсивность которых зависит от температурно-дефомационных режимов, определенных в зависимости от углеродного эквивалента, что дает возможность подавить процесс собирательной рекристаллизации. Второй этап ускоренного охлаждения направлен на фиксацию однородной мелкодисперсной структуры, позволяющей получить высокий уровень равномерных механических свойств.

Пример. Опытную проверку предлагаемого способа осуществляли на широкополосных с танах горячей прокатки 2000 и 2500.

Прокатку полос различного химического состава и сортамента вели с регламентацией технологических параметров: температуры прокатки t₁ = f₃(С_э) и t₂ = f₄(t₁), величины суммарного относительного обжатия ε₁ = f₁(Cэ) и ε₂ = f₂(Cэ,ε), скорости прокатки V_п = f₅(C_э), интервалов температур (Т_к-t) = f₆(С_э) и (t₁'-t₂') = f₇(C_э) и скоростей охлаждения W = f₈(T_к, С_э) на обоих его этапах. Величины температур t₁, t₂, t, t₁', t₂' варьировались через 5^oС, а величины суммарных обжатий определялись с точностью до 1%.

Прокатку полос толщиной 6 мм осуществляли из слябов стали 08кп, содержащей элементы (%): С = 0,10; Mn = 0,30; Si = 0,02; Cr = 0,05; Ni = 0,26; Cu = 0,15; V-следы; Р = 0,02. Величину углеродного эквивалента определяли согласно ГОСТ 19281: С_э = С + Мn/6 + Si/24 + Сr/5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + Р/2 = 0,19.

Прокатку в чистовых клетях стана вели в диапазоне температур прокатки t₁ = 638(С_э ^0,04 + 0,6) = 980^oС и t₂ = 0,91t₁ + 15^oС = 907^oС при величине суммарного относительного обжатия (при температуре прокатки 960^oС>t₂): ε₁≥9,35/С_э + 0,03 = 42,5%, принимали ε₁ = 43%. Скорость прокатки на входе в чистовые клети поддерживали равной V_п = 0,65/С_э + 0,05 = 3,5 м/с. Полученную в результате прокатки полосу охлаждали в два этапа водой, подаваемой через секции душирующего устройства. Охлаждение на первом этапе в интервале температур (Т_к-t), где: Т_к = 850^oС; t = 586/(С_э + 0,2)^0,1 = 644^oС, т.е. Т_к-t = 850-644^oС вели со скоростью охлаждения W₁≥0,1065(T_к/100)^1,5 = 0,1065•8,5^1,5 = 2,6 град./с, а охлаждение на втором этапе в интервале температур (t₁'-t₂'), где: t>t₁'>t-(8-12^oС) = 644>t₁'>634^oС, т.е. t₁' = 640^oC; t₂' = 502/С_э ^0,1 = 593^oС и t₁'-t₂' = 640-593^oC вели со скоростью охлаждения W₂≥0,058(Т_к/100)^1,7 = 0,058•8,5^1,7 = 2,2 град./с. Скорость охлаждения изменяли путем включения и отключения секций, подающих воду на полосу.

По предлагаемому способу проводили также прокатку полос толщиной 12 мм из стали марки 45 следующего химического состава, %: С = 0,42; Mn = 0,54; Si = 0,24; Cr = 0,15; Ni = 0,12; Cu = 0,10; V-следы; Р = 0,02.

С_э = 0,42 + 0,54/6 + 0,24/24 + 0,15/5 + 0,12/40 + 0,10/13 + 0/14 + 0,02/2 = 0,57.

Параметры технологического процесса:
t₁ = 638(0,57^0,04 + 0,6) = 1007^oС;
t₂ = 0,93•1007 + 15^oС = 952^oС, т.е. t₁-t₂ = 1007-950^oC.

Величина суммарного относительного обжатия при температуре 950^oС (т.е. менее t₂, но более 700^oС) для С_э = 0,57 составила: ε₁≥9,35/(0,57 + 0,03) = 15,6%, принимали ε₁ = 16%. Для С_э>0,46: ε₂≥28%; V_п = 0,65/0,57 + 0,05 = 1,2 м/с.

Т_к = 900^oC; t = 586/(0,57 + 0,2)^0,1 = 602^oС, т.е. Т_к-t = 900-602^oС; 602>t₁'>592^oC, т. е. t₁' = 600^oC, t₂' = 502/0,57^0,1 = 531^oС и t₁'-t₂' = 592-531^oС.

Скорости охлаждения:
W₁≥0,0596(900/100)^1,9 = 3,9 град./с (для С_э>0,33);
W₂≥4,6 град./с (для С_э>0,26).

Результаты опытной прокатки оценивались при лабораторных испытаниях на образцах, отобранных (после прокатки и охлаждения металла) от рулонных полос. При этом оценивалась микроструктура стали и ее дисперсность и определялись механические свойства (σ_в, δ и KCV).

Наиболее высокий уровень механических свойств получен при соблюдении параметров процесса, соответствующих заявляемым зависимостям. При этом дисперсия σ_в уменьшилась на 22-30% в сравнении со свойствами полосы, прокатанной по известной технологии, взятой в качестве ближайшего аналога. Дисперсия δ уменьшилась на 18-25%, а ударной вязкости (при -60^oС, -20^oС и 20^oС) на 26-32%. По микроструктуре образцов было установлено улучшение кинетики распада аустенита в стали, что обусловило повышение ее механических характеристик: повышение σ_в на 10-17% при незначительном уменьшении δ (т.е. пластичность металла практически не ухудшилась) и увеличение KCV на 9-18%.

Отклонения от заявляемых параметров приводили к снижению механических свойств готового проката. Снижение температур t₁ и t₂ (при уменьшении V_п) и повышение величины суммарного относительного обжатия при прокатке в чистовых клетях ухудшает механические свойства стали с одновременным снижением показателя KCV.

Для условий металлургического комбината улучшение потребительских свойств углеродистого полосового проката для трубного штрипса с содержанием углерода в стали в пределах 0,06-0,60% и толщиной более 3,9 мм позволит повысить цену ее реализации ориентировочно на 8%.