Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОЛСТОЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ НА РЕВЕРСИВНОМ СТАНЕ

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к технологии листовой прокатки на реверсивном толстолистовом стане.

Известен способ производства высокопрочной листовой стали, предусматривающий нагрев заготовки заданного химсостава, ее горячую прокатку с суммарным относительным обжатием не менее 80%, которую завершают в температурном диапазоне 750-950°C, последующую закалку листов от температуры 890-930°C и высокотемпературный отпуск при температуре 600-680°C [Патент РФ №2442831, МПК C21D 28/02, С22С 38/00, 20.02.2012 г.].

Однако указанный способ не всегда обеспечивает высокий уровень механических свойств готовой продукции, поскольку прокатка может производиться в неблагоприятной для структурообразования низколегированных малоуглеродистых сталей температурной области 800-900°C. Кроме того, процесс прокатки может сопровождаться образованием «закатов» на боковых кромках изделия во время прокатки, связанным с неравномерным распределением деформации по высоте раската. Это обуславливает необходимость разработки режимов прокатки, позволяющих избежать деформации при указанных температурах и обеспечивающих отсутствие поверхностных дефектов в зоне боковых кромок листа.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства толстолистового проката из малоуглеродистой стали на реверсивном стане, включающий нагрев непрерывнолитой заготовки, ее черновую прокатку с регламентированной степенью деформации и с промежуточным охлаждением после черновой прокатки до заданной температуры, а также чистовую прокатку до получения требуемой толщины листа и последующее ускоренное охлаждение [Ю.В. Коновалов, К.Н. Савранский, А.П. Парамошин, В.Я. Тишков. Рациональные режимы прокатки толстых листов. К.: Тэхника, 1988, с.5-6, 22-23, таблица 5].

При реализации известного способа заготовку из малоуглеродистой стали нагревают и производят ее черновую прокатку при температуре выше точки A_r3. При этом суммарная величина обжатия на стадии черновой прокатки определяется толщиной раската, по достижении которой прокатку прерывают и производят подстуживание (охлаждение) полученного раската до заданной температуры. Это необходимо, чтобы избежать деформаций в диапазоне температур фазового превращения, негативно влияющих на уровень механических свойств готовой продукции. Затем на стадии чистовой прокатки раскат прокатывают при температуре ниже точки A_r3 до получения требуемой толщины и длины готового листа.

При реализации указанного способа получение требуемого уровня механических свойств толстого листа из малоуглеродистой стали, используемого при производстве труб большого диаметра для магистральных трубопроводов, достигается благоприятным характером структурообразования и фазовых превращений в процессе контролируемой прокатки. Технологически это обеспечивается соблюдением уровня температур начала и конца чистовой и черновой прокатки, а также наличием подстуживания на воздухе полученной промежуточной заготовки (раската) после черновой прокатки, осуществляемым во время специальной междеформационной паузы между черновой и чистовой прокаткой. Ускоренное охлаждение полученного проката обеспечивает формирование его прочностных характеристик.

Однако на практике рассмотренная технология не всегда может обеспечить отсутствие поверхностных дефектов в прикромочной зоне толстолистового проката из малоуглеродистой стали, недопустимых при производстве труб большого диаметра для магистральных трубопроводов. Для толстолистового проката, получаемого в соответствии с известным способом, характерно появление продольных закатов на боковых гранях, проникающих в тело листа и проявляющихся после обрезки боковых кромок в виде продольных трещин. Это во многом связано с неравномерным распределением деформации по толщине раската на стадии черновой прокатки, когда имеет место высокий очаг деформации. Для высокого очага деформации пластические зоны располагаются непосредственно под поверхностью контакта прокатных валков с металлом раската. При уширении в процессе обжатия эти пластические зоны образуют продольные наплывы на боковых гранях раската вблизи его продольных ребер, которые суммируются после каждого прохода. Иначе говоря, на боковых гранях раската имеет место «двойное бочкообразование». Величина указанных наплывов прямо связана с величиной единичного обжатия за проход. В ходе дальнейшей черновой прокатки наплывы увеличиваются и сближаются. На стадии чистовой прокатки высота боковой грани уменьшается, наплывы сходятся и происходит их схлопывание с образованием продольной трещины вдоль боковой грани - бокового заката. Появление боковых закатов приводит к необходимости увеличения размера боковой обрези и увеличению расходного коэффициента.

Таким образом, причиной появления боковых закатов является неблагоприятный характер распределения обжатий по проходам черновой прокатки, сопровождающийся увеличенной локальной поперечной деформацией уширения в поверхностных слоях. Поэтому оптимизация соотношения обжатий в рамках контролируемой прокатки толстого листа является условием получения требуемого уровня качества готовой продукции по состоянию поверхности и сплошности металла в прикромочной зоне. Очевидно, что существует необходимость дальнейшего снижения расходного коэффициента при производстве толстолистового проката на реверсивном стане, которая обуславливает целесообразность разработки соответствующих технических решений по уменьшению боковых закатов.

Технический результат изобретения - снижение вероятности появления поверхностных дефектов на боковых гранях толстолистового проката из малоуглеродистой стали, за счет использования механизма деформации, обеспечивающего уменьшение величины боковых закатов, а также снижение неравномерности деформации по толщине раската при прокатке.

Технический результат достигается тем, что в способе производства толстолистового проката из малоуглеродистой стали на реверсивном стане, включающем нагрев непрерывнолитой заготовки, черновую прокатку с регламентированной степенью деформации и с промежуточным охлаждением после черновой прокатки до заданной температуры, чистовую прокатку до получения требуемой толщины проката и последующее ускоренное охлаждение, согласно предложению, черновую прокатку непрерывнолитой заготовки осуществляют с суммарной степенью обжатия по высоте 30-70% в два этапа, при этом прокатку на первом этапе производят с единичными относительными обжатиями не более 7% вплоть до получения раската толщиной 0,4-0,8 от исходной толщины непрерывнолитой заготовки, а прокатку на втором этапе ведут до получения толщины раската, необходимой для проведения промежуточного подстуживания между черновой и чистовой прокаткой с единичными относительными обжатиями не менее 10%.

Технический результат достигается также тем, что на первом этапе черновой прокатки не менее трех проходов осуществляют с использованием гидросбива.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Производят нагрев непрерывнолитой заготовки из малоуглеродистой стали толщиной So до необходимой температуры. Затем приступают к черновой прокатке. Суммарная степень обжатия по высоте при черновой прокатке составляет 30-70%. Такая степень деформации при высокой температуре необходима для проработки структуры и получения необходимого уровня механических свойств готового малоуглеродистого проката. При этом на начальном этапе, при наличии высокого очага деформации, черновую прокатку производят с единичными относительными обжатиями, не превышающими 7%. При использовании таких сравнительно небольших единичных обжатий высокой заготовки удается избежать существенного уширения в поверхностных зонах раската. Соответственно, снижается интенсивность образования наплывов в прикромочной зоне на поверхности боковых граней и устраняются предпосылки для формирования боковых закатов.

На первом этапе черновой прокатки не менее трех проходов осуществляют с использованием гидросбива. Это позволяет снизить температуру поверхностных слоев раската перед обжатием и, соответственно, уменьшить уширение этих слоев, сместив пластическую зону к центральным слоям раската. При таком распределении деформации по толщине раската снижается интенсивность формирования боковых закатов. Прокатку с указанной величиной обжатий продолжают вплоть до получения толщины раската, составляющей 0,4-0,8 от исходной толщины непрерывнолитой заготовки S₀, после чего переходят ко второму этапу черновой прокатки с большими обжатиями. В этом диапазоне толщин имеет место прокатка со средним и низким очагом деформации, которая характеризуется гораздо менее интенсивным формированием боковых закатов.

Это позволяет на втором этапе черновой прокатки увеличить значения единичных обжатий, чтобы получить необходимые структурные характеристики и механические свойства готовой продукции, а также обеспечить высокую производительность процесса. На втором этапе черновой прокатки используют большие обжатия за проход, превышающие 10%. Многопроходная реверсивная прокатка с такой степенью обжатия в диапазоне высоких температур способствует разрушению литой структуры, подавляет разнобалльность аустенитных зерен. Черновую прокатку с указанными обжатиями ведут вплоть до получения толщины раската, необходимой для проведения его промежуточного подстуживания между черновой и чистовой прокаткой. После подстуживания производят чистовую прокатку раската до получения проката заданного размера. Такая прокатка малоуглеродистой стали в области низких температур позволяет проработать микроструктуру проката на всю толщину, устранить осевую ликвацию непрерывнолитого сляба. Последующее ускоренное охлаждение этого проката способствует формированию равномерной мелкозернистой ферритобейнитной структуры, обладающей повышенными вязкостными и прочностными свойствами.

Применение способа поясняется примером его реализации при производстве толстолистового проката размером 33,4×4490×13500 мм (после резки в меру), категории прочности К65 (10Г2ФБЮ). При нагреве непрерывнолитых заготовок из малоуглеродистой стали размером 315х1850х3700 мм до температуры 1170-1200°C происходит аустенизация малоуглеродистой стали, растворение дисперсных карбонитридных упрочняющих частиц. Сначала, на первом этапе черновой прокатки осуществляют продольную реверсивную прокатку заготовки в клети толстолистового стана 5000 за 5 проходов с единичным обжатием 3%, 4%, 5%, 5% и 5% соответственно до толщины раската S₅=250 мм, т.е. до 0,8 толщины исходной заготовки S₀=315 мм. При этом первый, третий и пятый проходы осуществляют с использованием гидросбива, что позволяет снизить температуру в поверхностных слоях раската. При таком режиме обжатий и распределении температур в очаге деформации отсутствуют предпосылки для образования боковых закатов. Следующий этап черновой прокатки включает 5 проходов с единичным обжатием 10%, 10%, 12%, 12% и 12% соответственно до толщины S₉=138 мм при температуре конца черновой прокатки 950°C. Большие обжатия в условиях высокой температуры на втором этапе черновой прокатки позволяют обеспечить проработку структуры и требуемый уровень механических свойств. Полученный в ходе черновой прокатки металл подстуживают до температуры 800°C на рольганге стана в условиях естественного охлаждения. После достижения указанной температуры производят чистовую прокатку металла на толщину 33,4 мм. Последующее ускоренное охлаждение до 600°C способствует повышению дисперсности структурных составляющих и получению требуемого уровня механических свойств.

Полученный уровень свойств готового проката полностью соответствует требованиям, предъявляемым к малоуглеродистой стали категории прочности К65. Исследование качества поверхности в зоне боковых кромок показывает отсутствие боковых закатов при минимальном размере боковой обрези.

Таким образом, применение предложенного способа прокатки обеспечивает достижение требуемого результата - устранение возможности появления на боковых гранях готового проката поверхностных дефектов при прокатке на толстолистовом реверсивном стане за счет использования специального режима обжатия. Иначе говоря, предложенное техническое решение позволяет избежать интенсивного поперечного течения металла в поверхностных зонах раската и таким образом обеспечить отсутствие боковых закатов.

Оптимальные параметры реализации способа были определены эмпирическим путем. Экспериментально установлено, что в случае проведения черновой прокатки с суммарной степенью обжатия по высоте менее 30% и более 70% не удается получить толщину раската, достаточную для проведения подстуживания и получения требуемого уровня механических свойств.

Анализ опытных данных показывает, что если величина единичных обжатий на первом этапе чистовой прокатки превышает 7%, то не обеспечивается отсутствие боковых закатов, поскольку неравномерность деформации по толщине слишком велика и поперечное уширение в поверхностных слоях раската сопровождается появлением наплывов на боковых гранях. Соответственно при этом не достигается технический результат рассматриваемого изобретения.

Экспериментально установлено, что если использовать малые единичные обжатия за проход вплоть до получения толщины раската, составляющей менее 0,4 от исходной толщины непрерывнолитой заготовки, то не удастся обеспечить проработку структуры на всю толщину раската на стадии высокотемпературной черновой прокатки, т.е. не будет достигнут требуемый уровень механических свойств.

В то же время, если использовать малые единичные обжатия за проход вплоть до получения толщины раската, составляющей более 0,8 от исходной толщины непрерывнолитой заготовки, то после перехода на большие обжатия сохраняется вероятность возникновения боковых закатов, поскольку высота очага деформации еще слишком велика и уширение поверхностных слоев будет приводить к появлению наплывов на боковых гранях раската.

Практика показала, что при использовании на втором этапе черновой прокатки относительных единичных обжатий менее 10% значительно снижается производительность процесса прокатки, что негативно сказывается на технико-экономических показателях производства на толстолистовом стане. Кроме того, не обеспечивается проработка структуры по всему сечению и получение требуемого уровня механических свойств.

Как следует из приведенного анализа, при реализации предложенного технического решения достигается требуемое качество толстолистового проката из малоуглеродистой стали за счет более рационального распределения обжатий по проходам при черновой прокатке на толстолистовом реверсивном стане. Однако в случае выхода варьируемых технологических параметров за установленные для этого способа границы не всегда удается обеспечить соответствие полученного проката заданным требованиям по величине боковых закатов. Таким образом, имеющиеся данные подтверждают правильность рекомендаций по выбору допустимых значений технологических параметров предложенного способа производства толстолистового проката из малоуглеродистой стали на реверсивном стане.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что производство толстолистового проката из малоуглеродистой стали по установленным деформационным режимам обеспечивает существенное снижение величины боковой обрези за счет уменьшения глубины боковых закатов.