Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ПОЛОС ИЗ СТАЛЕЙ С КАРБОНИТРИДНЫМ УПРОЧНЕНИЕМ

Изобретение относится к прокатному производству, конкретнее к режимам прокатки полос из низколегированных сталей на непрерывном широкополосном стане (НШС).

Известен способ производства полос из низколегированной стали, включающий нагрев слябов до температуры 1050-1220^oС, выдержку, многопроходную черновую и чистовую прокатку с температурой окончания 800-900^oС, охлаждение полос на отводящем рольганге до температуры 350-500^oС и смотку в рулоны [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что горячекатаные полосы из сталей с карбонитридным упрочнением имеют большой разброс механических свойств, что является причиной снижения выхода годного.

Известен также способ горячей прокатки высокопрочных полос из низколегированной стали, включающий нагрев сляба до температуры не выше 1100^oС, выдержку, многопроходную черновую прокатку с суммарным обжатием более 70%, многопроходную чистовую прокатку с температурой окончания 680-850^oС, охлаждение полос водой со скоростью более 5^oС/с до температуры 300-500^oС и смотку в рулоны [2].

Известный способ производства также не обеспечивает стабильности механических свойств по длине полос из сталей с карбонитридным упрочнением, что снижает выход годного.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ горячей прокатки полос из сталей с карбонитридным упрочнением, включающий нагрев слябов до температуры аустенитизации 1250^oС, выдержку, многопроходную черновую прокатку с температурой окончания 1050-1150^oС до толщины полосы 20-40 мм, многопроходную чистовую прокатку с суммарным обжатием от 40% и более с температурой окончания 800-820^oС, охлаждение полос водой до температуры 550-620^oС и смотку в рулоны [3] - прототип.

Недостатки известного способа состоят в том, что горячекатаные полосы имеют нестабильные механические свойства по длине, в особенности ударную вязкость при отрицательных температурах. Нестабильность механических свойств является причиной снижения выхода годного.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении стабильности механических свойств и выхода годного.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе горячей прокатки полос из сталей с карбонитридным упрочнением, включающем нагрев слябов до температуры аустенитизации, выдержку при этой температуре, многопроходные черновую и чистовую прокатки с регламентированными температурами окончания, охлаждение полос водой и смотку в рулоны, согласно предложению слябы нагревают до температуры 1100-1250^oС и выдерживают в течение 3-5 ч, черновую прокатку ведут с суммарным обжатием не менее 80% и температурой окончания 1020-1090^oС, чистовую прокатку ведут с суммарным обжатием не менее 70% и температурой окончания 820-870^oС, а охлаждение полос водой осуществляют до температуры 550-620^oС.

Сущность изобретения заключается в следующем. Режимы горячей прокатки сталей с карбонитридным упрочнением (типа 10Г2ФБЮ, 09ГСФБ, 12ГСБ и др.) должны обеспечивать полное использование всех механизмов упрочнения при изменениях химического состава сталей, колебаниях температурных и деформационных параметров. Горячекатаная полоса в рулоне после смотки не должна изменять своих свойств в зависимости от скорости охлаждения отдельных витков, которая на внешних витках достигает 140^oС/ч, а на внутренних 10-25^oС/ч.

Нагрев слябов до температуры 1100-1250^oС с выдержкой в течение 3-5 ч позволяет обеспечить оптимальное растворение карбонитридных частиц в аустените и исключить рост аустенитных зерен. Ниобий в твердом растворе сдерживает рекристаллизацию, и зерно аустенита остается мелким. Сталь приобретает высокую пластичность, а ее микроструктура подготовлена к деформированию. Многопроходная черновая прокатка с суммарным обжатием не менее 80% в температурном интервале от 1100-1250^oС до 1020-1090^oС обеспечивает измельчение микроструктуры, упрочнение стали за счет первичного выделения карбонитридных частиц, сдерживающих перемещение дислокаций. Последующая многопроходная чистовая прокатка в температурном интервале от 1020-1090^oС до 820-870^oС с суммарным обжатием более 70% стимулирует выделение упрочняющей карбонитридной фазы V(C, N), в то же время легированность твердого раствора аустенита ниобием сдерживает рекристаллизацию деформированного аустенита. За счет этого происходит дальнейшее измельчение микроструктуры, упрочнение стали мелкодисперсными карбонитридными частицами при их наиболее полном выпадении из аустенита.

Охлаждение полосы водой до температуры 550-620^oС при выполнении всех предложенных режимов нагрева и горячей прокатки позволяет сформировать микроструктуру стали с зерном 10-12 балла (10-6 мкм). Такая микроструктура характеризуется высокой стабильностью и равномерностью, поэтому при последующем охлаждении рулонов происходит замедление диффузионных процессов, вызывающих образование охрупчивающих сегрегаций фосфора и выделение фаз типа Fe₃С по границам зерен. За счет этого достигается повышение стабильности механических свойств по длине полос и от полосы к полосе, что увеличивает выход годного.

Экспериментально установлено, что увеличение температуры нагрева слябов выше 1250^oС или времени выдержки при этой температуре более 5 ч приводит к росту аустенитного зерна, ослаблению границ зерен, разнобалльности микроструктуры стали. Снижение температуры нагрева менее 1100^oС или времени выдержки менее 3 ч не позволяет полностью растворить крупные карбонитридные частицы в стали, что снижает ее технологическую пластичность и ухудшает механические свойства горячекатаных полос.

При черновой прокатке с суммарным обжатием менее 80% и температурой ее окончания ниже 1020^oС не происходит полного протекания процесса первичного выпадения из аустенита упрочняющих карбонитридных частиц, ухудшаются механические свойства полосы и их равномерность. Увеличение температуры окончания черновой прокатки выше 1090^oС приводит к росту аустенитных зерен и к ускорению процессов рекристаллизации при последующей чистовой прокатке. Это снижает прочностные и вязкостные свойства полос, ухудшает их равномерность.

При чистовой прокатке с суммарным обжатием менее 70% или температуре ее окончания выше 870^oС не достигается максимально возможной степени упрочнения горячекатаной полосы, снижается ударная вязкость при отрицательных температурах.

Охлаждение горячекатаных полос до температуры выше 620^oС способствует увеличению неравномерности охлаждения внешних и внутренних витков рулонов, что отрицательно сказывается на стабильности механических свойств и выходе годного. Снижение температуры смотки менее 550^oС ухудшает вязкостные свойства полос при отрицательных температурах, что недопустимо.

Примеры реализации способа
Для производства горячекатаных полос используют слябы сечением 275х1310 мм, массой 27 т из стали марки 09ГСФБ с карбонитридным упрочнением следующего химического состава, мас.%:
C 0,09; Si 0,59; Mn 0,66; P 0,007; S 0,003; Al 0,05; Nb 0,036; Ti 0,016; V 0,075; N 0,006.

Слябы садят в газовую печь с шагающими балками и производят их разогрев до температуры аустенитизации Т_а=1175^oС, при которой выдерживают в течение 4 ч. Очередной сляб, выданный из печи, транспортируют к пятиклетевой черновой группе непрерывного широкополосного стана 2000 и обжимают за 5 проходов с толщины 250 мм до промежуточной толщины 50 мм. Суммарное относительное обжатие при этом составляет ε₁ = 82%. Температуру раската в последнем, 5-м проходе, поддерживают равной T₁=1055^oС.

Раскат по промежуточному рольгангу транспортируют к семиклетевой чистовой группе, где его обжимают за 7 проходов с толщины 50 мм до конечной толщины 8 мм с суммарным относительным обжатием ε₂ = 84%. Температуру полосы на выходе из чистовой группы клетей поддерживают равной Т_кп=845^oС. Прокатанную полосу по отводящему рольгангу транспортируют к моталке с одновременным ее охлаждением водой до температуры Т_см=585^oС, при которой сматывают в рулон.

После охлаждения рулона производят измерение механических свойств горячекатаной полосы и оценивают их стабильность.

Варианты реализации предложенного способа приведены в таблице 1. В таблице 2 даны показатели эффективности различных вариантов прокатки полос.

Из табл. 1 и 2 следует, что в случае использования предложенного способа прокатки (варианты 2-4) достигается повышение стабильности механических свойств горячекатаных полос из стали с карбонитридным упрочнением, выход годного при этом максимален.

При запредельных значениях заявленных параметров (варианты 1 и 5) и реализации способа-прототипа (вариант 6) стабильность механических свойств горячекатаных полос ухудшается, что приводит к снижению выхода годного.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что режимы температурно-деформационной обработки обеспечивают максимально возможное выделение дисперсных карбонитридных частиц, упрочняющих горячекатаную полосу. Одновременно с этим формируется равномерная мелкозернистая микроструктура стали. Процессы диффузии и выделение фаз типа Fe₃С по границам зерен замедляются. Этим обеспечивается повышение стабильности механических свойств по длине полос, от полосы к полосе, от плавки к плавке. Повышение стабильности механических свойств горячекатаных полос ведет к повышению выхода годного.

В качестве базового объекта при определении эффективности предложенного способа был выбран способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства горячекатаных полос из стали с карбонитридным упрочнением на 15-20%.

Источники информации
1. Патент США 4421573, МПК C 21 D 8/02, C 21 D 9/46, 1983.

2. Заявка Японии 57-29528 , МПК C 21 D 8/00, С 22 С 38/12, 1982.

3. Ю.И.Матросов и др. Сталь для магистральных газопроводов. - М.: Металлургия, 1989, с. 262-265 - прототип.