Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОГО ПЛОСКОГО ПРОКАТА

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, а также листового проката, подвергающегося переработке на агрегатах продольного и поперечного роспуска.

Известны способы производства горячекатаной полосы, включающие горячую прокатку полос на широкополосном стане с последующей их переработкой в холоднокатаную продукцию с операцией роспуска полосы на агрегатах поперечного или продольного роспуска (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., Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995 г., Пат. РФ №2223833, БИ №5, 2004 г.).

Недостатками известных способов является сложность обеспечения требуемого уровня механических свойств на стадии горячей прокатки, что приводит к появлению многочисленных дефектов в виде перегибов при последующей переработке горячекатаной полосы на стадии ее роспуска при размотке на агрегатах поперечного или продольного роспуска.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту по совокупности признаков является способ производства горячекатаной листовой трубной стали, включающий горячую прокатку металла в черновой и чистовой группах клетей широкополосного стана, последующее охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой ее в рулон. При этом на отводящем рольганге применяют дифференцированное охлаждение поверхности полосы. Температуру полосы перед смоткой устанавливают в интервале 500-700°С (см. Патент РФ №2186641, БИ №22, 2002 г.).

Недостаток известного способа заключается в отсутствии регламентации температуры конца прокатки в чистовой группе стана горячей прокатки и расширенного интервала температуры смотки полосы, что наряду с отсутствием заданного температурного интервала поверхности полосы при ее задаче на агрегаты роспуска и последующей размотке приводит к возникновению по ширине полосы значительной неоднородности механических свойств. Это способствует появлению в процессе переработки горячекатаной полосы на агрегатах роспуска дефекта «перегиб» (излом).

Техническая задача заявляемого изобретения состоит в исключении перегибов, образующихся в процессе размотки горячекатаных рулонов при устранении рулонной кривизны на агрегатах роспуска полос.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства горячекатаного плоского проката, преимущественно с содержанием углерода 0,17-0,20% и толщиной полосы 3-8 мм, включающем горячую прокатку металла на широкополосном стане, дифференцированное охлаждение полосы водой на отводящем рольганге, смотку полосы в рулон при температуре 500-700°С, с последующим роспуском горячекатаной полосы, согласно изобретению, при горячей прокатке в чистовой группе стана температуру полосы в конце прокатки поддерживают в диапазоне 870-900°С, после чего осуществляют ее смотку в рулон при температуре 600-630°С, а задача рулона на роспуск осуществляется при температуре центральной по ширине части полосы не более 40°С, причем при размотке на наружный виток и на поверхность размотанной передней части полосы одновременно подается охладитель при температуре не более 20°С.

В заявляемом техническом решении отличительный признак, характеризующий температуру конца прокатки в чистовой группе клетей в диапазоне 870-900°С связан со следующим.

Как известно (см. Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн. 2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991), конечная величина зерна феррита зависит от величины зерна аустенита на момент окончания горячей прокатки. Зерно феррита в готовом прокате тем мельче, чем меньше величина аустенитного зерна в полосе на момент окончания горячей прокатки. Величина и форма аустенитного зерна зависит от скорости рекристаллизации при прокатке, которая в свою очередь зависит от суммарной деформации в чистовой группе клетей стана, а именно от величины деформации в последних чистовых проходах (критическая деформация), а также от скорости и температуры прокатки в чистовой группе. Для обеспечения требуемых механических свойств, температуру конца прокатки необходимо принимать такой, чтобы обеспечить формирование микроструктуры в однофазной (аустенитной) области кристаллизации стали.

Как известно (см. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986. - 544 С.), при высоких температурах идут процессы собирательной и вторичной рекристаллизации, в результате чего в структуре металла образуется крупное зерно. Мелкозернистая структура, обеспечивающая требуемый комплекс механических свойств, образуется при первичной рекристаллизации.

Таким образом, для обеспечения изотропности механических свойств по ширине горячекатаной полосы необходимо на стадии горячей прокатки сформировать структуру с мелким зерном полигонизованного феррита и дисперсными выделениями карбонитридов. Это обеспечивает повышение прочностных свойств (при оптимальном соотношении предела текучести к пределу прочности σ_т\σ_в), с одной стороны, и улучшает вязкие свойства, с другой.

Поэтому температура конца прокатки будет, кроме всего прочего, определяться температурой существования γ-фазы. Следовательно, температура конца прокатки для стали с выбранным диапазоном содержания углерода по диаграмме «железо-углерод» составляет 870-900°С.

Отличительный признак, характеризующий данный узкий температурный интервал конца прокатки для указанных марок стали, в известных технических решениях известен. В заявляемом техническом решении, отличительный признак служит для формирования требуемой микроструктуры стали на стадии горячей прокатки.

Отличительный признак, характеризующий температуру смотки полос в диапазоне 600-630°С, известен (см., например, прототип, Патент РФ №2186641). Однако в известном техническом решении температурный интервал расширен (500-700°С).

Столь широкий известный диапазон температуры смотки приводит к невозможности формирования однородной структуры полосы в рулоне, особенно при смотке толстых полос.

Как известно, охлаждение полосы перед смоткой начинают по окончании полиморфного превращения. При этом повышается предел текучести, твердость и временное сопротивление. Охлаждать необходимо до температуры ниже температуры рекристаллизации, чтобы избежать собирательной рекристаллизации. То есть, температурный интервал смотки определяется требованиями получения равномерного равноосного зерна феррита. В заявляемом же способе расширение температурного интервала до известного уровня недопустимо и поэтому сужено. Температура смотки для выбранных согласно заявляемому способу марок стали должна быть в интервале 600-630°С.

При температуре смотки выше указанной образуется крупнозернистая структура с неравномерным зерном. Кроме того, при повышенных температурах может наблюдаться дисперсионное упрочнение. Это ухудшает пластические характеристики проката. При этом значительно увеличивается отношение предела текучести (σ_т) к пределу прочности (σ_в), что повышает значение удлинения (δ) на площадке текучести для данной марки стали. Это, в свою очередь, приводит к появлению перегибов при размотке горячекатаного проката на агрегатах роспуска в ходе дальнейшей его переработки.

При более низкой температуре (менее 600°С) пластичность проката снижается, образуется полосчатая ферритно-перлитная структура, что также ухудшает условия дальнейшей переработки проката на агрегатах роспуска и приводит к появлению трещин при испытаниях на холодный изгиб проката, что является браковочным признаком.

Отличительный признак, характеризующий заявляемый узкий интервал смотки для низкоуглеродистых марок стали в совокупности с указанным диапазоном конца прокатки, в известных технических изобретениях не обнаружен.

Отличительный признак, характеризующий проведение роспуска горячекатаного проката при температуре центральной по ширине части полосы не более 40°С, с одновременной подачей при размотке на наружный виток и на поверхность размотанной передней части полосы охладителя при температуре не более 20°С, в известных технических решениях не обнаружен.

Известны способы подачи смазки, охладителя в виде смазки на распускаемую полосу (см., например, а.с. СССР №1113195. Устройство для смазки пар ножей дисковых ножниц. Опубл. в Б.И. №34, 1984; А.с. СССР №1255229. Устройство для смазки пар ножей дисковых ножниц. Опубл. в Б.И. №33, 1986). Однако в известных технических решениях не регламентируется ни температура подачи охладителя на поверхность полосы, ни температура поверхности полосы.

Отсутствие четкой регламентации температурного режима подачи охладителя и температуры поверхности полосы в процессе размотки приводит к тому, что в случае повышенной температуры поверхности проката (выше 40°С) в нем повышается предел текучести на изгиб, что, в конечном итоге, приводит к большой вероятности появления перегибов, что особенно актуально при роспуске широких толстых листов. Тем более это может проявляться в случае, когда не сформирована требуемая микроструктура на стадии горячей прокатки (о чем указывалось выше).

Таким образом, в известных технических решениях не обнаружена заявляемая совокупность признаков, характеризующих температурный интервал конца горячей прокатки, смотки и регламентации температур полосы и охладителя на стадии роспуска широкой горячекатаной полосы.

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 станах горячей прокатки 2000 и 2500 ОАО «ММК» по заявляемому способу были прокатаны полосы из стали марки 20 толщиной 3-8 мм шириной 1770 мм.

Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялась прокатка в чистовой группе клетей станов, смотка полосы в рулон, а также дальнейший роспуск горячекатаной полосы на агрегате поперечного роспуска и результаты исследований, представлены в таблице. В качестве охладителя при роспуске полос применялась водно-воздушная смесь.

Отсутствие перегибов на стадии роспуска горячекатаной полосы, как следует из анализа результатов испытаний, возможно только при комплексном соблюдении температурных режимов горячей прокатки и температурных условий проведения процесса роспуска полосы.

Проведение процесса изготовления горячекатаного плоского проката по указанным режимам позволяет сформировать оптимальную структуру, а следовательно, и получение требуемых механических свойств, что исключает образование дефекта «перегиб» в прокате при его переработке на агрегатах роспуска.

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 при производстве полос из низкоуглеродистых марок стали с требуемыми регламентируемыми физико-механическими свойствами горячекатаного проката, подвергающихся дальнейшей переработке на агрегатах продольного и поперечного роспуска.

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