СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
METHOD FOR HOT ROLLING OF LOW-ALLOYED STEEL

Предлагаемое изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос преимущественно из низколегированной стали с микролегированием карбонитридообразующими элементами класса прочности К52 для последующего изготовления сварных труб.
Известны способы горячей прокатки полос, включающие горячую прокатку на широкополосном стане в черновой и чистовой группах клетей с охлаждением полос путем подачи охладителя в межклетевых промежутках стана и на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, которые достаточно подробно описаны в технической литературе (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.542-580., Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995 г., Патент РФ №2120481, 1998 г.).
Недостатком известных способов является сложность обеспечения заданного уровня физико-механических свойств в горячекатаных полосах при горячей прокатке с максимальной производительностью на широкополосном стане.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства широких горячекатаных полос из высокоуглеродистых низколегированных марок стали, включающий прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей с температурой конца прокатки 700-800°С, охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон при температуре 500-600°С (см. А.С. СССР №1196391).
Недостатком известного способа является сложность обеспечения в готовой горячекатаной полосе из низколегированной стали с микролегированием карбонитридообразующими элементами требуемого узкого интервала механических свойств. Это связано с трудностью формирования заданной микроструктуры в горячекатаном прокате толщиной 7-12 мм из низколегированных марок стали, а также из-за неопределенности температурного режима охлаждения полосы в момент прокатки и перед смоткой ее в рулон в зависимости от конечной толщины полосы.
Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является формирование заданного узкого интервала механических свойств по всей длине горячекатаной полосы толщиной 7-12 мм в рулоне при горячей прокатке за счет управления температурно-скоростными параметрами прокатки в клетях чистовой группы стана, а также температурного режима при охлаждении на отводящем рольганге перед смоткой горячей полосы в рулон.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе горячей прокатки полос из низколегированной стали, микролегированной карбонитридообразующими элементами, с содержанием углерода 0,07-0,11% и толщиной 7-12 мм, включающем горячую прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей стана с охлаждением полосы водой в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой полосы в рулон, согласно изобретению в межклетевых промежутках чистовой непрерывной группы стана регулируют интенсивность охлаждения поверхности полосы путем изменения скорости ее охлаждения, которую определяют из выражения
V=7,9-0,6*ε,
где V - скорость охлаждения полосы, град./с,
ε - единичное относительное обжатие за проход, %,
кроме того, на отводящем рольганге осуществляют дифференцированное охлаждение верхней и нижней поверхности полосы, причем интенсивность охлаждения верхней поверхности полосы регулируют изменением скорости ее охлаждения, которую определяют из выражения
верх
где V - скорость охлаждения верхней поверхности полосы, град./с,
п
Н - толщина полосы,
а охлаждение нижней поверхности полосы производят монотонно равномерно по всей ее длине.
Приведенные математические зависимости, связывающие интенсивность подачи воды на поверхность горячекатаной полосы, а следовательно, и скорость ее охлаждения в межклетевых промежутках чистовой непрерывной группы стана с величиной относительного обжатия в чистовых проходах, с одной стороны, и скорость охлаждения полосы на отводящем рольганге стана горячей прокатки с ее конечной толщиной, с другой стороны, - эмпирические и получены при обработке опытных данных при прокатке указанного сортамента на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Сущность заявляемого технического решения заключается в обеспечении условий для формирования в горячекатаной полосе в зависимости от ее конечной толщины на стадии горячей прокатки и смотки заданного узкого диапазона механических свойств (прочностных и пластических), позволяющих получать металлопрокат класса прочности не ниже К52 для нужд трубной промышленности.
Для осуществления предлагаемого способа предварительно в зависимости от требуемой конечной толщины горячекатаной полосы определяется режим обжатий в чистовых проходах непрерывного стана горячей прокатки. Затем назначается схема душирования поверхности проката водой в межклетевых промежутках чистовой группы стана и на отводящем рольганге для обеспечения заданных механических свойств в горячекатаной полосе.
т
в
т
в
5
-60
-15
2
Как известно, низколегированные трубные стали должны хорошо свариваться, то есть не должны образовывать при сварке холодных и горячих трещин и свойства сварного соединения (а также участков, прилегающих к нему) должны быть близкими к свойствам основного металла. Прокат из указанных марок стали, таким образом, должен обладать высокими значениями прочностных характеристик и одновременно повышенной пластичностью, вязкостью, а также сопротивлением хрупкому разрушению при температурах монтажа труб и их эксплуатации. Кроме того, микролегирование в небольших количествах Nb существенно упрочняют сталь в результате образования мелкодисперсных частиц и измельчения зерна феррита. В связи с этим вся технология получения горячекатаных полос из трубной стали должна обеспечивать следующие механические свойства: прочностные (365 МПа <σ<465 МПа; 510 МПа <σ<680 МПа, при этом σ/σ не более 0,90), пластические (δ≥22%) и вязкие (KCU не менее 170 Дж/см, DWTT не менее 80%) (см. Ниобийсодержащие низколегированные стали. - М.: СП Интернет инжиниринг, 1999, с.60-64).
Получение требуемого узкого диапазона механических свойств при обеспечении их равенства по всей длине горячекатаной полосы различной толщины (7-12 мм) достигается окончанием горячей прокатки в аустенитной области при температуре, близкой к температуре аустенитного превращения. Для этого необходимо обеспечивать скорость охлаждения поверхности полосы в межклетевых промежутках чистовой группы стана в зависимости от ее толщины в интервале 4-9°С/с.
т
в
5
Скорость охлаждения горячекатаной полосы после окончания горячей прокатки определяет размеры, форму, а также характер зерен феррита. Неуправляемое охлаждение прокатанного металла на отводящем рольганге ведет к образованию по границам зерен феррита мелкодисперсного перлита, что приводит к увеличению пластических характеристик готового проката при высоких прочностных свойствах в широком диапазоне. При скоростях охлаждения поверхности полосы в интервале 2,0-4,5°С/с (в зависимости от толщины проката более толстый прокат остывает медленнее) происходит повышение предела текучести (σ), твердости (HRB), временного сопротивления разрыву (σ) и достижение требуемого узкого интервала механических свойств при повышенном относительном удлинении (δ). При этом формируется зерно не мельче 11 баллов. Это связано с тем, что при выбранных температурно-скоростных режимах заканчиваются полиморфные превращения γ-Fe в α-Fe и, следовательно, в условиях объемно-центрированной решетки железа формируются механические свойства с высокими прочностными и повышенными пластическими и вязкими характеристиками.
Осуществление дифференцированного охлаждения проката на отводящем рольганге и управление охлаждением поверхности полосы, например, задержкой подачи воды на полосу известны (см., например, Патент РФ №2186641, БИ №22, 2002 г.). В то же время в известных технических решениях не обнаружена заявляемая совокупность признаков, характеризующих взаимосвязь интенсивности подачи воды на поверхность горячекатаной полосы в межклетевых промежутках чистовой непрерывной группы стана с величиной относительного обжатия в чистовых проходах, с одной стороны, и скорость охлаждения полосы на отводящем рольганге стана горячей прокатки с ее конечной толщиной, с другой.
Таким образом, представленная совокупность признаков заявляемого способа горячей прокатки полос из низколегированной стали позволяет получить в условиях высокопроизводительного широкополосного стана горячей прокатки полосу толщиной 7-12 мм из стали, микролегированной карбонитридообразующими элементами, с содержанием углерода 0,07-0,11% с одинаковыми равномерно распределенными по длине полосы механическими свойствами, находящимися в узком диапазоне.
На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ горячей прокатки низколегированной стали не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентноспособности «изобретательский уровень».
Опытную проверку заявляемого способа осуществляли на широкополосном непрерывном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Для этого при горячей прокатке микролегированной карбонитридообразующими элементами стали с содержанием углерода 0,07-0,11% в полосы толщиной 7-12 мм варьированием режимов охлаждения поверхности полосы в чистовых промежутках стана и на отводящем рольганге перед смоткой в рулон (схемой включения охлаждающих секций) в известных температурных пределах оценивали формируемую микроструктуру и получаемые механические свойства.
Пример конкретного исполнения способа
На стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» слябы из стали марки 08ГБЮ, микролегированной карбонитридообразующими элементами, с химическим составом C 0,08-0,10%, Mn 1,1-1,4%, Si 0,17-0,30%, S не более 0,006%, Al 0,02-0,07%, Nb 0,02-0,04% прокатывали в полосу размерами h(толщина)×b(ширина)=8×1050 мм. При этом температура конца прокатки составляла 800-840°С, температура смотки - 570-610°С.
Технологические параметры проведения охлаждения полосы в чистовых промежутках в зависимости от величины единичного обжатия за проход представлены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры охлаждения в чистовых промежутках стана при горячей прокатке полосы 8×1050 мм из стали марки 08ГБЮ
Номер чистового промежутка
Единичное обжатие за проход в чистовой группе, %
Скорость охлаждения поверхности полосы, °С/с
1
17,9
7,3
2
20,6
6,7
3
21,7
6,1
4
22,4
5,5
5
22,7
4,9
т
в
5
Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялось охлаждение поверхности полос водой на отводящем рольганге, а также результаты исследований представлены в таблице 2. При этом по способу-прототипу охлаждение водой поверхности полосы производилось по одинаковой схеме без учета толщины. В качестве показателя эффективности принимались механические свойства горячекатаной полосы, в частности соотношение предела текучести к пределу прочности материала σ/σ и относительное удлинение δ.
Проведение процесса изготовления горячекатаного рулонного проката по заявляемым режимам позволяет сформировать оптимальную микроструктуру с зерном феррита 9-11 баллов, равномерно распределенным по длине полосы, а следовательно, получить в прокате различной толщины требуемые одинаковые механические свойства, находящиеся в узком интервале.
Таблица 2
Технологические параметры охлаждения полосы на отводящем рольганге
№ п/п
Толщина готовой полосы, мм
Скорость охлаждения поверхности полосы на отводящем рольганге, град./с
Микроструктура (балл зерна)
σ<sub>т</sub>, МПа
σ<sub>в</sub>, МПа
σ<sub>т</sub>/σ<sub>в</sub>
δ<sub>5</sub>, %
Примечание
1
7
4,5
10-11
420
530
0,79
26
2
7
14
480
560
0,86
20
по прототипу
3
8
3,9
10
410
530
0,77
26,5
4
8
13-14
470
560
0,84
20,5
по прототипу
5
9
3,3
10
410
530
0,77
26,5
6
9
13-14
465
550
0,85
21
по прототипу
7
10
2,8
10
410
530
0,77
27
8
10
13
450
545
0,83
21
по прототипу
9
11
2,4
10
405
530
0,76
27
10
11
13
475
520
0,91
21
по прототипу
11
12
2,0
9-10
400
525
0,76
28
12
12
13
470
520
0,90
21
по прототипу
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ горячей прокатки полос из низколегированной стали работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.
Заявляемый способ может найти широкое применение для производства горячекатаного подката класса прочности К52, обладающего комплексом прочностных и пластических свойств, обеспечивающих повышенные эксплуатационные характеристики сварных труб, изготавливаемых из этого подката.
Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».