СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НАГАРТОВАННОЙ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ
METHOD OF PRODUCING WORK-HARDENED LOW-CARBON SHEET STEEL

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для получения холоднокатаных полос и лент, поставляемых потребителям в нагартованном состоянии, например, для упаковки грузов.
Известен способ производства листовой стали с заданным показателем предела текучести, включающий горячую прокатку полос, согласно которому удельный расход воды, подаваемой на охлаждение полос, устанавливают по эмпирической регрессионной зависимости исходя из химического состава стали, температур конца прокатки и смотки, толщины полосы [1].
Однако данный способ не пригоден для производства нагартованной малоуглеродистой листовой стали с заданным пределом текучести.
Известен также способ производства малоуглеродистой листовой стали с заданным показателем предела текучести, включающий горячую прокатку полос до промежуточной толщины 2,0-3,5 мм при регламентированных температурных режимах, травление окалины, холодную прокатку до конечной толщины, рекристаллизационный отжиг и дрессировку. При этом малоуглеродистая сталь содержит углерод, марганец, кремний, алюминий (или без него), железо и примеси [2].
Недостатки известного способа состоят в том, что при производстве листовой стали в нагартованном (наклепанном) состоянии непосредственно после холодной прокатки он не обеспечивает получения заданного предела текучести. Это является причиной отбраковки металлопроката.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаных полос из стали, содержащей углерод, марганец, кремний, алюминий, легирующие элементы, примеси и железо.
гк
Стальной сляб подвергают горячей прокатке в полосу, травлению и холодной прокатке до конечной толщины. Горячую прокатку ведут с регламентированными температурами конца прокатки и смотки, а толщину горячекатаной полосы h устанавливают по следующей экспериментальной зависимости:
хк
где h - конечная толщина холоднокатаной полосы [3].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не позволяет определить толщину горячекатаной полосы из малоуглеродистой стали, из которой в результате холодной прокатки до конечной толщины будет гарантированно получена нагартованная листовая сталь с заданным пределом текучести. Это приводит к снижению выхода годного.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении выхода годного за счет получения заданного предела текучести листовой стали.
Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства нагартованной малоуглеродистой листовой стали, содержащей углерод, марганец, кремний, алюминий (или без него), железо и примеси, включающем горячую прокатку полос и последующую их многопроходную холодную прокатку до конечной толщины, согласно изобретению горячую прокатку полос ведут до толщины, определяемой по формуле:
,
где Н, h - толщина горячекатаной полосы и конечная толщина холоднокатаной листовой стали;
;
гк
σ - предел текучести горячекатаной полосы;
хк
σ - заданное значение предела текучести холоднокатаной полосы.
Кроме того, малоуглеродистая сталь имеет следующий химический состав, мас.%:
Углерод
0,02-0,11
Марганец
0,20-0,65
Кремний
0,01-0,17
Алюминий
не более 0,10
Железо и примеси
остальное.
Сущность изобретения состоит в следующем. При производстве нагартованной стали необходимо за счет выбора режима обжатия решить одновременно две задачи: получить холоднокатаную полосу конечной толщины и при этом, за счет деформационного упрочнения (наклепа), обеспечить заданное потребителем заданное значение предела текучести. Нестабильность химического состава малоуглеродистой стали, деформационных и температурных режимов горячей прокатки, изменение толщины горячекатаных полос - все это приводит к разбросу фактически полученных значений предела текучести нагартованной малоуглеродистой листовой стали и снижению выхода годного.
гк
хк
гк
Результаты проведенных экспериментальных исследований и их математическая обработка с использованием пошагового регрессионного анализа позволили установить в аналитическом виде предложенную формулу
для расчета необходимой оптимальной величины относительного обжатия ε исходя из предела текучести σ горячекатаной полосы и заданного значения предела текучести σ холоднокатаной полосы. Использование в предложенной формуле значения σ позволяет учесть влияние нестабильности химического состава малоуглеродистой стали и температурно-деформационных режимов горячей прокатки полос на свойства наклепанной холоднокатаной стали, что повышает точность расчета относительного обжатия ε.
В дальнейшем, с использованием значения ε, по соотношению
определяют точное значение толщины горячекатаной полосы Н, из которой после обжатия с относительной величиной ε будет получена холоднокатаная полоса конечной толщины h.
-4
Следует отметить, что численные значения коэффициентов регрессии: 0,01, 2,5·10 и 0,018 в формуле
были получены по экспериментальным данным. Применительно к малоуглеродистым сталям, соответствующим предложенному химическому составу, мас.%:
Углерод
0,02-0,11
Марганец
0,20-0,65
Кремний
0,01-0,17
Алюминий
не более 0,10
Железо и примеси
остальное,
хк
хк
разброс значений σ нагартованной листовой стали от номинального значения, как показали эксперименты, не превышает ±5%. Благодаря этому выход годного приближается к 100%. Это особенно важно, когда потребитель регламентирует допустимое отклонение σ в более узком диапазоне значений.
хк
хк
При запредельных значениях концентраций химических элементов в стали разброс значений σ возрастает. Но в случаях, когда потребитель регламентирует отклонение σ от номинального значения в диапазоне ±10% и более, допустимо использование малоуглеродистой стали с иным содержанием указанных химических элементов.
хк
хк
Углерод и марганец являются основными упрочняющими элементами в нагартованной стали. При снижении содержания углерода менее 0,02% или марганца менее 0,20% предел текучести σ листовой нагартованной малоуглеродистой стали снижается относительно заданного значения, а при содержании углерода более 0,11% или марганца более 0,65% предел текучести σ увеличивается. И в том, и в другом случае это приводит к снижению выхода годного.
хк
хк
Кремний увеличивает скорость нарастания предела текучести σ по мере увеличения ε. При концентрации кремния более 0,17% продольная разнотолщинность горячекатаных полос приводит к увеличению разброса σ и снижению выхода годного. Снижение концентрации кремния менее 0,01% требует повышения относительного обжатия ε, что вызывает растрескивание кромок холоднокатаных полос и снижает выход годного.
хк
Алюминий является стабилизирующим элементом, благодаря чему нагартованная малоуглеродистая сталь длительное время сохраняет стабильное значение σ. Если дальнейшая переработка нагартованной малоуглеродистой стали осуществляется незамедлительно, то алюминий в ее состав можно не вводить. Однако при содержании алюминия более 0,10% из-за наличия ликвации в холоднокатаных полосах из малоуглеродистой стали формируются неравномерные свойства, что снижает выход годного.
Примеры реализации способа
хк
хк
2
2
Пример 1. По требованиям потребителей для изготовления топливных фильтров дизельных двигателей внутреннего сгорания необходима нагартованная полоса толщиной h=0,6 мм из малоуглеродистой стали с номинальным пределом текучести σ=90 кг/мм ±10%. То есть предел текучести должен быть в диапазоне: σ=81…99 кг/мм. Для производства ленты используют непрерывно литые слябы из малоуглеродистой стали следующего состава, мас.%:
С
Mn
Si
Al
Fe + примеси
0,08
0,70
0,20
0,10
Остальное.
хк
2
По справочным данным определяют значение предела текучести горячекатаной стали данного состава: σ=30,8 кг/мм. С использованием предложенной регрессионной зависимости производят расчет параметра ε холодной деформации:
.
После этого рассчитывают толщину горячекатаной полосы Н:
.
Непрерывно литые слябы прокатывают на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщины Н=2,07 мм при температуре конца прокатки 890°С, охлаждают водой на отводящем рольганге до температуры 560°С и сматывают в рулоны.
хк
хк
2
2
Горячекатаные полосы после охлаждения подвергают солянокислотному травлению. Травленые полосы прокатывают на непрерывном 5-клетевом стане кварто 1700 в полосы конечной толщины h=0,6 мм, после чего производят отбор проб и измерение предела текучести: σ=88,0…95,0 кг/мм. Благодаря тому что измеренные значения предела текучести нагартованных холоднокатаных полос укладываются в диапазон допустимых значений σ=85 кг/мм ±10%, выход годного составляет W=98,6%.
хк
2
2
Пример 2. По требованиям потребителей для автоматизированной упаковки сортового проката необходима холоднокатаная нагартованная лента из малоуглеродистой стали толщиной h=1,5 мм с номинальным пределом текучести σ=60 кг/мм ±5%=57…63 кг/мм. Поскольку допустимый диапазон изменения предела текучести вдвое уже, чем в примере 1, то для производства ленты используют непрерывно литые слябы из малоуглеродистой стали предложенного химического состава, мас.%:
С
Mn
Si
Al
Fe + примеси
0,06
0,40
0,09
0,05
Остальное.
хк
2
По справочным данным определяют значение предела текучести горячекатаной стали данного состава: σ=28 кг/мм, и осуществляют расчет параметра ε холодной деформации:
.
Затем производят расчет толщины горячекатаной полосы H:
.
хк
2
Непрерывно литые слябы нагревают до температуры 1250°С, прокатывают на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 1,67 мм и сматывают в рулоны. Затем горячекатаные полосы подвергают солянокислотному травлению и холодной прокатке на непрерывном 4-клетевом стане 1400 до конечной толщины h=1,5 мм. В результате холодной прокатки нагартованные полосы имеют значение предела текучести σ=60…61 кг/мм. Благодаря этому выход годного составляет W=99,9%.
Варианты реализации способа по примеру 2 для малоуглеродистых сталей с различным химическим составом приведены в таблице.
Таблица
Предел текучести холоднокатаных упаковочных лент и выход годного
№ п/п
Содержание химических элементов, мас.%
σ<sub>хк,</sub> кг/мм<sup>2</sup>
W, %
С
Mn
Si
Al
Fe + примеси
1
0,01
0,19
0,009
0,03
Остальное
53-63
75,6
2
0,02
0,20
0,01
-
-:-
58-60
99,8
3
0,06
0,40
0,09
0,05
-:-
60-61
99,9
4
0,11
0,65
0,17
0,10
-:-
61-63
99,8
5
0,12
0,67
0,18
0,11
-:-
58-66
74,2
хк
2
Из данных, приведенных в таблице, следует, что в случае реализации предложенного способа с использованием малоуглеродистой стали предложенного состава (варианты №2-4) достигается повышение выхода годного за счет получения заданного значения предела текучести нагартованной ленты: разброс значений σ не превышает 2 кг/мм. Это важно для стабильной работы агрегата автоматизированной упаковки.
При запредельных значениях заявленного химического состава (варианты 1 и 5) разброс значений предела текучести возрастает, что ведет к снижению выхода годного.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что прокатка горячекатаных полос с толщиной, определенной по предложенным экспериментально определенным зависимостям, позволяет при последующей холодной прокатке осуществить деформационное упрочнение (наклеп) холоднокатаных полос из малоуглеродистых сталей до заданного значения предела текучести. В результате достигается увеличение выхода годного. Помимо этого использование малоуглеродистой стали предложенного состава позволяет дополнительно снизить разброс значений предела текучести, что является важным для ряда потребителей нагартованного холоднокатаного листового проката.
В качестве базового объекта при оценке технико-экономической эффективности предложенного способа принят ближайший аналог [3]. Использование предложенного способа позволяет повысить рентабельность производства нагартованной малоуглеродистой листовой стали на 10-15%.
Литература
1. Авт. свид. РФ №1493339, МПК В21В 1/26, 1989 г.
2. М.А.Беняковский и др. Производство автомобильного листа. М.: Металлургия, 1979, с.30-31, 98, 146-147.
3. Патент РФ №2432404, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, С22С 38/16, 2011 г.