СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОГО ПРОКАТА ДЛЯ УПАКОВОЧНОЙ ЛЕНТЫ
PRODUCTION METHOD OF COLD-ROLLED MILL PRODUCTS FOR BALING BAND

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к технологии прокатки и термической обработки металлов, и может быть использовано при производстве высокопрочной холоднокатаной полосы из углеродистой стали в нагартованном состоянии толщиной 0,8-1,0 мм и массой 17-26 т для получения упаковочной ленты.
Упаковочная лента должна отвечать следующему комплексу свойств (табл.1):
Таблица 1
Механические свойства стальной упаковочной ленты
σ<sub>в, </sub>Н/мм<sup>2</sup>
δ<sub>100</sub>, %
Не менее 960
не менее 4
Известен способ производства холоднокатаной полосы из углеродистой стали, включающий нагрев сляба, горячую прокатку, охлаждение и смотку полосы в рулон, травление и холодную прокатку, согласно которому сляб нагревают до температуры 1260-1320°С, горячую прокатку завершают при температуре 820-880°С, охлаждение полосы ведут до температуры 550-590°С, а холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 60-73%. Кроме того, сталь имеет следующий химический состав, мас.%:
Углерод
0,30-0,45
Кремний
0,01-0,05
Марганец
0,85-1,35
Алюминий
0,01-0,04
Хром
не более 0,10
Никель
не более 0,05
Медь
не более 0,10
Молибден
не более 0,05
Сера
не более 0,020
Фосфор
не более 0,020
Железо
остальное [1]
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемые свойства для упаковочной ленты в части относительного удлинения.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ обработки полосы из низкоуглеродистой стали, включающий горячую прокатку, смотку полосы, травление, холодную прокатку и отжиг, согласно которому горячую прокатку заканчивают при температуре 840-860°С, смотку полосы осуществляют при 550-650°С, а холодную прокатку производят с обжатием 25-50% с последующим отжигом при 350-450°С [2].
Предлагаемый способ обработки полосы используется для низкоуглеродистой стали марок 08кп-3кп (пс).
Недостаток известного способа состоит в том, что при его использовании для производства упаковочной ленты они имеют низкий комплекс механических свойств, особенно в части показателя предела прочности, что уменьшает выход годного.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении выхода годного за счет повышения комплекса механических свойств.
Для решения технической задачи в известном способе производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты толщиной 0,8-1,0 мм и массой 17-26 т, включающем горячую прокатку полос из стали, их смотку в рулоны, травление, холодную прокатку и термическую обработку, согласно изобретению температуру горячей прокатки и смотки поддерживают в диапазонах 830-870°С и 470-540°С соответственно, термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаных полос до температуры 370-440°С и выдержкой при этой температуре в течение времени τ=(m+h)/K, где m - масса максимального рулона в стопе, т, h - толщина полосы, мм, К=0,80-1,10 - эмпирический коэффициент, полученный опытным путем.
Кроме того, сталь имеет следующий химический состав, мас.%:
Углерод
0,10-0,18
Кремний
0,30-0,80
Марганец
1,10-1,80
Алюминий
не более 0,06
Хром
не более 0,06
Фосфор
не более 0,020
Сера
не более 0,015
Азот
не более 0,01
Железо и неизбежные примеси
остальное
Сущность изобретения состоит в следующем.
кп
см
При регламентированных параметрах горячей прокатки (температурах конца прокатки Т=830-870°С и смотки Т=470-540°С) обеспечивается формирование оптимальных структурных составляющих фаз для получения высоких прочностных и пластических свойств. В результате полосовая сталь имеет высокую однородность структуры, зерно характеризуется мелким размером. Окончание горячей прокатки полос при температуре ниже 830°С, в двухфазной области, приводит к значительной разнозернистости структуры, что влечет за собой нестабильность механических свойств в горячекатаном, а затем и в холоднокатаном состоянии. Повышение температуры конца горячей прокатки свыше 870°С приводит к укрупнению зерна и понижению прочностных свойств горячекатаной стали. Смотка полос ниже 470°С очень сильно повышает прочность стали, однако значительно снижает пластичность. При температуре смотки выше 540°С пластичность стали повышается, однако это приводит к снижению ее прочности ниже допустимого уровня.
Термическая обработка стали при температурах 370-440°С, производимая после холодной прокатки, позволяет повысить пластические свойства стали, сохраняя при этом прочностные свойства на требуемом уровне. При температуре более 440°С идет резкое снижение прочностных свойств. При температуре ниже 370°С для получения оптимальной пластичности требуется более длительная выдержка металла, что влечет за собой больший расход энергии.
Для достижения удовлетворительного уровня пластичности стали необходима оптимальная выдержка металла при 370-440°С.
Экспериментально установлено, что если время выдержки при термической обработке менее рассчитанного по формуле τ=(m+h)/K, то пластичность не возрастает до требуемого уровня, нет выравнивания свойств. Увеличение времени выдержки свыше рассчитанного по формуле τ=(m+h)/K приводит к снижению прочностных свойств готовой ленты и выхода годного, увеличению затрат на производство. Также установлено, что значение коэффициента К зависит от массы рулона.
Углерод в предложенной стали является основным упрочняющим элементом. При содержании углерода менее 0,10% прочностные свойства холоднокатаной стали ниже допустимого уровня. Увеличение концентрации углерода сверх 0,18% приводит к увеличению прочностных характеристик нагартованной ленты, но при этом сильно снижается пластичность металла.
Кремний раскисляет и упрочняет сталь. Снижение содержания кремния менее 0,3% приводит к снижению прочностных свойств полосы. Увеличение содержания этого элемента более 0,80% приводит к потере пластичности и вязкости.
Марганец оказывает упрочняющее действие. При содержании марганца менее 1,1% прочностные свойства и твердость ниже допустимого уровня, а увеличение его содержания более 1,8% резко понижает показатель пластичности.
Фосфор и сера являются вредными примесями, и их содержание должно быть сведено к минимуму. При содержании фосфора более 0,02% повышается прочность и вызывается охрупчивание стали. Вместе с этим сильно снижается удлинение. Сера практически не влияет на прочность, но при содержании серы более 0,015% уменьшает пластичность. Общая пластичность понижается частицами MnS. Снижение общей пластичности проходит экспоненциально с увеличением объемной доли частиц второй фазы MnS.
Алюминий введен для раскисления стали и связывания азота в нитриды. Нитриды алюминия упрочняют холоднокатаную сталь. Увеличение содержания алюминия более 0,06% способствует графитизации стали, падению ее прочностных свойств и твердости.
Хром упрочняет сталь, но при концентрации более 0,06% имеет место падение пластичности нагартованной полосы ниже допустимого уровня.
Азот упрочняет сталь, но если его количество превышает 0,01%, сталь становится склонной к разрушению, уменьшается выход годной полосы.
Пример реализации способа. Производство холоднокатаных рулонов массой от 18 до 20 т, толщиной 1,0 мм, шириной 1000 мм.
В кислородном конвертере выплавили 6 опытных плавок стали, химический состав которых приведен в таблице 2:
Таблица 2
Химический состав сталей (ковшевая проба)
№ состава
Содержание химических элементов, мас.%
С
Si
Mn
Al
Р
S
Cr
N
Fe и неизбежные примеси
1
0,080
0,23
1,10
0,030
0,014
0,005
0,55
0,006
Остальное
2
0,120
0,35
1,18
0,034
0,010
0,004
0,03
0,006
-:-
3
0,150
0,55
1,43
0,040
0,015
0,008
0,04
0,007
-:-
4
0,165
0,65
1,67
0,055
0,017
0,013
0,05
0,008
-:-
5
0,148
0,45
1.39
0,030
0,020
0,004
0,045
0,007
-:-
6
0,150
0,12
0,50
не регл.
0,010
0,020
0,10
0,006
-:-
Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы толщиной 250 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи с шагающими балками и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,9 мм. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой и сматывали в рулон. Охлажденные рулоны подвергали соляно-кислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-ти клетевом стане до конечной толщины 1 мм. Холоднокатаные рулоны подвергали термической обработке в колпаковых печах. После всех операций отбирали пробы и проводили испытания для определения механических свойств проката. Холоднокатаные полосы в виде рулонов, механические свойства которых удовлетворяют требованиям, приведенным в табл.1, отгружали потребителям для дальнейшей переработки (резке, пассивации, покрытию и др.). Благодаря применению данной технологии обеспечивается увеличение выхода годного до Q=100%.
Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице 3.
Таблица 3
Режимы производства и их эффективность
Режимы производства
Механические свойства
№ состава
m, т
К
Т<sub>кп</sub>, °C
Т<sub>см</sub>, °C
Т<sub>отж</sub>, °C
τ, час
σ<sub>в</sub>, H/мм<sup>2</sup>
δ<sub>100</sub>, %
Q, %
1
18
0,83
830
470
420
23
877
5
-
2
18
0,83
830
470
370
23
1011
7
100
3
20
0,91
850
500
400
23
1000
8
100
4
20
0,91
870
540
430
23
1000
6
100
5
18
0,61
850
500
387
31
890
9
-
6 (прототип)
20
845
555
390
23
650
17
-
Из данных, приведенных в таблице 3, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-№4) достигается увеличение выхода годного за счет повышения комплекса механических свойств.
В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также при реализации известного способа [2] (вариант №6) из-за низкого комплекса механических свойств холоднокатаный прокат для производства готовой упаковочной ленты получить не удалось.
Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что за счет одновременной оптимизации режимов горячей прокатки и термической обработки достигается повышение комплекса механических свойств стали в холоднокатаном отожженном состоянии.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2203965, МПК C21D 8/02, С22С 38/04, 2003 г.
2. Авторское свидетельство СССР №995925, МПК В21В 3/00, 1981 г.