СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОГО ПРОКАТА
MANUFACTURING METHOD OF COLD-ROLLED MILL PRODUCTS

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаного проката, предназначенного для изготовления бочек.
Холоднокатаный прокат для изготовления бочек должен отвечать определенным требованиям по механическим свойствам (по твердости) и качеству поверхности проката. Механические свойства по твердости должны быть в узком диапазоне, а именно от 40 до 55 ед. (стремиться 45-55 ед.), причем свойства должны быть однородными и стабильными по длине полосы. Поверхность полосы должна быть пригодна к дальнейшей покраске распылением или роликовой покраске без предварительной очистки поверхности, поэтому на поверхности проката не допускается наличие масла. Шероховатость поверхности (Ra) холоднокатаного проката должна соответствовать 0,6-1,9 мкм.
Известен способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий выплавку стали, разливку, прокатку в черновой и чистовой группе клетей непрерывного широкополосного стана, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в колпаковой печи при температуре не ниже 690°С и дрессировку. При этом выплавляют сталь, содержащую, мас.%:
Углерод
0,01-0,06
Кремний
0,003-0,030
Марганец
0,05-0,25
Фосфор
0,003-0,020
Сера
0,002-0,023
Алюминий кислоторастворимый
0,01-0,06
Азот
0,002-0,007
Железо и неизбежные примеси
остальное
p
при выполнении соотношений [Mn]·[S]≤0,045 и 5≤[Al]/[N]≤20. Горячую прокатку в черновой группе клетей заканчивают при толщине раската не менее 35 мм и при температуре раската T≥l050+8000·[Mn]·[S], °C. Нагрев при рекристаллизационном отжиге осуществляют сначала до 450-500°С в течение не более 10 часов, после чего от 450-500°С нагрев ведут со скоростью не более 20°С/час до 550-600°С, далее со скоростью не более 50°С/час до температуры отжига [патент РФ №2281338, МПК С21D 8/04, С2С 38/06, 10.05.2006].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.
Известен способ производства холоднокатаной листовой стали для глубокой вытяжки, включающий горячую прокатку непрерывно-литых слябов из малоуглеродистой стали, травление, многопроходную холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 75%, рекристаллизационный отжиг рулонов в колпаковой печи с нагревом за несколько стадий: нагрев со средней скоростью 70-80°С/ч до температуры 490-510°С, повторный нагрев со средней скоростью 3-4°С/ч до промежуточной температуры 540-560°С и окончательный нагрев со средней скоростью 50-55°С/ч до температуры 700-720°С, при которой рулоны выдерживают в течение 12-18 часов, охлаждение рулонов и дрессироку. Слябы разливают из стали следующего химического состава, мас.%:
Углерод
0,025-0,050
Кремний
0,003-0,01
Марганец
0,12-0,19
Алюминий
0,02-0,05
Азот
не более 0,011
Железо
остальное
[патент РФ №2255988, МПК С21D 8/04, 10.07.2005].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства листовой стали для холодной штамповки, включающий непрерывную разливку стальных слябов, их нагрев до 1150-1240°С, горячую прокатку с температурой конца прокатки не ниже 870°С, охлаждение водой до 550-730°С, смотку в рулоны, травление, холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 70%, отжиг при 700-750°С с выдержкой при этой температуре 11-34 часов, дрессировку полос ведут с обжатием 0,4-1,2% с шероховатостью поверхности 2-4 мкм Ra и плотностью пиков 60-120 1/см. Непрерывную разливку слябов ведут со скоростью 0,4-1,6 м/мин при температуре разливаемой стали 1500-1580°С. Слябы разливают из стали следующего химического состава, мас.%:
Углерод
0,002-0,007
Кремний
0,005-0,05
Марганец
0,08-0,16
Алюминий
0,01-0,05
Титан
0,05-0,12
Фосфор
не более 0,015
Сера
не более 0,010
Хром
не более 0,04
Никель
не более 0,04
Медь
не более 0,04
Азот
не более 0,006
Железо
остальное
[патент РФ №2197542, МПК С21D 8/04, 27.01.2003 - прототип].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств, имеет высокие издержки за счет легирования стали дорогостоящим титаном и пониженного выхода годного по качеству поверхности из-за наличия дефектов сталеплавильного производства, таких как «плена» и «неметаллические включения».
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение холоднокатаного проката с заданным уровнем твердости в узких пределах, стабильных и однородных по длине полосы, а также снижение производственных издержек за счет увеличения выхода годного по качеству поверхности.
Технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаного проката, включающем выплавку стали, непрерывную разливку слябов, их нагрев, горячую прокатку в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку, согласно изобретению выплавляют сталь, содержащую углерод - 0,05-0,10%; кремний - не более 0,06%; марганец 0,25-0,45%; фосфор - не более 0,025%; серу - не более 0,020%; железо и неизбежные примеси - остальное.
Изменение скорости непрерывной разливки стали не должно превышать более чем на 0,1 м/мин, слябы нагревают до 1220-1320°С, прокатывают с температурой конца прокатки 830-890°С и сматывают при температуре 550-610°С, холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 60-80%, рекристаллизационный отжиг производят при 640-700°С с выдержкой при этой температуре 6-18 часов, дрессировку полос ведут с обжатием 0,7-1,4%. Рекристаллизационный отжиг осуществляют со скоростью 30-75°С/час. Дрессировку полос ведут на валках с шероховатостью 2,0-3,5 мкм (Ra). Дрессировку производят без эмульсии. Холоднокатаный прокат на агрегатах резки сматывают без промасливания.
В рассмотренных аналогах и прототипе регламентированы механические свойства по пределу текучести, временному сопротивлению, относительному удлинению в отличие от предлагаемого изобретения, где нормирована только твердость.
Сущность изобретения состоит в следующем. На механические свойства холоднокатаной листовой стали влияют как химический состав стали, так и режимы деформационно-термической обработки.
Углерод - один из упрочняющих элементов. При содержании углерода менее 0,05% механические свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,10% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.
Марганец обеспечивает получение заданных механических свойств. При содержании марганца менее 0,25% механические свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания марганца более 0,50% приводит к ухудшению механических свойств.
Содержание кремния более 0,06%, фосфора более 0,025%, серы более 0,020% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.
Изменение скорости при разливке более чем на 0,1 м/мин приводит к увеличению отсортировки по качеству поверхности по дефектам сталеплавильного производства, таких как «плена» и «неметаллические включения».
Горячая прокатка с температурами конца прокатки 830-890°С и смотки 550-610°С обеспечивает получение однородных механических свойств по длине полосы.
Холодная прокатка с суммарным обжатием менее 60% требует уменьшения толщины горячекатаного подката, что приводит к нестабильности механических свойств по длине полосы, увеличению неплоскостности, а значит уменьшению выхода годного по качеству поверхности. Увеличение суммарного обжатия сверх 80% приводит к неравномерности механических свойств.
Рекристаллизационный отжиг с температурами ниже 640°С или выше 700°С, а также выдержка при отжиге менее 6 часов не обеспечивает необходимый уровень механических свойств и их стабильность. Увеличение времени выдержки более 18 часов неоправданно удлиняет отжиг.
Скорость нагрева под рекристаллизационный отжиг зависит от массы отжигаемого рулона. При увеличении массы рулона скорость нагрева уменьшается. Скорость менее 30°С/час неоправданно удлиняет отжиг, а более 75°С/час ухудшает механические свойства.
Окончательно механические свойства формируются при дрессировке. Дрессировка полос с обжатием 0,7-1,4% обеспечивает оптимальный уровень механических свойств. Дрессировка с обжатием менее 0,7% или более 1,4% приводит к ухудшению механических свойств и их нестабильности.
Дрессировка на валках с шероховатостью 2,0-3,5 мм (Ra) обеспечивает получение шероховатости на полосе в требуемых пределах от 0,6 до 1,9 мкм. Дрессировка на валках с шероховатостью менее 2,0 мкм или более 3,5 мкм (Ra) приводит к ухудшению микрогеометрии поверхности холоднокатаного проката, к нестабильности по шероховатости.
Проведение дрессировки без эмульсии и сматывание полосы в рулон на агрегатах резки без промасливания обеспечивает высокую чистоту поверхности холоднокатаного проката металла.
Примеры реализации способа
В кислородном конвертере выплавили 7 плавок стали, химический состав которых приведен в таблице 1.
Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280-1350 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи в течение 2,5-3,5 часа и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,3-4,2 мм. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-клетевом стане до толщины 0,6-1,5 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в колпаковых печах с водородной защитной атмосферой. Отожженные полосы дрессировали без эмульсии. Холоднокатаный прокат на агрегатах резки сматывали в рулон без промасливания. Технологические параметры на прокатных переделах приведены в таблице 2. Механические свойства, шероховатость и выход годного по поверхности опытных плавок приведены в таблице 3.
В таблицах 1-3 приведены химический состав, технологические параметры и механические свойства предложенного способа (составы №2-6), способа при запредельных значениях заявленных параметров (составы №1 и 7) и способа-прототипа (состав №8).
Из таблиц 1 -3 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы №2-6) достигаются требуемые свойства по твердости в пределах 45-55 ед., причем получены однородные свойства по длине полосы и имеют разбег 2-3 ед. Колебания скорости при непрерывной разливке в пределах 0,1 м/мин обеспечивают отсутствие отсортировки по сталеплавильным дефектам, и выход годного по поверхности составляет 99,2-100% (составы №2-6). При колебаниях скорости при разливке в пределах 0,2-0,3 м/мин выход годного ниже и составляет 97-98,4% (составы №1, 7, 8). Отсутствие эмульсии при дрессировке и промасливания на агрегатах резки обеспечивают удовлетворительную чистоту поверхности, способной к промасливанию. При производстве бочек замечаний к механическим свойствам и качеству поверхности у потребителя не было.
Таблица 1Химический состав опытных плавок
№ состава
Содержание элементов, мас.%
С
Si
Mn
P
S
Fе и неизбежные примеси
1
0,04
0,03
0,20
0,008
0,006
Остальное
2
0,05
0,03
0,25
0,009
0,008
Остальное
3
0,07
0,04
0,30
0,010
0,010
Остальное
4
0,08
0,05
0,40
0,015
0,015
Остальное
5
0,08
0,05
0,45
0,020
0,018
Остальное
6
0,10
0,06
0,50
0,025
0,020
Остальное
7
0,11
0,07
0,55
0,030
0,025
Остальное
8 (прототип)
0,002-0,007
0,005-0,06
0,08-0,17
0,010-0,016
0,006-0,011
Остальное
Примечание: Химический состав №8 дополнительно содержит 0,05-0,12% титана.
Таблица 2Технологические параметры производства холоднокатаного проката
№ состава
Скоростьразливки, м/мин
Температура нагреваслябов, °С
Температура концапрокатки, °С
Температурасмотки после горячейпрокатки, °С
Суммарноеобжатие прихолодной прокатке, %
Температура отжига, °С
Скоростьнагрева приотжиге, °С/час
Время выдержки при отжиге, час
Степеньобжатияпри дрессировке, %
Шероховатость валков, Ra мкм
1
0,8-1,0
1330
895
620
83
710
80
19
1,5
3,7
2
0,8-0,9
1320
890
610
80
700
75
18
1,4
3,5
3
0,8-0,9
1300
870
580
75
670
60
16
1,2
3,3
4
0,8-0,9
1290
850
570
70
660
50
12
1,0
3,0
5
0,8-0,9
1260
845
560
65
650
40
9
0,9
2,5
6
0,8-0,9
1220
830
550
60
640
30
6
0,7
2,0
7
0,7-1,0
1210
825
545
55
630
25
5
0,6
1,9
8(прототип)
0,4-0,6
1150-1240
870-890
550-730
70-80
700-750
Не регламентируется
11-34
0,4-1,2
2,0-4,0
Таблица 3
№состава
Твердость по Роквеллу по длине полосы HRB, ед.
Шероховатость Ra, мкм
Выход годного по качеству поверхности, %
Начало
Середина
Конец
1
35-40
34-39
33-38
0,4-0,5
98,4
2
45-46
44-46
45-46
0,6-0,8
100
3
45-48
46-49
47-48
0,8-0,9
99,4
4
47-49
46-48
47-48
0,9-1,3
100
5
48-51
49-51
48-50
1,1-1,5
99,2
6
52-55
51-54
52-54
1,4-1,9
99,5
7
55-60
53-59
54-60
1,7-2,1
97
8 (прототип)
Нет данных
0,9-1,4
97-98