Способ производства высокопрочного оцинкованного проката
METHOD FOR PRODUCTION OF HIGH-STRENGTH GALVANIZED STEEL

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способу получения горячекатаного оцинкованного проката, предназначенного для изготовления металлоконструкций.
Известен способ производства оцинкованных полос из малоуглеродистой горячекатаной стали, содержащей в мас.%: C не более 0,07, Si не более 0,01, Mn 0,20-0,35, Ni не более 0,06, S не более 0,025, P не более 0,02, Cr не более 0,03, Al 0,02-0,07, Cu не более 0,06, железо и неизбежные примеси – остальное, включающий  горячую прокатку, охлаждение до температуры смотки, смотку полосы в рулон, нагрев полосы до температуры цинкования и нанесение цинкового покрытия, при этом охлаждение раската после черновой группы клетей проводили на скорости 0,2-0,6°С/с, температуре раската составляла 1040-1200°С, а охлаждение полос после чистовой группы клетей вели на скорости 18-32°С/с. В результате получена готовая оцинкованная полоса с пределом прочности не менее 275 МПа и пределом текучести не менее 178 МПа [Патент                         RU № 2260062, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, 2005].
Недостатком данного способа является то, что после горячего оцинкования полоса имеет низкий комплекс механических свойств.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства полос из малоуглеродистой горячекатаной стали, содержащей в мас.%: С 0,05-0,11, Si 0,05-0,17, Mn 0,35-0,65, Ni не более 0,25, S не более 0,04, P не более 0,035, Cr не более 0,1, Cu не более 0,25, включающий нагрев до температуры отжига 700-740°С, выдержку, охлаждение и оцинкование, при этом полосу при температуре отжига выдерживают в течение 24-95 с, а охлаждение ведут до температуры 460-500°С со скоростью 9,4-36°С/с. В результате получены полосы с пределом прочности не менее 480 МПа и пределом текучести не менее 340 МПа [Патент RU № 2187561, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, C21D 1/26, 2002].
Указанный способ не обеспечивает высоких механических свойств оцинкованных полос. Помимо этого, оцинкование горячекатаного оцинкованного проката при заданных температурах не обеспечит приемлемое качество цинкового покрытия.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении потребительских свойств оцинкованного проката за счет увеличения его механических свойств по отношению к прототипу и повышение стойкости цинкового покрытия.
Технический результат изобретения достигается тем, что способ производства высокопрочного оцинкованного проката включает выплавку стали, разливку заготовки, ее аустенитизацию, горячую прокатку, охлаждение, смотку проката в рулоны, травление, оцинкование и отжиг, при этом сталь содержит следующие компоненты, в мас.%: углерод 0,04-0,12, кремний 0,05-0,40, марганец 1,10-1,80, фосфор не более 0,02, сера не более 0,10, хром не более 0,30, никель не более 0,30, молибден не более 0,03, медь не более 0,30, алюминий 0,02-0,08, ниобий 0,005-0,10, титан 0,01-0,20, ванадий 0,001-0,10, азот не более 0,10, железо и неизбежные примеси – остальное. Аустенитизация заготовки осуществляется при температуре 1150-1300°C в течение не менее 2 часов, начало чистовой прокатки осуществляется при температуре 1030-1170°C и заканчивают при температуре 830-940°C, смотка проката осуществляется при температуре 500-570°C, а отжиг проката проходит при температуре 580-640°C в течение 100-144 сек при скорости движения проката 40-80 м/мин.
Конечная толщина получаемого проката может составлять 1,2-4,0 мм.
Получаемый прокат может иметь относительное удлинение не менее 14%.
Балл неметаллических включений может составлять не более 2,5 по среднему и не более 3,5 по максимальному.
Сущность предлагаемого изобретения.
Химический состав и получаемая после горячей прокатки структура, состоящая из 10% феррита, 1% перлита и 89% бейнита (смесь верхнего и гранулярного типа)  позволяет обеспечить, в дальнейшем, равномерную структуру и высокие механические свойства проката.
При содержании углерода менее 0,04% не достигается требуемая прочностные характеристики после горячей прокатки. При содержании углерода более 0,12% снижается относительное удлинение, что может вызвать проблемы при переработке у клиента.
Кремний является раскислителем, а также способствует повышению прочностных свойств после горячей прокатки. Содержание кремния более 0,4% приводит к ухудшению качества цинкового покрытия из-за наличия на поверхности трудно восстанавливаемых оксидов цинка.
Марганец выступает в качестве раскислителя, элемента, связывающего серу. Также марганец повышает прочностные характеристики стали после горячей прокатки за счет снижения температуры начала фазового превращения и получения более неравновесных структурных составляющих. При содержании марганца менее 1,10% значительно снижается возможность получения требуемых прочностных свойств для данного проката. Содержание марганца более 1,8% приводит к снижению пластических свойств и затрудняет возможность переработки у клиента.
Сера и фосфор являются вредными примесями, ухудшающими качество стали, поэтому содержание данных химических элементов следует ограничивать значением менее 0,1% и 0,02 % соответственно.
Титан и ниобий в заявленных диапазонах способствуют измельчению зерна за счет выделения соответствующих карбонитридов, что способствует повышению прочностных характеристик. При их содержании ниже указанных диапазонов воздействие на зерно проявляется слабо, при повышении содержания элементов значительно не увеличиваются механические свойства,  но повышается стоимость конечного продукта, что является нецелесообразным.
Ванадий образует с азотом нитриды, которые располагаются по границам зерен, тормозят движение дислокаций и тем самым упрочняют сталь. Увеличение концентрации ванадия более 0,10% вызывает дисперсионное твердение проката и приводит к его выделению на границах зерен в виде интерметаллических соединений. Это ухудшает свойства и снижает выход годного проката.
Азот является карбонитридообразующим элементом, упрочняющим сталь. Однако повышение концентрации азота сверх 0,10% приводит к снижению вязкостных и пластических свойств стали, что недопустимо.
Перед горячей прокаткой производят нагрев заготовки не менее 2 часов при температуре 1150-1300°C. Это необходимо с целью аустенитизации и полного растворения соответствующих частиц второй фазы: карбидов, нитридов и карбонитридов ниобия и титана.
Начало чистовой прокатки осуществляют при температуре 1030 - 1170°C с целью получения высокой температуры перед концом прокатки и недопущения перегрузов клети, а также максимального выделения частиц второй фазы.
Чистовую прокатку заканчивают при температуре 830-940°C с целью недопущения перегрузов клети стана, а также получения наилучшей планшетности профиля проката.
Смотку проката осуществляют при температуре 500-570°C с целью получения необходимого объема бейнита для достижения требуемого уровня прочностных свойств.
Скоростной нагрев под оцинкование в диапазоне температур 580-640°C и последующая выдержка в течение 100-144 сек при скорости движения проката 40-80 м/мин позволяет полностью сохранить уровень свойств горячекатаного рулона. При увеличении температуры отжига и увеличении времени выдержки возможна потеря прочностных свойств из-за распада неравновесных структурных составляющих. При уменьшении температуры нагрева и уменьшении времени выдержки возможно получение неудовлетворительной адгезии цинкового покрытия в следствие неполного удаления окислов с поверхности проката.
Неметаллические включения оказывают негативное влияние на механические свойства стали. При балле неметаллических включений больше 2,5 по среднему и больше 3,5 по максимальному снижаются прочность и пластичность проката.
Пример осуществления способа:
Сталь выплавляли в конвертере, проводили внепечную обработку и производили разливку в слябы. Затем слябы передавались в ЛПЦ-2, где их нагревали до температуры 1150-1300°C в течении не менее 2 часов. На стане 2000 прокатывали слябы до конечной толщины 1,2-4,0 мм при температуре начала чистовой прокатки 1030-1170°C и заканчивали чистовую прокатку при температуре 830-940°C. Затем прокат сматывали в рулон при температуре 500-570°C. После чего прокат подвергался травлению, оцинкованию и отжигу при температуре 580-640°C.
В таблице 1 приведены химические составы выплавленных слябов с различным содержанием элементов. В таблице 2 приведены технологические параметры и механические свойства получаемого высокопрочного оцинкованного проката.
Согласно представленным данным в таблицах 1 и 2 при несоблюдении некоторых указанных диапазонов химического состава и некоторых технологических параметров (пример №1, 2) снижается комплекс механических свойств и не достигается приемлемое качество цинкового покрытия в следствие высокого содержания кремния, в результате которого на поверхности образовались трудно восстанавливаемые оксиды цинка. В примере №3 механические свойства соответствуют заявленным, но при этом не достигнута удовлетворительная адгезия цинкового покрытия в виду неполного удаления окислов с поверхности проката во время отжига. При соблюдении указанных диапазонов химического состава и технологических параметров (примеры №4-8) достигается относительное удлинение более 14%, а также обеспечивается удовлетворительная адгезия цинкового покрытия.
Ряд испытаний показал, что использование предложенного способа производства высокопрочного оцинкованного проката с соблюдением указанных параметров позволит обеспечить высокие механические свойства проката и приемлемое качество цинкового покрытия.
Таблица 1
Химические составы стали
Плавка
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
Cu
Al
Nb
Ti
V
N
1
0,106
0,42
1,46
0,009
0,002
0,039
0,032
0,002
0,057
0,037
0,025
0,017
0,004
0,005
2
0,106
0,20
1,46
0,009
0,002
0,067
0,060
0,006
0,046
0,045
0,024
0,018
0,004
0,006
3
0,10
0,19
1,63
0,01
0,004
0,17
0,20
0,016
0,19
0,034
0,061
0,018
0,049
0,006
4
0,104
0,19
1,69
0,014
0,002
0,196
0,179
0,015
0,166
0,029
0,057
0,014
0,049
0,005
5
0,104
0,19
1,69
0,014
0,002
0,196
0,179
0,015
0,166
0,029
0,057
0,014
0,049
0,005
6
0,104
0,19
1,69
0,014
0,002
0,196
0,179
0,015
0,166
0,029
0,057
0,014
0,049
0,005
7
0,065
0,182
1,43
0,013
0,002
0,042
0,022
0,003
0,03
0,034
0,046
0,052
0,006
0,005
8
0,065
0,182
1,43
0,013
0,002
0,042
0,022
0,003
0,03
0,034
0,046
0,052
0,006
0,005
Таблица 2
Контролируемые параметры и получаемые механические свойства
Пример
T<sub>ауст</sub>,<sub></sub>°С
Т<sub>нп</sub>, °С
Т<sub>кп</sub>, °С
Т<sub>см</sub>, °С
Т<sub>отж</sub>, °С
t<sub>отж</sub>, с
Vотж, м/мин
Баллнеметаллических включений
Относительное удлинение, %
1
1280
1080
865
580
610
124
58
0,5
18
2
1280
1100
880
584
610
124
58
1,0
18,5
3
1280
1080
883
560
580
95
60
1,0
17
4
1280
1090
886
551
600
120
60
0,5
16,5
5
1280
1085
893
545
600
120
60
0,5
16,5
6
1280
1090
896
539
610
120
60
0,5
14
7
1280
1085
900
575
620
114
63
0,5
16
8
1280
1117
901
540
620
114
63
1,0
15