СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ
METHOD OF PRODUCING HOT-ROLLED SHEET STEEL

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при получении на непрерывном широкополосном стане горячекатаной листовой стали с повышенными прочностными свойствами.
Известен способ горячей прокатки полос на непрерывном широкополосном стане (НШПС), включающий нагрев слябов, черновую прокатку, многопроходное обжатие полосы в непрерывной чистовой группе клетей с подачей на нее охлаждающей воды между клетями, последующее охлаждение полос ламинарными струями воды на отводящем рольганге при регламентированных температурах конца прокатки и смотки в рулон [1, 2].
Недостатки известных способов состоят в низкой интенсивности охлаждения полосы струями воды в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге, что не позволяет достигать высоких прочностных свойств горячекатаной листовой стали. Помимо этого, для обеспечения заданных температур конца прокатки и смотки полос в рулоны из-за низкой интенсивности охлаждения полос водой приходится снижать скорость прокатки.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства горячекатаной листовой стали на непрерывных широкополосных станах, включающий многопроходное обжатие полосы в чистовой группе клетей прокатного стана и ее охлаждение путем подачи охлаждающей воды между клетями и на отводящем рольганге при регламентированных температурах конца прокатки и смотки полосы в рулон. Согласно данному способу температуру конца прокатки определяют по углеродному эквиваленту стали, а включение секций охлаждения полос на отводящем рольганге определяют с помощью ряда Фибоначчи [3].
Недостатки известного способа состоят в низкой интенсивности охлаждения, в том числе и потому, что при подаче на полосу охлаждающей воды в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге между поверхностью полосы и водой образуется паровая подушка, исключающая непосредственный контакт воды с нагретым металлом и снижающая в несколько раз интенсивность охлаждения. По этой причине имеет место неконтролируемый рост зерен пластически деформированной микроструктуры стали, что препятствует получению высоких прочностных свойств горячекатаных листов и не позволяет поставлять равнопрочную листовую сталь уменьшенной толщины. Помимо этого, низкая интенсивность охлаждения полос требует уменьшения скорости прокатного стана для получения регламентированных температур конца прокатки и смотки полосы в рулон.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в одновременном повышении прочностных свойств листовой стали и скорости прокатного стана.
3
2
Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства горячекатаной листовой стали на непрерывном широкополосном стане, включающем многопроходное обжатие полосы в чистовой группе клетей прокатного стана и ее охлаждение путем подачи охлаждающей воды между клетями и на отводящем рольганге при регламентированных температурах конца прокатки и смотки полосы в рулон, согласно предлагаемому изобретению охлаждение полосы осуществляют пустотелыми роликами, которые заполняют теплообменными элементами, пропускают через них турбулентный поток хладагента, например воды, и прижимают по меньшей мере к одной из сторон полосы. Удельный расход охлаждающей воды, подаваемой на полосу, поддерживают равным 10-130 м/м·ч, пустотелые ролики на отводящем рольганге чередуют с транспортирующими роликами, а количество пустотелых роликов устанавливают из соотношения 0,1-3,0 на погонный метр охлаждаемой полосы. Кроме того, пустотелые ролики заполняют металлической сеткой, предварительно свернутой в рулон.
Сущность изобретения состоит в следующем. Одновременное охлаждение полосы водой и пустотелыми роликами, которые заполняют теплообменными элементами, пропускают хладагент (воду) и прижимают по меньшей мере к одной из сторон полосы, в 2-3 раза увеличивает интенсивность охлаждения как за счет дополнительной теплопередачи от полосы к роликам и увеличения площади охлаждаемой поверхности, так и за счет того, что прижимаемые к полосе пустотелые ролики механически разрушают паровую подушку, образующуюся на полосе, и затрудняющую теплоотвод. При этом замедляется рост зерен в деформированной микроструктуре стали как в межклетевых промежутках, так и на отводящем рольганге, достигается последовательное измельчение микроструктурных составляющих и увеличение прочностных свойств готовой горячекатаной листовой стали.
Одновременное охлаждение полосы водой и пустотелыми роликами позволяет вести охлаждение до заданных температур конца прокатки и смотки полосы в рулон за более короткое время. Это дает возможность повысить скорость прокатного стана.
3
2
3
2
Экспериментально установлено, что при удельном расходе воды, подаваемой на полосу, менее 10 м/м·ч вследствие уменьшения теплосъема водой уменьшается скорость охлаждения, снижаются прочностные свойства полосы, требуется увеличение продолжительности охлаждения, т.е. снижение скорости прокатного стана. В то же время увеличение удельного расхода воды более 130 м/м·ч не приводит к дальнейшему повышению интенсивности охлаждения полосы (достигается режим «насыщения»), в следствие чего нецелесообразно.
Чередование на отводящем рольганге пустотелых роликов, поджимаемых к нижней поверхности полосы, с цельнолитыми чугунными транспортирующими роликами обеспечивает разгрузку пустотелых роликов от веса полосы, что исключает их поломку и снижение теплосъема с прокатанной полосы.
При относительной частоте установки пустотелых роликов в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге менее 0,1 на погонный метр (т.е. 1 ролик на участок более 10 погонных метров полосы) эффективность дополнительного охлаждения полосы пустотелыми роликами ухудшается, происходит снижение прочностных свойств листовой стали и снижается допустимая скорость прокатного стана. Увеличение частоты установки пустотелых роликов более 3,0 на погонный метр не повышает эффективность производства листовой стали, а лишь усложняет реализацию предложенного способа и увеличивает энергозатраты на принудительную циркуляцию хладагента через пустотелые ролики, что нецелесообразно.
Заполнение пустотелых роликов теплообменными элементами в виде металлической сетки, свернутой в рулон, обеспечивает общее увеличение поверхности, с которой происходит съем тепла хладагентом (водой), пропускаемым через пустотелые ролики. Это способствует повышению прочностных свойств горячекатаных полос.
Примеры реализации способа
1. Внутренние полости у 5-ти пустотелых роликов с внешним диаметром 400 мм заполняют теплообменными элементами из сплава меди, имеющими яйцеобразную форму, с большим диаметром 40 мм и меньшим диаметром 20 мм. Подготовленные пустотелые ролики устанавливают на рычагах петледержателей, размещенных между всеми клетями 6-клетевой непрерывной чистовой группы НШПС 1700, и подключают к замкнутой циркуляционной системе подачи в них под давлением охлаждающей воды. Поскольку расстояние между осями клетей составляет L=6,0 м, то при количестве пустотелых роликов n=1 шт. в каждом межклетевом промежутке показатель q количества пустотелых роликов на погонный метр охлаждаемой полосы составляет
Внутренние полости у 41-го пустотелого ролика (n=41) с внешним диаметром 350 мм также заполняют теплообменными элементами из сплава меди, имеющими яйцеобразную форму с большим диаметром 40 мм и меньшим диаметром 20 мм. Подготовленные пустотелые ролики монтируют на подпружиненных опорах на отводящем рольганге, чередуя через один, с транспортирующими роликами из жаропрочного легированного чугуна марки ЖЧХН. При общей длине отводящего рольганга L=98,9 м показатель q количества пустотелых роликов на погонный метр охлаждаемой на отводящем рольганге полосы составляет
Через пустотелые ролики отводящего рольганга пропускают под давлением охлаждающую воду из замкнутой системы циркуляции.
Непрерывно литые слябы толщиной 250 мм из стали марки Ст3сп нагревают в методической печи НШПС 2000 до температуры аустенитизации 1250°C и обжимают в черновой группе клетей в раскат толщиной 40 мм. В процессе черновой прокатки температура раската снижается до 870°C.
3
2
Полученный раскат задают в 6-клетевую чистовую непрерывную группу и обжимают в полосу с конечной толщиной 8,0 мм. В процессе прокатки пустотелые ролики петледержателей прижимают к нижней стороне полосы, осуществляя ее охлаждение. Одновременно с этим на полосу в межклетевых промежутках подают охлаждающую воду с удельным расходом Q=60 м/м·ч. Благодаря охлаждению полосы водой и пустотелыми роликами в межклетевых промежутках тормозится рост аустенитных зерен, достигается последовательное измельчение микроструктуры стали.
кп
max
Температуру конца прокатки поддерживают равной Т=780°C при скорости прокатки V=24 м/с.
3
2
см
Выходящую из последней клети чистовой группы горячекатаную полосу перемещают по пустотелым и транспортирующим роликам отводящего рольганга к моталке с одновременной подачей на обе ее поверхности охлаждающей воды с удельным расходом Q=60 м/м·ч. Благодаря охлаждению нижней стороны полосы пустотелыми роликами и обеих ее сторон водой из установки ламинарного охлаждения обеспечивается превращение переохлажденного аустенита в зернистый перлит (перлит закалки). Это ведет к повышению прочностных свойств листового проката. Охлаждение полосы водой и пустотелыми роликами на отводящем рольганге ведут до регламентированной температуры смотки Т=620°C, после чего полосу сматывают в рулон.
T
B
5
+20
2
От полосы отбирают пробы и осуществляют их испытание. Готовая горячекатаная листовая сталь имеет следующий комплекс механических свойств: σ=300 МПа; σ=430 МПа; δ=38%; KCU=1,11 МДж/м.
2. Все те же операции, что и в примере 1, только используют пустотелые ролики, которые заполняют металлической сеткой из медной проволоки с размером ячеек 20×20 мм, предварительно свернутой в рулон.
Через заполненные металлической сеткой пустотелые ролики под давлением пропускают воду и прижимают их к верхней поверхности полосы при ее транспортировании в межклетевых промежутках и отводящему рольгангу с одновременной подачей на полосу охлаждающей воды. Прокатку разных полос ведут с различным удельным расходом Q охлаждающей воды и при разном количестве q пустотелых роликов на погонный метр охлаждаемой полосы (табл.1). Благодаря более высокой интенсивности охлаждения, обусловленной разрушением паровой подушки на полосе, а также дополнительному теплосъему пустотелыми роликами обеспечивается получение мелкодиспергированной микроструктуры зернистого перлита в стали, что повышает ее прочностные свойства.
Из данных, приведенных в таблице 1, следует, что реализация предложенного способа (варианты №2-4) обеспечивает одновременное повышение прочностных свойств листовой стали и скорости прокатного стана. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также реализации известного способа [3] (вариант №6) имеет место снижение прочностных свойств горячекатаной листовой стали и скорости прокатного стана.
Таблица 1
Режимы производства листовой стали марки Ст3сп и их эффективность
№ п/п
Режим прокатки
Механические свойства листов
V<sub>max</sub>, м/с
Q, м<sup>3</sup>/м<sup>2</sup>·ч
q, шт/м
σ<sub>T</sub>, МПа
σ<sub>B</sub>, МПа
δ<sub>5</sub>, %
KCU<sup>+20</sup>, МДж/м<sup>2</sup>
1.
9,2
0,09
210
320
35
0,96
15
2.
10
0,10
300
430
38
1,12
25
3.
60
1,6
306
437
39
1,13
25
4.
130
3,0
300
435
38
1,12
25
5.
140
3,5
250
350
35
0,97
16
6[3].
150
-
240
350
36
0,98
15
Повышение прочностных свойств стали при реализации предложенного способа позволяет поставлять потребителям равнопрочный листовой прокат с уменьшенной толщиной (табл.2).
Таблица 2
Сопоставление толщины полос, прокатанных по известному и предложенному способам
Толщина листа по известному способу [3], мм
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
Толщина равнопрочного листа по предложенному способу, мм
3,5
4,5
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
3
2
max
Технико-экономические преимущества предложенного способа производства горячекатаной листовой стали состоят в том, что охлаждение полосы водой, осуществляемое одновременно с охлаждением при помощи пустотелых роликов, которые заполняют теплообменными элементами и прижимают по меньшей мере к одной из сторон полосы, при удельном расходе охлаждающей воды, подаваемой на полосу, равном 10-130 м/м·ч, и количестве пустотелых роликов, устанавливаемом из соотношения 0,1-3,0 на погонный метр охлаждаемой полосы, обеспечивает формирование мелкозернистой микроструктуры деформируемой стали в межклетевых промежутках чистовой группы клетей, а также диспергирование продуктов полиморфного превращения аустенита при комбинированном охлаждении прокатанной полосы пустотелыми роликами и ламинарными струями воды на отводящем рольганге непрерывного широкополосного стана. Это обеспечивает получение равнопрочного листового проката с уменьшенной на 10-15% толщиной. Кроме того, сокращается время охлаждения полосы до регламентированных температур конца прокатки и смотки, что позволяет увеличить максимально допустимую скорость прокатки до V=25 м/с.
В качестве базового объекта принят известный способ [3]. Использование предложенного способа позволит повысить рентабельность производства горячекатаных листов из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных и легированных сталей в среднем на 14-16%.
Источники информации
1. Беняковский М.А., Масленников В.А. Автомобильная сталь и тонкий лист. Ч., Издательский Дом «Череповец», 2007, с.128-131.
2. Патент РФ №2389569, МПК В21В 1/26, 2010 г.
3. Патент РФ №2120481, МПК C21D 9/48, 1998 г.