СПОСОБ ОТЖИГА НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ ТОНКОЛИСТОВОЙ СТАЛИ
ANNEALING METHOD OF LOW-CARBON SHEET STEEL

Изобретение относится к термообработке полосовой стали и может быть использовано при отжиге тонколистового проката, предназначенного для глубокой вытяжки.
Термическая обработка - изменение структуры и свойств стали, нагреваемой до определенной температуры, с выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением с заданной скоростью. Нагрев стали выше температур фазовых превращений в ней называют отжигом. Различают различные виды отжига (полный, неполный, изотермический и др.), и неполный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температуры несколько выше точки Ac1 (температуры фазового равновесия при нагреве до 723° С), выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении.
Особенности отжига стали достаточно подробно описаны, например, в книге Ю.М.Лахтина «Металловедение и термическая обработка металлов», М., «Металлургия», 1969, с.236-244. Если отжиг осуществляется в колпаковых печах, то при этом используется защитная атмосфера (какой-либо газ, например инертный).
Известен способ термообработки холоднокатаной электротехнической стали, при котором металл подвергают окончательному высокотемпературному отжигу с нагревом до 900…1100° С в азотоводородном газе, содержащем 0,1…0,4% неразложившегося аммиака (см. а.с. СССР №1520116, кл. C21D 8/12, опубл. в БИ №41, 1989 г.). Однако этот способ не пригоден для полного отжига тонколистового проката из низкоуглеродистой стали, предназначенного для глубокой вытяжки.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является технология отжига в газовой колпаковой печи, приведенная в книге В.Ф.Зотова и В.И.Елина «Холодная прокатка металла», М., «Металлургия», 1988, с.190-191, табл.9.
Эта технология включает нагрев рулонов холоднокатаных полос из стали 08 кп в колпаковой печи с защитной атмосферой и характеризуется тем, что нагрев до температур 680…710° С осуществляют за 14…17 час (т.е. скорость нагрева Vн~42…49 град/ч. В защитной атмосфере с выдержкой в течение 8...12 час эта технология не позволяет получить сталь толщиной 0,42…0,49 мм, в частности, из-за неопределенности состава защитной атмосферы.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение выхода годной качественной полосы из низкоуглеродистой стали толщиной h=0,42…0,49 мм, предназначенной для глубокой вытяжки.
Для решения этой задачи в способе отжига полосы из низкоуглеродистой стали толщиной 0,42…0,49 мм для глубокой вытяжки, включающем нагрев рулонов холоднокатаных полос в колпаковой печи с защитной атмосферой при заданной скорости нагрева до заданной температуры, выдержку под муфелем и охлаждение, в отличие от ближайшего аналога в качестве защитной атмосферы используют 100%-ный водород, нагрев ведут до 670°С со скоростью нагрева не более 90 град/ч до достижения в отстающей по нагреву точке рулона температуры, равной 650°С, по окончании нагрева осуществляют продувку газом до увеличения объема защитной атмосферы на 30% и проводят выдержку в течение 8…10 часов, при этом осуществляют водяное охлаждение печи до температуры, определяемой из выражения: t=714×h-50, °С, где h - толщина полосы, мм; в качестве газа для продувки используют водород.
Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации режимов неполного отжига полосы, обеспечивающих повышение выхода качественного листового проката для глубокой вытяжки при штамповке.
Математическое выражение для температуры t задачи водяного охлаждения получено при обработке опытных данных и является эмпирическим.
Предлагаемый способ реализуется в колпаковых печах для отжига рулонной полосовой стали (эти печи описаны, например, в книге Н.И.Шефтеля «Холодная прокатка листовой стали», М., «Металлургия», 1966, с.181-189). Для отжига рулоны полосовой стали устанавливают в печи с рекомендуемой защитной атмосферой (водородом) и нагревают со скоростью Vн до температуры выдержки (670°С) при заданной температуре в отстающей по нагреву точке по окончании нагрева (650°С), увеличивая последовательно объем продувного газа (водорода) на 30%. Затем металл выдерживают под муфелем определенное время, но температуру задачи водяного охлаждения печи уменьшают с уменьшением толщины охлаждаемого металла (в пределах 0,49…0,42 мм) по вышеприведенной эмпирической зависимости.
Опытную проверку заявляемого способа осуществляли в термическом отделении цеха со станом холодной прокатки 2500 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
С этой целью полосу из низкоуглеродистой стали толщиной 0,42…0,49 мм, предназначенную для глубокой вытяжки и смотанную в рулоны после холодной прокатки, подвергали неполному отжигу в колпаковых печах, варьируя параметры процесса. Результаты отжига оценивали по выходу качественной полосы с требуемыми механическими свойствами.
Наилучшие результаты (выход качественной листовой стали до 98,8%) получены при реализации предлагаемой технологии отжига. Отклонения от рекомендуемых ее параметров ухудшали достигнутые показатели.
Так, снижение содержания водорода (менее 100%), использованного в качестве защитного газа, подаваемого под муфель печи, приводило к окислению части полосы и даже к его поверхностному обезуглероживанию, т.е к браку. При температурах выдержки, отличных от 670°С, а также при Vн>90 град/ч выход годной качественной полосы не превысил 97% из-за несоответствия части полосы глубокой категории вытяжки при испытаниях по Эриксену ( на выдавливание «колпака»).
Аналогичные результаты получены и при степени увеличения количества продувочного газа (водорода) менее 30%, а использование в этом качестве водорода признано (по результатам опытов) наиболее технически целесообразным (упрощается процесс его подачи). Уменьшение продолжительности выдержки под муфелем (до 6…7,5 час) и ее увеличение (до 10,5…12 час) приводили в отдельных случаях к появлению линий излома на поверхности полосы. Была также выявлена четкая зависимость температуры задачи водяного охлаждения от толщины полосы t=714×h-50, град.
Технология отжига, выбранная в качестве ближайшего аналога, в опытах не опробовалась вследствие вышеуказанных причин. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
По данным технико-экономических исследований, проведенных в Центральной лаборатории ОАО «ММК», использование настоящего изобретения при отжиге полосы из низкоуглеродистой стали толщиной 0,42…0,49 мм с категорией вытяжки «Г» (глубокая по ГОСТ 9045) позволит повысить выход качественного листового металла не менее чем на 2% с соответствующим увеличением прибыли от его реализации.
Пример конкретного выполнения
Холоднокатаная полосовая сталь марки 08Ю толщиной 0,45 мм отжигается (неполный отжиг) в рулонах в колпаковой печи.
Защитная атмосфера под муфелем - 100%-ный водород. Скорость нагрева металла до температуры выдержки 670°С Vн=80 град/ч.
Температура в отстающей по нагреву точке по окончании нагрева равна 650°С.
В качестве продувочного газа используется водород, объем подачи которого возрастает на 30%. Выдержка под муфелем - 9 час. Температура задачи водяного охлаждения:
Т=714×h-50=714×0,45-50=270°С.
Выход качественного металла составляет 99,8%.