Способ отделки низкоуглеродистой холоднокатаной полосовой стали

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к обработке металлов давлением, и может быть использовано в производстве низкоуглеродистой холоднокатаной полосовой стали со специальными свойствами, например автолиста. Способ отделки низкоуглеродистой холоднокатаной полосовой стали включает дрессировку после отжига полос толщиной 0,6-2,5 мм и их правку растяжением с заданными величинами деформаций, при этом дрессировку и правку ведут в диапазоне степеней деформаций, выбранном из соотношения К₁/К₂=2,5, где К₁ и К₂ - эмпирические коэффициенты. Целесообразно дрессировку без смазки вести с относительным обжатием 0,6-0,8%, а со смазкой - с относительным обжатием 1,1-1,3%. Способ обеспечивает получение требуемых механических свойств и высокой плоскостности готового проката, в частности автолиста, за счет оптимизации величин деформаций при дрессировке и правке. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к обработке металлов давлением, и может быть использовано в производстве низкоуглеродистой холоднокатаной полосовой стали со специальными свойствами, например автолиста.

Уровень совершенства технологических операций в производстве холоднокатаной полосовой стали, в частности автолиста, оценивается качеством поверхности. Величина и равномерность шероховатости поверхности полосовой стали определяют не только механические свойства и штампуемость, но также прочность и внешний вид лакокрасочных и других покрытий. Завершающими операциями производства холоднокатаной полосовой стали являются: отжиг и дрессировка, причем последнюю принято относить к окончательной отделке листов. Для улучшения плоскостности полосовой стали, в особенности предназначенной в дальнейшем для оцинковывания, ее подвергают правке растяжением. Важнейшими параметрами отделочных операций дрессировки и правки является степень деформации (для дрессировки - величина относительного обжатия, для правки - величина растяжения), которые во многом определяют требуемые свойства, в том числе механические, готового автолиста.

Известен способ отделки холоднокатаных стальных полос, в котором дрессировку ведут с заданной степенью обжатия в зависимости от толщины и размера зерна в структуре полосы, при этом увеличению толщины полосы с 0,7 до 3,5 мм соответствует уменьшение степени обжатия с 0,8 до 0,3%, а при величине зерна в баллах от 7-9 и выше степень обжатия увеличивают соответственно на 0,2 и 0,4% (см. а.с. СССР 1458046, кл. В 21 В 37/12, опубл. 15.02.89).

Известный способ обеспечивает повышение стабильности механических свойств готового проката по его длине, однако при этом не обеспечиваются требования, предъявляемые к автолисту, применяемому для внутренних и наружных деталей с глубокой и весьма глубокой вытяжкой. Особенно это касается наружных окрашиваемых деталей, так как при величине зерна в баллах от 7-9 и выше степень обжатия увеличивают соответственно на 0,2 и 0,4%, удовлетворяя требованиям, предъявляемым к пробам по Ольсену, но не обеспечивают заданной шероховатости поверхности из-за неравномерности макро- и микроструктуры. Чем меньше размер зерна, тем больше удлинение, т.е. больше длина площадки текучести и тем большая степень обжатия необходима при дрессировке, поэтому данный способ не обеспечивает получения листового проката с особо высокой чистотой отделки поверхности.

Известна технология дрессировки - правки растяжением на комбинированной установке, описанной в книге Я.С.Финкельштейна. Справочник по прокатному и трубному производству. - М.: Металлургия, 1975, с.138-139.

Эта технология включает дрессировку полос после отжига и их правку растяжением с заданными величинами деформаций и характеризуется тем, что правку полос осуществляют многократным перегибом металла в вертикальной плоскости с помощью роликовых натяжных устройств как до дрессировки, так и после нее.

Известный способ не обеспечивает получение холоднокатаного полосового проката, в частности автолиста, с требуемым стандартным показателем в основном из-за того, что каждый из элементов отделки предназначен для решения определенных локальных задач, например при дрессировке для улучшения поверхности, предотвращения линий сдвига (линии Чернова-Модерса), уменьшения волнистости и коробоватости. При этом предел текучести (σ_т) низкоуглеродистой стали при относительных обжатиях до 0,8-1,2% уменьшается и только при относительных обжатиях, больших указанного диапазона, начинает увеличиваться. Дальнейшая "легкая" правка приводит к ухудшению механических характеристик, т. к. длина площадки текучести увеличивается, что может привести к старению дрессированного металла. Незначительная правка оказывает более вредное влияние, чем интенсивная, т.к. длина площадки текучести после незначительной правки больше, чем после интенсивной. Это объясняется тем, что при интенсивной правке не только уменьшаются остаточные напряжения дрессировки металла, а также вновь создаются значительные напряжения в поверхностном слое, в связи с чем (σ_т) несколько снижается. При интенсивном растяжении снижается эффект дрессировки из-за увеличения числа дислокации и скопления их у границ зерен, что затрудняет протекание сдвиговых процессов, приводящих к наклепу и повышению предела текучести металла. С повышением обжатия при дрессировке степень влияния правки на характер старения дрессированного металла снижается. Предел прочности (σ_в), относительное удлинение (δ,%), твердость (HRC) во всех случаях совмещения этих операций деформации снижаются по сравнению с соответствующими величинами, получаемыми после дрессировки, так при дрессировке углеродистой стали толщиной 0,5-1,5 мм натяжение составляет 0,7-0,8 (σ_т). При правке чистым растяжением - результат изменения механических свойств дрессированного листа аналогичен получаемому после "легкой" правки. Однако данный способ не обеспечивает стабильной величины шероховатости, которая может как ухудшать штампуемость автолиста, так и снижать качество лакокрасочных и других покрытий отштампованных деталей.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ отделки углеродистой холоднокатаной полосы, например, из автолистовой стали (Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. Технология прокатного производства: Справочник. - М.: Металлургия, 1991, с.696-700). Способ включает дрессировку полосы, имеющей температуру не более 40^oС с относительными обжатиями 0,8-2,0%, определяемыми величиной зерна, поверхностью полосы и диаметром валков. Для устранения загрязнений поверхности металла и предотвращения дефектов поверхности дрессировку ведут с применением технологической смазки. Далее холоднокатаную полосу подвергают правке растяжением на роликовых и растяжных правильных машинах при величине относительной деформации, равной 0,5-2,0%.

Известный способ не обеспечивает получения требуемого технического результата по следующим причинам.

В автолистовых марках сталей, например 08Ю, при холодной деформации с относительным обжатием 20-25% интенсивно снижается пластичность, которая далее ухудшается. После отжига в камере замедленного охлаждения полоса охлаждается до 500^oС, что обеспечивает полное выпадение мелкодисперсных карбидов, растворенных в феррите, необходимых для повышения пластичности при последующей дрессировке и правке.

Однако анализ экспериментальных данных показывает, что, несмотря на рост предела текучести полосовой стали от 18,5-19 кгс/мм² (при шероховатости поверхности R_a=1 мкм) до 20-22,5 кгс/мм² (при R_a=5 мкм) и снижение предела прочности на 1,0-1,5 кгс/мм², предельная степень вытяжки в испытаниях на штампуемость по методу Свифта повышается при увеличении шероховатости. При этом увеличивается твердость поверхности, так как поверхность с грубой шероховатостью имеет большую твердость по сравнению с гладкой, поэтому повышенные степени относительного обжатия (более 0,8% без смазки и более 1,3% со смазкой) при штамповке полосы даже с очень гладкой отделкой способствуют вскрытию следов от прокатки на многовалковом стане. В то же время при слишком гладкой поверхности могут возникнуть трудности при штамповке: слишком гладкая поверхность плохо удерживает смазку, что затрудняет вытяжку металла в штампах.

Последующая правка растяжением при пластической деформации, равной 0,5-2,0%, способствует увеличению прочностных свойств полосы, снижает плоскостность готового проката из-за создания значительных внутренних напряжений, что также отрицательно сказывается на штампуемости.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа отделки низкоуглеродистой холоднокатаной полосовой стали, например автолиста, в котором за счет оптимизации величин деформаций при дрессировке и правке обеспечивается получение требуемых механических свойств и высокой плоскостности готового проката.

Поставленная задача решается тем, что в способе отделки низкоуглеродистой холоднокатаной полосовой стали, включающем дрессировку после отжига полос толщиной 0,6-2,5 мм и их правку растяжением с заданными величинами деформаций, по изобретению дрессировку и правку ведут в диапазоне степеней деформаций, выбранном из соотношения: K₁/K₂=2,5 где К₁ - эмпирический коэффициент, равный где ε^в_∂- верхнее значение относительного обжатия при дрессировке из выбранного диапазона; ε^н_∂- нижнее значение относительного обжатия при дрессировке из выбранного диапазона; ε^н_p- нижнее значение относительной деформации при правке из выбранного диапазона; К₂ - эмпирический коэффициент, равный где ε^в_p- верхнее значение относительной деформации при правке из выбранного диапазона, при этом величину относительной деформации при правке растяжением принимают равной 0,2-0,5%.

Целесообразно дрессировку без смазки вести с относительным обжатием 0,6-0,8%.

Целесообразно дрессировку со смазкой вести с относительным обжатием 1,1-1,3%.

Сущность найденного технического решения заключается в оптимизации величин деформаций при дрессировке и правке, что обеспечивает требуемое качество низкоуглеродистой полосовой стали (в том числе - автолиста для оцинковывания).

Для обеспечения требований глубокой вытяжки в процессе дрессировки получают возможно большую недеформируемую часть металла по сечению полосы, а в тонком поверхностном слое - деформацию такой величины, которая наряду с минимальным наклепом исключает возможность появления линий сдвига.

Дрессировка с выбранными значениями относительного обжатия обеспечивает получение упрочненных поверхностных слоев в готовом прокате при сокращении его "мягкой" сердцевины и приводит к повышению пластичности полосовой стали за счет снижения значений предела текучести (σ_т) при сохранении высокого предела прочности (σ_в), относительного удлинения (δ,%) и твердости (HRC). Кроме того, предлагаемая отделка путем дрессировки и правки растяжением при оптимизации величин деформации каждого из элементов отделки способствует исключению площадки текучести, что приводит к уменьшению степени влияния правки на характер старения металла. Предлагаемая отделка позволяет сохранить "мягкий" внутренний слой полосовой стали и упрочнить ее поверхностные слои.

Предлагаемые величины относительных обжатий как при дрессировке без смазки, так и при дрессировке со смазкой приняты инвариантными к толщине отделываемых полос. Установленная опытным путем инвариантность величины относительного обжатия ε_∂ при совмещении процессов дрессировки и правки растяжением для тонколистовой низкоуглеродистой стали объясняется тем, что деформация растяжением, во-первых, снижает остаточные напряжения в стали, возникающие в процессе ее обжатия при дрессировке, и, во-вторых, некоторым выравниванием микроструктуры металла, что делает возможным использование одинаковых ε_∂ для разных толщин полос, что упрощает технологию их отделки.

Пример. Опытную проверку заявляемого способа отделки низкоуглеродистой холоднокатаной полосовой стали осуществляли в условиях стана 2500.

После отжига холоднокатаные рулоны стали 08Ю и 08ЮР с параметрами полосы 1,5х1500 мм охлаждали в секции окончательного охлаждения и подавали к разматывателю дрессировочного стана. Подвергаемые дрессировке рулоны устанавливали на разматыватель и подавали передний конец полосы в клеть дрессировочного стана 2500. Дрессировку проводили по двум вариантам: без смазки полос и со смазкой полос (30%-ная эмульсия на основе эмульсола). Величину относительного обжатия при дрессировке без смазки варьировали от 0,6 до 0,8%, а при дрессировке со смазкой - от 1,1 до 1,3%. Для поддержания заданной величины относительного обжатия по всей длине полосы использовали систему автоматического регулирования степени деформации.

Полосы после дрессировки подвергали правке растяжением на правильно-растяжной машине агрегата резки с величиной относительной деформации в диапазоне 0,2-0,5%.

Отобранные пробы подвергали испытаниям на определение механических свойств, геометрии поверхности готовых листов.

Наиболее высокие результаты (около 92% полосового проката): неплоскостность полос в пределах 1-2 мм/м (при средней величине неплоскостности до отделки 8-10 мм/м), σ_т=185-190 Н/мм² и δ₄=36-39% - получены при использовании параметров заявляемого способа.

При дрессировке с величинами обжатий ε_∂<0,6% (без смазки) и ε_∂<1,1% (со смазкой) ухудшалась, прежде всего, микрогеометрия листов, что отрицательно сказывалось на качестве оцинкованной полосы, а при испытании полос на вытяжку наблюдались характерные линии текучести (линии Людерса), что вело к отбраковке проката в 9-16% случаев. При ε_∂>0,8% (без смазки) и ε_∂>1,3% (со смазкой) величина σ_т возрастала до 196-200 Н/мм², а δ₄ снижалась до 36-35%, что не соответствует требованиям, предъявляемым к данной категории стали.

Предлагаемые величины ε_∂ (0,6-0,8% и 1,1-1,3%) оказались приемлемы для всех исследованных толщин полосовой стали.

Если в процессе правки полос растяжением величина относительной деформации ε_p была менее 0,2%, то требуемой плоскостности (1-2 мм/м) проката достичь не удавалось, а при ε_p>0,5% - ухудшались механические свойства стали, так как величины σ_т и δ₄ не соответствовали требуемым нормам.

Опыты также показали, что при соблюдении заявляемых параметров дрессировки и правки полос значительная их часть (87-92%) соответствовали требованиям I группы отделки поверхности (т.е. особо высокой отделки согласно ГОСТ 16523), которая является обязательной нормой для автолиста.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения и его преимущества перед известным объектом - ближайшим аналогом.

Использование заявляемого способа при производстве низкоуглеродистой холоднокатаной полосовой стали позволит увеличить выход автолиста в среднем на 15%, что повысит прибыль от реализации более качественной и дорогой продукции.

Формула изобретения

1. Способ отделки низкоуглеродистой холоднокатаной полосовой стали, включающий дрессировку полос толщиной 0,6-2,5 мм после отжига и их правку растяжением с заданными величинами деформаций, отличающийся тем, что дрессировку и правку ведут в диапазоне степеней деформаций, выбранном из соотношения
К₁/К₂=2,5,
где К₁ - эмпирический коэффициент, равный

где ε^в_д - верхнее значение относительного обжатия при дрессировке из выбранного диапазона;
ε^н_д - нижнее значение относительного обжатия при дрессировке из выбранного диапазона;
ε^н_p - нижнее значение относительной деформации при правке из выбранного диапазона;
К₂ - эмпирический коэффициент, равный

где ε^в_p - верхнее значение относительной деформации при правке из выбранного диапазона,
при этом величину относительной деформации при правке растяжением принимают равной 0,2-0,5%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дрессировку без смазки ведут с относительным обжатием 0,6-0,8%.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дрессировку со смазкой ведут с относительным обжатием 1,1-1,3%.