Способ получения полосы из высокопрочной стали и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способу получения высокопрочной стальной полосы и устройству для его осуществления. Техническим результатом изобретения является получение полосы с высокими деформационными свойствами. Способ получения высокопрочной стальной полосы, в котором расплавленную сталь разливают, по меньшей мере, в одной установке для непрерывной разливки с одной или более поточными линиями для получения сляба и, используя литейное тепло, транспортируют сляб через печь, в бесконечном или полубесконечном процессе сляб подвергают черновой прокатке по существу в аустенитном диапазоне в средстве для черновой прокатки, прокатывают в аустенитном диапазоне в средстве для чистовой прокатки или прокатывают, по меньшей мере, в одной клети средства для чистовой прокатки в двухфазном аустенитно-ферритном диапазоне и после выхода из средства для чистовой прокатки полосу, прокатанную в аустенитном или аустенитно-ферритном состоянии до конечной толщины, быстро охлаждают для получения нужной структуры. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу получения высокопрочной стальной полосы и устройству для его осуществления. В известном способе получения высокопрочной стальной полосы исходной точкой является горячекатаная полоса, полученная обычным образом и подвергнутая двухэтапному охлаждению на рольганге. На первом этапе полосу в аустенитном состоянии охлаждают до тех пор, пока она не окажется в диапазоне аустенитно-ферритной смеси, и выдерживают в этом диапазоне до тех пор, пока не образуется нужное количество феррита. Затем полосу охлаждают с высокой скоростью охлаждения, чтобы получить в полосе мартенситную структуру. Высокопрочная сталь такого типа известна под названием двухфазная сталь. Одной задачей настоящего изобретения является разработка способа, который обеспечивает повышенную гибкость при производстве высокопрочной стали. Другой задачей, решаемой в изобретении, является разработка способа, который можно выполнять с использованием простых средств. Эти задачи и другие преимущества реализуют посредством способа получения высокопрочной стальной полосы, согласно которому жидкую сталь разливают по меньшей мере в одной установке для непрерывной разливки слябов и с использованием тепла разливки транспортируют через печь и сначала подвергают прокатке в средстве для черновой прокатки, а затем прокатывают в средстве для чистовой прокатки с получением стальной полосы нужной конечной толщины, причем в непрерывном, бесконечном или полубесконечном режиме сляб подвергают чистовой прокатке в средстве для чистовой прокатки по существу в аустенитном диапазоне, а в средстве чистовой прокатки прокатывают в аустенитном диапазоне или, по меньшей мере в одной клети средства для чистовой прокатки, прокатывают в двухфазном аустенитно-ферритном диапазоне, а прокатанную полосу в аустенитном или аустенитно-ферритном состоянии после выхода из средства чистовой прокатки быстро охлаждают для получения нужной структуры.

Способ основан на непрерывном, бесконечном или полубесконечном процессе. В процессе такого типа можно обеспечить очень точное регулирование температуры как по длине, так и по ширине и толщине сляба или полосы. Кроме того, достигают очень высокой равномерности температуры как функции времени. Устройство для выполнения этого способа, как правило, оборудовано средством для охлаждения для облегчения контроля и регулирования температурного профиля как функции положения в установке и/или функции времени. Дополнительное преимущество, которое можно отметить, состоит в том, что способ предназначен преимущественно для использования вакуумируемого промежуточного литейного ковша для того, чтобы подготовить состав стали для получения заданных свойств.

Благодаря высокой степени равномерности температуры существует очень много возможностей выполнять прокатку в точном предварительно заданном режиме в двухфазном аустенитно-ферритном диапазоне. Маловероятно, что может возникнуть какое бы то ни было различие в процентном соотношении аустенита и феррита в поперечном сечении и по длине полосы. Обычный способ может только в ограниченной степени или с помощью особых мероприятий соблюдать уровень равномерности температуры, которая требуется для получения однородных свойств. Поэтому у высокопрочной стальной полосы, полученной обычным способом, имеет место неоднородность как в поперечном сечении, так и в продольном направлении.

Один вариант способа согласно изобретению отличается тем, что полосу прокатывают в средстве для чистовой прокатки при температуре, при которой имеется нужное количество феррита, и тем, что полосу, выходящую из средства для чистовой прокатки, быстро охлаждают до температуры ниже M_s (начало мартенситного превращения) в температурном диапазоне, в котором образуется мартенсит.

Благодаря очень высокому уровню равномерности температуры существует возможность достичь и сохранить необходимое соотношение аустенита и феррита при прокатке в средстве для чистовой прокатки. После выхода из средства для чистовой прокатки полосу очень быстро охлаждают, необязательно после выдержки, самое большее 10 секунд, в течение которого при охлаждении происходит превращение аустенита в мартенсит, с получением в результате высокопрочной полосы.

Специалисту в данной области техники понятно, что полосу прокатывают полностью в аустенитном диапазоне, и она выходит из средства для чистовой прокатки, как полоса с аустенитной структурой. У прокатанной таким образом полосы будет очень высокий уровень равномерности температуры как в поперечном сечении, так и в продольном направлении. Обычный способ получения двухфазной стали посредством двухэтапного охлаждения можно с успехом применять на полосе такого типа.

Другой вариант способа согласно изобретению отличается тем, что полосу прокатывают в средстве для чистовой прокатки при температуре, при которой имеется нужное количество феррита, и тем, что полосу, выходящую из средства для чистовой прокатки, быстро охлаждают до температуры ниже M_s (начало мартенситного превращения) и при скорости охлаждения, при которой образуется бейнит. В этом варианте изобретения снова создают нужное соотношение между аустенитом и ферритом, и они равномерно распределяются в полосе, благодаря высокому уровню равномерности температуры. Выбор скорости охлаждения и температуры охлаждения позволяет, чтобы часть аустенита превратилась в бейнит, между которым сохраняются остатки аустенита. В процессе последующей деформации стальной полосы при изготовлении из нее продукции в аустените возникают дислокации, которые обеспечивают получение высокопрочной стали с высокой деформируемостью. В результате получают стальную полосу с высокой прочностью и высокой пластичностью. Благодаря этим свойствам эти сорта сталей охлаждают в бейнитном диапазоне. В целом процесс образования бейнита и образования остаточного аустенита зависит от легирующих элементов. Таким образом, особенно эффективно при получении такого типа стали использовать промежуточный разливочный ковш, который позволяет подготовить состав стали таким образом, чтобы получить нужные свойства непосредственно перед разливкой сляба в установке для непрерывной разливки.

Для того, чтобы получить не только высокий уровень равномерности температуры, а также хорошее распределение деформации в поперечном сечении полосы, следующий вариант способа согласно изобретению отличается тем, что по меньшей мере в одной клети, предпочтительно во всех клетях средства для чистовой прокатки и/или по меньшей мере в одной клети, предпочтительно в каждой клети средства для чистовой прокатки прокатку выполняют со смазкой. Прокатка со смазкой обеспечивает однородное распределение обжатия, создаваемого валками, в той части стальной полосы или стального сляба, которая находится между валками. В заявке на патент ЕР-АО-750049 описан способ горячей прокатки для получения двухфазной стали. Предложена комбинация легирования конкретными элементами и использования конкретного охлаждения и температур охлаждения. В этой заявке отсутствуют сведения об однониточном процессе, начинающемся с непрерывной разливки жидкой стали.

Аналогичные замечания относятся к описаниям патентов США 4790889, 5470529 и 4316753.

В заявке ЕР-А-0370575 описан способ, в котором стальную полосу получают на одной линии, начинающейся с непрерывной разливки жидкой стали. Однако в этой заявке отсутствуют сведения о получении высокопрочной стальной полосы. Кроме того, охлаждение полосы выполняют перед этапом чистовой прокатки, в отличие от того, что ее выполняют перед охлаждением стальной полосы.

В настоящем изобретении также предложено устройство для получения стальной полосы, предназначенное, в частности, для выполнения способа, согласно изобретению, включающее по меньшей мере одну установку для непрерывной разливки тонких слябов, печь для гомогенизации сляба, который необязательно был подвергнут черновому обжатию, и средство для прокатки сляба с получением полосы нужной конечной толщины и средство для охлаждения полосы, которое отличается тем, что средство охлаждения с охлаждающей способностью по меньшей мере 2 МВт/м² размещено между клетью чистового прокатного стана и моталкой.

Ниже изобретение описывается более подробно со ссылкой на чертежи, на которых показан вариант выполнения изобретения, где на фиг. 1 представлен схематичный вид сбоку устройства для выполнения способа согласно изобретению; фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий температурный профиль стали как функцию положения в устройстве; фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий профиль толщины стали как функцию положения в устройстве.

На фиг.1 позицией 1 обозначена установка для непрерывной разливки тонких слябов. В данном вводном описании этот термин принят для обозначения установки для непрерывной разливки тонких слябов с толщиной менее 150 мм, предпочтительно менее 100 мм, более предпочтительно менее 80 мм. Установка для непрерывной разливки может содержать одну или более поточных линий. Возможно также, чтобы несколько установок для непрерывной разливки были расположены последовательно друг за другом. Эти варианты входят в объем притязаний согласно изобретению. Позицией 2 обозначен разливочный ковш, из которого жидкая сталь, подлежащая разливке, поступает в промежуточный разливочный ковш 3, который в данной конструкции имеет форму вакуумируемого промежуточного ковша. Промежуточный разливочный ковш предпочтительно снабжен таким средством, как средство измерения и средство для анализа, для доведения химического состава стали до необходимого состава, поскольку в настоящем изобретении состав является важным фактором. Ниже промежуточного разливочного ковша 3 находится разливочный кристаллизатор 4, в который подают жидкую сталь и в котором она по меньшей мере частично затвердевает. Если нужно, промежуточный разливочный кристаллизатор 4 может быть оборудован электромагнитной мешалкой. Стандартная установка для непрерывной разливки имеет скорость разливки приблизительно 6 м/мин; дополнительные меры, такие, как вакуумируемый промежуточный ковш и/или электромагнитная мешалка обеспечат в дальнейшем скорости разливки 8 м/мин и более. Затвердевший тонкий сляб поступает в туннельную печь 1, которая имеет полную длину, например, 250-330 м. Как только отлитый сляб достигает конца печи 7, его разрезают на части в полубесконечном процессе, используя режущее средство 6. При этом термин полубесконечный процесс означает процесс, в котором из одного сляба или части сляба прокаткой получают несколько рулонов, предпочтительно более трех рулонов, более предпочтительно, более пяти рулонов стандартного размера, в непрерывном процессе прокатки, по меньшей мере в средстве для чистовой прокатки до получения конечной толщины. В процессе бесконечной прокатки слябы или полосы после средства для чистовой прокатки соединяют вместе так, чтобы можно было выполнять процесс бесконечной прокатки в средстве для чистовой прокатки. В непрерывном процессе сляб перемещают непрерывно по маршруту между установкой для непрерывной разливки и выходной стороной средства прокатки. Настоящее изобретение представлено здесь на основе полубесконечного процесса, но очевидно, что его также можно использовать для бесконечного или непрерывного процесса. Каждая часть сляба содержит количество стали, соответствующее пяти или шести обычным рулонам. В печи имеется камера для выдержки нескольких частей слябов такого типа, например, для хранения трех слябов. В результате, те компоненты устройства, которые находятся ниже по потоку от печи, могут работать непрерывно, в то время как в установке для непрерывной разливки производят замену разливочного ковша и начинают разлив нового сляба, или когда установка для непрерывной разливки повреждена, а также обеспечивают, чтобы установка для непрерывной разливки могла работать непрерывно, если повреждение происходит ниже по потоку. Кроме того, нахождение в печи увеличивает время выдержки в ней частей сляба, что приводит в результате к улучшению равномерности температуры в частях слябов. Скорость, при которой сляб поступает в печь, соответствует скорости разливки и составляет приблизительно 0,1 м/сек. Ниже по потоку от печи 7 имеется средство 9 для удаления окалины, в данном случае в форме разбрызгивания воды высокого давления при давлении, приблизительно 400 атмосфер, для сбивания оксидов, которые образовались на поверхности сляба. Скорость, при которой сляб проходит через средство для удаления окалины и поступает в средство 10 для прокатки, составляет, приблизительно 0,15 м/сек. Средство 10 для прокатки, которое выполняет функцию средства для черновой прокатки, состоит из двух четырехвалковых клетей, которые предпочтительно оборудованы средствами для смазывания валков. Если нужно, то в состав оборудования может быть включено средство 8 для резки при аварийных случаях.

Как можно видеть из фиг.2, температура сляба, которая по выходе из промежуточного ковша составляет, приблизительно 1450^oС, падает в прокатной клети до уровня, приблизительно 1150^oС, и сляб гомогенизируют в печи при этой температуре. Интенсивное разбрызгивание воды средством 9 для удаления окалины вызывает снижение температуры сляба приблизительно от 1150 до 1050^oС. В двух клетях прокатного стана средства 10 для чистовой прокатки температура сляба снижается при каждом проходе в прокатном стане приблизительно на 50^oС, так что сляб, толщина которого первоначально составляла 70 мм и который деформировали за два прохода, с промежуточной толщиной 42 мм, в стальную полосу, с толщиной приблизительно 16,8 мм, имеет температуру приблизительно 950^oС. Профиль толщины как функции положения показан на фиг.3 для двух случаев, в одном из которых прокатывают полосу с конечной толщиной 0,8 мм, а в другом - прокатывают полосу толщиной 1,0 мм. Числа показывают толщину в мм. Ниже по потоку от средства 10 для чистовой прокатки расположены средство 11 для охлаждения, комплект коробов 12 для рулонов и, если нужно, дополнительная печь (не показана). Полоса, выходящая из средства 10 для прокатки, может быть временно оставлена на выдержку и гомогенизацию в коробах 12 для рулонов, а если необходимо дополнительно повысить температуру, то нагрев можно выполнить в нагревательном средстве (не показано), которое расположено ниже по потоку от коробов для рулонов. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что средство 11 охлаждения, коробка 12 для рулонов и печь, которая не показана, могут быть расположены по-разному друг относительно друга, из тех, что упомянуты выше. Как результат обжатия по толщине, катаная полоса входит в короба для рулонов со скоростью приблизительно 0,6 м/сек. С помощью средства 11 охлаждения полосу охлаждают до тех пор, пока она не окажется в двухфазном аустенитно-ферритном диапазоне. Полосу также можно не охлаждать или охлаждать только в ограниченной степени, или нагревать, для того, чтобы на выходной стороне средства 14 чистового прокатного стана получить полосу, прокатанную в аустенитном диапазоне. Средство для охлаждения может быть установлено также между прокатными клетями средства для чистовой прокатки. Можно использовать также естественное охлаждение, необязательно между прокатными клетями. Вторая установка 13 для удаления окалины при давлении воды, приблизительно, 400 атмосфер расположена ниже по потоку от средства 11 охлаждения, коробов 12 для рулонов или печи (не показана) также для удаления слоя оксидов, которые могут образоваться на поверхности катаной полосы. Если нужно, то другое средство резки может входить в состав оборудования для обрезки переднего и заднего конца полосы. Затем полоса входит на линию прокатки, которая может состоять из шести четырехвалковых клетей прокатного стана, которые расположены одна за другой и предпочтительно оснащены средством для смазки валков.

Когда получают полосу в аустенитном состоянии, то нужная конечная толщина, например, от 1,0 до 0,6 мм может быть достигнута при использовании только пяти клетей прокатного стана. Толщина, которую получают после каждой клети прокатного стана, показана для сляба толщиной 70 мм в верхнем ряду цифр на фиг.3. После выхода из линии 14 для прокатки полосы, которая тогда имеет конечную температуру приблизительно 850^oС и толщину 0,6 мм, ее интенсивно охлаждают с помощью средства 15 для охлаждения и сматывают в рулон в моталке 16. Скорость, с которой она входит в моталку, составляет приблизительно. 13-25 м/сек. Можно использовать средство охлаждения, описанное в заключительном отчете ECSC 7210-ЕА/214. Предполагается, что содержание этого отчета включено в содержание данного описания. Существенными преимуществами этого средства охлаждения являются широкий диапазон регулирования, высокая охлаждающая способность на единицу площади и равномерность охлаждения.

Средство 15 для охлаждения настраивают и регулируют в зависимости от того, нужно ли получить мартенсит или бейнит. Можно начать с полосы в аустенитном состоянии и охлаждать ее с использованием двухэтапного охлаждения, в случае которого на первом этапе охлаждение выполняют до тех пор, пока не образуется нужное количество феррита, с последующим быстрым охлаждением для образования мартенсита. Можно также, если полоса была прокатана в двухфазном диапазоне, быстро охладить ее так, чтобы образовался мартенсит (кривая m). Полосу в аустенитном состоянии можно охлаждать также до тех пор, пока не образуется нужное количество феррита, а затем непрерывно охлаждать так, чтобы образовался бейнит с остаточным аустенитом. Кроме того, можно прокатать полосу в двухфазном диапазоне, а затем, если необходимо, непрерывно охлаждать таким образом, чтобы образовался бейнит с остаточным аустенитом (кривая b).

Если желательно, то окалину удаляют с полосы в установке 13 для удаления окалины. Если температура на выходе из линии 14 прокатки является слишком низкой, можно довести прокатанную в ферритной области полосу до нужной температуры смотки при использовании печи 18, которая расположена ниже по потоку от линии прокатки. Средство 15 для охлаждения и печь 18 могут быть расположены друг за другом или одно после другой. Можно также разместить одно средство с другим в зависимости от того, аустенитную или аустенитно-ферритную полосу необходимо получить. Средство 17 для резки включают в состав оборудования для резки полосы на нужную длину, соответствующую стандартным размерам рулонов. При надлежащем выборе различных компонентов устройства и этапов процесса, выполняемого с помощью устройства, таких, как гомогенизация, прокатка, охлаждение и временная выдержка, можно обеспечить работу данного устройства с использованием одной установки для непрерывной разливки, тогда как в предшествующих технических решениях используют две установки для непрерывной разливки, чтобы согласовать ограниченную скорость разливки с существенно более высокими скоростями прокатки, которые обычно используют. Устройство подходит для полос с шириной, которая находится в диапазоне от 1000 до 1500 мм и толщиной приблизительно от 1,0мм в случае полосы, прокатанной в аустенитной области, и приблизительно от 0,5 до 0,6 мм в случае полосы, прокатанной в ферритной области. Время гомогенизации в печи 7 составляет приблизительно десять минут при выдержке трех слябов вдоль длины печи. Короб для рулонов годится для хранения целиком двух полос в случае прокатки в аустенитном состоянии.

Формула изобретения

1. Способ получения высокопрочной стальной полосы, в котором расплавленную сталь разливают, по меньшей мере, в одной установке для непрерывной разливки с одной или более поточными линиями для получения сляба и, используя тепло разливки, транспортируют сляб через печь, подвергая черновой прокатке в средстве для черновой прокатки и чистовой прокатке в средстве для чистовой прокатки для получения стальной полосы нужной конечной толщины, отличающийся тем, что в бесконечном или полубесконечном процессе сляб подвергают черновой прокатке преимущественно в аустенитном диапазоне в средстве для черновой прокатки и прокатывают в аустенитном диапазоне в средстве для чистовой прокатки или прокатывают, по меньшей мере, в одной клети средства для чистовой прокатки в двухфазном аустенитно-ферритном диапазоне и после выхода из средства для чистовой прокатки прокатанную полосу быстро охлаждают для получения нужной структуры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полосу прокатывают в устройстве для чистовой прокатки при температуре, при которой имеется нужное количество феррита, причем полосу, выходящую из средства для чистовой прокатки, быстро охлаждают до температуры ниже M_s (начала образования мартенсита) в температурном диапазоне, в котором образуется мартенсит.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полосу прокатывают в устройстве для чистовой прокатки при температуре, при которой имеется нужное количество феррита, полосу, выходящую из средства для чистовой прокатки, быстро охлаждают до температуры выше M_s (начала образования мартенсита) в температурном диапазоне, в котором образуется мартенсит.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что прокатку выполняют со смазкой по меньшей мере в одной клети, предпочтительно во всех клетях средства для черновой прокатки и/или по меньшей мере в одной клети, предпочтительно в каждой клети средства для чистовой прокатки.

5. Устройство для получения высокопрочной стальной полосы, содержащее по меньшей мере одну установку для непрерывной разливки тонких слябов, печь для гомогенизации сляба, который может быть подвергнут обжатию до предварительного размера, и средство для прокатки сляба с получением полосы нужной толщины, моталку для смотки полосы, отличающееся тем, что средство для охлаждения с охлаждающей способностью по меньшей мере 2 МВт/м² размещено между последней чистовой клетью средства для прокатки и моталкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3