Способ отжига холоднокатаных полос

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к термической обработке. Технический результат, решаемый изобретением, состоит в сокращении продолжительности отжига при одновременном обеспечении высоких механических свойств и качества поверхности холоднокатаных полос. Рулоны в температурном интервале 200-570°С нагревают со скоростью 80-90°С/ч, затем нагревают до температуры 640-660°С со скоростью 20-30°С/ч, после чего нагрев ведут со скоростью 20-25°С/ч до температуры отжига. Кроме того, выдержку при температуре отжига устанавливают по соотношению: τ=(0,8-0,9)·М, где τ - время выдержки, ч; М - масса нижнего в стопе рулона, т. 1 з.п. ф-лы. 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к термической обработке, и может быть использовано при рекристаллизационном отжиге холоднокатаных полос из малоуглеродистых сталей, смотанных в рулоны, в водородной защитной атмосфере.

Холоднокатаная малоуглеродистая сталь, стабилизированная алюминием, используемая для изготовления лицевых деталей кузовов легковых автомобилей, должна обладать высоким комплексом механических свойств (табл.1) и бездефектной поверхностью.

Таблица 1.
Механические свойства холоднокатаной стали марки 08Ю
σв, МПа	σт, МПа	δ10, %	R	n
250-300	не более 170	не менее 46	не менее 1,6	не менее 0,2
Примечания: R - коэффициент нормальной пластической анизотропии; n - показатель деформационного упрочнения.

Для обеспечения заданного комплекса механических свойств рулоны холоднокатаных полос подвергают рекристаллизационному отжигу в защитной атмосфере в одностопных колпаковых печах с газовым отоплением.

Известен способ термической обработки рулонов холоднокатаных полос из малоуглеродистой стали, включающий нагрев установленных в стопу рулонов со скоростью 38-55°С/ч до температуры 520-550°С, выдержку при этой температуре в течение 18-22 ч, повторный нагрев со скоростью 15-30°С/ч до температуры отжига, выдержку при температуре отжига в течение 20-24 ч, замедленное охлаждение до температуры 420-430°С и окончательное охлаждение рулонов с произвольной скоростью [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что отжиг имеет большую продолжительность и не обеспечивает требуемых механических свойств холоднокатаных полос.

Известен также способ термической обработки холоднокатаного листового проката, включающий нагрев стопы рулонов до температуры 200-400°С, выдержку в течение 4-6 ч, повторный нагрев до температуры 620°С, выдержку в течение 8-10 ч и окончательный нагрев до температуры отжига 690-710°С с выдержкой в течение 28 ч [2].

Отжиг по данной технологии имеет большую продолжительность и не обеспечивает получения требуемых механических свойств холоднокатаных полос.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ рекристаллизационного отжига полос холоднокатаной малоуглеродистой стали для глубокой вытяжки, стабилизированной алюминием, смотанных в рулоны массой 20-30 т. Способ включает нагрев установленных друг на друга в стопу рулонов до промежуточных температур 580-600°С и 640-660°С с выдержками при этих температурах и окончательный нагрев до температуры отжига 710-730°С с выдержкой при температуре отжига [3].

Недостатки известного способа состоят в том, что выдержки при промежуточных температурах удлиняют продолжительность отжига. Помимо этого готовый холоднокатаный металл имеет низкие механические свойства, а также дефекты поверхности из-за сваривания витков рулонов.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в сокращении продолжительности отжига при одновременном обеспечении высоких механических свойств и качества поверхности холоднокатаных полос.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе отжига холоднокатаных полос для глубокой вытяжки, смотанных в рулоны, включающем нагрев установленных друг на друга в стопу рулонов до температуры отжига 710-730°С и регламентированную выдержку при этой температуре, согласно предложению рулоны в температурном интервале 200-570°С нагревают со скоростью 80-90°С/ч, затем нагревают до температуры 640-660°С со скоростью 20-30°С/ч, после чего нагрев ведут со скоростью 20-25°С/ч до температуры отжига. Кроме того, выдержку при температуре отжига устанавливают по соотношению:

τ=(0,8-0,9)·М,

где τ - время выдержки, ч;

М - масса нижнего в стопе рулона, т.

Сущность предложенного способа состоит в следующем. Нагрев стопы рулонов в температурном интервале 200-570°С со скоростью 80-90°С/ч позволяет избежать деформирования и слипания внешних и внутренних витков. При последующем нагреве со скоростью 20-30°С/ч до температуры 640-660°С снижается температурный градиент, происходит выпадение из твердого раствора ингибирующей фазы - нитридов алюминия, что благоприятно сказывается на процессах последующей рекристаллизации деформированной микроструктуры стали. В процессе нагрева со скоростью 20-25°С/ч до температуры отжига 710-730°С происходит дальнейшее выравнивание температурных полей всех рулонов садки, стартуют процессы первичной рекристаллизации. Ферритная матрица очищается от карбидов. Благодаря этому за время выдержки при температуре отжига полностью завершаются процессы собирательной кристаллизации, формируется равномерная микроструктура стали с зернами оладьевидной формы. При этом поскольку отстающим по нагреву является нижний рулон в стопе, который имеет наибольшую массу (для лучшей устойчивости стопы и предотвращения сползания наружных витков установленного выше рулона), то минимально необходимое время выдержки при температуре отжига определяется именно исходя из его массы по предложенному эмпирическому соотношению.

Скорости нагрева (80-90°С/ч, 20-30°С/ч, 20-25°С/ч), а также температурные интервалы (200-570°С, 640-660°С) выбраны таким образом, чтобы обеспечить высокие механические свойства готового холоднокатаного металла при минимальном времени нагрева и исключить необходимость выдержки рулонов при промежуточных температурах.

Отсутствие выдержек при промежуточных температурах и точное определение продолжительности выдержки садки (по массе нижнего в стопе рулона) при температуре отжига позволяет сократить продолжительность отжига с одновременным получением высоких механических свойств и качества поверхности холоднокатаных полос.

Экспериментально установлено, что увеличение скорости нагрева более 90°С/ч в температурном интервале 200-570°С приводит к повышению неравномерности нагрева рулонов, деформированию внешних и внутренних витков из-за повышенного термического расширения, ухудшению равномерности механических свойств по длине полос. Снижение скорости нагрева менее 80°С/ч удлиняет продолжительность отжига. При этом до температуры ниже 200°С нагрев можно вести с максимальной интенсивностью без опасности ухудшения качества металла, а при температуре выше 570°С скорость нагрева следует снизить, т.к. в противном случае произойдет ухудшение механических свойств и сваривание витков рулонов.

При нагреве со скоростью ниже 20°С/ч до температуры выше 660°C произойдет удлинение продолжительности отжига. Увеличение скорости нагрева более 30°С/ч, как и уменьшение температуры его окончания ниже 640°С, приводит к ухудшению комплекса механических свойств холоднокатаных полос.

Нагрев со скоростью менее 20°С/ч до температуры отжига выше 730°С удлинит продолжительность отжига, приведет к свариванию витков рулонов. Увеличение скорости нагрева более 25°С/ч приводит к формированию неравномерной структуры и свойств, а снижение температуры рекристаллизационного отжига менее 710°С ухудшает механические свойства холоднокатаных полос и требует удлинения продолжительности отжига.

Исследования показали, что при эмпирическом коэффициенте пропорциональности k менее 0,8 из-за незавершенности процесса рекристаллизации механические свойства нижнего в стопе рулона не соответствуют требуемым значениям и неравномерны по длине полосы. Увеличение коэффициента k более 0,9 приводит к нерациональному удлинению продолжительности отжига.

Примеры реализации способа

Рекристаллизационному отжигу подвергают холоднокатаные полосы сечением 0,7×1550 мм из стали марки 08Ю, смотанные в рулоны. Нижним в стопу на стенд муфельной колпаковой печи устанавливают рулон массой М=25 тонн. На верхний торец этого рулона помещают конвекторное кольцо, на которое устанавливают рулон среднего яруса массой 20 тонн. На его торец также помещают конвекторное кольцо и устанавливают рулон верхнего яруса массой 18 тонн. Осевое отверстие рулона верхнего яруса закрывают крышкой. Стопу рулонов накрывают муфелем, поверх которого устанавливают нагревательный колпак. Подмуфельное пространство заполняют водородом и производят нагрев садки металла до температуры Т₁=200°С с максимально возможной скоростью. Затем в температурном интервале от Т₁=200°С до Т₂=550°С нагрев ведут со скоростью V₁=85°С/ч. Скорость и температуру нагрева контролируют по стендовой термопаре, контактирующей с торцом нижнего в стопе рулона.

При достижении температуры Т₂=550°С скорость нагрева снижают до величины V₂=25°С/ч, с которой продолжают нагревать металл до температуры Т₃=650°С. По достижении металлом температуры Т₃=650°С скорость нагрева вновь уменьшают до величины V₃=22,5°С/ч. Нагрев с этой скоростью ведут до температуры отжига Т₄=720°С. Продолжительность выдержки τ при температуре отжига определяют по соотношению: τ=k·М=0,84·М=0,84·25=21 (ч). По истечении времени выдержки τ нагревательный колпак снимают и производят охлаждение стопы рулонов под муфелем до температуры распаковки 90°С.

Благодаря использованию предложенных режимов рекристаллизационного отжига его продолжительность до начала охлаждения сократилась и составила τ_о=32,5 ч. Одновременно с этим были достигнуты высокие механические свойства при отсутствии дефектов на поверхности холоднокатаных полос.

В таблице 2 приведены варианты реализации способа отжига холоднокатаных полос, а в таблице 3 - показатели их эффективности.

Таблица 2.
Режимы рекристаллизационного отжига полос из стали марки 08Ю
№ п/п	Т1, °С	V1, °С/ч	Т2, °С	V2, °С/ч	Т3, °С	V3, °С/ч	Т4, °С	k, ч/т
1.	190	78	560	18	630	18	700	0,7
2.	200	80	570	20	640	20	710	0,8
3.	200	85	570	25	650	22,5	720	0,84
4.	200	90	570	30	660	25	730	0,9
5.	210	95	580	32	670	26	740	1,0
6.	20	50	590	40	650	11	720	-
Таблица 3.
Показатели качества полос и продолжительность периода отжига
№ п/п	σв, МПа	σт, МПа	δ10, %	R	n	Дефекты поверхн.	τ0, ч
1.	350	220	32	1,2	0,1	присутств.	30
2.	300	170	46	1,6	0,2	отсутств.	31,6
3.	275	160	52	1,8	0,4	отсутств.	32,5
4.	250	165	50	1,7	0,3	отсутств.	32,4
5.	230	180	44	1,2	0,1	присутств.	34,4
6.	300	175	45	1,1	0,1	присутств.	47

Из данных, представленных в табл.2 и 3 следует, что при реализации предложенного способа (варианты № 2-4) достигается сокращение продолжительности отжига при одновременном обеспечении высоких механических свойств и качества поверхности холоднокатаных полос по сравнению со способом-прототипом (вариант №6). При запредельных значениях заявленных параметров в одном случае имеет место ухудшение механических свойств и качества поверхности полос (вариант №1), а в другом случае при ухудшении механических свойств и качества полос возрастает продолжительность отжига (вариант №5).

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что при его реализации нагрев производится без выдержек при промежуточных температурах с предельными скоростями нагрева в различных температурных интервалах, исключающими сваривание витков рулонов и обеспечивающими формирование оптимальной микроструктуры и механических свойств малоуглеродистой холоднокатаной стали. Помимо этого, время выдержки при температуре отжига устанавливается в зависимости от массы отстающего по нагреву нижнего рулона стопы. Благодаря этому минимизируется время выдержки при температуре отжига 710-730°С.

Использование предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства холоднокатаных полос из малоуглеродистых сталей на 10-15%.

Источники информации

1. Авт. св. СССР № 1659500, МПК С 21 D 9/46, 1991 г.

2. Авт. св. СССР № 1461771, МПК С 21 D 9/46, 1989 г.

3. Авт. св. СССР № 1337425, МПК С 21 D 9/48, 1987 г. - прототип.

1. Способ отжига холоднокатаных полос для глубокой вытяжки, смотанных в рулоны, включающий нагрев установленных друг на друга в стопу рулонов до температуры отжига 710-730°С и регламентированную выдержку при этой температуре, отличающийся тем, что рулоны в температурном интервале 200-570°С нагревают со скоростью 80-90°С/ч, затем нагревают до температуры 640-660°С со скоростью 20-30°С/ч, после чего нагрев ведут со скоростью 20-25°С/ч до температуры отжига.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдержку при температуре отжига устанавливают по соотношению

τ=(0,8-0,9)·М,

где τ - время выдержки, ч;

М - масса нижнего в стопе рулона, т.