Способ термической обработки холоднокатаной углеродистой стали

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к термической обработке в колпаковых печах рулонов холоднокатаного проката. Технический результат изобретения состоит в повышении производительности колпаковых печей, снижении расхода энергоресурсов и сокращении отсортировки готового проката по дефектам «излом» и «пятна слипания, сварки» за счет сокращения длительности отжига и оптимизации времени выдержки. Для достижения технического результата производят одноступенчатый нагрев в колпаковой печи рулонов холоднокатаного листа в защитной атмосфере до 620-660°С, выдержку в печи не менее времени, зависящего от массы нижнего рулона в садке и определяемого по математической зависимости: τ_выд=14,65 + ехр (-3,64+0,27 М_{ниж. рул.}-0,00309 М² _{ниж. рул.}), где: τ_выд - время выдержки, М_{ниж. рул} - масса нижнего рулона в садке, отключение нагрева и охлаждение в печи под колпаком до температуры 550-610°С, снятие колпака, охлаждение под муфелем и распаковку при температуре, не превышающей 140°С. 1 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к термической обработке в колпаковых печах рулонов холоднокатаного проката.

Известен способ термической обработки холоднокатаной стали, включающий нагрев в интервале от 640°С до температуры рекристаллизационного отжига со скоростью 5-8°С/ч и охлаждение в интервале от температуры рекристаллизационного отжига до 630°С со скоростью 2-4°С/ч (см. SU №1183554, С 21 D 9/48, Бюл №37 от 07.10.85).

Недостатком данного способа является большая длительность отжига, способствующая потере производительности, повышенному расходу энергоресурсов и повышающая вероятность образования дефектов «излом» и «пятна слипания сварки» на готовом прокате.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ рекристаллизационного отжига холоднокатаной рулонной стали, по которому отжиг проводят в защитной атмосфере при 640-720°С, нагрев до 550°С проводят с произвольной скоростью, а в интервале 550-720°С со скоростью нагрева не более 250°С/ч, после выдержки садку охлаждают в защитной атмосфере до 120-180°С (см. Дедек Вл. Полосовая сталь для глубокой вытяжки. М.: Металлургия, 1970, с. 93-117).

Недостатками данного способа являются высокие температуры термической обработки и нерегламентированное время выдержки, что приводит к повышенному расходу энергоресурсов и отсортировке готового проката по дефектам «излом» и «пятна слипания сварки», а также высокая температура распаковки рулонов, что может вызвать окисление поверхности стали при охлаждении на воздухе.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении производительности колпаковых печей и снижении расхода энергоресурсов при гарантированном обеспечении требуемого комплекса механических свойств листового проката, а также в сокращении отсортировки проката по дефектам «излом» и «пятна слипания сварки».

Указанный технический эффект достигается тем, что нагрев в колпаковой печи садки, состоящей из одного или более рулонов холоднокатаной стали, ведется в защитной атмосфере по одноступенчатому режиму без ограничения скорости нагрева до температуры 620-660°С с минимальной выдержкой в печи в течение времени, рассчитанного по формуле:

τ_выд=14,65+exp[-3,64+0,27·М_{нижн.рул.} - 0,00309·М² _{нижн.рул.}),

где τ_выд - время выдержки, а М_{нижн.рул} - масса нижнего рулона в стопе, охлаждением в печи под нагревательным колпаком с выключенными горелками до температуры 550-610°С, охлаждением под муфелем и распаковкой при температуре, не превышающей 140°С.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в дифференцировании времени выдержки рулонов в колпаковой печи в зависимости от массы нижнего рулона в садке, состоящей из одного или более рулонов. Эффект достигается за счет оптимального определения длительности выдержки и сокращения общего времени отжига. Помимо этого, при охлаждении рулонов в печи под нагревательным колпаком с выключенными горелками за счет теплопередачи от наружных, более прогретых витков, к внутренним происходит выравнивание температуры по всему объему рулонов и устранение перепада температур в различных участках рулона. Охлаждение рулонов под нагревательным колпаком позволяет наиболее полно выделить углерод и азот из ферритной матрицы и улучшить таким образом механические свойства проката. Это исключает необходимость длительных выдержек при повышенных температурах отжига для завершения процесса рекристаллизации, позволяет повысить производительность печей и снизить энергетические затраты за счет сокращения суммарного времени нагрева и выдержки не менее чем на 4-15 часов. Кроме того, сокращение длительности выдержки способствует снижению термических напряжений внутри рулона при отжиге и охлаждении и уменьшает вероятность образования дефектов «излом» и «пятна слипания сварки» на поверхности отожженных полос.

Нижние и верхние пределы температуры нагрева металла и температуры, до которой охлаждают стопу рулонов под нагревательным колпаком, приняты для обеспечения в листовом прокате требуемых значений механических характеристик при экономном расходовании энергоресурсов. Зависимость для определения времени выдержки получена экспериментальным путем, исходя из условий достижения температуры рекристаллизации по всему объему рулона.

Нижний предел температуры нагрева проката 620°С определяется тем, что при его дальнейшем снижении происходит чрезмерное увеличение прочностных свойств и значительное падение пластичности, поскольку внутренние витки рулона могут не достичь температуры завершения первичной рекристаллизации.

Повышение температуры нагрева проката выше верхнего предела 660°С нецелесообразно, поскольку это приводит к удорожанию стали из-за повышенного расхода энергоресурсов и может привести к получению дефектов поверхности полос вследствие слипания витков.

Нижняя и верхняя границы интервала температуры, до которой осуществляется охлаждение рулонов под нагревательным колпаком 550-610°С, выбраны из условия достаточности для равномерного распределения тепла по всему объему рулона, завершения процесса рекристаллизации во внешних витках рулонов и снижения вероятности слипания витков из-за термических напряжений внутри рулона на начальной стадии охлаждения садки.

Максимальная температура распаковки 140°С выбрана из условия отсутствия окисления поверхности металла при его охлаждении до температуры дрессировки.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа термической обработки холоднокатаной стали с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже предложен вариант производства холоднокатаного проката с применением заявляемого способа термической обработки.

Пример. Сталь марки 08пс выплавляют в конвертере емкостью 160 тонн, разливают в непрерывнолитые слитки толщиной 200-250 мм, производят горячую прокатку слябов на полосы толщиной 2,5-4,2 мм, холодную прокатку на толщину 0,7-1,5 мм, термическую обработку в колпаковых газовых одностопных печах и дрессировку с обжатием 1,1-1,4%.

Режим термической обработки и результаты механических испытаний опытных плавок стали приведены в таблице.

Применение изобретения позволяет повысить производительность колпаковых печей за счет сокращения длительности отжига и снизить расход энергоресурсов при обеспечении требуемого уровня механических свойств, а также улучшить качество проката из листовой углеродистой стали общего назначения за счет сокращения количества дефектов поверхности «излом» и «пятна слипания сварки».

Таблица Режим термической обработки и механические свойства опытных плавок.
Плавка	1	2	3	4	5	6
Режим	новый	прототип	новый	прототип	новый	прототип
Температура нагрева,°С	660	680	620	680	640	690
Масса садки, т	60	60	90	90	120	120
Масса нижнего рулона, т	20	20	30	30	40	40
Длительность выдержки, ч	18	28	22	24	26	30
Общая длительность нагрева и выдержки, ч	33	40	40	42	45	50
Длительность охлаждения под нагревательным колпаком, ч	5	-	3	-	5	-
Производительность нагревательных печей, т/ч	1,81	1,5	2,25	2,14	2,66	2,4
Расход природно-доменного газа, м3/т	161	196	117	137	105	125
Предел текучести,σ0,2, Н/мм2	215	230	225	200	225	220
Временное сопротивление δв, Н/мм2	350	345	350	330	350	370
Относительное удлинение, δ80,%	38	38	34	35	36	37
Наличие дефектов поверхности	нет	нет	нет	излом	нет	пятна слипания, сварки

Способ термической обработки рулонов из холоднокатаных листовых сталей в колпаковых печах, включающий нагрев в защитной атмосфере садки, состоящей из одного или более рулонов по одноступенчатому режиму, выдержку, снятие колпака и охлаждение под муфелем, распаковку и последующее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что нагрев ведут до температуры 620-660°С, минимальное время выдержки рулонов при температуре нагрева определяют исходя из массы нижнего рулона в садке по математической зависимости

τ_выд=14,65+ехр(-3,64+0,27 М_{ниж. рул}-0,00309 М² _{ниж. рул}),

где τ_выд - время выдержки, ч;

М_{ниж. рул.} - масса нижнего рулона в садке, т,

по истечении времени выдержки отключают нагрев, производят охлаждение под нагревательным колпаком до температуры 550-610°С, а охлаждение под муфелем производят до температуры, не превышающей 140°С.