Способ производства широких горячекатаных полос

Изобретение предназначено для повышения эффективности переработки горячекатаной полосы в холоднокатаную продукцию за счет обеспечения в горячекатаном подкате из низкоуглеродистых марок стали оптимальной микроструктуры. Способ включает нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей, охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон при температуре 500-600°С. Микроструктура с перлитом дисперсностью 2-6-го балла обеспечивается за счет того, что температуру конца прокатки и смотки устанавливают в зависимости от конечной толщины полос: для полос толщиной от 6,0 мм до 4,5 мм 750-800°С, для полос толщиной от 4,5 мм до 3,5 мм - 750-820°С, для полос толщиной от 3,5 мм до 2,8 мм - 750-830°С, для полос толщиной от 2,8 мм до 2,4 мм - 750-840°С, а для полос толщиной менее 2,4 мм - 750-850°С, при этом температуру смотки в зависимости от конечной толщины устанавливают для полос толщиной от 6,0 мм до 4,5 мм - 560-600°С, для полос толщиной от 4,4 мм до 3,5 мм - 580-620°С, для полос толщиной от 3,4 мм до 2,8 мм - 590-630°С, для полос толщиной от 2,7 мм до 2,4 мм - 600-640°С, а для полос толщиной менее 2,4 мм - 610-650°С. 1 табл.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, преимущественно из низкоуглеродистых марок стали, предназначенных для дальнейшей переработки в холоднокатаную продукцию.

Известны способы горячей прокатки полос, включающие горячую прокатку на широкополосном стане в черновой и чистовой группах клетей с охлаждением полос путем подачи охладителя в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон (см., например, Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн.2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991. - С.542 -580; Пат.РФ №2037536, 1995 г. БИ №17; Патент РФ №2120481, 1998 г.).

Недостатком известных способов является сложность обеспечения в прокате заданной однородной микроструктуры, особенно при производстве горячекатаных полос из низкоуглеродистых марок стали. Это затрудняет дальнейшую переработку горячекатаного подката в холоднокатаную металлопродукцию.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по совокупности признаков является способ производства широких горячекатаных полос из высокоуглеродистых низколегированных марок стали, включающий прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей с температурой конца прокатки 700-800°С, охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон при температуре 500-600°С (см. а.с. СССР №1196391).

Недостаток известного способа заключается в отсутствии регламентации температурных параметров процесса горячей прокатки и смотки в зависимости от конечной толщины готовой полосы, с одной стороны, и сложность обеспечения в прокате из низкоуглеродистых марок стали однородной структуры перлита дисперсностью 2-6-го балла во всем объеме микроструктуры - с другой. В результате чего, значительно снижается эффективность процесса переработки горячекатаного подката в холоднокатаную продукцию из-за повышенной обрывности металла и значительной продолжительности технологического цикла. Кроме того, существенно ухудшается качество производимой металлопродукции.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение эффективности переработки горячекатаной полосы в холоднокатаную продукцию за счет обеспечения в горячекатаном подкате из низкоуглеродистых марок стали оптимальной микроструктуры с перлитом дисперсностью 2-6-го балла путем жесткой регламентации температурного режима конца прокатки и смотки горячей полосы в рулон в зависимости от ее конечной толщины.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства широких горячекатаных полос толщиной не более 6,0 мм из стали с содержанием углерода 0,26-0,39% и полосы, включающем нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей, охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, в соответствии с изобретением температуру конца прокатки и смотки устанавливают в зависимости от конечной толщины полос, при этом температуру конца прокатки для полос толщиной от 6,0 мм до 4,5 мм принимают 750-800°С, для полос толщиной от 4,4 мм до 3,5 мм - 750-820°С, для полос толщиной от 3,4 мм до 2,8 мм - 750-830°С, для полос толщиной от 2,7 мм до 2,4 мм - 750÷840°С, а для полос толщиной менее 2,4 мм - 750-850°С, а температуру смотки для полос толщиной от 6,0 мм до 4,5 мм устанавливают 560-600°С, для полос толщиной от 4,4 мм до 3,5 мм - 580-620°С, для полос толщиной от 3,5 мм до 2,8 мм - 590-630°С, для полос толщиной от 2,7 мм до 2,4 мм - 600-640°С, а для полос толщиной менее 2,4 мм - 610-650°С.

Отличительный признак, характеризующий температурный интервал конца прокатки для выбранных низкоуглеродистых марок стали в диапазоне 750-850°С известен. Известен также температурный интервал смотки полос 500-700°С (см., например, Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995 г.; Патент РФ №2120481, 1998 г.; Патент РФ №2186641, БИ №22, 2002 г., А.С. СССР №1196391).

Однако в известных технических решениях не обнаружено при этом одновременной жесткой регламентации температурного диапазона конца прокатки и смотки в зависимости от конечной толщины прокатываемой полосы. Кроме того, в известных решениях температурные интервалы расширены в сторону нижней границы температурного диапазона. Помимо этого, температурные режимы конца прокатки и смотки, предлагаемые в известных технических решениях, не приемлемы для заявляемого диапазона марок стали. Все это в совокупности приводит к формированию в микроструктуре проката перлита неравнобалльной дисперсности, особенно при производстве толстых широких полос.

В предлагаемом изобретении выбранная совокупность признаков направлена на возможность обеспечения в горячекатаном подкате из низкоуглеродистых марок стали (например, сталь марок 30Г, 30Г2, 35Г2, 30ХГСА) однородной структуры перлита дисперсностью 2-6-го балла с объемным его содержанием не менее 96%.

При заявляемом химическом составе стали (низкоуглеродистые марки стали) в прокате решающее значение на формирование микроструктуры горячекатаных полос оказывают следующие факторы:

- температура конца прокатки (Т_кп);

- температура полос при их смотке в рулон (Т_см).

Величина и форма аустенитного зерна зависят от скорости рекристаллизации при прокатке, которая, в свою очередь, зависит от суммарной деформации в чистовой группе клетей стана, а также от скорости, температуры полосы при прокатке в чистовых клетях стана вследствие окончательного формирования величины зерна в однофазной области кристаллизации стали. Для этого температуру конца прокатки необходимо принимать равной или близкой к точке А_с3 диаграммы «железо-углерод», которая для заявляемых марок стали находится в интервале 750-850°С (для обеспечения формирования микроструктуры в однофазной области кристаллизации стали). Из этих условий выбран в заявляемом способе интервал температур конца прокатки, так как именно в указанном диапазоне обеспечивается получение требуемой микроструктуры с перлитом оптимальной дисперсности. Кроме того, верхняя граница температуры конца прокатки определена из условия: чем толще полоса, тем большей теплоемкостью она обладает. Соответственно, для выравнивания свойств (формирования равнобальной микроструктуры с перлитом дисперсностью 2-6-го балла) в готовой горячекатаной полосе температурный интервал конца горячей прокатки на меньших толщинах расширен, а на более толстом прокате - сужен. Указанными обстоятельствами также определяется заявляемый температурный интервал смотки в диапазоне 560-650°С в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы.

В случае отсутствия жесткой регламентации температур конца прокатки и смотки в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы, в микроструктуре стали при заниженных температурах конца прокатки (менее 750°С) и смотки (меньше нижней заявляемой границы температуры для соответствующих толщин), с одной стороны, может появиться перлит дисперсностью менее 2-го балла. С другой стороны, при температурах концах прокатки выше заявляемой формируется дисперсность перлита более 6-го балла с объемным содержанием 5-40%. Это приводит к тому, что в процессе дальнейшей переработки горячекатаного подката с дисперсностью менее 2-го балла в холоднокатаную металлопродукцию из-за образующейся сорбитообразной микроструктуры возникает проблема выкатываемости полосы на требуемую толщину. Кроме того, когда дисперсность перлита в горячекатаной полосе более 6-го балла, появляются технологические сложности переработки полосы из-за многочисленных порывов в процессе последующей холодной прокатки из-за образования многочисленных трещин по кромкам полосы.

Для формирования перлита оптимальной дисперсности на стадии горячей прокатки и смотки обязательно необходимо учитывать толщину полосы. В случае отклонения температур конца прокатки и смотки от заявляемых интервалов в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы в выбранном диапазоне толщин, в ней формируется разнобальная микроструктура перлита с дисперсностью 1÷8-го баллов. Это происходит потому, что толстая полоса, охлаждаясь с поверхности, имеет значительный перепад температуры по сечению, и, кроме того, при смотке толстой полосы в рулон, последний обладает повышенной теплоемкостью, что так же ухудшает условия формирования равнобального мелкопластинчатого перлита дисперсностью 2-6-го балла.

Таким образом, представленная совокупность признаков заявляемого способа производства широких горячекатаных полос позволяет получить в условиях стана горячей прокатки полосу из низкоуглеродистых марок стали толщиной менее 6,0 мм, предназначенную для дальнейшей ее переработки в холоднокатаный прокат с требуемой микроструктурой, содержащей равномерно распределенный перлит дисперсностью 2-6-го балла с объемным его содержанием не менее 96%.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ горячей прокатки широких полос из низкоуглеродистых марок стали, не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентноспособности "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

По заявляемому способу и прототипу на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» были прокатаны слябы из стали марок 30Г2, 35Г2 в полосы толщиной 2,2÷6,0 мм по каждому из представленных в таблице вариантов.

Требуемую температуру конца прокатки и смотки обеспечивали управляемым температурно-скоростным режимом горячей прокатки в чистовой группе стана и последующей смотки в рулон, а также дифференцированным охлаждением поверхности полос с применением системы душирования на отводящем рольганге перед смоткой. При этом при смотке полос заправочную скорость устанавливали 160-200 м/мин - для полос толщиной 6,0 мм и 430-450 м/мин - для полос толщиной 2,0 мм.

Таблица - Варианты технологических режимов горячей прокатки и смотки полосы из стали марок 30Г, 30Г2, 35Г2 на ШСГП 2000 ОАО «ММК»
№ п/п	Толщина полосы, мм	Температура конца прокатки, Ткп, °С	Температура смотки, Тсм, °С	Дисперсность перлита, балл	Объемная доля перлита, дисперсностью более 6-го балла, %	Объемная доля перлита, дисперсностью менее 2-го балла, %
1	2,2	800-860	610-660	2-8	до 15	-
2	2,2	740-820	600-640	1 -4	-	до 11
3	2,2	750-850	610-650	2-5	-	-
4	2,4	770-850	600-650	3-7	до 18	-
5	2,4	750-840	600-640	2-6	-	-
6	2,8	780-840	590-650	3-8	до 25	-
7	2,8	750-830	590-630	2-7	до 3	-
8	2,8	740-830	560-600	1 -5	-	до 9
9	3,5	750-830	590-630	3-8	до 20	-
10	3,5	750-820	580-620	3-6	-	-
11	4,5	750-810	560-610	2-7	до 32	-
12	4,5	750-800	560-600	2-6	-	-
13	6,0	780-830	570-620	2-8	до 40	-
14	6,0	750-800	560-600	2-7	до 4	-
15	6,0	740-800	550-600	1 -6	-	до 6

Как следует из данных, приведенных в таблице, при производстве горячекатаных полос по заявляемому способу обеспечивается получение равнобалльной микроструктуры с объемной долей перлита дисперсностью 2-6-го балла не менее 96%. В случае превышения значений температуры конца прокатки и смотки заявленных значений в зависимости от конечной толщины полосы дисперсность перлита, так и объемная доля его с дисперсностью более 6-го балла увеличивается (варианты 1, 4, 6, 9, 11 и 13). При снижении соответствующих температур конца прокатки и смотки ниже заявляемых значений дисперсность перлита уменьшается до 1-го балла с объемной его долей 6-11% (варианты 2, 8, 15).

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Заявляемый способ может найти широкое применение для производства горячекатаного подката из низкоуглеродистых марок стали с регламентируемой микроструктурой, в составе которой будет наблюдаться мелкодисперсный перлит (дисперсностью 2-6-го балла), равномерно распределенный по объему металла. Это позволяет с высокой эффективностью перерабатывать горячекатаный подкат из низкоуглеродистых марок стали в холоднокатаную продукцию. Так, при известных способах изготовления на станах горячей прокатки подката из указанных марок стали, предназначенного для дальнейшей переработки его в холоднокатаную полосу, из-за отсутствия регламентации температурных параметров конца прокатки и смотки в зависимости от конечной толщины горячих полос, не удается обеспечить требуемую микроструктуру. Это приводит к следующему. При наличии в структуре низкоуглеродистой стали перлита, дисперсностью 7-го балла и более с объемной долей 5-40% горячекатаный подкат не способен к дальнейшей переработке с суммарными обжатиями более 15-20% на станах холодной прокатки из-за повышенной обрывности. При заниженных температурах конца прокатки и смотки формируется перлит дисперсностью менее 2-го балла, что из-за повышенной прочности не позволяет выкатывать данный подкат на требуемую толщину при последующей холодной прокатке. Кроме того, повышается склонность к трещинообразованию кромок полосы в процессе холодной прокатки. Все это в совокупности ведет к ухудшению технико-экономических и качественных показателей цехов по производству холоднокатаной продукции из горячекатаного подката из низкоуглеродистых марок стали, снижая эффективность производства. Указанные явления можно исключить, формируя в микроструктуре стали перлит дисперсностью 2-6-го балла на стадии горячей прокатки путем жесткой регламентацией температурных параметров прокатки и смотки в зависимости от конечной толщины горячекатаной полосы.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Способ производства широких горячекатаных полос толщиной не более 6,0 мм из стали с содержанием углерода 0,26-0,39%, включающий нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку в черновой и чистовой непрерывной группах клетей, охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, отличающийся тем, что температуру конца прокатки и смотки устанавливают в зависимости от конечной толщины полос, при этом температуру конца прокатки для полос толщиной от 6,0 до 4,5 мм принимают 750-800°С, для полос толщиной от 4,4 до 3,5 мм - 750-820°С, для полос толщиной от 3,4 до 2,8 мм - 750-830°С, для полос толщиной от 2,7 до 2,4 мм - 750-840°С, а для полос толщиной менее 2,4 мм - 750-850°С, а температуру смотки для полос толщиной от 6,0 до 4,5 мм устанавливают 560-600°С, для полос толщиной от 4,4 до 3,5 мм - 580 - 620°С, для полос толщиной от 3,5 до 2,8 мм - 590-630°С, для полос толщиной от 2,7 до 2,4 мм - 600-640°С, а для полос толщиной менее 2,4 мм - 610-650°С.