Способ производства рулонов горячекатаной полосы трубных марок стали
Владельцы патента RU 2389569:
Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" (RU)
Изобретение предназначено для обеспечения требуемого уровня механических свойств и качества поверхности горячекатаного проката из трубных марок стали толщиной 16,1-18,7 мм в условиях широкополосного высокопроизводительного стана горячей прокатки при производстве широких горячекатаных полос преимущественно трубных марок стали с содержанием углерода 0,12-0,14%. Способ включает нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана, дифференцированное охлаждение полосы водой сверху и снизу секциями душирующего устройства в межклетевых промежутках чистовой группы стана и на отводящем рольганге с последующей смоткой полосы в рулон. Формирование изделий с высокими прочностными, пластическими свойствами, без образования поперечных трещин в процессе деформации обеспечивается за счет того, что температуру конца прокатки устанавливают для полос толщиной от 16,1 мм до 17 мм включительно 770-810°С, для полос толщиной свыше 17,1 мм до 18,7 мм включительно устанавливают 750-790°С, при этом в межклетевых промежутках чистовой группы стана регулируют интенсивность охлаждения поверхности полосы в зависимости от величины деформации в первых клетях чистовой группы путем изменения скорости ее охлаждения в соответствии с математическими зависимостями. 1 табл.
Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос преимущественно трубных марок стали.
Известны способы горячей прокатки полос, в том числе трубных марок стали, включающие горячую прокатку полос на широкополосном стане с межклетевым охлаждением и охлаждением полос водой на отводящем рольганге перед 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, Патент РФ №2037536, БИ №17,1995 г., Патент РФ №2186641, БИ №22, 2002 г.).
Недостатком известных способов является сложность обеспечения требуемого уровня механических свойств горячекатаных полос и качества поверхности при максимальной производительности широкополосного стана горячей прокатки, особенно при производстве толстых полос, толщиной 16 и более мм.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства рулонов горячекатаной трубной стали преимущественно с содержанием углерода 0,07-0,12% с микролегированием ниобием и толщиной 8-12 мм, включающий нагрев сляба под горячую прокатку, последующую прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей стана с температурой конца горячей прокатки в зависимости от конечной толщины полосы в диапазоне 800-840°С, охлаждение полосы водой в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон. При этом на отводящем рольганге применяют дифференцированное охлаждение поверхности полосы, а температуру смотки устанавливают в интервале 570-610°С (см. Патент РФ №2277445, В21В 1/26, 10.06.2006, Бюл. №16).
Недостаток известного способа заключается в отсутствии регламентации температурного режима прокатки толстых полос (толщиной более 16 мм) из стали с содержанием углерода 0,12-0,14% в чистовой непрерывной группе клетей стана горячей прокатки и охлаждения проката в межклетевых промежутках. В результате этого возникает сложность в обеспечении требуемого комплекса однородных физико-механических свойств и качества поверхности в готовом толстолистовом горячекатаном прокате, особенно при производстве широких полос.
Технической задачей, решаемой заявляемых изобретением, является обеспечение требуемого уровня механических свойств горячекатаного проката из трубных марок стали толщиной 16,1-18,7 мм в условиях широкополосного высокопроизводительного стана горячей прокатки путем регламентации температуры конца горячей прокатки в зависимости от конечной толщины полосы, а также температурного режима при охлаждении полосы в межклетевых промежутках чистовой группы стана.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства рулонов горячекатаной полосы трубных марок стали преимущественно толщиной 16,1-18,7 мм с содержанием углерода 0,12-0,14%, включающем нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана с межклетевым охлаждением поверхности полосы водой, охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, согласно изобретению, температуру конца прокатки устанавливают для полос толщиной от 16,1 до 17 мм включительно 770-810°С, для полос толщиной свыше 17,1 до 18,7 мм включительно устанавливают 750-790°С, при этом же в межклетевых промежутках чистовой группы стана регулируют интенсивность охлаждения поверхности полосы путем изменения скорости ее охлаждения, которую определяют из выражения:
при величине деформации в первых клетях чистовой группы до 30% (включительно) V=2,2797(N)0,702,
при величине деформации в первых клетях чистовой группы более 30%
V=1,0458(N)1,2262,
где V - скорость охлаждения поверхности полосы, град/с,
N - номер межклетевого промежутка чистовой группы стана.
Отличительный признак, характеризующий температуру конца прокатки в чистовой группе клетей в зависимости от конечной толщины полосы известен (см. Патент РФ №2277128, C21D 8/02, C21D 9/46, 27.05.2006, Бюл. №15, прототип - Патент РФ №2277445, В21В 1/26, 10.06.2006, Бюл. №16). Однако в известных технических решениях обеспечение конечной температуры прокатки в полосах различной толщины, с одной стороны, не увязано со скоростью охлаждения проката по клетям чистовой группы стана, а с другой стороны - либо не рассматриваются толщины более 16 мм, либо принимается равный диапазон для всего ряда толщин. Такой существующий в известных решениях подход к регламентации температуры конца прокатки не позволяет обеспечить требуемый уровень механических свойств и качества поверхности в широком толстолистовом горячекатаном прокате, что связано с особенностями формирования микроструктуры и напряженного состояния при прокатке в чистовой группе непрерывного стана.
В заявляемом техническом решении температурный диапазон конца прокатки в чистовой группе клетей стана в зависимости от конечной толщины полосы связан со следующим.
Конечная величина зерна феррита зависит от величины зерна аустенита на момент окончания горячей прокатки. Зерно феррита в готовом прокате тем мельче, чем меньше величина аустенитного зерна в полосе на момент окончания горячей прокатки. Величина и форма аустенитного зерна, в свою очередь, зависит от скорости рекристаллизации при прокатке. Таким образом, температуру конца прокатки необходимо принимать такой, чтобы обеспечить формирование микроструктуры в однофазной (аустенитной) области кристаллизации стали. Кроме того, как известно (см. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для ВУЗов. М.: Металлургия, 1986. - 544 с.), при высоких температурах идут процессы собирательной и вторичной рекристаллизации, в результате чего в структуре металла образуется крупное зерно. Мелкозернистая структура, обеспечивающая требуемый комплекс механических свойств, образуется при первичной рекристаллизации (0,4-0,5)Тплавления. Для выбранного диапазона марок стали (с содержанием углерода 0,12-0,14%) температура конца прокатки, таким образом, должна быть в диапазоне 750-810°С. В то же время теплоемкость полос толщиной 16,1-18,7 мм существенно отличается, что приводит к формированию различной микроструктуры в прокате указанных толщин. Для обеспечения требуемой микроструктуры (с зерном феррита не крупнее 10 баллов), а следовательно, заданного уровня механических свойств необходимо регламентировать температуру конца прокатки отдельно для полос толщиной 16,1-17 мм включительно и полос толщиной свыше 17 мм. Конкретные значения температуры окончания горячей прокатки в заявляемом техническом решении связаны с обеспечением условий для формирования микроструктуры в однофазной (аустенитной) области кристаллизации стали. Так как горячая прокатка полос толщиной более 16 мм осуществляется, как правило, из раската толщиной 45-50 мм, то для поддержания температуры конца прокатки в зависимости от конечной толщины полосы в выбранном диапазоне и формирования равнобалльной заданной микроструктуры, и отсутствия поперечных трещин напряжения необходимо управляемое охлаждение полосы в межклетевых промежутках чистовой группы стана горячей прокатки. Из этих соображений принято условие специального межклетевого охлаждения проката в чистовой группе. Регламентация условий охлаждения полосы при ее прокатке в чистовой группе позволяет обеспечить формирование высоких прочностных (предела текучести (σт), временного сопротивления разрыву (σв), твердости (HRB)) и повышенных пластических (вязких) свойств, без образования поперечных трещин во время деформации. Это связано с тем, что при выбранных температурных режимах заканчиваются полиморфные превращения γ-Fe в α-Fe, и, следовательно, в условиях объемно-центрированной решетки железа формируются требуемые механические свойства, а напряженное состояние не превышает допустимого. Данная совокупность признаков в известных технических решениях не обнаружена.
На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ производства рулонов горячекатаной трубной стали не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Приведенная математическая зависимость, регламентирующая интенсивность охлаждения поверхности горячекатаной полосы по чистовым проходам стана горячей прокатки, а следовательно, и скорость ее охлаждения в межклетевых промежутках чистовой непрерывной группы стана - эмпирическая и получена при обработке опытных данных комплекса исследований по прокатке указанного сортамента на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Для осуществления предлагаемого способа предварительно, в зависимости от требуемой конечной толщины горячекатаной полосы, определяется необходимая температура конца горячей прокатки. Затем для обеспечения заданных механических свойств и отсутствия поперечных трещин в горячекатаной полосе в соответствии с заявленным выражением рассчитывается необходимая скорость ее охлаждения по проходам чистовой непрерывной группы стана. После чего назначается схема охлаждения поверхности проката водой в чистовых межклетевых промежутках стана.
Пример конкретного осуществления способа.
На широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» прокатывают полосу размерами 16,5×1720 мм из стали марки Х70 по международному стандарту API5L с содержанием углерода (С) 0,12-0,14%.
Сляб, нагретый до требуемой температуры 1200°С, поступает на широкополосный стан горячей прокатки, имеющий в своем составе черновую группу клетей, промежуточный рольганг, чистовой окалиноломатель, чистовую непрерывную группу клетей с устройствами межклетевого охлаждения, а также отводящий рольганг с охлаждающими секциями и группы моталок. После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана раскат, толщиной 48 мм, имеющий температуру 1020-1060°С направляется по промежуточному рольгангу в чистовую непрерывную группу клетей.
Для формирования требуемой микроструктуры в горячекатаной полосе толщиной 16,5 мм необходимо обеспечить температуру конца прокатки полосы в последнем чистовом проходе группы в диапазоне 770-810°С. Для этого при выбранном скоростном и деформационном режиме прокатки в чистовой группе клетей рассчитывается необходимая скорость охлаждения полосы по проходам с учетом величины деформации, по крайней мере, в первых двух клетях чистовой группы, после чего назначается схема охлаждения поверхности проката водой в чистовых межклетевых промежутках стана. После прокатки в чистовой группе стана полоса по отводящему рольгангу, на котором осуществляют дифференцированное охлаждение ее поверхности водой сверху и снизу секциями душирующего устройства, направляется к моталкам второй группы, где она сматывается в рулон при температуре 560-600°С. Варианты технологических параметров, по которым по заявляемому способу осуществлялись прокатка и охлаждение полосы в чистовых промежутках стана, а также результаты исследований представлены в таблице.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.
Заявляемый способ может найти широкое применение на широкополосных станах горячей прокатки при производстве полос толщиной 16,1-18,7 мм из трубных марок стали с требуемыми регламентируемыми физико-механическими свойствами горячекатаного проката.
Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
| Таблица | |||||||||||||
| Технологические параметры прокатки и охлаждения полосы из стали марки Х70 в чистовой группе клетей стана 2000 | |||||||||||||
| №№ п/п | Толщина полосы, мм | Температура конца прокатки, °С | Величина деформации, % | Скорость охлаждения полосы в чистовой группе, °С | Микроструктура (балл зерна) | σт, МПа | σв, МПа | δ5, % | Наличие поперечных трещин | Примечание | |||
| номер межклетевого промежутка чистовой группы стана | |||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||||||||||
| 1 | 16,1 | 770-810 | 30 | 2,3 | 3,7 | 4,9 | 6,0 | 10-11 | 505 | 610 | 25 | нет | |
| 2 | 16,5 | 770-810 | 30 | 2,3 | 3,7 | 4,9 | 6,0 | 10-11 | 505 | 600 | 25 | нет | |
| 3 | 17 | 770-810 | 30 | 2,3 | 3,7 | 4,9 | 6,0 | 10-11 | 500 | 595 | 24 | нет | |
| 4 | 17,1 | 750-790 | 30 | 2,3 | 3,7 | 4,9 | 6,0 | 10-11 | 500 | 595 | 24 | нет | |
| 5 | 18,5 | 750-790 | 30 | 2,3 | 3,7 | 4,9 | 6,0 | 10-11 | 495 | 595 | 24 | нет | |
| 6 | 18,7 | 750-790 | 30 | 2,3 | 3,7 | 4,9 | 6,0 | 10(11) | 490 | 590 | 23 | нет | |
| 7 | 16,5 | 800-840 | 30 | 5,0 | 6,3 | 7,2 | 8,1 | 9-10 | 470 | 560 | 27 | да | по прототипу* |
| 8 | 18,7 | 800-840 | 30 | 5,2 | 6,4 | 7,4 | 8,3 | 8-10 | 455 | 550 | 26 | да | по прототипу* |
| 9 | 16,1 | 770-810 | 35 | 3,5 | 4,9 | 5,7 | 6,2 | 10-11 | 510 | 620 | 24 | нет | |
| 10 | 16,5 | 770-810 | 35 | 3,5 | 4,9 | 5,7 | 6,2 | 10-11 | 510 | 610 | 24 | нет | |
| 11 | 17, | 770-810 | 35 | 3,5 | 4,9 | 5,7 | 6,2 | 10-11 | 505 | 605 | 23 | нет | |
| 12 | 17,1 | 750-790 | 35 | 3,5 | 4,9 | 5,7 | 6,2 | 10-11 | 500 | 600 | 23 | нет | |
| 13 | 18,5 | 750-790 | 35 | 3,5 | 4,9 | 5,7 | 6,2 | 10-11 | 500 | 600 | 23 | нет | |
| 14 | 18,7 | 750-790 | 35 | 3,5 | 4,9 | 5,7 | 6,2 | 10(11) | 495 | 600 | 23 | нет | |
| 15 | 16,5 | 800-840 | 35 | 5,0 | 6,3 | 7,2 | 8,1 | 9-10 | 470 | 560 | 27 | да | по прототипу* |
| 16 | 18,7 | 800-840 | 35 | 5,2 | 6,4 | 7,4 | 8,3 | 8-10 | 455 | 550 | 26 | да | по прототипу* |
| * По способу-прототипу скорость охлаждения поверхности полосы в чистовых межклетевых промежутках стана не регламентировалась |
Способ производства рулонов горячекатаной полосы трубных марок стали, преимущественно, толщиной 16,1-18,7 мм с содержанием углерода 0,12-0,14%, включающий нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана с охлаждением в межклетевых промежутках поверхности полосы водой, охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, отличающийся тем, что температуру конца прокатки для полос толщиной от 16,1 до 17 мм включительно устанавливают равной 770-810°С, для полос толщиной свыше 17,1 до 18,7 мм включительно равной 750-790°С, при этом в межклетевых промежутках чистовой группы стана регулируют интенсивность охлаждения поверхности полосы путем изменения скорости охлаждения, которую определяют из выражения:
при величине деформации в первых клетях чистовой группы
до 30% включительно V=2,2797(N)0,702,
при величине деформации в первых клетях чистовой группы более 30% V=1,0458(N)1,2262,
где V - скорость охлаждения поверхности полосы, град/с;
N - номер межклетевого промежутка чистовой группы стана.
