Способ прокатки сортовых профилей

Способ прокатки сортовых профилей

Реферат

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сортопрокатному производству, и может быть использовано на станах горячей прокатки стальных сортовых профилей.

Известен способ горячей прокатки сортовых профилей, включающий нагрев и многопроходное обжатие разогретой стальной заготовки в чугунных валках с калибрами с одновременной подачей на валки охлаждающей воды. В процессе прокатки происходит охлаждение полосы. Валки с калибрами выполнены из чугуна следующего химического состава, мас.%:

Углерод	2,5-3,7
Кремний	0,2-2,2
Марганец	0,2-1,5
Фосфор	не более 0,1
Сера	не более 0,08
Никель	0,8-4,5
Хром	0,5-5,0
Молибден	0,2-1,5
Железо	Остальное [1]

Недостатки указанного способа состоят в том, что в процессе прокатки под действием циклических температурных и силовых нагрузок происходит интенсивный износ калибров, имеющих различные окружные скорости по глубине. Это снижает стойкость валков и ухудшает качество прокатываемых сортовых профилей.

Известен также способ горячей прокатки сортовых профилей, включающий нагрев заготовки, ее многопроходное обжатие в чугунных валках с охлаждением калибров водой при снижении температуры заготовки по проходам. При этом валки выполнены из чугуна следующего состава, мас.%:

Углерод	2,8-4,0
Кремний	0,5-1,5
Марганец	0,5-1,0
Фосфор	не более 0,08
Сера	не более 0,06
Никель	3,0-5,0
Хром	1,0-3,0
Молибден	1,5-5,0
Железо	Остальное [2]

При таком способе прокатки имеет место интенсивный износ калибров валков вследствие термической усталости и истирания. По мере накопления износа происходит ухудшение качества сортовых профилей.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ прокатки сортовых профилей, включающий нагрев заготовки и многопроходное обжатие в чугунных валках с калибрами, с охлаждением калибров водой при снижении температуры заготовки по проходам. Валки типа СШХН-50 с калибрами выполнены из чугуна следующего химического состава, мас.%:

Углерод	3,5-3,8
Кремний	1,6-1,8
Марганец	0,5-0,6
Фосфор	не более 0,3
Сера	не более 0,02
Хром	0,2-0,5
Никель	0,8-1,4
Железо	Остальное [3]

Недостатки известного способа состоят в следующем. При прокатке непрерывно охлаждающейся заготовки в температурном интервале 1100-750°С калибры в очаге деформации подвергаются циклическому воздействию высоких температур, контактных давлений и фрикционному износу из-за пластического течения металла при его вытяжке и неравномерности окружных скоростей по глубине калибра. При выходе из очага деформации валки резко охлаждается водой. Это вызывает ускоренный износ калибров, образование трещин и отслоений. В результате снижается стойкость валка и качество прокатываемых сортовых профилей.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества сортовых профилей и стойкости валков.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе прокатки сортовых профилей, включающем нагрев заготовки и многопроходное обжатие в чугунных валках с калибрами, с охлаждением калибров водой и снижением температуры заготовки по проходам, согласно изобретению нагрев заготовки ведут до температуры 1150-1280°С, а проходы в температурном интервале 1100-750°С производят в валках, выполненных из чугуна следующего химического состава, мас.%

Углерод	2,8-3,8
Кремний	0,9-1,3
Марганец	0,4-0,7
Хром	0,1-0,4
Никель	2,5-4,5
Молибден	0,3-0,5
Ванадий	0,01-0,04
Сера	не более 0,10
Фосфор	не более 0,15
Железо	Остальное

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Качество сортовых профилей (точность размеров и формы, отсутствие поверхностных дефектов, стабильность размеров по длине) зависят от способности калибров чугунных валков противостоять износу. Валки из чугуна предложенного состава показали наилучшую стойкость против образования термических и усталостных трещин, фрикционного износа, окислительного износа, микросхватываний с металлом в очаге деформации при температуре заготовки в интервале Т_п=1100-750°С. Именно при этих температурах работают промежуточные и чистовые сортопрокатные клети, в которых полосы имеют увеличенную длину, а валки испытывают наибольшее количество циклов нагружения.

Эксперименты показали, что для того, чтобы обеспечить полную аустенитизацию стали перед прокаткой и провести промежуточные и чистовые проходы в интервале температур 1100-750°С, в котором валки из чугуна предложенного состава имеют наиболее высокую стойкость, заготовки следует нагревать до температуры 1150-1280°С. При таком нагреве обеспечивается формирование оптимальной микроструктуры и свойств сортовых профилей, их высокая точность. Уменьшение износа калибров из чугуна предложенного состава в температурном интервале прокатки Т_п=1100-750°С приводит к повышению качества сортовых профилей и стойкости валков.

При температуре нагрева стальных заготовок выше 1280°С происходит окисление границ зерен кристаллитов (пережог металла), что приводит к образованию поверхностных дефектов в виде трещин и разрывов. При температуре нагрева ниже 1150°С не обеспечивается заданная температура конца прокатки сортовых профилей, ухудшается их качество.

Прокатка в валках из чугуна предложенного состава при температуре выше 1100°С приводит к интенсивному их износу и образованию термических трещин. Это снижает качество сортовых профилей и стойкость валков. Снижение температуры металла менее 750°С ведет к потере его пластичности и увеличению прочности. Возрастают нагрузки на валки, увеличивается их износ, имеет место невыполнение формы профиля, что недопустимо.

При содержании в чугуне углерода менее 2,8% уменьшается степень его графитизации. Поскольку графит играет роль технологической смазки, уменьшение его количества увеличивает износ валков. Увеличение содержания углерода более 3,8% приводит к снижению прочностных свойств и образованию выкрошек в калибрах.

Кремний обеспечивает необходимую жидкотекучесть при отливке валка и повышает его упругие свойства. Снижение содержания кремния менее 0,9% ухудшает износостойкость валка, а увеличение сверх 1,3% охрупчивает чугун, ведет к образованию сколов.

Марганец раскисляет чугун, связывает примесную серу в сульфиды, повышает прочность и износостойкость металлической матрицы. Снижение содержания марганца менее 0,4% приводит к повышенному износу ручья валка, а увеличение более 0,7% способствует развитию термических трещин вглубь валка, снижает его стойкость.

Хром и никель введены в чугун для повышения термической и фрикционной стойкости валков. При содержании хрома менее 0,1% или никеля менее 2,5% снижается стойкость валков. Увеличение концентрации хрома более 0,4% или никеля более 4,5% переупрочняет металлическую матрицу, способствуют развитию термических трещин вглубь валков. Это снижает их стойкость.

Молибден и ванадий повышают механическую прочность валка, стойкость против износа. При снижении содержания в чугуне молибдена менее 0,3% или ванадия менее 0,01% валки имеют низкую твердость и износостойкость. Увеличение содержания молибдена более 0,5% или ванадия более 0,04% не приводит к дальнейшему повышению стойкости валков и качества сортовых профилей, а лишь увеличивает стоимость легирующих.

Сера является вредной примесью, она снижает жидкотекучесть чугуна при отливке и ухудшает вязкостные свойства литого валка, поэтому его содержание ограничено величиной 0,10%, при которой отрицательное влияние серы проявляется слабо. При содержании серы в чугуне более 0,10% валок характеризуется неравномерными свойствами и низкой трещинностойкостью.

Фосфор является элементом, оказывающим при концентрации не более 0,15% благоприятное влияние на литейные свойства чугуна. Участки фосфидной эвтектики увеличивают твердость и износостойкость валка. Однако увеличение содержания фосфора более 0,15% способствует развитию термических трещин на валках.

Примеры реализации способа

В табл.1 приведены составы чугунов, из которых изготовлены валки мелкосортного стана 250.

Для прокатки сортовых профилей на мелкосортном стане 250 в 5-промежуточных клетях (проходы №7-11) предчистовом (проход №12) и чистовом (проход №13) используют чугунные валки с диаметром бочки 305 мм и с химическим составом №3 (табл.1).

Непрерывно литые заготовки квадратного сечения 100×100 мм из стали марки 45 нагревают в методических печах с газовым отоплением до температуры аустенитизации Т_а=1215°С и осуществляют их горячую прокатку за 6 проходов в черновой группе клетей в полосу прямоугольного сечения. В процессе прокатки полоса непрерывно остывает и к 7-му промежуточному проходу температура снижается до величины Т_нп=1100°С. В промежуточных проходах №7-11 полосу обжимают в валках с калибрами по системе "овал-ребровой овал". В предчистовом проходе №12 полосу обжимают в овал, а в чистовом проходе №13 полосу обжимают в круг с конечным диаметром 30 мм. Температура полосы в чистовом проходе составляет Т_кп=750°С. В процессе прокатки на валки всех клетей подают охлаждающую воду. Благодаря оптимальной температуре нагрева заготовок Т_а=1215°С обеспечивается формирование высокого качества проката, а также прокатка полос в проходах №7-13, в которых используются валки из чугуна состава №2, в заданном температурном диапазоне от Т_нп=1100°С до Т_кп=750°С (Т_п=1100-750°С). Поскольку валки из чугуна предложенного состава №2 в температурном диапазоне Т_п=1100-750°С эффективно противостоят износу, достигается повышение качества сортовых профилей и стойкости валков. Выход кондиционной продукции составляет Q=99,1% при удельном расходе валков К=0,16 кг/т (кг на тонну проката).

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в табл.2.

Таблица 2Режимы прокатки сортовых профилей и показатели их эффективности
№ варианта	№ состава	Та, °С	Тп, °С	Q, %	К, кг/т
1	5	1100	740	85,7	0,29
2	2	1150	750	98,9	0,18
3	3	1215	925	99,1	0,16
4	4	1280	1100	98,7	0,17
5	1	1290	1110	86,3	0,32
6 (прототип)	6	1200	800	86,9	0,34

Из данных, приведенных в табл.1 и табл.2, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение качества сортовых профилей и стойкости валков. В этих случаях удельный расход валков минимальный при максимальном выходе кондиционного проката. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также при реализации способа-прототипа (вариант №6) имеет место снижение качества сортовых профилей и стойкости валков.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что одновременная оптимизация температуры нагрева заготовок, температуры металла в процессе прокатки и состава чугуна валков обеспечивает наиболее высокую стойкость валков сортопрокатного стана. Уменьшение износа валков благоприятно сказывается на качественных показателях сортовых профилей: точности размеров и качестве поверхности. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства сортового проката на 5-7%.

Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:

1. Заявка Японии №63174706, МПК В 21 В 27/02, В 21 В 27/00, 1988 г.

2. Заявка Японии №62-160702, МПК В 21 В 27/00, С 22 С 37/00, 1989 г.

3. Н.А.Будагьянц, В.ЕКарсский. Литые прокатные валки. М., Металлургия, 1983 г., с.16-21, 56-61 - прототип.

Способ прокатки сортовых профилей, включающий нагрев заготовки и многопроходное обжатие в чугунных валках с калибрами с охлаждением калибров водой и снижением температуры заготовки по проходам, отличающийся тем, что нагрев заготовки ведут до температуры 1150-1280°С, причем проходы в температурном интервале 1100-750°С производят в валках, выполненных из чугуна следующего химического состава, мас.%:

Углерод	2,8-3,8
Кремний	0,9-1,3
Марганец	0,4-0,7
Хром	0,1-0,4
Никель	2,5-4,5
Молибден	0,3-0,5
Ванадий	0,01-0,04
Сера	Не более 0,10
Фосфор	Не более 0,15
Железо	Остальное