Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты

Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты

Реферат

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при получении упаковочной ленты, используемой для автоматизированной обвязки грузов.

Упаковочная лента, используемая для автоматизированной обвязки грузов, должна отвечать следующему комплексу свойств (табл.1):

Таблица 1
Механические свойства стальной упаковочной ленты для автоматизированной обвязки грузов
σв, Н/мм2	σт, Н/мм2	δ4, %	НВ, ед.	N, раз
800-950	730-790	не менее 6	не мене 110	не менее 5
Примечание: N - число гибов с перегибом без разрушения образца

Известен способ производства холоднокатаной стальной полосы, включающий нагрев сляба до температуры аустенитизации, горячую прокатку с температурой конца прокатки 850-900°C, охлаждение до температуры 550-750°C и смотку в рулон. Горячекатаную стальную полосу подвергают травлению и холодной прокатке с суммарным относительным обжатием 42-75%. При этом сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод	не более 0,10
Марганец	0,25-0,45
Кремний	0,03
Фосфор	не более 0,025
Сера	не более 0,03
Никель	не более 0,10
Медь	не более 0,15
Хром	не более 0,10
Железо	остальное [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что он не обеспечивает получения комплекса механических свойств, требуемого для упаковочной ленты.

Известен также способ производства холоднокатаной полосы из углеродистой стали, включающий нагрев сляба, горячую прокатку, охлаждение и смотку полосы в рулон, травление и холодную прокатку, согласно которому сляб нагревают до температуры 1260-1320°C, горячую прокатку завершают при температуре 820-880°C, охлаждение полосы ведут до температуры 550-590°C, а холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 60-73%. Кроме того, сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод	0,30-0,45
Кремний	0,01-0,05
Марганец	0,85-1,35
Алюминий	0,01-0,04
Хром	не более 0,10
Никель	не более 0,05
Медь	не более 0,10
Молибден	не более 0,05
Сера	не более 0,020
Фосфор	не более 0,020
Железо	остальное [2].

Недостатки данного способа состоят в том, что комплекс механических свойств холоднокатаной полосы не отвечает требованиям, предъявляемым к упаковочной ленте для автоматизированной обвязки грузов.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ изготовления холоднокатаной ленты преимущественно толщиной 0,5-0,6 мм из низкоуглеродистой стали, включающий горячую прокатку полос, их смотку, травление, холодную прокатку и последующий ступенчатый рекристаллизационный отжиг, согласно которому производят предварительную термообработку горячекатаного травленого подката при температуре 560-590°C в течение 9-11 ч, холодную прокатку ведут с суммарным относительным обжатием 72-76%, при этом сталь содержит, мас.%:

Углерод	0,13-0,17
Марганец	0,4-0,7 [3].

Недостатки известного способа состоят в том, что при его использовании для производства упаковочной ленты для автоматизированной обвязки грузов ленты имеют низкий комплекс механических свойств, особенно в части показателя относительного удлинения, что уменьшает выход годного.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении выхода годного за счет повышения комплекса механических свойств.

Для решения технической задачи в известном способе производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты, включающем горячую прокатку полос из стали, их смотку, травление, холодную прокатку, термическую обработку или без нее, согласно изобретению горячую прокатку ведут с суммарным относительным обжатием не менее 70%, температуры конца прокатки и смотки поддерживают в диапазонах 790-870°C и 540-620°C соответственно, холодную прокатку ведут с суммарным относительным обжатием 55-80%, при этом сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод	0,12-0,20
Кремний	0,08-0,30
Марганец	0,25-0,65
Алюминий	0,01-0,05
Хром	не более 0,08
Никель	не более 0,08
Медь	не более 0,08
Азот	не более 0,010
Железо	Остальное.

Кроме того, в варианте реализации способа осуществляют термическую обработку путем нагрева холоднокатаных полос до температуры 360-450°C и выдержки при этой температуре в течение 10-30 ч.

Сущность изобретения состоит в следующем. Сочетание предложенного химического состава стали при регламентированных параметрах горячей прокатки (суммарном относительном обжатии ε_гп не менее 70%, температурах конца прокатки Т_кп=790-870°C и смотки Т_см=540-620°C) обеспечивает формирование пластичной металлической матрицы горячекатаной стали с 8 номером балла микроструктуры. Это позволяет исключить необходимость дополнительной термообработки горячекатаных полос, что приходится делать в известном способе [3], а также выровнять их механические свойства.

Последующая холодная прокатка с нарастанием суммарного относительного обжатия полос сопровождается по мере наклепа (деформационного упрочнения) ростом прочностных характеристик σ_в, σ_т и твердости НВ до требуемых значений при монотонном снижении показателей δ₄ и N. Поскольку металлическая матрица после горячей прокатки имеет повышенную технологическую пластичность, ее ресурс не исчерпывается полностью в процессе холодной прокатки с суммарным относительным обжатием ε_хп=55-80%. В результате показатель пластичности δ₄ остается выше 6%, а допустимое число гибов с перегибом N>5. Таким образом, после холодной прокатки все механические свойства стальной упаковочной ленты соответствуют предъявляемым требованиям (табл.1).

В варианте реализации предложенного способа, когда из-за неблагоприятного сочетания концентраций химических элементов в стали, наличии примесных серы и фосфора, а также предельных режимов горячей и холодной прокатки, появляется разброс механических свойств, то для увеличения выхода годного целесообразно проводить термическую обработку холоднокатаных полос путем нагрева до 360-450°C и выдержки при этой температуре в течение 10-30 ч. Это дополнительно улучшает уровень и стабильность механических свойств лент, увеличивает выход годного и в целом способствует снижению производственных издержек.

Углерод в предложенной стали является основным упрочняющим элементом. При содержании углерода менее 0,12% прочностные свойства холоднокатаной стали ниже допустимого уровня. Увеличение концентрации углерода сверх 0,20% приводит к росту прочностных свойств нагартованной ленты выше допустимых значений.

Кремний раскисляет и упрочняет сталь. Снижение содержания кремния менее 0,08% увеличивает окисленность стали, ухудшается комплекс ее механических свойств. Увеличение содержания этого элемента более 0,30% приводит к потере пластичности, увеличению количества неметаллических включений, снижению показателя N.

Марганец оказывает упрочняющее, раскисляющее и десульфурирующее действие. При содержании марганца менее 0,25% прочностные свойства и твердость ниже допустимого уровня, а увеличение его содержания более 0,65% понижает показатель пластичности.

Алюминий введен для раскисления стали и связывания азота в нитриды. Нитриды алюминия упрочняют холоднокатаную сталь. При снижении содержания алюминия менее 0,01% сталь становится склонной к хрупкому разрушению при гибах с перегибом. Увеличение содержания алюминия более 0,05% способствует графитизации стали, падению ее прочностных свойств и твердости.

Хром, никель и медь упрочняют сталь, но при их концентрации более 0,08% каждого имеет место потеря пластичности, показатель σ_т в результате холодной прокатки превышает заданное значение и приближается к σ_в, что недопустимо.

Азот упрочняет сталь, но если его количество превышает 0,010%, сталь становится склонной к разрушению при испытании на гиб с перегибом, уменьшается выход годной ленты.

При горячей прокатке полос с суммарным относительным обжатием менее 70% в стали сохраняются крупные карбидные включения, что в дальнейшем не позволяет получить требуемое сочетание показателей прочности и пластичности в готовой упаковочной ленте.

Экспериментально установлено, что при температуре конца прокатки ниже 790°C сталь предложенного состава приобретает мелкозернистую структуру, склонную к интенсивному наклепу при холодной прокатке. Это снижает пластические свойства готовой ленты и выход годного. Увеличение температуры конца прокатки выше 870°C приводит к формированию разнозернистой микроструктуры, нестабильности механических свойств и снижению выхода годного.

Увеличение температуры смотки выше 620°C приводит к снижению запаса технологической пластичности, что не позволяет получить заданные повышенные значения δ₄ и N при высокой степени наклепа в готовых лентах. Уменьшение температуры смотки ниже 540°C приводит к росту прочностных свойств холоднокатаных лент выше допустимых значений.

При холодной прокатке с суммарным относительным обжатием менее 55% значения прочностных свойств и твердость лент нестабильны и не во всех случаях достигают нижнего допустимого значения. Это уменьшает выход годного. В то же время, при увеличении суммарного относительного обжатия более 80% увеличиваются прочностные свойства стали предложенного состава выше допустимых значений, а пластичность снижается.

Экспериментально установлено, что в случае термической обработки (отпуске) холоднокатаных полос при температуре ниже 360°C или времени выдержки менее 10 ч показатели δ₄ и N не возрастают до требуемого уровня, нет выравнивания свойств. Повышение этой температуры более 450°C или увеличение времени выдержки более 30 ч приводит к снижению прочности и твердости готовых лент, увеличению отбраковки металлопродукции и затрат на производство.

Примеры реализации способа

1. В кислородном конвертере производят выплавку сталей для упаковочной ленты следующих составов (табл.2):

Таблица 2
Химический состав сталей (ковшевая проба)
№ состава	Содержание химических элементов, мас.%
C	Si	Mn	Al	Cr	Ni	Cu	N	Fe
1.	0,11	0,07	0,24	0,009	0,02	0,01	0,02	0,008	Остальн.
2.	0,12	0,08	0,25	0,010	0,03	0,02	0,03	0,007	-:-
3.	0,16	0,19	0,45	0,030	0,05	0,06	0,04	0,006	-:-
4.	0,20	0,30	0,65	0,050	0,08	0,08	0,08	0,010	-:-
5.	0,21	0,40	0,70	0,060	0,09	0,10	0,09	0,012	-:-
6.	0,15	0,09	0,66	--	не регл.	не регл.	не регл.	не регл.	-:-

Выплавленные стали подвергают непрерывной разливке в слябы толщиной Н_сл=250 мм. Непрерывно литые слябы из стали с составом №3 нагревают до температура 1250°C и подвергают горячей прокатке на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной Н_гк=3,5 мм. Суммарное относительное обжатие при этом составляет:

ε г п = H с л − H г к H с л ⋅ 100 % = 250 − 3,5 250 ⋅ 100 % = 98,6 %

Температуру конца прокатки поддерживают равной Т_кп=830°C, охлаждают на отводящем рольганге водой до температуры Т_см=580°C, при которой сматывают в рулоны.

Горячекатаные полосы подвергают солянокислотному травлению для удаления окалины.

Травленые полосы подвергают холодной прокатке на непрерывном 5-клетевом стане 1700 в полосы конечной толщины Н_хк=0,8 мм с суммарным относительным обжатием, составляющем:

ε х п = H г к − H х к H г к ⋅ 100 % = 3,5 − 0,8 3,5 ⋅ 100 % = 77,1 % .

От холоднокатаных полос отбирают пробы и производят испытание их механических свойств. Холоднокатаные полосы в виде рулонов полной ширины или ленты шириной B=390 мм, механические свойства которых удовлетворяют требованиям, приведенным в табл.1, отгружают потребителям для дальнейшей переработки (резке, пассивации, покрытию и др.). Благодаря применению данной технологии обеспечивается увеличение выхода годного до Q=98,7%.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в табл.3.

Таблица 3
Режимы производства и их эффективность
№ п/п	Режимы производства	Механические свойства	Q, %
№ состава	εгп, %	Ткп, °C	Тсм, °C	εхп, %	σв, Н/мм2	σт, Н/мм2	δ4, %	НВ, ед.	N, раз
1.	5.	69,3	880	630	54	710	680	14	85	8	--
2.	2.	70,7	870	620	55	800	730	9	110	7	98,3
3.	3.	98,5	830	580	77,1	875	760	8	115	7	98,7
4.	4.	98,8	790	540	80	950	790	7	125	6	98,5
5.	1.	80,2	780	530	82	960	950	3	130	4	--
6.	6.	не регл.	875	625	74	795	720	3	98	4	--
Примечание: горячекатаные рулоны, произведенные по режиму 6, дополнительно термообрабатывали при температуре 580°C в течение 10 ч.

Из данных, приведенных в табл.3 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-№4) достигается увеличение выхода годного за счет повышения комплекса механических свойств.

В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также при реализации известного способа [3] (вариант 6) из-за низкого комплекса механических свойств холоднокатаный прокат для производства готовой упаковочной ленты для автоматизированной обвязки грузов получить не удалось.

2. Все те же операции, что и в примере 1, только после холодной прокатки рулоны нагартованной ленты из сталей с различным химическим составом загружают в муфельную садочную печь с газовым отоплением и производят их термическую обработку путем нагрева до температуры отпуска Т и выдержки при этой температуре в течение времени t (табл.4).

Таблица 4
Режимы термической обработки холоднокатаных полос и их эффективность
Режим термообраб.	Т, °C	t, ч	σв, Н/мм2	σт, Н/мм2	δ4, %	HB, ед.	N, раз	Q, %
1.	350	9	810	790	5-6	110	4-6	98,3
2.	360	10	950	765	9	135	8	100
3.	405	20	950	760	9	130	8	100
4.	450	30	940	760	9	130	8	100
5.	460	35	790	710	5-7	100	5-7	95,4

Из данных в табл.4 следует, что термическая обработка холоднокатаных полос по предложенному режиму путем нагрева до температуры Т=360-450°C и выдержки при этой температуре в течение t=10-30 час. (варианты №2-№4) приводит к увеличению выхода годного Q за счет повышения комплекса механических свойств. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5) уровень и стабильность механических свойств снижаются, что ведет к уменьшению выхода годного.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что за счет одновременной оптимизации химического состава стали, режимов горячей и холодной прокатки достигается повышение комплекса механических свойств стали в холоднокатаном состоянии. Благодаря этому увеличивается выход годной металлопродукции и снижаются затраты на производство нагартованной ленты. Дополнительная термическая обработка холоднокатаных полос при температуре 360-450°C в течение 10-30 час. позволяет снизить разброс механических свойств и увеличить пластичность нагартованной стали. Это дополнительно способствует увеличению выхода годного.

В качестве базового объекта при определении экономической эффективности предложенного способа выбрана известная технология [2]. Использование предложенного способа позволяет повысить рентабельность производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты на 15-20%.

Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:

1. С.С. Гусева и др. Непрерывная термическая обработка автолистовой стали. М., Металлургия, 1979 г., с.9-15.

2. Патент Российской Федерации №2203965, МПК C21D 8/02, C22C 38/04, 2003 г.

3. Патент Российской Федерации №2381844, МПК B21B 1/28, 2010 г.

1. Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты, включающий горячую прокатку полосы из стали, ее смотку, травление, холодную прокатку или холодную прокатку и термическую обработку, отличающийся тем, что горячую прокатку ведут с суммарным относительным обжатием не менее 70%, температуры конца прокатки и смотки поддерживают в диапазонах 790-870 и 540-620°C соответственно, холодную прокатку ведут с суммарным относительным обжатием 55-80%, при этом обрабатывают полосу из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,12-0,20
Кремний	0,08-0,30
Марганец	0,25-0,65
Алюминий	0,01-0,05
Хром	не более 0,08
Никель	не более 0,08
Медь	не более 0,08
Азот	не более 0,010
Железо	остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаной полосы до температуры 360-450°C и выдержки при этой температуре в течение 10-30 ч.