Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты

Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты

Реферат

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к технологии прокатки и термической обработки металлов, и может быть использовано при производстве высокопрочной холоднокатаной полосы из углеродистой стали в нагартованном состоянии толщиной 0,8-1,0 мм и массой 17-26 т для получения упаковочной ленты.

Упаковочная лента должна отвечать следующему комплексу свойств (табл.1):

Таблица 1
Механические свойства стальной упаковочной ленты
σв, Н/мм2	δ100, %
Не менее 960	не менее 4

Известен 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°С, горячую прокатку завершают при температуре 820-880°С, охлаждение полосы ведут до температуры 550-590°С, 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 [1]

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемые свойства для упаковочной ленты в части относительного удлинения.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ обработки полосы из низкоуглеродистой стали, включающий горячую прокатку, смотку полосы, травление, холодную прокатку и отжиг, согласно которому горячую прокатку заканчивают при температуре 840-860°С, смотку полосы осуществляют при 550-650°С, а холодную прокатку производят с обжатием 25-50% с последующим отжигом при 350-450°С [2].

Предлагаемый способ обработки полосы используется для низкоуглеродистой стали марок 08кп-3кп (пс).

Недостаток известного способа состоит в том, что при его использовании для производства упаковочной ленты они имеют низкий комплекс механических свойств, особенно в части показателя предела прочности, 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 толщиной 0,8-1,0 мм и массой 17-26 т, включающем горячую прокатку полос из стали, их смотку в рулоны, травление, холодную прокатку и термическую обработку, согласно изобретению температуру горячей прокатки и смотки поддерживают в диапазонах 830-870°С и 470-540°С соответственно, термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаных полос до температуры 370-440°С и выдержкой при этой температуре в течение времени τ=(m+h)/K, где m - масса максимального рулона в стопе, т, h - толщина полосы, мм, К=0,80-1,10 - эмпирический коэффициент, полученный опытным путем.

Кроме того, сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод	0,10-0,18
Кремний	0,30-0,80
Марганец	1,10-1,80
Алюминий	не более 0,06
Хром	не более 0,06
Фосфор	не более 0,020
Сера	не более 0,015
Азот	не более 0,01
Железо и неизбежные примеси	остальное

Сущность изобретения состоит в следующем.

При регламентированных параметрах горячей прокатки (температурах конца прокатки Т_кп=830-870°С и смотки Т_см=470-540°С) обеспечивается формирование оптимальных структурных составляющих фаз для получения высоких прочностных и пластических свойств. В результате полосовая сталь имеет высокую однородность структуры, зерно характеризуется мелким размером. Окончание горячей прокатки полос при температуре ниже 830°С, в двухфазной области, приводит к значительной разнозернистости структуры, что влечет за собой нестабильность механических свойств в горячекатаном, а затем и в холоднокатаном состоянии. Повышение температуры конца горячей прокатки свыше 870°С приводит к укрупнению зерна и понижению прочностных свойств горячекатаной стали. Смотка полос ниже 470°С очень сильно повышает прочность стали, однако значительно снижает пластичность. При температуре смотки выше 540°С пластичность стали повышается, однако это приводит к снижению ее прочности ниже допустимого уровня.

Термическая обработка стали при температурах 370-440°С, производимая после холодной прокатки, позволяет повысить пластические свойства стали, сохраняя при этом прочностные свойства на требуемом уровне. При температуре более 440°С идет резкое снижение прочностных свойств. При температуре ниже 370°С для получения оптимальной пластичности требуется более длительная выдержка металла, что влечет за собой больший расход энергии.

Для достижения удовлетворительного уровня пластичности стали необходима оптимальная выдержка металла при 370-440°С.

Экспериментально установлено, что если время выдержки при термической обработке менее рассчитанного по формуле τ=(m+h)/K, то пластичность не возрастает до требуемого уровня, нет выравнивания свойств. Увеличение времени выдержки свыше рассчитанного по формуле τ=(m+h)/K приводит к снижению прочностных свойств готовой ленты и выхода годного, увеличению затрат на производство. Также установлено, что значение коэффициента К зависит от массы рулона.

Углерод в предложенной стали является основным упрочняющим элементом. При содержании углерода менее 0,10% прочностные свойства холоднокатаной стали ниже допустимого уровня. Увеличение концентрации углерода сверх 0,18% приводит к увеличению прочностных характеристик нагартованной ленты, но при этом сильно снижается пластичность металла.

Кремний раскисляет и упрочняет сталь. Снижение содержания кремния менее 0,3% приводит к снижению прочностных свойств полосы. Увеличение содержания этого элемента более 0,80% приводит к потере пластичности и вязкости.

Марганец оказывает упрочняющее действие. При содержании марганца менее 1,1% прочностные свойства и твердость ниже допустимого уровня, а увеличение его содержания более 1,8% резко понижает показатель пластичности.

Фосфор и сера являются вредными примесями, и их содержание должно быть сведено к минимуму. При содержании фосфора более 0,02% повышается прочность и вызывается охрупчивание стали. Вместе с этим сильно снижается удлинение. Сера практически не влияет на прочность, но при содержании серы более 0,015% уменьшает пластичность. Общая пластичность понижается частицами MnS. Снижение общей пластичности проходит экспоненциально с увеличением объемной доли частиц второй фазы MnS.

Алюминий введен для раскисления стали и связывания азота в нитриды. Нитриды алюминия упрочняют холоднокатаную сталь. Увеличение содержания алюминия более 0,06% способствует графитизации стали, падению ее прочностных свойств и твердости.

Хром упрочняет сталь, но при концентрации более 0,06% имеет место падение пластичности нагартованной полосы ниже допустимого уровня.

Азот упрочняет сталь, но если его количество превышает 0,01%, сталь становится склонной к разрушению, уменьшается выход годной полосы.

Пример реализации способа. Производство холоднокатаных рулонов массой от 18 до 20 т, толщиной 1,0 мм, шириной 1000 мм.

В кислородном конвертере выплавили 6 опытных плавок стали, химический состав которых приведен в таблице 2:

Таблица 2
Химический состав сталей (ковшевая проба)
№ состава	Содержание химических элементов, мас.%
С	Si	Mn	Al	Р	S	Cr	N	Fe и неизбежные примеси
1	0,080	0,23	1,10	0,030	0,014	0,005	0,55	0,006	Остальное
2	0,120	0,35	1,18	0,034	0,010	0,004	0,03	0,006	-:-
3	0,150	0,55	1,43	0,040	0,015	0,008	0,04	0,007	-:-
4	0,165	0,65	1,67	0,055	0,017	0,013	0,05	0,008	-:-
5	0,148	0,45	1.39	0,030	0,020	0,004	0,045	0,007	-:-
6	0,150	0,12	0,50	не регл.	0,010	0,020	0,10	0,006	-:-

Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы толщиной 250 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи с шагающими балками и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,9 мм. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой и сматывали в рулон. Охлажденные рулоны подвергали соляно-кислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-ти клетевом стане до конечной толщины 1 мм. Холоднокатаные рулоны подвергали термической обработке в колпаковых печах. После всех операций отбирали пробы и проводили испытания для определения механических свойств проката. Холоднокатаные полосы в виде рулонов, механические свойства которых удовлетворяют требованиям, приведенным в табл.1, отгружали потребителям для дальнейшей переработки (резке, пассивации, покрытию и др.). Благодаря применению данной технологии обеспечивается увеличение выхода годного до Q=100%.

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

Таблица 3
Режимы производства и их эффективность
		Режимы производства	Механические свойства
№ состава	m, т	К	Ткп, °C	Тсм, °C	Тотж, °C	τ, час	σв, H/мм2	δ100, %	Q, %
1	18	0,83	830	470	420	23	877	5	-
2	18	0,83	830	470	370	23	1011	7	100
3	20	0,91	850	500	400	23	1000	8	100
4	20	0,91	870	540	430	23	1000	6	100
5	18	0,61	850	500	387	31	890	9	-
6 (прототип)	20		845	555	390	23	650	17	-

Из данных, приведенных в таблице 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 [2] (вариант №6) из-за низкого комплекса механических свойств холоднокатаный прокат для производства готовой упаковочной ленты получить не удалось.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что за счет одновременной оптимизации режимов горячей прокатки и термической обработки достигается повышение комплекса механических свойств стали в холоднокатаном отожженном состоянии.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2203965, МПК C21D 8/02, С22С 38/04, 2003 г.

2. Авторское свидетельство СССР №995925, МПК В21В 3/00, 1981 г.

1. Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты толщиной 0,8-1,0 мм и массой рулона 17-26 т, включающий горячую прокатку, смотку полосы в рулоны, травление, холодную прокатку и термическую обработку, отличающийся тем, что горячую прокатку заканчивают при температуре 830-870°С, смотку полосы осуществляют при температуре 470-540°С, термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаного проката до температуры 370-440°С и выдержкой при этой температуре в течение времени τ=(m+h)/K,где m - масса максимального рулона в стопе, т;h - толщина полосы, мм;К=0,80-1,10 - эмпирический коэффициент, полученный опытным путем.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую, мас.%:

Углерод	0,10-0,18
Кремний	0,30-0,80
Марганец	1,10-1,80
Алюминий	не более 0,06
Хром	не более 0,06
Фосфор	не более 0,020
Сера	не более 0,015
Азот	не более 0,01
Железо и неизбежные примеси	остальное