Контролируемая прокатка на НШПС

Подавляющее количество горячекатаного листа производится из низкоуглеродистых и низколегированных (малоперлитных) марок стали. Большинство из них реализуют свои максимальные эксплуатационные свойства только после контролируемых режимов прокатки и охлаждения.

Значительные усовершенствования конструкции НШПС, оснащение их мощными моталками, усовершенствование системы подачи воды на промежуточном рольганге, в межклетевом пространстве и на душирующей установке позволили приступить к прокатке высокопрочных сталей, в том числе для газопроводных труб большого диаметра. В России и за рубежом для таких сталей используют также режимы контролируемой прокатки.

ТМО получила особенно широкое распространение в Японии. Существуют две разновидности ТМО: в линии широкополосного стана и вне ее. После ТМО горячекатаная полоса толщиной менее 1,5 мм практически не уступает по механическим свойствам холоднокатаному листу, предназначенному для штамповки и глубокой вытяжки. После снятия окалины такие листы могут заменить значительное количество дорогого холоднокатаного листа. Толстые листы (более 6 мм), полученные на ШПС с применением режимов ТМО, имеют пониженную стоимость, более высокое качество поверхности и обеспечивают более высокую производительность по сравнению с листами, полученными по традиционной технологии на толстолистовом стане.

Японская фирма Nippon Kokan предложила добавить в линию стана после чистовых моталок оборудование для ТМО. Оно включает разматыватель рулонов, установку для механической очистки поверхности листа от окалины, проходную печь с безокислительной атмосферой для нагрева листа до 600— 1000 °С, 4-валковый стан горячей прокатки, установку для регулируемого охлаждения со скоростью до 40 °С/с, роликовую правильную машину, установку для охлаждения до температур ниже 500 °С, дрессировочный стан и моталку — в сущности, дополнительный дорогостоящий прокатный комплекс. После прокатки в чистовой группе основных клетей температура конца прокатки 910 °С и после смотки 600 °С. В дополнительных клетях возможна теплая прокатка листа при 600 °С с последующим рекристаллизационным отжигом при 850 °С в течение 5 мин и режимным охлаждением ниже 500 °С. Для сталей типа 09Г2СФБ на дополнительном оборудовании можно применять самые разнообразные режимы контролируемой прокатки (например, температура конца прокатки в чистовых клетях 900 °С, прокатка в дополнительных клетях с обжатием не менее 40 % при температуре 730 °С с последующим режимным охлаждением).

Лабораторные исследования, проведенные в России (в МИСиС и др.), показывают, что теплая прокатка при температуре 400 °С с обжатиями 40 % и выше значительно повышает механические свойства сталей типа 08кп и 08Ю, а после отжига такого листа штампуемость выше, чем у холоднокатаного листа.

Фирма Sumitomo (Япония) предложила процесс, совмещающий контролируемую прокатку с последующей термической обработкой листа. Для малоперлитных сталей осуществляется первая горячая прокатка на промежуточный размер, затем ускоренное охлаждение до температур ниже 500 °С, после чего следует повторный нагрев до температуры Яс3 + (30-50) °С и прокатка на заданный размер при окончании прокатки в двухфазной области с последующим охлаждением на воздухе. При такой обработке реализуются четыре эффекта: измельчение зерна, дисперсионное упрочнение, наклеп и упрочнение за счет фазовых превращений. Первый из них способствует получению высокой вязкости, остальные три используются для упрочнения стали. Листовая сталь, %: С 0,06, Si 0,26, Мп 1,46, Nb 0,03, V 0,08, обработанная по данной технологии, помимо высокой вязкости при низких температурах, обладает повышенной однородностью свойств, высокой свариваемостью и достаточно дешева.

Малоперлитные стали типа 09Г2СФ, 08Г2СФБ, 10Г2Ф и др. используются и в России, в основном для производства груб, работающих в северных широтах. Для спиралешовных груб диаметром 1420 мм производят лист повышенной вязкости и хладостойкое™ на станах 2000 НЛМК и ЧерМК из стали 09Г2СФ. Рекомендуется температура конца прокатки 850—820 °С и температура смотки 550—580 °С. Однако при таких режимах увеличивается расход энергии на 30 % и падает производительность на 15—30 %, а также ухудшаются показатели по планшетности листа по сравнению с обычными режимами прокатки.

На ОАО “Северсталь” разработана технология контролируемой прокатки трубных сталей класса прочности К60. Рассмотрим ее подробнее.

Современная металлургическая концепция производства высокопрочных хладостойких трубных сталей сводится к снижению содержания углерода, дополнительному легированию хромом, никелем, медью и молибденом, а также к микролегированию ванадием и ниобием. Снижение углерода до 0,04—0,07 % улучшает свариваемость и формуемость труб, обеспечивает повышение ударной вязкости, уменьшает нагрузки на оборудование. Но при уменьшении углерода прочность стали снижается, поэтому ее необходимо повысить за счет легирования элементами Сг—N1—Си. При этом также повышается устойчивость аустенита, и при его распаде (охлаждении) образуется ферритно-бейнитная структура вместо ферритно-перлитной (рис. 16.9). Легирование ниобием расширяет диапазон контролируемой прокатки, повышая температуру начала рекристаллизации. После смотки рулона выпадают мелкодисперсные частицы кар- бонигридов ниобия, упрочняющие зерна и их границы.

Таким образом, контролируемая прокатка трубных сталей на НШПС представляет сочетание следующих операций:

Нагрев до максимальных температур 1220—1250 °С для полного растворения карбонитридов микролегирующих элементов, которые полностью будут использованы после их выпадения в процессе смотки.

Черновая прокатка аустенита с большими обжатиями, в результате чего измельчается зерно аустенита. Наличие N6 в количестве 0,06—0,08 % повышает температуру торможения рекристаллизации Тр до 1020-1040 °С, поэтому тем-

Термокинетическая диаграмма распада аустенита после деформации стали, %

Рис. 16.9. Термокинетическая диаграмма распада аустенита после деформации стали, %: С 0,6, Мп 1,6, Мо 0,2, N1)0,07

пература конца черновой прокатки должна быть не ниже этих температур. Торможение рекристаллизации осуществляется также другими элементами, находящимися в твердом растворе (Т1, Мо, V). Основная цель черновой прокатки — заложить основу мелкозернистой равномерной структуры и обеспечить полную рекристаллизацию металла.

Чистовая прокатка должна обеспечить такую структуру. Здесь при сравнительно низких температурах — близких к Гр- необходимо обеспечить высокую степень деформации (> 70 %) нерекрисгаллизованного аустенита. При этом зерна аустенита приобретают оладьеобразную форму и имеют полосы деформации в зернах, что позволяет получить большое число центров зарождения зерен феррита. При высокой скорости прокатки, характерной для НШПС, карбонитриды полностью сохраняются в аустените в виде раствора, что играет важную роль в торможении рекристаллизации аустенита. При хорошей проработке нерекристаллизованного аустенита образуется много центров новой фазы и, как следствие, обеспечивается высокая ударная вязкость при низких температурах и возрастает доля волокнистой составляющей на образцах при испытании падающим грузом (ИПГ или 0ТТ). Но при низкой температуре начала прокатки в чистовых клетях из раствора частично выделяются карбонитриды N6, что снижает их эффективность при смотке. Температура конца прокатки во всех случаях должна быть в аустенитной области для обеспечения равномерности механических свойств по длине и ширине листа.

Операции душирования и смотки играют решающую роль при формировании конечных свойств металла. Правильный выбор температуры конца прокатки Гкп, температуры начала душирования, режима душирования и температуры смотки Тш, а также график распределения Тш по длине полосы в рулоне позволяют добиться требуемой задержки начала превращения и образования мелкозернистого бейнита и феррита. Такая структура вместе с дисперсионным упрочнением карбонитридами N6 обеспечивает высокую прочность и пластичность стали. Увеличение скорости охлаждения на отводящем рольганге способствует измельчению зерна, повышению прочности и вязкости стали. Путем изменения Тш можно получать самую разную конечную структуру металла — ферритно-перлитную, ферритно-перлитно-бейнитную или ферригно-бейнит- ную — в соответствии с термокинетической диаграммой (см. рис. 16.9).

Размер карбонитридных выделений V и N6 влияет на свойства стали. Оптимальный размер выделений составляет 2—5 нм, они получаются при Тш 500— 600 °С. При более высоких температурах происходит огрубление и уменьшение дисперсности частиц. При более низких температурах процесс их выделения затормаживается. В обоих случаях прочность стали снижается. Для стали класса К60 выбрана Гсм = 530—580 °С. Конкретная температура назначается в зависимости от класса прочности, толщины полосы и температурных границ фазовых превращений. Максимальные значения прочностных характеристик были достигнуты на стали с 0,22 % Мо и имевшей структуру игольчатого феррита. Введение 0,2 % N1 (при низкой температуре задачи полосы в чистовые клети) обеспечивает высокую ударную вязкость и высокую хладостойкость (на образцах КО/ при Т= —20 °С доля вязкой составляющей при ИПГ составляет 100 %). Добавление 0,2 % Сг увеличивает долю бейнита, устраняет площадку текучести и уменьшает отношение а02/ств, что важно для штампуемых сталей.

Сильное измельчение зерна имеет один недостаток — приводит к увеличению отношения о02в. Этого можно не допустить при мягкой ферритной фазе за счет расширения прочной бейнитной области на термокинетической диаграмме — путем легирования стали элементами Сг + N4 + Си в количестве до 0,6 % (суммарно), Мо в количестве 0,2—0,3 % и повышением содержания N6.

На НЛМЗ методом планируемого эксперимента выбрали оптимальные температуры конца прокатки и смотки для получения максимальных прочностных характеристик листов разной толщины из стали 09Г2С при высоком уровне пластичности. На стане 2000 ЧерМК проведена опытная прокатка ряда низколегированных марок стали по различным технологическим вариантам в целях изучения вклада каждого из технологических параметров в формирование прочности, пластичности и вязкости. Установлено, что наиболее высоким уровнем ударной вязкости и низким порогом хладноломкости обладают малоперлитные стали с ниобием и ванадием типа 08Г2Б и 08Г2ФБ. Снижение температуры конца прокатки с 870 до 760 °С повышает предел текучести на 60—80 МПа, а порог хладноломкости смещает на 40—50 °С в сторону минусовых температур при том же уровне ударной вязкости. Снижение температуры конца прокатки приводит к общему измельчению ферритного зерна и уменьшению перлитной полосчатости. Увеличение суммарной степени деформации в последних клетях стана с 25 до 40 % при температурах около 800 °С увеличивает предел текучести на 20—30 МПа и снижает критическую температуру хрупкости на 20—25 °С. Понижение температуры смотки с 670 до 550 °С вызывает повышение предела текучести стали 08Г2ФБ до 600 МПа при высоком уровне ударной вязкости (0,15—0,20 МДж/м2). При этом вместо грубопластинчатого перлита наблюдается активно протекающий процесс дробления цементитных пластин, и сам перлит более дисперсен. Кроме того, идет интенсивное выделение дисперсных карбонитридных фаз ниобия и ванадия.

В то же время выявлено, что существующее оборудование широкополосных станов не позволяет в полной мере использовать возможности контролируемой прокатки. Прочность и жесткость клетей и мощности привода не дают возможности применять большие обжатия при низких температурах.

В этом плане заслуживает внимания последний непрерывный широкополосный стан 2000 конструкции НКМЗ, установленный на ММК в начале 2000-х гг. Стан является одним из важных объектов плана глубокой реконструкции комбината, затрагивающей кислородно-конвертерное производство и листовой комплекс, включающий станы горячей прокатки 2000 и 2500 и цех холодной прокатки со станом 2000.

По схеме расположения оборудования НШПС 2000 горячей прокатки выполнен точно таким же, как и его предшествующий аналог — стан 2000 ЧерМК. Но стан ММК содержит в черновой группе дополнительную отдельно стоящую клеть кварто, имеющую вертикальные валки. Кроме того, значительно усовершенствованы конструктивные параметры клетей и технология прокатки. Это позволило повысить обжатия в черновой группе, использовать слябы большей толщины, увеличить разнообразие прокатываемых марок стали, в том числе за счет труднодеформируемых и высокопрочных. После черновой группы клетей имеется шлеппер, по которому стан может выпускать из черновой группы клетей товарный толстый лист толщиной 40—100 мм. На нем можно применять более гибкие и разнообразные технологические схемы прокатки тонкого листа, оптимизировать деформационные и температурно-скоростные параметры прокатки. Стан предназначен для проведения контролируемых режимов прокатки, обеспечивая температуру конца прокатки в пределах 830— 900 °С и температуру смотки 500—650 °С. Стан снабжен экранами и охлаждающей установкой на промежуточном рольганге. Он производит горячекатаные листы толщиной 1,2—16,0 мм и шириной до 1850 мм с повышенной точностью. Продольная разнотолщинность ограничена пределами 0,05—0,07 мм, поперечная — 0,03—0,05 мм, разноширинность — не более ±6 мм на 95 % длины и неплоскостносгь — не более 5 мм/м.

Интересен также спроектированный (но не построенный) стан, представленный на рис. 16.10, предназначенный специально для контролируемой прокатки (проект НПО “Черметавтоматика”). Стан предназначен для прокатки толстого листа 6—30 мм. Чистовая группа клетей разбита на две подгруппы,

Схема чистовой группы клетей ШПСдля прокатки толстого листа по режимам контролируемой прокатки

Рис. 16.10. Схема чистовой группы клетей ШПСдля прокатки толстого листа по режимам контролируемой прокатки:

  • 1— летучие ножницы для обрезки концов листов толщиной 6—12 мм;
  • 2— чистовой окалиноломатель; 3 — чистовые клети; 4— удлиненный рольганг с охлаждающим устройством; 5— летучие ножницы для обрезки концов

листов толщиной 12—30 мм; 6— пирометр

разделенные удлиненным межклетевым промежутком с устройством для регулирования скорости охлаждения металла. Толщина раската на этом участке в два-три раза меньше, чем на промежуточном рольганге обычного стана, поэтому охлаждение по сечению будет равномернее, скорость процесса увеличивается. Мощные клети позволяют осуществлять значительную деформацию при пониженных температурах, что способствует получению мелкозернистой структуры, высоких механических и вязких свойств при отрицательных температурах.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >