Спосіб і пристрій для одержання стрічки із сталі для легких конструкцій з високим вмістом марганцю

1. Спосіб одержання гарячекатаної стрічки (6) з добре деформівної в холодному стані, високоміцної аустенітної сталі для легких конструкцій з високим вмістом марганцю, алюмінію і кремнію, а також яка має TWIP-ефект, при цьому сталь для легких конструкцій розливають на машині (1) безперервного розливу в нескінченну заготовку (2), а потім розділяють на сляби (3), який відрізняється тим, що на послідовно здійснюваних етапах способу, сталь для легких конструкцій має заданий хімічний склад, мас. %: 15-27 марганцю, 1-6 алюмінію, 1-6 кремнію, 0,8 або менше вуглецю, і залишок залізо і неминучі домішки, 2 (19) 1 3 80237 4 ній печі (4) здійснювалась умова усереднення температури одержаних слябів (3), і потім, виключаючи проміжне охолоджування, розташовують про катний стан для піддавання сляба (3) прокатуванню. гарячому Винахід належить до способу і пристрою для одержання гарячекатаної стрічки з добре деформівної при холодному прокатуванні, високоміцної аустенітної сталі для легких конструкцій з підвищеним вмістом марганцю (Мn), алюмінію (Аl) і кремнію (Si), а також яка має TWIP-ефект (пластичність, викликана двійникуванням кристалічних гратів), при цьому сталь спочатку розливають на установці безперервного розливу в нескінченну заготовку, яку ділять на сляби і потім прокатують до кінцевої товщини. Аустенітні сталі для легких конструкцій, які мають TWIP-ефект і застосовуються для виготовлення, наприклад, корпусних елементів, корпусних елементів з елементами жорсткості, в тому числі кріогенних ємностей і трубопроводів, згідно з [документом ЕР 0889144 В1], мають наступний хімічний склад: 10-30% Мn, 1-6% Si, 1-8% Аl (при цьому сума Al+Si менше або дорівнює 12%), і залишок Fe. У документі DE 19900199 А1 описана високоміцна сталь для легких конструкцій, яка містить: 730% Мn, 1-10% Аl, 0,7-4% Si, £ 10% Сг, £ 10% Ni, £3% Си і £ 0,5% С, а також як необов'язкові легуючі елементи N, V, Nb, Ті, Р, при цьому сталь має високі механічні властивості і високу корозійну стійкість, а також стійкість до точкової корозії під напруженням. Таку сталь розливають методом безперервного розливу і потім піддають гарячому прокатуванню або безпосередньо розливають в тонку стрічку кінцевих розмірів. Виробництво сталі з високим вмістом марганцю завдяки цілому ряду причин розглядається в сьогоднішньому рівні техніки як складне або неможливе. Названими причинами є: знижена міцність кірки при твердінні заготовки, яка викликана сильною мікросегрегацією марганцю (небезпека прориву металу при Мп>15%), висока міцність при низьких температурах (перевантаження установок, проблема виникнення тріщин), взаємодія алюмінію, який міститься в сталі, з ливарним порошком (обмеження функції останнього), макросегрегація, засвоювання водню і/або кисню при розпилювальному водяному охолоджуванні, збільшена кількість неметалічних включень, збагачення легуючими елементами кромки стрічки, а також окислення по межах зерен при повторному нагріванні слябів в методичних печах. У публікації [Spitzer і ін. «Innovative Stahlprodukte Herausforderung fur die Prozessentwicklung», Konfernz-Einzelbericht: Barbara 2001, стор.71-84], зазначено, що сталі з підвищеним вмістом марганцю є більш складними для розливання. З одного боку, такі сталі при високих температурах після початку кристалізації мають низьку міцність, оскільки марганець, при високому вмісті, збагачує залишковий, незатверділий розплав і знижує температуру плавлення в міждендритних областях. За рахунок цього зрос тає схильність до прориву металу, що згідно з сьогоднішнім рівнем техніки робить неможливим безперервне розливання сталі із вмістом марганцю 15% і вище. З іншого боку, при низьких температурах сталі мають дуже високу міцність, так що при вигині заготовки виникає перевантаження обладнання і підвищується небезпека виникнення тріщин. Далі, при вмісті алюмінію декілька процентів, як є у вказаних сталях, виникає зниження щільності сталі, взаємодія алюмінію з ливарним порошком погіршує функціонування останнього. У іншій публікації [Gigacher і ін. «Eigenschaften hochmanganhaltigen Stable unter stranggiessahnlichen Bedingungen» BHM 149 (2004) Heft 3, стор.112-117] резюмується, що при розливанні подібних легованих сталей для одержання TWIP-ефекту не є переважним використання ливарного порошку. Існуюча проблема при розливанні сталей з високим вмістом алюмінію (більше 1%) пояснюється взаємодією алюмінію, що міститься в сталі, з оксидними компонентами ливарного порошку. Внаслідок відновлення оксиду кремнію, що міститься в шлаку при розливанні, алюмінієм, що міститься в сталі, утворюється А12О3, який асимілюється шлаком, за рахунок чого підвищується основність шлаку (відношення CaO/SiO2). Наслідком є те, що в'язкість і характеристики плавлення шлаку в кристалізаторі суттєво змінюються. Виходячи з названих проблем, раніше застосовувалися різні способи виробництва сталей з TWIP-ефектом. У [документі WO 02/101109 А1] описаний спосіб, згідно з яким, за рахунок підвищення концентрації вуглецю (С£1%) і за рахунок присадки додаткових легуючих елементів, таких як бор, нікель, мідь, азот, ніобій, титан, ванадій, фосфор, досягається істотне зниження межі текучості і поліпшення деформівності при гарячому і холодному прокатуванні. Для одержання такої сталі заготовку (сляб, тонкий сляб або стрічку) нагрівають і з урахуванням певних температурних меж піддають гарячому прокатуванню і змотуванню. У [документі ЕР 1341937 В1] описаний спосіб, при якому сталь, яка містить від 12 до 30% марганцю, розливають на двовалковій ливарній машині в тонку стрічку товщиною від 1 до 6 мм, стрічка, що вертикально виходить з ливарного зазору, охолоджується за допомогою подавання охолоджувального засобу на поверхню стрічки і за один прохід прокатується до кінцевої товщини. Загальний час, що проходить між виходом стрічки з ливарного зазору і входженням в прокатну кліть, становить приблизно 8 секунд. З [документа ЕР 1067203 В1] відомий спосіб одержання стрічки зі сплаву Fe-С-Мn, при якому спочатку за допомогою двовалкової ливарної машини виробляють тонку стальну стрічку з товщиною від 1,5 до 10мм і з наступним складом: Мn-6 5 80237 30%, С-0,001-1,6, Si£2,5%, Al£6%, Cr£10%, а також неминучі домішки, стрічку обтискають з коефіцієнтом обтиснення 10-60% і потім на одному або декількох подальших етапах піддають гарячому прокатуванню. Виходячи з вказаного рівня техніки, задачею даного винаходу є створення способу і пристрою, які найбільш легко реалізовуються і забезпечують одержання безперервним розливанням високомарганцевистих сталей із заданим хімічним складом. Поставлена задача в частині способу вирішується відмітними ознаками пункту 1 формули, згідно з якими при послідовних етапах способу сталь для легких конструкцій, яка має заданий хімічний склад з 15-27% марганцю, 1-6% алюмінію, 1-6% кремнію, 0,8% або менше вуглецю, і залишок залізо і неминучі домішки: - розливають в заготовку на машині безперервного розливу тонких слябів (d 120мм) із застосуванням придатного ливарного порошку, який швидко досягає рівноваги і потім не змінює своїх характеристик плавлення, і потім ділять на сляби; - безпосередньо після закінчення кристалізації і розділення заготовки на сляби здійснюють вирівнювання температури сляба в проміжній печі, розташованій в технологічній лінії; - сляб без проміжного охолоджування піддають гарячому прокатуванню. Установка для здійснення способу характеризується ознаками пункту 7 формули винаходу. При виготовленні тонкого сляба, наприклад на CSP ливарній машині (CSP - виробництво тонких слябів), нескінченна заготовка транспортується вертикально, по закінченні кристалізації згинається в горизонтальний напрям і ділиться на сляби. Таким чином, відсутня проблема з виникненням внутрішніх тріщин. Виготовлення високоміцної аустенітної сталі досягається, на відміну від рівня техніки, без перевантаження обладнання. Мікросегрегація, яка є в заготовці по закінченні кристалізації, в значній мірі зникає завдяки дифузії або при проходженні заготовки через проміжну піч, наприклад через піч з роликовим подом, або при подальшому прокатуванні. Макросегрегація в середині сляба в достатній мірі усувається, як і у випадку аустенітної нержавіючої сталі, при сильному обтисненні в прокатному стані. Переважно, при застосуванні печі з роликовим подом в CSP установці, згідно з винаходом, за рахунок скорочення часу проходження усувається істотна сегрегація легуючих елементів і окислення по межах зерен, що зустрічається при великому часі нагріву в методичних печах традиційної лінії для гарячого прокатування стрічки і веде до помітних труднощів. Комп’ютерна верстка В. Клюкін 6 Щоб використати спосіб розливання сталей з TWIP-ефектом для легких конструкцій, що містять значні кількості марганцю і алюмінію, з використанням машини для безперервного розливу тонких слябів, потрібне застосування відповідного ливарного порошку. Такий відповідний ливарний порошок має, згідно з винаходом, властивість дуже швидко досягати рівноваги і потім не змінювати свої характеристики плавлення. Для того щоб, наприклад, зменшити рівновагу реакції відновлення SiO2 алюмінієм, розчиненим в сталі, ливарний порошок, згідно з винаходом, містить підвищену кількість Аl2О3, більше 10%. Для того, щоб в стані рівноваги мати великі кількості SiO2, альтернативно або додатково потрібно підвищити частку SiO2 в ливарному порошку, при цьому таке підвищення потрібно здійснювати до значень основності (співвідношення CaO/SiO2) 0,50,7. Оскільки оксид МnО2 відновлюється алюмінієм, що міститься в сталі, легше, ніж оксид SiO2, то оксид SiO2 захищений від відновлення, таким чином, згідно з винаходом, іншим заходом може бути додавання МпО2 до ливарного порошку. Згідно з винаходом, в ливарному порошку частина оксиду SiO2 може бути замінена оксидом ТіО2, який, як і оксид SiO2, є газоутворюючим, але не відновлюється алюмінієм, що міститься в сталі. Заключна можливість полягає в зниженні в'язкості ливарного порошку в кристалізаторі. До цього витрата ливарного порошку може підвищуватися, за рахунок чого підвищується кількість зв'язуваного Аl2О3, так що досягається рівноважний стан при меншому вмісті оксиду алюмінію. Зниження в'язкості досягається додаванням до ливарного порошку В2О3 (борату), Na2O і/або Li2O. Далі, на схематичному кресленні представлений спосіб і установка для одержання гарячекатаної стрічки згідно з винаходом. У принципі мова йде про застосування відомої CSP установки, в якій, згідно з винаходом, відстані між окремими компонентами установки змінюють таким чином, що спосіб згідно з винаходом здійснюють так, що безпосередньо після закінчення кристалізації в проміжній печі здійснюють усереднення температури, і потім сляб без проміжного охолоджування піддають гарячому прокатуванню. Показана на кресленні установка складається з машини 1 для лиття тонких слябів і розташованої за нею проміжної печі 4, в яку подають одержані з нескінченної заготовки 2 після кристалізації сляби 3. За проміжною піччю 4 розташований прокатний стан 5, в якому сляб 3 після усереднення по температурі в проміжній печі 4 піддають гарячому прокатуванню в готову стрічку 6 без проміжного охолоджування. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601