Спосіб виготовлення листового прокату із безперервнолитих заготовок високоміцної середньолегованої конструкційної сталі

Реферат: Спосіб виготовлення листового прокату із безперевнолитих заготовок високоміцної середньолегованої конструкційної сталі включає виплавку сталі у кисневому конверторі, позапічну обробку розплаву аргоном, коригування хімічного складу сталі на установці піч-ківш, розливку на МБЛЗ, поріз литих слябів на заготовки, нагрівання їх у прохідних печах, прокатку у реверсивному режимі. Швидкість розливки слябів на МБЛЗ знаходиться в межах 1,0…1,35 м/хв. UA 72230 U (12) UA 72230 U UA 72230 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до металургії чорних металів, а саме - до металургії спеціальних сталей. Відомий спосіб виробництва високоміцного прокату із низьколегованих сталей, який включає безперервну розливку, нагрівання безперервнолитих заготовок у прохідних печах, прискорене охолодження водою прокату, що рухається по стану, та наступного його охолодження на повітрі [1]. Відомий також спосіб одержування електротехнічної сталі з орієнтованим зерном, який включає виплавку сталі, позапічне рафінування розплаву, вакуумування, корегування хімічного складу у печі - ковші, безперервну розливку, прокатку з окресленим режимом обтиснень та одержання прокату зі спеціальною текстурою [2]. Одним із найбільш близьких до технічної сутності в галузі виробництва листового прокату, в якому найбільш повно поданий комплекс технологічних параметрів запропонованої корисної моделі, є спосіб безперервного лиття заготовок та їх охолодження безпосередньо після кристалізатора, а також у зоні вторинного охолодження з наступним режимом механічної деформації і способом охолодження прокату у чорновій та чистовій клітях до заданої середньомасової температури напірним турбулентним потоком охолоджувача, наприклад водою (прототип) [3]. Недоліком існуючої технології є те, що комплекс технологічних параметрів безперервної розливки, умов охолодження слябів МБЛЗ, умов посаду на нагрівання перед прокаткою, режими нагріву та прокатки не враховують особливостей виробництва середньолегованої високоміцної конструкційної листової сталі. В основу корисної моделі поставлена задача здрібнення кристалічної структури, зменшення неоднорідності литого металу для підвищення опору сталі крихкім руйнуванням в процесі виробництва та експлуатації листового прокату. Зазначена задача вирішується тим, що швидкість безперервної відливки слябів пропонується в межах 1,0…1,35 метра за хвилину. При цьому нижня границя швидкості розливки належить до слябів більшого поперечного перерізу, наприклад, до слябів товщиною 300 мм, а верхня межа - до слябів меншої товщини, наприклад - 200 мм і менше. Швидкість розливки менш нижньої межі може призвести до дефектів на слябах типу "Заворот корки". Окрім того, швидкість нижче запропонованої нижньої границі недоцільна тому, що при цьому знижуються продуктивність виробництва та економічні показники. Швидкість розливки вище межі (1,35 метра за хвилину) недоцільна, тому що це сприяє одержанню дефектів на безперервно литих слябах, таких як осьова хімічна неоднорідність, пористість у осьовій зоні, осьові та зовнішні продовжні тріщини, а також роздуття слябів. Здрібнення кристалічної структури, зменшення неоднорідності литого металу досягається також виконанням запропонованих режимів охолодження металу у кристалізаторі і в зоні вторинного охолодження МБЛЗ. Розміри усіх без винятку елементів внутрішньої будови первинних форм твердіння - ширина чарунки та її пограничних зон, ширина дендритної осі та відстані між ними, розміри неметалевих включень, товщина пластинок в евтектичних колоніях залежать від швидкості кристалізації. Зменшення швидкості охолодження і відповідне прискорення кристалізації супроводжується зменшенням перелічених елементів внутрішньої будови структури [4]. Режими охолодження запропоновані по результатах дослідно-промислової відливки слябів високоміцної середньолегованої сталі. Поставлена задача вирішується тим, що в інтервалі температур [(1,010…1,017)(0,569…0,577] х Т °С ліквідує швидкість охолодження складає 38…40 °C за хвилину. Верхня границя температурного інтервалу визначена із дослідних даних температури металу у промковші, тобто - температури рідкої сталі, яка надходить у кристалізатор на початку розливки. Нижня границя температурного інтервалу першого етапу визначена при закінченні радіальної ділянки слябу та виходу його у зону вторинного охолодження. Швидкість охолодження слябу високоміцної сталі на першому етапі - кристалізатор - радіальна ділянка повинна бути у межах 38….40 °C за хвилину, що визначено на основі результатів вимірювання температури металу та хронометражу процесу розливки на МБЛЗ. Другим етапом є зона вторинного охолодження. Поставлена мета на цьому етапі досягається тим, що швидкість охолодження суттєво знижується до 6…7 °C на хвилину. Верхня границя температурного інтервалу другого етапу дорівнює нижній границі 1-го етапу, а саме: (0,569…0,577)  Т °С ліквідує, нижня границя визначена закінченням зони вторинного охолодження, а саме (0,424….0,427)  Т °С ліквідує. На третьому етапі охолодження слябів високоміцної сталі доцільно мати мінімально можливу швидкість охолодження. Це обумовлене тим, щоб забезпечити поріз слябів на крати і 1 UA 72230 U 5 10 15 20 25 посад їх в нагрівальні печі прокатного стану з температурою не нижче початку мартенситного перетворення в сталі. Ця задача досягається, якщо в інтервалі температур (0,424….0,427)  Т °С ліквідує до посаду в піч для нагрівання перед прокаткою швидкість охолодження слябів знаходиться у межах 4….6 °C за хвилину. Поставлена задача досягається також, якщо після відливання та порізи на крати метал потрапляє у нагрівальні печі для нагріву перед прокаткою при температурі А с1-50…100 °C. При посаді кратів безперервнолитих слябів у нагрівальні печі при температурах нижче запропонованої у литих заготовках виникають суттєві напруження, які призводять до тріщин і розколин, навіть - до руйнування заготовок. Наводимо фотографії подібних заготовок, які були охолоджені перед посадом в нагрівальні печі при температурі нижче ніж Ас1-100 °C в наслідок перебою у роботі цехового обладнання на одному з металургійних комбінатів України. На окремих заготовках траплялися грубі тріщини, що призвело до забракування металу (фіг. 1, 2). При посаді на нагрівання перед прокаткою при температурі заготовок в межах А с1-50…100 °C отримано якісний прокат високоміцної сталі, що підтверджено у промислових умовах одного із металургійних комбінатів України. Підвищення опору прокату крихкому руйнуванню досягається, коли охолодження листів безпосередньо після прокатки в інтервалі температур Ас3+170 °C - Ас1+ 40…60 °C здійснюють зі швидкістю не менш 50 °C за хвилину. Прискорене охолодження металу в інтервалі температур Ас3+120…170 °C-Ас1+40…60 °C зі град/хв. швидкістю 50 дозволяє приглушити виділяння сульфідних включень і підвищити опір крихкому руйнуванню. З метою вивчення впливу умов післядеформаційного охолодження на властивості сталі в промислових умовах випробувані два варіанти обробки: - охолодження листів на повітрі (варіант 1); - охолодження в душ-установці до 750….780 °C, ізотермічна витримка при температурі 650 °C протягом 6 годин з наступним охолодженням у воді (п. 4 формули) - варіант 2. Порівняльні властивості та характеристики зломів наведені в таблицях 1 та 2. 30 Таблиця 1 Твердість, характеристики зломів і механічні властивості листів товщиною 50 мм сталі 69 після різних умов після деформаційного охолодження. Властивості листів Варіант Твердість Бал охолодження Утяжка (dотп.мм) злому 1 2 3,15 3,45 5-1-1 2-2-1 0 10 Механічні властивості 0,2 , в , МПа , % ,% +20 KCV 2 кДж/м -60 КСU 2 кДж/м МПа 1052±20 1232±18 10,0±1,7 28±4 312±10 267±50 841±3 1084±76 14,5±2,0 34±3 1084±29 702±74 Таблиця 2 Вплив режимів післядеформаційного охолодження на роботу зародження (а 3) і роботу розповсюдження тріщини (ар) листів товщиною 50 мм сталі 69. Варіант охолодження 1 2 35 Складові роботи +20 °C а3 ар 147,5 164,8 327,1 757,6 Руйнування (а3 і ар) при різних температурах випробувань, 2 кДж/м -20 °C -40 °C -60 °C а3 ар а3 ар а3 ар 315,6 80,5 283,2 44,5 254,8 11,7 340,0 611,1 238,6 551,5 200,1 501,9 Внаслідок прискореного охолодження в указаному вище температурному інтервалі, на відміну від відомих способів, знижується різнозернистість, підвищується однорідність та дисперсність структури, що в свою чергу підвищує комплекс механічних властивостей оброблюваної сталі (див. варіант 2) Приклад практичного виконання 2 UA 72230 U 5 10 В умовах металургійного комбінату в кисневому конверторі виплавили високоміцну середньолеговану сталь (ТУУ 27.1-14313056-2009)[5] масою рідкого металу 281,3 т з позапічною обробкою розплаву аргоном, з коригуванням хімічного складу сталі та температури у печі-ковші з вакуумуванням, при цьому сталь розливали на МБЛЗ фактичною швидкістю розливки в межах 1,15…1,25 м/хв. із захистом струменю аргоном при його витратах 60 л/хв. Метал розливали у кристалізатор для слябу розмірами 200 × 1000 мм двома струменями. Швидкість охолодження металу в інтервалі температур 1505…855 °C складала 38,5…39,5 °C/хв. У зоні вторинного охолодження в інтервалі температур 855…630 °C середня швидкість охолодження була в межах 6,5 °C/хв., а в інтервалі температур 635…625°C в межах 4,5…5,5 °C/хв. Фактична тривалість безперервної розливки 254,29 т слябів складає 1 годину 5 хвилин. Фактична тривалість циклів просування заготовки від початку різання безперервнолитої заготовки до укладання готових листів у штабель після прокатки наведені у таблиці 3 15 Таблиця 3 Просування литої заготовки по технологічному потоку після розливки сталі на МБЛЗ Початок різання заготовки в ККЦ 0 г. 00 хв. 20 Відвантаження першої заготовки з ККЦ у цех обтиску 0 г. 13 хв. Охолодження Різання заготовки на сляби у Нагрівання Прокатка листів у Прибуття цеху обтиску перед прокаткою слябів на листи штабелі першої Кінець різання заготовки у цех Початок з першоПочаток Кінець ПочаПочаКінець Кінець обтиску різання го стру- з другого посаду посаду ток ток струменя меня тривалість, годин/хвилин Через 0 г. 45 5 г. 00 4 г. 23 6 г. 14 7 г. 39 9 г.53 10 г. 0 г. 23 хв. 4 г. 00 хв. 48 хв. хв. хв. хв. хв. хв. 10 хв. годин Запропонований та здійснений режим безперервної розливки різання та посадки на нагрівання перед прокаткою усієї партії гарячих слябів дозволили забезпечити достатню високу температуру посаду (560…580 °C) слябів, яка виключила утворення тріщин на слябах та одержати якісний прокат. Нагрівання слябів здійснювали з питомим часом 0,9…1,1 хв./мм (3,0…3,6 години). У таблиці 4 наведені мінімальні, максимальні і середні значення температур кінця прокатки у чистовій кліті розкатів товщиною 10, 12, 16 і 20 мм. Таблиця 4 Температура кінця прокатки у чистовій кліті в залежності від товщини розкатів Температура кінця Розкид значень, °С 34 Товщина розкату, мм Кількість розкатів, шт. Кратність розкату, шт. Кількість листів, шт. мін.  макс. серед , °С прокатки 10 4 1 4 3 19 933  967 948,8 12 26 3 78 28 2 56 948  1016 9817 , 68 4 2 8 998  1027 1017 29 16 20 946  971 959,2 25 25 30 Висока температура кінця прокатки листів (табл. 4) кожної товщини вказує на резерви для одержання дрібнозернистої структури прокату з метою підвищення рівня спеціальних властивостей за рахунок: - зниження температури нагріву перед прокаткою; - часткове охолодження розкатів перед чистовою кліттю; - збільшення товщини литих слябів для сортаменту 16….20 мм. 3 UA 72230 U 5 10 15 20 Використання резерву високої температури кінця прокатки відображено п. 4 формули. Запропонований спосіб одержання листового прокату (п. 4 формула) здійснено в умовах ВАТ "МК Азовсталь" м. Маріуполь. Обробці піддані листи товщиною 50 мм із сталі марки 69Ш (ДЗСТВ21968) [6]. Сляби нагрівали у печах до температури 1250 °C і після прокатки у чорновій кліті стану, цебто одержання підкату проміжної товщини, без часткового охолодження до температури 950 °C, піддали деформації у чистовій кліті на замовлений розмір листа. Температура кінця прокатки була в межах від 930 до 980 °C. Після прокатки листи град/хв охолоджувались в душируючій установці зі швидкістю 50 до температури 750…780 °C град/хв протягом 2…5 хвилин, потім зі швидкістю 100 охолоджувались у гартувальній ванні з водою до температури 200…300 °C. Охолоджені листи піддавали відпуску у камерній печі при температурі 650…670 °C протягом 6 годин з наступним охолодженням у воді. Джерела інформації: 1. Патент Российской Федерации № RU 2381283 с приоритетом от 15.12.2008 г., МКИ С21Д 8/08 2. Патент Российской Федерации № RU 2383634 с приоритетом от 20.07.2006 г., МКИ С21Д 8/12 3. Патент Украины № 79223 с приоритетом от 25.05.2007 г., МКИ В21В 45/02, С21Д 1/84, С21Д 9/46 4. Границы кристаллитов в литых металлах и сплавах. Мовчан Б.А., «Техніка», 1970, 212 стр. 5. Технические условия ТУУ 27.1-14313056-2009 Листы стальные специального назначения из сталей марок 71 и 92. 6. ГОСТ В 21968. Листы стальные броневые противоснарядные. Технические условия. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 1. Спосіб виготовлення листового прокату із безперевнолитих заготовок високоміцної середньолегованої конструкційної сталі, який включає виплавку сталі у кисневому конверторі, позапічну обробку розплаву аргоном, коригування хімічного складу сталі на установці піч-ківш, розливку на МБЛЗ, поріз литих слябів на заготовки, нагрівання їх у прохідних печах, прокатку у реверсивному режимі, який відрізняється тим, що швидкість розливки слябів на МБЛЗ знаходиться в межах 1,0…1,35 м/хв. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що з метою здрібнення кристалічної структури та зменшення неоднорідності литого металу швидкість охолодження у кристалізаторі МБЛЗ в інтервалі температур [(1,010…1,017)…(0,569…0,577)]Т °С ліквідус складає 38…40 °C/хв…, в інтервалі температур [(0,569…0,577)…(0,427…0,424)]Т °С ліквідус - швидкість охолодження складає 6…7 °C/хв., а в інтервалі температур (0,424….0,427)Т °С ліквідус до посаду у піч для нагрівання перед прокаткою швидкість охолодження слябів знаходиться у межах 4…6 °C/хв. 3. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що після відливання та порізу на крати сляби МБЛЗ потрапляють у нагрівальні печі для нагріву перед прокаткою при температурі А с1 50…100 °C. 4. Спосіб за пп. 1-3 який відрізняється тим, що з метою підвищення опору сталі крихкому руйнуванню, охолодження листів після прокатки в інтервалі температур Ас3+120…170 °C Ac1+40….60 °C здійснюють зі швидкістю не менше 50 °C/хвилину. 4 UA 72230 U 5 UA 72230 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6