RU2195505C1

RU2195505C1 - Method for hot rolling of steel strips with carbonitride reinforcement

Info

Publication number: RU2195505C1
Application number: RU2001120646A
Authority: RU
Inventors: А.М. Ламухин; В.С. Дьяконова; А.В. Голованов; Е.С. Попов; Т.О. Латышева; Н.А. Ткаченко; Е.М. Киселева; Н.Е. Рослякова; А.И. Трайно
Original assignee: Открытое акционерное общество "Северсталь"
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2002-12-27

Abstract

FIELD: manufacture of rolled products. SUBSTANCE: method involves heating slabs to temperature of 1.100-1.250 C and holding for 3-5 h; providing multiple-pass rough rolling at total reduction of at least 80% and final temperature of 1.020-1.090 C, multiple-pass final rolling at total reduction of at least 70% and final temperature of 820-870 C; cooling strips with water to temperature of 550-620 C and winding strips into roll. Method is used for rolling strips of low-alloy steels on continuous wide-strip mill. EFFECT: increased efficiency, provision for stable mechanical properties and increased yield. 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к прокатному производству, конкретнее к режимам прокатки полос из низколегированных сталей на непрерывном широкополосном стане (НШС). The invention relates to rolling production, and more particularly to modes of rolling strips of low alloy steels on a continuous broadband mill (NSH).

Известен способ производства полос из низколегированной стали, включающий нагрев слябов до температуры 1050-1220^oС, выдержку, многопроходную черновую и чистовую прокатку с температурой окончания 800-900^oС, охлаждение полос на отводящем рольганге до температуры 350-500^oС и смотку в рулоны [1].A known method for the production of strips of low alloy steel, including heating the slabs to a temperature of 1050-1220 ^o C, aging, multi-pass roughing and finishing rolling with a temperature of the end of 800-900 ^o C, cooling the strips on the discharge roller to a temperature of 350-500 ^o C and winding rolls [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что горячекатаные полосы из сталей с карбонитридным упрочнением имеют большой разброс механических свойств, что является причиной снижения выхода годного. The disadvantages of this method are that the hot rolled strips of steels with carbonitride hardening have a wide variation in mechanical properties, which is the reason for the decrease in yield.

Известен также способ горячей прокатки высокопрочных полос из низколегированной стали, включающий нагрев сляба до температуры не выше 1100^oС, выдержку, многопроходную черновую прокатку с суммарным обжатием более 70%, многопроходную чистовую прокатку с температурой окончания 680-850^oС, охлаждение полос водой со скоростью более 5^oС/с до температуры 300-500^oС и смотку в рулоны [2].There is also known a method of hot rolling of high-strength strips of low alloy steel, including heating the slab to a temperature of no higher than 1100 ^o C, holding, multi-pass rough rolling with a total compression of more than 70%, multi-pass finishing rolling with a temperature of 680-850 ^o C, cooling the strips with water with speeds of more than 5 ^o C / s to a temperature of 300-500 ^o C and winding into rolls [2].

Известный способ производства также не обеспечивает стабильности механических свойств по длине полос из сталей с карбонитридным упрочнением, что снижает выход годного. The known method of production also does not ensure the stability of mechanical properties along the length of the strips of steels with carbonitride hardening, which reduces the yield.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ горячей прокатки полос из сталей с карбонитридным упрочнением, включающий нагрев слябов до температуры аустенитизации 1250^oС, выдержку, многопроходную черновую прокатку с температурой окончания 1050-1150^oС до толщины полосы 20-40 мм, многопроходную чистовую прокатку с суммарным обжатием от 40% и более с температурой окончания 800-820^oС, охлаждение полос водой до температуры 550-620^oС и смотку в рулоны [3] - прототип.The closest in technical essence and the achieved results to the proposed invention is a method of hot rolling of strips of steels with carbonitride hardening, including heating slabs to an austenitic temperature of 1250 ^o C, aging, multi-pass rough rolling with a temperature of 1050-1150 ^o C to a strip thickness of 20 -40 mm, multi-pass finishing rolling with a total compression of 40% or more with an end temperature of 800-820 ^o C, cooling of the strips with water to a temperature of 550-620 ^o C and winding into rolls [3] - prototype.

Недостатки известного способа состоят в том, что горячекатаные полосы имеют нестабильные механические свойства по длине, в особенности ударную вязкость при отрицательных температурах. Нестабильность механических свойств является причиной снижения выхода годного. The disadvantages of this method are that the hot-rolled strips have unstable mechanical properties along the length, in particular impact strength at low temperatures. The instability of the mechanical properties is the reason for the decrease in yield.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении стабильности механических свойств и выхода годного. The technical problem solved by the invention is to increase the stability of mechanical properties and yield.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе горячей прокатки полос из сталей с карбонитридным упрочнением, включающем нагрев слябов до температуры аустенитизации, выдержку при этой температуре, многопроходные черновую и чистовую прокатки с регламентированными температурами окончания, охлаждение полос водой и смотку в рулоны, согласно предложению слябы нагревают до температуры 1100-1250^oС и выдерживают в течение 3-5 ч, черновую прокатку ведут с суммарным обжатием не менее 80% и температурой окончания 1020-1090^oС, чистовую прокатку ведут с суммарным обжатием не менее 70% и температурой окончания 820-870^oС, а охлаждение полос водой осуществляют до температуры 550-620^oС.To solve the technical problem in the known method of hot rolling strips of steels with carbonitride hardening, including heating the slabs to the austenitizing temperature, holding at this temperature, multi-pass rough and finish rolling with regulated end temperatures, cooling the strips with water and winding into coils, according to the proposal of the slab heated to a temperature of 1100-1250 ^o C and incubated for 3-5 hours, rough rolling is carried out with a total compression of at least 80% and an end temperature of 1020-1090 ^o C, finishing pr rolling is carried out with a total compression of at least 70% and an end temperature of 820-870 ^o C, and the cooling of the strips with water is carried out to a temperature of 550-620 ^o C.

Сущность изобретения заключается в следующем. Режимы горячей прокатки сталей с карбонитридным упрочнением (типа 10Г2ФБЮ, 09ГСФБ, 12ГСБ и др.) должны обеспечивать полное использование всех механизмов упрочнения при изменениях химического состава сталей, колебаниях температурных и деформационных параметров. Горячекатаная полоса в рулоне после смотки не должна изменять своих свойств в зависимости от скорости охлаждения отдельных витков, которая на внешних витках достигает 140^oС/ч, а на внутренних 10-25^oС/ч.The invention consists in the following. Modes of hot rolling of steels with carbonitride hardening (types 10G2FBYu, 09GSFB, 12GSB, etc.) should ensure the full use of all hardening mechanisms when changing the chemical composition of steels, fluctuations in temperature and deformation parameters. The hot rolled strip in the roll after winding should not change its properties depending on the cooling rate of individual turns, which reaches 140 ^o C / h on the external coils and 10-25 ^o C / h on the internal coils.

Нагрев слябов до температуры 1100-1250^oС с выдержкой в течение 3-5 ч позволяет обеспечить оптимальное растворение карбонитридных частиц в аустените и исключить рост аустенитных зерен. Ниобий в твердом растворе сдерживает рекристаллизацию, и зерно аустенита остается мелким. Сталь приобретает высокую пластичность, а ее микроструктура подготовлена к деформированию. Многопроходная черновая прокатка с суммарным обжатием не менее 80% в температурном интервале от 1100-1250^oС до 1020-1090^oС обеспечивает измельчение микроструктуры, упрочнение стали за счет первичного выделения карбонитридных частиц, сдерживающих перемещение дислокаций. Последующая многопроходная чистовая прокатка в температурном интервале от 1020-1090^oС до 820-870^oС с суммарным обжатием более 70% стимулирует выделение упрочняющей карбонитридной фазы V(C, N), в то же время легированность твердого раствора аустенита ниобием сдерживает рекристаллизацию деформированного аустенита. За счет этого происходит дальнейшее измельчение микроструктуры, упрочнение стали мелкодисперсными карбонитридными частицами при их наиболее полном выпадении из аустенита.Heating the slabs to a temperature of 1100-1250 ^o With holding for 3-5 hours allows for the optimal dissolution of carbonitride particles in austenite and to exclude the growth of austenitic grains. Niobium in the solid solution inhibits recrystallization, and the austenite grain remains small. Steel acquires high ductility, and its microstructure is prepared for deformation. Multipass roughing rolling with a total compression of at least 80% in the temperature range from 1100-1250 ^o C to 1020-1090 ^o C provides the grinding of the microstructure, hardening of the steel due to the initial allocation of carbonitride particles that inhibit the movement of dislocations. Subsequent multi-pass finishing rolling in the temperature range from 1020-1090 ^o C to 820-870 ^o C with a total compression of more than 70% stimulates the release of the hardening carbonitride phase V (C, N), while doping of the austenite solid solution with niobium inhibits the recrystallization of deformed austenite . Due to this, there is a further refinement of the microstructure, hardening of the steel with finely dispersed carbonitride particles during their most complete precipitation from austenite.

Охлаждение полосы водой до температуры 550-620^oС при выполнении всех предложенных режимов нагрева и горячей прокатки позволяет сформировать микроструктуру стали с зерном 10-12 балла (10-6 мкм). Такая микроструктура характеризуется высокой стабильностью и равномерностью, поэтому при последующем охлаждении рулонов происходит замедление диффузионных процессов, вызывающих образование охрупчивающих сегрегаций фосфора и выделение фаз типа Fe₃С по границам зерен. За счет этого достигается повышение стабильности механических свойств по длине полос и от полосы к полосе, что увеличивает выход годного.Cooling the strip with water to a temperature of 550-620 ^o With all the proposed heating and hot rolling modes, it is possible to form a microstructure of steel with a grain of 10-12 points (10-6 microns). Such a microstructure is characterized by high stability and uniformity; therefore, upon subsequent cooling of the coils, the diffusion processes slow down, causing the formation of embrittleous phosphorus segregations and the precipitation of phases of the type Fe ₃ C along grain boundaries. Due to this, an increase in the stability of mechanical properties along the length of the strips and from strip to strip is achieved, which increases the yield.

Экспериментально установлено, что увеличение температуры нагрева слябов выше 1250^oС или времени выдержки при этой температуре более 5 ч приводит к росту аустенитного зерна, ослаблению границ зерен, разнобалльности микроструктуры стали. Снижение температуры нагрева менее 1100^oС или времени выдержки менее 3 ч не позволяет полностью растворить крупные карбонитридные частицы в стали, что снижает ее технологическую пластичность и ухудшает механические свойства горячекатаных полос.It was experimentally established that an increase in the temperature of heating slabs above 1250 ^o C or the exposure time at this temperature for more than 5 hours leads to an increase in austenitic grain, weakening of the grain boundaries, and the variability of the microstructure of steel. A decrease in the heating temperature of less than 1100 ^{° C.} or the exposure time of less than 3 hours does not completely dissolve the large carbonitride particles in the steel, which reduces its technological ductility and degrades the mechanical properties of the hot-rolled strips.

При черновой прокатке с суммарным обжатием менее 80% и температурой ее окончания ниже 1020^oС не происходит полного протекания процесса первичного выпадения из аустенита упрочняющих карбонитридных частиц, ухудшаются механические свойства полосы и их равномерность. Увеличение температуры окончания черновой прокатки выше 1090^oС приводит к росту аустенитных зерен и к ускорению процессов рекристаллизации при последующей чистовой прокатке. Это снижает прочностные и вязкостные свойства полос, ухудшает их равномерность.When rough rolling with a total compression of less than 80% and a temperature of its end below 1020 ^o With there is no complete process of the initial precipitation of austenite reinforcing carbonitride particles, the mechanical properties of the strip and their uniformity are deteriorated. The increase in the temperature of the end of rough rolling above 1090 ^o With leads to the growth of austenitic grains and to accelerate the processes of recrystallization during subsequent finishing rolling. This reduces the strength and viscosity properties of the strips, worsens their uniformity.

При чистовой прокатке с суммарным обжатием менее 70% или температуре ее окончания выше 870^oС не достигается максимально возможной степени упрочнения горячекатаной полосы, снижается ударная вязкость при отрицательных температурах.When finishing rolling with a total compression of less than 70% or a temperature of its end above 870 ^° C, the maximum possible degree of hardening of the hot-rolled strip is not achieved, and the toughness at low temperatures decreases.

Охлаждение горячекатаных полос до температуры выше 620^oС способствует увеличению неравномерности охлаждения внешних и внутренних витков рулонов, что отрицательно сказывается на стабильности механических свойств и выходе годного. Снижение температуры смотки менее 550^oС ухудшает вязкостные свойства полос при отрицательных температурах, что недопустимо.The cooling of hot-rolled strips to temperatures above 620 ^o C contributes to an increase in the uneven cooling of the external and internal coils of the rolls, which negatively affects the stability of mechanical properties and yield. Lowering the temperature of the winding less than 550 ^o With degrades the viscosity properties of the strips at low temperatures, which is unacceptable.

Примеры реализации способа
Для производства горячекатаных полос используют слябы сечением 275х1310 мм, массой 27 т из стали марки 09ГСФБ с карбонитридным упрочнением следующего химического состава, мас.%:
C 0,09; Si 0,59; Mn 0,66; P 0,007; S 0,003; Al 0,05; Nb 0,036; Ti 0,016; V 0,075; N 0,006.Method implementation examples
For the production of hot-rolled strips, slabs with a cross section of 275x1310 mm, weighing 27 tons of steel grade 09GSFB with carbonitride hardening of the following chemical composition, wt.% Are used:
C 0.09; Si 0.59; Mn 0.66; P 0.007; S 0.003; Al 0.05; Nb 0.036; Ti 0.016; V 0.075; N, 0.006.

Слябы садят в газовую печь с шагающими балками и производят их разогрев до температуры аустенитизации Т_а=1175^oС, при которой выдерживают в течение 4 ч. Очередной сляб, выданный из печи, транспортируют к пятиклетевой черновой группе непрерывного широкополосного стана 2000 и обжимают за 5 проходов с толщины 250 мм до промежуточной толщины 50 мм. Суммарное относительное обжатие при этом составляет ε₁ = 82%. Температуру раската в последнем, 5-м проходе, поддерживают равной T₁=1055^oС.The slabs are placed in a gas furnace with walking beams and heated to austenitization temperature T _a = 1175 ^° C, at which they are kept for 4 hours. The next slab, issued from the furnace, is transported to a five-cage draft group of a continuous broadband mill 2000 and crimped in 5 passages from a thickness of 250 mm to an intermediate thickness of 50 mm. The total relative compression in this case is ε ₁ = 82%. The temperature of the roll in the last, 5th passage, is maintained equal to T ₁ = 1055 ^o C.

Раскат по промежуточному рольгангу транспортируют к семиклетевой чистовой группе, где его обжимают за 7 проходов с толщины 50 мм до конечной толщины 8 мм с суммарным относительным обжатием ε₂ = 84%. Температуру полосы на выходе из чистовой группы клетей поддерживают равной Т_кп=845^oС. Прокатанную полосу по отводящему рольгангу транспортируют к моталке с одновременным ее охлаждением водой до температуры Т_см=585^oС, при которой сматывают в рулон.Rolling along the intermediate conveyor is transported to a seven-stand finishing group, where it is squeezed in 7 passes from a thickness of 50 mm to a final thickness of 8 mm with a total relative compression of ε ₂ = 84%. The temperature of the strip at the exit from the finishing group of stands is maintained equal to T _kn = 845 ^° C. The rolled strip is transported along the discharge roller table to a coiler while it is cooled with water to a temperature of T _cm = 585 ^{° C.} , at which it is wound onto a roll.

После охлаждения рулона производят измерение механических свойств горячекатаной полосы и оценивают их стабильность. After cooling the coil, the mechanical properties of the hot-rolled strip are measured and their stability is evaluated.

Варианты реализации предложенного способа приведены в таблице 1. В таблице 2 даны показатели эффективности различных вариантов прокатки полос. Implementation options for the proposed method are shown in table 1. Table 2 shows the performance indicators of various options for rolling strips.

Из табл. 1 и 2 следует, что в случае использования предложенного способа прокатки (варианты 2-4) достигается повышение стабильности механических свойств горячекатаных полос из стали с карбонитридным упрочнением, выход годного при этом максимален. From the table. 1 and 2 it follows that in the case of using the proposed rolling method (options 2-4), an increase in the stability of the mechanical properties of hot-rolled strips of steel with carbonitride hardening is achieved, while the yield is maximum.

При запредельных значениях заявленных параметров (варианты 1 и 5) и реализации способа-прототипа (вариант 6) стабильность механических свойств горячекатаных полос ухудшается, что приводит к снижению выхода годного. With exorbitant values of the declared parameters (options 1 and 5) and the implementation of the prototype method (option 6), the stability of the mechanical properties of the hot-rolled strips deteriorates, which leads to a decrease in yield.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что режимы температурно-деформационной обработки обеспечивают максимально возможное выделение дисперсных карбонитридных частиц, упрочняющих горячекатаную полосу. Одновременно с этим формируется равномерная мелкозернистая микроструктура стали. Процессы диффузии и выделение фаз типа Fe₃С по границам зерен замедляются. Этим обеспечивается повышение стабильности механических свойств по длине полос, от полосы к полосе, от плавки к плавке. Повышение стабильности механических свойств горячекатаных полос ведет к повышению выхода годного.Technical appraisal and economic advantages of the proposed method consist in the fact that the modes of temperature-deformation processing provide the maximum possible release of dispersed carbonitride particles, reinforcing the hot-rolled strip. At the same time, a uniform fine-grained microstructure of steel is formed. The diffusion processes and the release of phases of the type Fe ₃ C along grain boundaries slow down. This ensures an increase in the stability of mechanical properties along the length of the strips, from strip to strip, from melting to melting. Improving the stability of the mechanical properties of hot rolled strips leads to an increase in yield.

В качестве базового объекта при определении эффективности предложенного способа был выбран способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства горячекатаных полос из стали с карбонитридным упрочнением на 15-20%. As a base object in determining the effectiveness of the proposed method, the prototype method was selected. Using the proposed method will increase the profitability of the production of hot-rolled strips of steel with carbonitride hardening by 15-20%.

Источники информации
1. Патент США 4421573, МПК C 21 D 8/02, C 21 D 9/46, 1983.Sources of information
1. US patent 4421573, IPC C 21 D 8/02, C 21 D 9/46, 1983.

2. Заявка Японии 57-29528 , МПК C 21 D 8/00, С 22 С 38/12, 1982. 2. Japanese application 57-29528, IPC C 21 D 8/00, C 22 C 38/12, 1982.

3. Ю.И.Матросов и др. Сталь для магистральных газопроводов. - М.: Металлургия, 1989, с. 262-265 - прототип. 3. Yu.I. Matrosov and others. Steel for gas pipelines. - M.: Metallurgy, 1989, p. 262-265 is a prototype.

Claims

The method of hot rolling strips of steel with carbonitride hardening, including heating slabs to austenitizing temperature, holding at this temperature, multi-pass rough and finish rolling with regulated end temperatures, cooling the strips with water and winding into rolls, characterized in that the slabs are heated to a temperature of 1100- 1250 ^o C and kept for 3-5 hours, are rough rolling with a total rolling reduction of not less than 80% and a temperature of 1020-1090 ^o C. closure, lead finish rolling with a total rolling reduction of not less than 70% and temperatures second closure 820-870 ^o C, and cooling water is carried out strips to a temperature 550-620 ^o C.