RS67474B1 - Metoda proizvodnje čelične šipke nekružnog poprečnog preseka i čelična šipka nekružnog poprečnog preseka - Google Patents

Description

[0001] Opis

[0002] Predmet pronalaska je metoda proizvodnje čelične pljosnate šipke debljine do 20 mm i širine do 250 mm, kao i čelična pljosnata šipka debljine do 20 mm i širine do 250 mm koja je proizvedena navedenom metodom. Konkretno, pronalazak se koristi tokom proizvodnje dugih proizvoda u obliku pljosnatih šipki u procesu toplog valjanja pravougaonih ili kvadratnih gredica i blumova od čelika koji sadrži kontrolisan sadržaj mikro-aditiva Nb, Ti, V i Mo. Pronalazak omogućava proizvodnju pljosnatih šipki koje se odlikuju visokim parametrima čvrstoće, tj. minimalnom granicom tečenja na nivou između 460 MPa i 700 MPa i udarnom energijom kV (-20°C) na nivou minimum 47J.

[0004] Dugi čelični proizvodi u obliku pljosnatih šipki sa visokim mehaničkim parametrima najčešće se koriste u procesu proizvodnje poluprikolica za kamione, kao i drugih konstrukcionih elemenata, na primer, građevinskih i rudarskih mašina, mostova, građevinskih i kranskih konstrukcija. Zbog visoke čvrstoće i duktilnosti, čelične šipke pružaju savršene upotrebne parametre, uključujući visoku otpornost na mehanički zamor i udarnu žilavost uz istovremeno održavanje veoma dobre zavarljivosti.

[0006] Tipično, u okviru procesa proizvodnje pljosnatih proizvoda u obliku metalnih limova, granica tečenja na nivou od 700 MPa i više postiže se kao rezultat termomehaničkog valjanja pri čemu se formira sitnozrna struktura pod uticajem temperature i plastične deformacije, što dovodi do visoke čvrstoće i duktilnosti proizvoda. U okviru procesa, prvo se punjenje zagreva do visoke temperature, obično u opsegu od 1200°C - 1300°C, što obezbeđuje potpunu rastvorljivost mikro-aditiva Nb, Ti i V, koji su inicijalno prisutni u punjenju u obliku NbC, TiC i VC. Zatim se sprovodi kontrolisana šema deformacija (takozvani prolazi) pod definisanim temperaturnim režimom i unutar definisanih intervala uz primenu ubrzanog i kontrolisanog hlađenja duž linije valjanja pre završnih prolaza, kao i nakon poslednjeg prolaza (obično brzinom 10-40°C/sek. a u slučaju tankih metalnih limova čak do 100°C/sek.), nakon čega sledi valjanje u kotur i njegovo vrlo sporo hlađenje brzinom od oko 0,4°C/min.

[0007] Uprkos gore opisanim karakteristikama, termomehaničko valjanje metalnih limova obezbeđuje visoku homogenost deformacije i raspodele temperature unutar trake, što se povoljno odražava na stanje dobijene čelične strukture i njenu homogenost nakon završetka procesa. Ovo olakšava određivanje šeme deformacije optimalne za proces, što omogućava kontrolu njegovog izvođenja, a samim tim - visoke parametre čvrstoće dobijene kao rezultat.

[0009] Na primer, usled primene visoke temperature zagrevanja punjenja u procesu valjanja, karbidi NbC, TiC i VC, prethodno rastvoreni u austenitu, precipitiraju tokom procesa valjanja, usporavajući proces rekristalizacije austenita i rast zrna nakon rekristalizacije. Rast čestica dinamički precipitiranih karbida u austenitu je ograničen visokom brzinom valjanja u završnom mlinu i primenom hlađenja vodom, te stoga čestice značajno doprinose očvršćavanju precipitacijom. Navedeno ubrzano i kontrolisano hlađenje vodom favorizuje usitnjavanje strukture, a kao rezultat snižavanja temperature namotavanja u kotur, moguće je dobiti raznovrsne strukture uključujući feritno-perlitnu, feritno-bajnitsku, feritno-martenzitnu ili različite kombinacije strukturnih sastojaka. Konačno, sporo hlađenje kotura nakon namotavanja promoviše povećanje granice tečenja usled očvršćavanja precipitacijom.

[0011] U slučaju dugih proizvoda u obliku pljosnatih šipki valjanih konvencionalnom metodom, punjenje za valjanje, obično u obliku pravougaonih ili kvadratnih gredica i blumova, takođe se zagreva do visoke temperature blizu 1300°C, a zatim se oblikuje u valjaonici primenom tipično 15 - 30 prolaza, nakon čega sledi prirodno (tj. neprisilno) hlađenje poluproizvoda i konačno sečenje na sekcije definisane dužine. Za razliku od procesa valjanja metalnog lima, valjanje dugih proizvoda u obliku pljosnatih šipki odlikuje se visokom nehomogenošću deformacije i raspodele temperature u poprečnom preseku trake, posebno tokom početnih prolaza, što značajno diferencira stanje strukture austenita. U područjima veće deformacije i više temperature, rekristalizacija austenita je brža u poređenju sa područjima gde su deformacija i temperatura tokom procesa niže. Kao rezultat, to dovodi do značajne varijacije strukture poprečnog preseka trake, što nepovoljno utiče na konačna svojstva čvrstoće, posebno na udarnu žilavost. Štaviše, za razliku od valjanja metalnih limova, mnogo je teže kontrolisati vrednost deformacije prilikom valjanja dugih proizvoda u obliku pljosnatih šipki na nivou procesa, što dovodi do tehnoloških ograničenja unutar konačno dobijenih svojstava.

[0012] Zbog ove činjenice, u toku su radovi koji se tiču daljeg poboljšanja metode valjanja pljosnatih šipki. Osim poboljšanja faza procesa, metode uključuju i pravilan odabir kvantitativnog i kvalitativnog sastava legirajućih aditiva legirajućih elemenata koji se koriste u čeliku, a koji utiču na očvršćavanje dobijene strukture materijala i konačna mehanička svojstva.

[0014] Na primer, DE3434744 A1 obelodanjuje metodu toplog valjanja šipki koje se koriste u procesu proizvodnje mašinskih elemenata koji mogu biti dinamički i/ili statički opterećeni. Prema ovoj metodi, šipke se valjaju na temperaturi završetka procesa u opsegu između 800°C i 1150°C ili su podvrgnute posebnom termičkom tretmanu od temperature na kojoj se dobijena feritna i perlitna struktura zagreva do temperature između 800°C i 1000°C. U oba slučaja, šipke se zatim hlade do ambijentalne temperature pomoću gasovitog, tečnog ili raspršenog rashladnog sredstva ili pomoću fluidizovanog sloja brzinom od 1,5°C/sek. do 10°C/sek., što utiče na očvršćavanje precipitacijom i/ili formiranje malih zrna i proizvodi feritnu i perlitnu mikrostrukturu u materijalu šipke, izbegavajući formiranje strukture bajnita. Hlađenje se nastavlja do temperature koja je najmanje 50°C ispod temperature na kojoj je završena transformacija u ferit i perlit. Tokom procesa proizvode se šipke od mikrolegiranog čelika koje sadrže ugljenik u opsegu od 0,3 do 0,65 masenih %, silicijum 1,2 masenih %, mangan u opsegu od 0,3 do 0,8 masenih %, sumpor ispod 0,065 masenih %, ukupno 0 do 0,7 masenih % hroma i/ili nikla i/ili bakra i/ili molibdena, azot u opsegu od 0,005 do 0,025 masenih % i kao elementi za očvršćavanje precipitacijom i/ili elementi koji izazivaju usitnjavanje ukupno 0,05 do 0,20 masenih % vanadijuma i/ili niobijuma i/ili titanijuma i/ili aluminijuma i/ili cirkonijuma, kao i bor u opsegu od 0,0005 do 0,005 masenih %. Preostali deo je gvožđe i rezidualni elementi uneti tokom topljenja, pri čemu ukupni sadržaj hroma i mangana ne prelazi 1,0 masenih %.

[0016] [0009] Slično, EP1700925 A1 obelodanjuje metodu proizvodnje toplo valjanih feritnih i perlitnih čeličnih šipki visoke granice tečenja, visoke otpornosti na zamor i dobre obradivosti, kao i leguru čelika koja nakon toplotne obrade ima feritnu i perlitnu mikrostrukturu i veličinu zrna austenita veću od ASTM 10 (manju od 10 µm). Hemijski sastav čelika je sledeći: ugljenik u opsegu od 0,15 - 0,6 masenih %, silicijum 1,25 - 2,0 masenih %, mangan 0,5 - 1,6 masenih %, sumpor 0 - 0,2 masenih %, hrom 0 - 1,5 masenih %, molibden 0,02 - 0,1 masenih %, aluminijum 0 - 0,11 masenih %, vanadijum 0 - 0,2 masenih %, azot 0 - 0,04 masenih %, niobijum u opsegu od 0 - 0,1 masenih % i titanijum 0 - 0,05 masenih %. Prema obelodanjenom pronalasku, proces proizvodnje uključuje zagrevanje gredice na temperaturu višu od 800°C, nakon čega sledi plastična obrada koja uključuje toplo valjanje praćeno momentalnim i kontrolisanim hlađenjem proizvoda pod mirnim ili tekućim gasovitim medijumom ili mešavinom vazduha i vodene magle.

[0018] Dodatno, u EP0792379 A1 obelodanjen je dvofazni čelik i metoda za pripremu dvofaznog čelika visoke čvrstoće sa granicom tečenja od najmanje 110 ksi (758MPa) nakon 1-3 procenta deformacije, gde čelik ima feritnu fazu i 40 do 80 zapreminskih procenata martenzitne/bajnitske faze, od čega bajnit nije veći od 50 zapreminskih procenata. Metoda obuhvata (a) zagrevanje čelične gredice, koja sadrži vanadijum i niobijum u ukupnim koncentracijama od 0,1 do 0,27 masenih procenata, do temperature dovoljne za rastvaranje suštinski svih vanadijum-karbonitrida i niobijum-karbonitrida; (b) valjanje gredice i formiranje ploče, u jednom ili više prolaza do prve redukcije u temperaturnom opsegu u kojem se austenit rekristalizuje; (c) valjanje ploče u jednom ili više prolaza do druge redukcije u temperaturnom opsegu ispod temperature rekristalizacije austenita i iznad tačke transformacije Ar<3>; (d) hlađenje dalje redukovane ploče do temperature između tačaka transformacije Ar<3>i Ar<1>; (e) završno valjanje ohlađene ploče u jednom ili više prolaza u trećoj redukciji valjanja na temperaturi između tačaka transformacije Ar<3>i Ar<1>; i (f) hlađenje/kaljenje vodom, brzinom od najmanje 25 stepeni Celzijusa u sekundi, završno valjane ploče do temperature manje od ili jednake 400 stepeni Celzijusa.

[0020] Gore predstavljena rešenja obelodanjuju metode proizvodnje pljosnatih proizvoda visoke čvrstoće, uključujući šipke, pri čemu se, u cilju poboljšanja svojstava čvrstoće, parametri procesa kombinuju sa odabirom legirajućih elemenata u čeliku. Konačno, dobijeni proizvod se i dalje karakteriše sadržajem perlita u mikrostrukturi. Štaviše, tokom procesa, rast zrna austenita tokom valjanja i dalje ne može biti usporen, a proces rekristalizacije ne može biti kontrolisan, što, na primer, utiče na postizanje niže granice tečenja.

[0022] Zbog ovih činjenica, predmet pronalaska je da se predloži poboljšana metoda proizvodnje dugih proizvoda u obliku pljosnatih šipki, pri čemu pravilno odabrane faze procesa i parametri valjanja dovode do potpunog suzbijanja rekristalizacije austenita tokom završnih prolaza grube grupe. Predmet pronalaska je dobijanje konačnog proizvoda koji se odlikuje visokim parametrima čvrstoće, kao i veoma dobrom zavarljivošću.

[0023] Pronalazak je naveden u priloženim patentnim zahtevima.

[0025] Prema pronalasku, metoda proizvodnje čelične pljosnate šipke debljine do 20 mm i širine do 250 mm, korišćenjem procesa toplog valjanja, pri čemu se punjenje u obliku gredica dobijenih u procesu kontinualnog livenja zagreva u peći, a zatim oblikuje u procesu valjanja u stalcima valjaonice, nakon čega sledi hlađenje pljosnate šipke do ambijentalne temperature. Metoda je karakterizovana time što se faza zagrevanja u peći izvodi do maksimalne temperature u opsegu od 1080°C - 1180°C. Faza oblikovanja korišćenjem stalaka valjaonice uključuje grubo valjanje izvedeno u grupi grubih stalaka i završno valjanje izvedeno u grupi završnih stalaka, gde je temperatura završnog valjanja između 790°C i 830°C. Minimalni prihvatljivi vremenski interval između poslednje redukcije valjanjem u gruboj grupi i prve redukcije valjanjem u završnoj grupi je 20 sekundi, pri čemu je ukupna relativna redukcija valjanjem u završnoj grupi, izražena formulom {[Pr - Pf]/ Pr }*100%, gde je (Pr) površina poprečnog preseka trake nakon poslednjeg stalka grupe grubih stalaka, a (Pf) je površina poprečnog preseka pljosnate šipke, u opsegu od 60 - 80%. Faza hlađenja pljosnate šipke se izvodi korišćenjem vazduha pod prirodnim uslovima hlađenja brzinom od 0,5°C/sek. do 2,0°C/s. Materijal punjenja je niskolegirani čelik, pri čemu je sadržaj elemenata C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo i V izabran tako da zadovolji uslov:

[0027] gde je C<e>ekvivalent ugljenika, čija je vrednost izražena formulom:

[0029]

[0031] . Sadržaj elemenata Ti, Nb i V je fiksiran tako da zadovolji uslov Ti+Nb+V ≤ 0,30%, pri čemu je maksimalni sadržaj Nb u masenim % izražen sledećom formulom:

[0032] Log[Nb]*[C+12/14N] = 2,26 - 6770/T, gde je T temperatura ponovnog zagrevanja gredice u K, [Nb] je sadržaj niobijuma u masenim % rastvoren u austenitu na temperaturi ponovnog zagrevanja, C je sadržaj ugljenika u čeliku, N je sadržaj slobodnog azota, pri čemu je sadržaj Ti određen tako da je sadržaj ovog elementa u austenitu unutar 0,020 - 0,070%. Sadržaj Ti unetog u čelik je određen tako da je sadržaj ovog elementa rastvorenog u austenitu [Ti] na temperaturi zagrevanja gredice unutar opsega 0,020% - 0,070%. Sadržaj titanijuma u austenitu je izražen formulom:

[0033] [Ti] = Ti - 3,43*N<t>- 3*S, gde je: N<t>ukupan sadržaj azota u čeliku, a vrednost 3,43*N<c>se odnosi na deo sadržaja titanijuma vezanog u nitridu TiN, a vrednost 3*S se odnosi na sadržaj titanijuma vezanog u titanijum-karbid-sulfidu Ti<4>C<2>S<2>,

[0034] pri čemu čelik sadrži Mn u količini od 1,35 do 1,95%, male količine Cr, Ni i Cu poreklom iz otpada, Mo u količini od 0,02 do 0,25% i B u količini od 0,0004 do 0,0010%, gde je S u količini od 0,005 do 0,010%, sadržaj Al je u opsegu od 0,02 do 0,04%, sadržaj C nije veći od 0,10%, sadržaj Si nije veći od 0,20%, i sadržaj N nije veći od 0,010 %,

[0035] pri čemu je Cr Ni Cu ≤ 0,80%,

[0036] a ostatak su Fe i nečistoće.

[0038] Drugi aspekt pronalaska je čelična pljosnata šipka debljine do 20 mm i širine do 250 mm i minimalne granice tečenja R<e>maksimalne vrednosti 700 MPa prema pronalasku, proizvedena u procesu toplog valjanja, a karakteriše je činjenica da se njena mikrostruktura sastoji od sitnozrnog poligonalnog ferita i nepravilnog bajnitskog ferita veličine zrna 4-7 µm i zapreminske frakcije 75-85%, i martenzitnih i bajnitskih ostrva veličine manje od 10 µm i zapreminske frakcije 15-25%.

[0040] Razvijena metoda proizvodnje koristi sinergistički efekat sledećih ključnih parametara procesa: temperature zagrevanja punjenja za valjanje u peći, završne temperature valjanja kontrolisane vremenskim intervalom između poslednjeg prolaza u gruboj grupi i prvog prolaza u završnoj grupi, veličine redukcije poprečnog preseka trake (relativna redukcija valjanjem), brzine deformacije i hemijskog sastava čelika uključujući posebno sadržaj niobijuma (Nb), titanijums (Ti) i molibdena (Mo). Metoda prema pronalasku ne koristi ubrzano i kontrolisano hlađenje trake vodom i vodenom maglom. Promene temperature valjane trake uzrokovane su fenomenima prenosa toplote na valjke i u atmosferu, međutim, osnovni parametri koji utiču na postizanje pretpostavljene temperature na kraju valjanja su sledeći: temperatura zagrevanja gredica / blumova u peći, brzina deformacije i vremenski interval između valjanja u gruboj grupi i završnoj grupi. Kao rezultat prilagođenih parametara valjanja i hemijskog sastava čelika prema pronalasku, dobijaju se dugi proizvodi u obliku pljosnatih šipki minimalne granice tečenja u opsegu 460 - 700 MPa, pri čemu je udarna energija tokom udarnog testa KV(-20°C) minimum 47J. Nesumnjiva i dodatna korist dugih proizvoda u obliku pljosnatih šipki dobijenih metodom pronalaska je njihova dobra zavarljivost koja uglavnom proizlazi iz ograničenja nametnutog na sadržaj sledećih elemenata: C, Mn, Cr, Ni, Cu i V.

[0041] Predmet pronalaska je predstavljen u otelotvorenjima i slikama, pri čemu sl.1 predstavlja mikrostrukturu pljosnate šipke, prema primeru 1, a sl.2 predstavlja mikrostrukturu pljosnate šipke, prema primeru 2.

[0043] Razvijena metoda se posebno primenjuje na duge proizvode u obliku pljosnatih šipki debljine do 20 mm i širine do 250 mm. U cilju postizanja pretpostavljenog efekta valjanja, metoda prema pronalasku koristi sledeća pravila projektovanja hemijskog sastava čelika (u masenim %):

[0044] Sadržaj ugljenika u čeliku zadovoljava uslov: C ≤ 0,10%.

[0046] Sadržaj Mn, Ni, Cu, Cr, Mo i V je određen da zadovolji uslov:

[0048] gde je C<e>ekvivalent ugljenika izražen pomoću formule (prema aneksu C standarda PN-EN 1011-2:2004+A1:2005 Zavarivanje - Preporuka za zavarivanje metalnih materijala - Deo 2: Lučno zavarivanje feritnog čelika):

[0050]

[0052] Ukupan sadržaj Cr, Ni i Cu zadovoljava uslov Cr+Ni+Cu ≤ 0,80%.

[0054] Sadržaj molibdena (Mo) koji povećava prokaljivost čelika, te uzrokuje da komponenta visoke čvrstoće - umesto perlita - bude bajnit i martenzit u strukturi dugog proizvoda u obliku pljosnate šipke, fiksiran je u opsegu: 0,02% ≤ Mo ≤ 0,25%.

[0056] Efekat smanjenja brzine hlađenja dugog proizvoda u obliku pljosnate šipke u sloju za hlađenje nakon valjanja, u odnosu na povećanje njegove debljine na temperaturu inicijacije feritne transformacije i kinetiku bajnitske transformacije, kompenzuje se proporcionalnim povećanjem sadržaja bora (B) u čeliku koji posebno efikasno povećava prokaljivost čelika u kombinaciji sa molibdenom (Mo), od sadržaja 0,0004% za dugi proizvod u obliku pljosnate šipke debljine 10 mm do sadržaja od 0,001% za dugi proizvod u obliku pljosnate šipke debljine 20 mm.

[0057] Sadržaj aluminijuma (Al), azota (N) i sumpora (S) u čeliku fiksiran je u sledećim opsezima: 0,020 % ≤ Al ≤ 0,040%, N ≤ 0,010% i 0,005% ≤ S ≤ 0,010%.

[0059] Aluminijum štiti bor od kiseonika, a istovremeno, sa titanijumom, štiti od azota.

[0060] Sadržaj azota je ograničen jer se, paralelno sa povećanjem sadržaja ovog elementa u čeliku, smanjuje sadržaj Nb i Ti koji mogu da se rastvore u austenitnoj matrici na temperaturi zagrevanja punjenja. Međutim, sadržaj sumpora se kontroliše tako da se karbid-sulfid (Ti,Nb)<4>C<2>S<2>, koji je prisutan u čeliku, postepeno rastvara tokom valjanja, uvodeći stoga niobijum i titanijum u čvrsti rastvor oslobođen tokom feritne transformacije u obliku finih čestica TiC i NbC, čime se očvršćava matrica čelika. Ovo se postiže određivanjem sadržaja sumpora (S) u opsegu 0,005% - 0,010%. Ovo jedinjenje je stabilno unutar opsega temperature zagrevanja ingota za valjanje, međutim, nestabilno je ispod 1050°C. Stoga se rastvara tokom valjanja pljosnate šipke i dopunjuje čvrsti rastvor (austenit) sa Ti i Nb.

[0062] U slučaju titanijuma (Ti), niobijums (Nb) i vanadijuma (V), zbir njihovog procentualnog sadržaja u čeliku zadovoljava zavisnost Ti+Nb+V ≤ 0,30% , međutim, moraju biti ispunjeni dole navedeni uslovi.

[0064] Sadržaj Nb unetog u čelik je optimalno određen na nivou tako da se karbid NbC -prisutan u gredici - potpuno rastvori u austenitu na temperaturi zagrevanja gredice.

[0065] Maksimalni sadržaj Nb (u masenim %) koji se rastvara u austenitu izražen je formulom (prema Irvinovom proizvodu rastvorljivosti):

[0067] gde je: T - temperatura zagrevanja punjenja °C, [Nb] - sadržaj niobijuma u austenitu na temperaturi zagrevanja punjenja, C - sadržaj ugljenika u čeliku, N - sadržaj slobodnog azota u čeliku.

[0069] Sadržaj Nb, prema formuli 2, uvodi se u čelik kada je zahtevana granica tečenja pljosnate šipke min.700 MPa. U slučaju šipki niže granice tečenja, sadržaj Nb u čeliku se smanjuje za vrednost 0,008% x (700 - R<e>)/50, gde je R<e>minimalna zahtevana granica tečenja; Sadržaj Ti unetog u čelik je određen tako da je sadržaj ovog elementa rastvorenog u austenitu [Ti] na temperaturi zagrevanja gredice optimalno unutar opsega 0,020% - 0,070%. Sadržaj titanijuma u austenitu je izražen formulom:

[0070] gde: vrednost od 3,43*N se odnosi na deo sadržaja titanijuma vezanog u nitridu TiN, a vrednost 3*S se odnosi na sadržaj titanijuma vezanog u titanijum-karbid-sulfidu Ti<4>C<2>S<2>.

[0072] U metodi prema pronalasku, punjenje u obliku gredice dobijeno tokom procesa kontinualnog livenja prvo se zagreva u peći. Zagrevanje gredice u peći za zagrevanje se vrši do maksimalne temperature u opsegu 1080 - 1180 °C. Tokom ponovnog zagrevanja gredice u peći, karbidi i nitridi tipa MX (M=Nb,Ti,V) rastvaraju se do pretpostavljenog sadržaja Nb, Ti i V u obliku čvrstog rastvora u austenitu. Sadržaj Ti je izabran tako da je azot vezan u obliku TiN i tako da je karbid-sulfid (Ti,Nb)<4>C<2>S<2>prisutan u čeliku nakon zagrevanja.

[0074] Nakon završetka ponovnog zagrevanja počinje proces valjanja koji je podeljen na grubo valjanje izvedeno u stalcima grube valjaonice i završno valjanje izvedeno u stalcima završne valjaonice. Konfiguracija linije valjanja je odabrana tako da je vremenski interval između poslednje redukcije valjanjem u grubim grupama i prve redukcije valjanjem u završnoj grupi najmanje 20 sekundi. Prema gore navedenom opisu - valjanje u prvom stalku grupe završnih stalaka počinje tek nakon proteka navedenih najmanje 20 sekundi nakon završetka grubog valjanja u poslednjem stalku grupe grubih stalaka. Štaviše, mora biti ispunjen uslov prema kome je ukupna relativna redukcija valjanjem u završnoj grupi (tj. dobijena nakon poslednjeg stalka završne grupe) izražena sledećom formulom:

[0076] gde je (Pr) površina poprečnog preseka trake nakon poslednjeg stalka grupe grubih stalaka, a (Pf) je površina poprečnog preseka pljosnate šipke, u opsegu od 60 - 80%.

[0078] U fazi toplog valjanja, kinetika precipitacije karbida NbC usporava se uvođenjem Mo u čelik u masenom opsegu 0,02% - 0,25%. Stoga se rekristalizacija austenita dešava tokom prvih prolaza i zaustavlja se nakon poslednjih prolaza grupe. Potpuna rekristalizacija austenita i formiranje fine i homogene distribucije veličine zrna odvija se u vremenskom intervalu između završetka grubog valjanja i početka završnog valjanja.

[0080] Nakon završetka valjanja, vrši se prirodno hlađenje pljosnate šipke u vazduhu do ambijentalne temperature. Pretpostavlja se da se hlađenje odvija brzinom u opsegu 0,5 -2,0 °C/sek., u zavisnosti od debljine šipke.

[0081] Projektovani hemijski sastav čelika uzrokuje da je razlika između završne temperature valjanja (u opsegu od približno 830 - 790°C) i temperature inicijacije feritne transformacije (u opsegu od približno 790 - 770°C) mala. Pod ovim uslovima, pre transformacije, čvrsti rastvor (austenit) sadrži približno 0,015% Nb i do 0,04% Ti, u zavisnosti od sadržaja ovih elemenata unetih u čelik. Stoga se tokom transformacije oslobađaju vrlo fine čestice (Nb, Ti)C koje očvršćavaju feritnu matricu. Doprinos očvršćavanja precipitacijom granici tečenja može se povećati dodatkom V u čelik koji formira karbide (Nb,V)C i (Ti,V)C. Fazna transformacija austenita daje fino zrno ferita veličine u opsegu od 4-6 µm. Usitnjavanje zrna dovodi i do porasta čvrstoće i do porasta duktilnosti čelika. Korišćeni sadržaj Mn u čeliku i sinergistički efekat malih količina Cr, Ni, Cu (iz otpada), Mo u količini 0,02-0,25% i bora u količin 0,0004-0,0010% uzrokuju usporavanje perlitne transformacije. Umesto perlita u strukturi čelika, prisutna su mala martenzitna i bajnitska ostrva.

[0083] [0032] Inhibicija rekristalizacije austenita prema inventivnoj metodi sprovodi se uvođenjem niobijuma u čelik u takvoj količini da se NbC karbidi prisutni u gredici potpuno rastvore u austenitu na temperaturi ponovnog zagrevanja za valjanje ne višoj od 1180°C. Vrednost temperature ponovnog zagrevanja gredice/bluma određuje se na nivou tako da se, kao rezultat sinergističkog efekta rastvorenog niobijuma i parametara plastične obrade, kao što su redukcija poprečnog preseka trake, brzina deformacije i temperatura trake za valjanje, rekristalizacija austenita zaustavi nakon poslednjih prolaza valjanja u gruboj početnoj grupi kao rezultat dinamičke precipitacije čestica NbC i njene potpune rekristalizacije unutar najmanje 20 sekundi nakon poslednjeg prolaza grube grupe valjaonice. Ovo je minimalni vremenski interval između grubog valjanja u gruboj grupi i završnoj grupi primenjen prema pronalasku. Broj stalaka valjaonice u gruboj grupi odabran je tako da se konačna dimenzija proizvoda može postići u završnoj grupi sa ukupnom relativnom deformacijom u opsegu 60 -80% i da temperatura završnog valjanja ne pređe opseg 790 - 830°C. Tokom grubog valjanja, rekristalizacija austenita se postepeno usporava kao rezultat intenzivnog dinamičkog oslobađanja čestica karbida NbC, a ispod 850±15°C je potpuno zaustavljena. U kombinaciji sa prokaljivošću čelika određenom njegovim hemijskim sastavom, posebno kontrolisanim sadržajem molibdena (Mo) i bora (B), kao i uslovima prirodnog hlađenja koji uzrokuju da je brzina hlađenja dugih proizvoda u obliku pljosnatih šipki u opsegu od 0,5 - 2,0°C/sek., u zavisnosti od debljine pljosnate šipke, temperatura inicijacije transformacije austenita u ferit u pljosnatoj šipci je u opsegu od 790 -770°C, a redosled i opseg temperature daljih faznih transformacija austenita u bajnit i martenzit uzrokuje da struktura pljosnate šipke sadrži sledeće glavne komponente:

[0084] ● sitnozrni poligonalni ferit i nepravilni bajnitski ferit gustine dislokacije i veličine zrna u opsegu od 4-7 µm i zapreminske frakcije 75-85%;

[0085] ● martenzitna i bajnitska ostrva veličine ispod 10 µm i zapreminske frakcije 15-25%.

[0087] Poligonalni ferit i bajnitska matrica takođe sadrže fine čestice (Nb, Ti)C veličine ispod 10 nm i zapreminske frakcije u opsegu od 0,0005 - 0,0015 koje se talože iz austenita tokom feritne transformacije.

[0089] Štaviše, struktura pljosnatih šipki sadrži velike čestice (Ti,Nb)(N,C) veličine preko 10 nm koje služe različitim funkcijama u procesu proizvodnje ovog proizvoda. Prvenstveno, one vezuju azot (N) koji nepovoljno utiče na mehanička svojstva pljosnatih šipki, u obliku nitrida (Ti,Nb)N. Zatim, to su NbC čestice karbida dinamički oslobođene tokom procesa valjanja, inhibirajući rekristalizaciju austenita.

[0091] [0035] Kao rezultat sinergističkog efekta gore navedenih parametara procesa toplog valjanja i procesa precipitacije koji se dešavaju u opisanom temperaturnom režimu pomoću kvalitativno i kvantitativno određenih mikro-aditiva i faznih transformacija koje se odvijaju u strukturi čelika, mogu se dobiti dodatni efekti u poređenju sa konvencionalnim procesima. Na prvom mestu, struktura dugih proizvoda u obliku pljosnatih šipki, dobijena kao rezultat primene metode prema pronalasku, značajno se razlikuje od strukture pljosnatih proizvoda u obliku čeličnih limova sa mikro-aditivima Nb, Ti i V proizvedenih u procesu termomehaničkog valjanja. Struktura pljosnatih proizvoda u obliku metalnih limova sadrži ferit i uglavnom perlit kao drugu komponentu. Štaviše, karakteristična odlika termomehanički valjanih limova je vrlo jako zoniranje perlita, bajnita i martenzita koji formiraju izdužene trake paralelne smeru valjanja lima. Ovo nepovoljno utiče na njihovu duktilnost i pre svega udarnu žilavost na nižoj temperaturi. U strukturi dugih proizvoda u obliku pljosnatih šipki proizvedenih prema pronalasku, bajnit i martenzit su prisutni u obliku malih čestica (ostrva) homogeno raspoređenih unutar feritne matrice. Kao rezultat toga, uprkos visokoj čvrstoći i duktilnosti, pljosnate šipke se odlikuju visokom vrednošću udarne energije u Čarpijevom testu KV(-20°C) većom od 47J. Važna karakteristika povezana sa morfologijom bajnitskih i martenzitnih ostrva u strukturi pljosnate šipke je da je podložna jakom radnom očvršćavanju tokom deformacije nakon dostizanja granice tečenja. U slučaju feritnih i perlitnih struktura termomehanički valjanih limova, ovaj fenomen se ne dešava, međutim, zajedno sa porastom čvrstoće - uzrokovanom usitnjavanjem feritnog zrna - vrednost granice tečenja približava se vrednosti zatezne čvrstoće.

[0093] U nastavku su navedeni primeri parametara čvrstoće dobijenih prema pronalasku, za specifične kvantitativne i kvalitativne vrednosti sastava čelika i primenjene parametre procesa.

[0095] Primer 1

[0096] Čelik hemijskog sastava datog u tabeli 1 (u masenim %) valjan je u pljosnatu šipku širine 140 mm x debljine 10 mm prema razvijenoj tehnologiji. Temperatura zagrevanja gredice u peći iznosila je 1180 °C. Temperatura završnog valjanja bila je 820°C. Vrednost minimalne granice tečenja R<e>min.=700 MPa. Nakon valjanja, pljosnate šipke su hlađene u sloju za hlađenje na mirnom vazduhu.

[0098] Tabela 1.

[0100]

[0103] Mehanička svojstva i karakteristike strukture pljosnatih šipki nakon valjanja i hlađenja u sloju za hlađenje na mirnom vazduhu dati su u tabeli 2. Dobijena struktura šipke sa vrlo finim česticama karbida (Nb,Ti)C prikazana je na sl.1. Značenje opisa na slici je sledeće: F -ferit, B - bajnit, M - martenzit.

[0105] Tabela 2.

[0107]

[0110] Primer 2 (referenca)

[0111] Čelik hemijskog sastava datog u tabeli 3 (u masenim %) valjan je u pljosnatu šipku širine 140 mm x debljine 10 mm prema razvijenoj tehnologiji. Temperatura zagrevanja punjenja u peći iznosila je 1080 °C. Konačna temperatura valjanja bila je 780°C. Nakon valjanja, pljosnate šipke su hlađene u sloju za hlađenje na mirnom vazduhu.

[0113] Tabela 3.

[0115]

[0118] Mehanička svojstva i karakteristike strukture pljosnatih šipki nakon valjanja i hlađenja u sloju za hlađenje na mirnom vazduhu dati su u tabeli 4. Dobijena struktura šipke sa vrlo finim česticama karbida (Nb, Ti)C prikazana je na sl.2.

[0120] Tabela 4.

[0122]

[0125] Naravno, predmetni pronalazak nije ograničen na predstavljena otelotvorenja -moguće su njegove različite modifikacije i proširenja u okviru obima priloženih zahteva bez odstupanja od patentnih zahteva.

Claims (2)

1. Patentni zahtevi

1. Metoda proizvodnje čelične pljosnate šipke debljine do 20 mm i širine do 250 mm, korišćenjem procesa toplog valjanja, pri čemu se punjenje u obliku gredica dobijenih u procesu kontinualnog livenja zagreva u peći, a zatim oblikuje u procesu valjanja u stalcima valjaonice, nakon čega sledi hlađenje do ambijentalne temperature, naznačena time što faza zagrevanja u peći se izvodi do maksimalne temperature u opsegu od 1080°C - 1180°C, faza oblikovanja korišćenjem stalaka valjaonice uključuje grubo valjanje izvedeno u grupi grubih stalaka i završno valjanje izvedeno u grupi završnih stalaka, gde je temperatura završnog valjanja između 790°C and 830°C, pri čemu je minimalni dozvoljeni vremenski interval između poslednje redukcije valjanjem u gruboj grupi i prve redukcije valjanjem u završnoj grupi 20 sekundi, ukupna relativna redukcija valjanjem u završnoj grupi, izražena formulom {[Pr -Pf ]/ Pr }*100%, gde je (Pr) površina poprečnog preseka trake nakon poslednjeg stalka grupe grubih stalaka, a (Pf) je površina poprečnog preseka pljosnate šipke, u opsegu od 60 - 80%, i

faza hlađenja pljosnate šipke se izvodi korišćenjem vazduha pod uslovima prirodnog hlađenja brzinom od 0,5°C do 2,0°C/sek., i time što je materijal punjenja niskolegirani čelik, pri čemu je sadržaj elemenata C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo i V odabran tako da zadovolji uslov:

gde je C<e>ekvivalent ugljenika čija je vrednost izražena formulom:

,

i time što je sadržaj elemenata Ti, Nb i V fiksiran tako da zadovolji uslov Ti+Nb+V ≤ 0,30%, pri čemu je maksimalni sadržaj Nb u masenim % izražen sledećom formulom:

Log[Nb]*[C+12/14N] = 2,26 - 6770/T, gde je T temperatura ponovnog zagrevanja gredice, [Nb] je sadržaj niobijuma po težinskom procentu rastvorenog u austenitu na temperaturi ponovnog zagrevanja, C i N su, redom, sadržaj ugljenika i azota preostalog u austenitu -nakon formiranja TiN, pri čemu je sadržaj Ti određen tako da je sadržaj ovog elementa u austenitu unutar 0,020 - 0,070%, i pri čemu je

sadržaj Ti unetog u čelik određen tako da je sadržaj ovog elementa rastvorenog u austenitu [Ti] na temperaturi zagrevanja gredice unutar opsega 0,020% - 0,070%, pri čemu je sadržaj titanijuma u austenitu izražen formulom:

[Ti] = Ti - 3,43*N<t>- 3*S, gde je: N<t>ukupan sadržaj azota u čeliku, a vrednost 3,43*N<c>se odnosi na deo sadržaja titanijuma vezanog u nitridu TiN, a vrednost 3*S se odnosi na sadržaj titanijuma vezanog u titanijum-karbid-sulfidu Ti<4>C<2>S<2>,

pri čemu čelik sadrži Mn u količini od 1,35 do 1,95%, male količine Cr, Ni i Cu poreklom iz otpada, Mo u količini od 0,02 do 0,25% i B u količini od 0,0004 do 0,0010%, gde je S u količini od 0,005 do 0,010%, sadržaj Al je u opsegu od 0,020 do 0,040%, sadržaj C nije veći od 0,10%, sadržaj Si nije veći od 0,20%, i sadržaj N nije veći od 0,010 %,

pri čemu je Cr Ni Cu ≤ 0,80%,

a ostatak su Fe i nečistoće.

2. Čelična pljosnata šipka debljine do 20 mm i širine do 250 i minimalne granice tečenja R<e>maksimalne vrednosti 700 MPa, proizvedena u procesu toplog valjanja prema patentnom zahtevu 1, naznačena time što mikrostruktura čelika pljosnate šipke uključuje sitnozrni poligonalni ferit i nepravilni bajnitski ferit veličine zrna 4-7 µm i zapreminske frakcije 75-85% i martenzitna i bajnitska ostrva veličine manje od 10 µm i zapreminske frakcije 15-25%.