RU2781928C1 - Способ производства низколегированного рулонного проката категории прочности С390П - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу производства низколегированного рулонного проката категории прочности С390П. Способ включает выплавку в сталеплавильном агрегате низколегированной малоуглеродистой стали, микролегирование расплава титаном и алюминием, внепечную обработку в ковше, получение непрерывнолитой заготовки, аустенизацию полученной заготовки, черновую прокатку до толщины промежуточного раската, его подстуживание, чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ламинарное охлаждение водой до температуры смотки в рулон. Непрерывнолитую заготовку получают из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,05-0,10, марганец 0,4-1,0, кремний 0,1-0,5, хром 0,4-1,0, медь не более 0,15, никель не более 0,25, алюминий не более 0,10, ванадий 0,03-0,2, титан 0,001-0,04, ниобий 0,01-0,15, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,010, железо и неизбежные примеси - остальное, причем содержание титана составляет не более 0,5 от содержания ванадия, суммарное содержание ниобия, ванадия и титана - не более 0,25 мас.%, а углеродный эквивалент Сэ не превышает 0,36. Аустенизацию непрерывнолитой заготовки осуществляют с выдержкой при заданной температуре не менее 4 часов. Последующую черновую прокатку заготовки производят при величине единичного относительного обжатия в первом проходе не менее 30% и не менее 20% в последнем проходе, причем толщину промежуточного раската устанавливают составляющей 3-5 толщины готового проката. Чистовую прокатку производят при величине единичного относительного обжатия в первом проходе не менее 20% и не более 12% в последнем проходе, причем температуру конца чистовой прокатки устанавливают в зависимости от толщины готового проката из соотношения Ткп=(920-k*h), °С, где h – толщина готового проката, мм, k - эмпирический коэффициент, составляющий от 3 до 6. Скорость ламинарного охлаждения готового проката на отводящем рольганге составляет 8-20°С/сек, а смотку полосы в рулон производят в диапазоне температур 450-520°С. Обеспечивается получение проката с показателем огнестойкости σ_т ⁺⁶⁰⁰/σ_т ⁺²⁰, составляющим не менее 0,6, при сохранении требуемого уровня прочностных и пластических характеристик.

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к прокатному производству, и может быть использовано для изготовления рулонного проката из строительных сталей с повышенной огнестойкостью.

Низколегированные малоуглеродистые стали, используемые для изготовления строительных металлоконструкций, не всегда характеризуются достаточно высокой огнестойкостью. Тяжелые последствия пожаров на объектах промышленного и гражданского строительства являются следствием сравнительно низкой огнестойкости строительного металлопроката. При этом основной причиной разрушения металлоконструкций является обычно потеря устойчивости металлоконструкций ввиду критического снижения предела текучести под воздействием высоких температур. Таким образом, разработка новых более совершенных видов высокопрочного огнестойкого металлопроката для строительных металлоконструкций и металлургической технологии их производства является достаточно актуальной задачей.

Для проката, используемого при изготовлении строительных металлоконструкций, огнестойкость оценивается, как способность материала максимально долго сохранять достаточно высокие значения предела текучести (σ_т) при нагреве до высокой температуры, т.е. сохранять несущую способность всей конструкции в пожароопасных ситуациях. В качестве основного критерия огнестойкости непосредственно строительного проката, без учета характера изготовляемых из него металлоконструкций, обычно принимают степень сохранения предела текучести металла при критической температуре 600°С на уровне не менее, чем 0,6 от его номинальных значений при комнатной температуре.

Известен способ производства огнестойкого листового проката, включающий получение заготовки из низколегированной малоуглеродистой стали 06МБФ, содержащей, мас. %: С=0,08-0,10; Mn=0,6-0,9; Si=0,15-0,35; Cr=0,5-0,8; Ni=0,1-0,3; Cu≤0,20; Mo=0,08-0,20; Al=0,02-0,06; Nb=0,02-0,04; V=0,06-0,09; Ti=0,015-0,035; с высокой чистотой по вредным примесям S<0,010%; P<0,020%; железо и примеси – остальное. Листы изготовляют на толстолистовом реверсивном стане. Температура начала деформации составляет 1200-1210°C, а ее окончания 760-1000°C в зависимости от толщины листов. Полученный прокат подвергают термической обработке - ускоренному отпуску или закалке с ускоренным отпуском [1].

Указанный способ обеспечивает получение уровня механических свойств проката, соответствующего требованиям к строительной стали С355. Однако, на практике для строительства необходим высокопрочный огнестойкий прокат С390П с более высоким уровнем прочностных характеристик - предел текучести более 390МПа. Кроме того, известный способ направлен на производство листового проката и не может быть использован при изготовлении полосового рулонного проката на широкополосовых станах. Очевидно, что для получения рулонного огнестойкого проката необходимо соответствующим образом изменить состав легирующей композиции и определить технологические режимы рулонной прокатки (режимы частных обжатий по клетям, скорость охлаждения, температура смотки), что обуславливает необходимость разработки новых технических решений. Также актуальной задачей является снижение стоимости легирования, так как присутствующий в составе стали 06МБФ молибден значительно удорожает сталь, тем самым ограничивая ее применимость.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства низколегированного рулонного полосового проката с повышенной огнестойкостью, который включает выплавку в сталеплавильном агрегате низколегированной малоуглеродистой стали заданного химического состава, микролегирование металла титаном и алюминием, внепечную обработку в ковше, получение непрерывнолитой заготовки, аустенизацию полученной заготовки, черновую прокатку до толщины промежуточного подката, чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ламинарное охлаждение водой до температуры смотки в рулон. Для производства рулонных полос используют сталь следующего химического состава, мас. %: C = 0,06-0,20; Mn = 0,5-1,6; Si = 0,15-0,6; V = 0,03-0,20; Nb = 0,01-0,04; Al = 0,01-0,10; Ti = 0,005-0,05; Мо = 0,02-0,50; Cr = 0,10-0,30; Ni = 0,10-0,30; N = 0,005-0,012; S = 0,001-0,020; P = 0,005-0,025 остальное железо [2].

Общим с предлагаемым техническим решением является назначение изобретения, а также наличие на стадии прокатки таких операций, как получение заготовки из стали схожего качественного и количественного состава, аустенизацию заготовки, предварительная и окончательная деформации, ламинарное охлаждение.

К недостаткам данного способа можно отнести то, что получаемые при его использовании рулонные полосы из низколегированной стали обладают высокой себестоимостью за счет легирования модибденом в значительных количествах, и недостаточно высокой огнестойкостью. Это обуславливает необходимость разработки способа производства низколегированных рулонных полос с более высокими значениями данной характеристики.

Таким образом, предлагаемое техническое решение должно содержать разработанный химический состав стали и режимы операций прокатного передела, обеспечивающие получение высоких прочностных свойств и требуемого уровня огнестойкости.

Технический результат изобретения состоит в получении рулонного полосового проката с высоким уровнем огнестойкости при обеспечении уровня прочностных и пластических характеристик, соответствующего категории прочности С390П. Этот результат достигается тем, что в способе производства низколегированного рулонного проката категории прочности С390П, включающем выплавку в сталеплавильном агрегате низколегированной малоуглеродистой стали, микролегирование расплава титаном и алюминием, внепечную обработку в ковше, получение непрерывнолитой заготовки, аустенизацию полученной заготовки, черновую прокатку до толщины промежуточного раската, его подстуживание, чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ламинарное охлаждение водой до температуры смотки в рулон, согласно изобретению непрерывнолитую заготовку получают из стали, содержащей, мас.%:

углерод 0,05-0,10

марганец 0,4-1,0

кремний 0,1-0,5

хром 0,4-1,0

медь не более 0,15

никель не более 0,25

алюминий не более 0,10

ванадий 0,03-0,2

титан 0,001-0,04

ниобий 0,01-0,15

сера не более 0,010

фосфор не более 0,015

азот не более 0,010

железо и неизбежные примеси - остальное,

причем содержание титана составляет не более 0,5 от содержания ванадия, а суммарное содержание ниобия, ванадия и титана - не более 0,25 мас.%, а углеродный эквивалент Сэ [3] не превышает 0,36, аустенизацию непрерывнолитой заготовки осуществляют с выдержкой при заданной температуре не менее 4 часов, последующую черновую прокатку заготовки производят при величине единичного относительного обжатия в первом проходе не менее 30% и не менее 20% в последнем проходе, причем толщину промежуточного раската устанавливают составляющей 3-5 толщины готового проката, а чистовую прокатку производят при величине единичного относительного обжатия в первом проходе не менее 20% и не более 12% в последнем проходе, причем температуру конца чистовой прокатки устанавливают в зависимости от толщины готового проката из соотношения Ткп=(920-k*h), °С, где h – толщина готового проката, мм, k - эмпирический коэффициент, составляющий от 3 до 6, а скорость ламинарного охлаждения готового проката на отводящем рольганге составляет 8-20°С/сек, причем смотку полосы в рулон производят в диапазоне температур 450-520°С, а показатель огнестойкости готового проката σ_т ⁺⁶⁰⁰/σ_т ⁺²⁰ составляет не менее 0,6.

Сущность изобретения состоит в том, что полное использование ресурса механических и эксплуатационных свойств, имеющегося в низколегированной стали данного химического состава, обеспечивается деформационно-термическим режимом ее производства. Технология прокатки направлена на получение оптимальной ферритно-бейнитной структуры, измельчение элементов микроструктуры, упрочнение твердого раствора, дисперсионное твердение, дислокационное и текстурное упрочнение, обеспечивающие высокий уровень прочностных характеристик и огнестойкости, соответствующий прокату категории прочности С390П.

Сначала выплавляют заготовку из стали с заданным химическим составом. Содержание углерода в низколегированной стали определяет ее прочностные характеристики. Содержание углерода менее 0,05% технологически сложно обеспечить на сталеплавильном переделе. В то же время увеличение содержания углерода более 0,10% ухудшает ударную вязкость и огнестойкость рулонной полосы и приводит к появлению неравномерности свойств по ее толщине в результате зональной ликвации.

В низколегированной полосовой стали рассматриваемого сортамента легирование марганцем и хромом способствует твердорастворному упрочнению металла, и, соответственно, повышению прочностных характеристик готового проката. Снижение содержания марганца менее 0,4% приводит к снижению предела текучести и предела прочности ниже допустимых пределов. В то же время содержание марганца должно быть не более 1,0%, поскольку только до этих значений он способствует растворению в твердом растворе микролегирующих элементов, образующих дисперсные термически устойчивые частицы карбонитридных фаз, способствующие повышению огнестойкости. Относительно низкое содержание углерода и марганца способствует получению низких значений углеродного эквивалента, т.е. хорошей свариваемость проката.

Использование кремния необходимо для проведения раскисления стали при выплавке и для повышения прочностных характеристик рулонной полосы. Снижение содержания кремния менее 0,1% существенно усложняет сталеплавильный процесс, за счет негативного влияния на жидкотекучесть расплава, и приводит к неоправданному повышению себестоимости проката. В то же время повышение содержания кремния более 0,5% сопровождается возрастанием количества силикатных включений, снижающих ударную вязкость и огнестойкость металла. Кроме того, это приводит к ухудшению свариваемости полосы.

Алюминий используется для раскисления и модифицирования стали. Связывая излишки азота в нитриды, он подавляет его негативное воздействие на свойства листов. Это обуславливает необходимость снижения содержания алюминия до уровня не более 0,10%.

Микролегирование никелем в пределах до 0,25% способствует повышению качества поверхности полосы при прокатке за счет предотвращения налипания металла на рабочие валки и благоприятно сказывается на повышении огнестойкости. В то же время при увеличении содержания никеля более 0,25% эффективность его использования сохраняется прежней, а себестоимость металла возрастает, т.е. имеет место необоснованное удорожание проката.

Хром является важным легирующим элементом для сталей рассматриваемого сортамента, поскольку в заявленном диапазоне он уменьшает интенсивность снижения прочностных характеристик металла при пожаре, повышая сопротивление разупрочнению при температурах выше 550°С. Легирование хромом в рассматриваемом диапазоне повышает прочностные характеристики и огнестойкость металла. В указанных температурных интервалах прокатки и смотки хром способствует формированию не менее чем 30% микроструктуры низкоуглеродистого бейнита, необходимой как для обеспечения требуемых прочностных свойств проката при комнатной температуре, так и предела текучести при 600°C. В рамках указанной концентрации хром не оказывает вредного влияния на свариваемость полосового проката при производстве строительных металлоконструкций. Однако при увеличении концентрации хрома более 1,0% существенно возрастает себестоимость легирования без улучшения эксплуатационных и механических свойств.

Титан необходим для связывания азота в нитриды. Частицы нитрида титана препятствуют росту зерна аустенита в ходе нагрева, в процессе сварки при изготовлении строительных металлоконструкций не происходит их растворения и разупрочнения зоны сварного шва.

При ламинарном охлаждении прокатанных полос микролегирование стали ниобием, в процессе горячей прокатки перед началом ферритного превращения в металле формируются вытянутые зерна наклепанного аустенита с высокой плотностью центров зарождения ферритной фазы, что способствует возникновению дислокационной ячеистой микроструктуры стали, обеспечивающей сочетание требуемых прочностных и пластических свойств металла, в том числе при повышенной температуре. Мелкодисперсные карбонитриды ниобия тормозят рекристаллизацию аустенита при температурах горячей прокатки, что способствует измельчению зерна при прокатке по предложенным технологическим режимам. Ниобий, оставшийся после прокатки в твердом растворе, повышает устойчивость аустенита и увеличивает долю бейнита в микроструктуре, что благотворно влияет на огнестойкость. Ванадий, как и часть ниобия, не выделившаяся в виде частиц при прокатке, при рекомендованных режимах смотки сохраняются после прокатки в твердом растворе, но при нагреве до температуры пожара образуют дисперсные термически устойчивые частицы карбонитридных фаз, что способствует повышению огнестойкости. Выделяясь при нагреве до температуры пожара 550-600°С, эти дисперсные частицы повышают атермическую составляющую прочностных характеристик стали и, обладая повышенным сопротивлением к коагуляции, достаточно эффективно сдерживают снижение прочности, в случае повышения температуры при пожаре. Однако, при суммарном содержании указанных элементов более 0,2% металл характеризуется снижением низкотемпературной вязкости. Кроме того, это неоправданно ухудшает свариваемость горячекатаных полос при изготовлении металлоконструкций без дальнейшего повышения механических свойств.

Сталь предложенного состава может содержать в виде примесей не более 0,015% фосфора и не более 0,010% серы. При указанных предельных концентрациях эти элементы в горячекатаных полосах из стали предложенного состава не оказывают заметного негативного воздействия на механические и эксплуатационные свойства полос, тогда как их удаление из расплава существенно повышает затраты на производство и усложняет технологический процесс. Увеличение концентрации этих вредных примесей, особенно – серы, более предложенных значений существенно ухудшает показатели огнестойкости полос и, в особенности, низкотемпературную ударную вязкость.

В целом приведенное содержание элементов обеспечивает получение необходимого фазового состава и эксплуатационные свойства штрипса при реализации предлагаемых технологических режимов прокатки.

Нагрев непрерывнолитой заготовки под горячую прокатку с выдержкой не менее 4 часов являются необходимым условием аустенизации стали по всему объему этой заготовки. При этом происходит полное растворение в аустенитной матрице сульфидов, фосфидов, нитридов, легирующих и примесных соединений, карбонитридных упрочняющих частиц. Одновременно повышается технологическая пластичность и деформируемость заготовок при прокатке.

Черновая прокатка заготовки, находящейся в пластичном состоянии после нагрева, является подготовительной ступенью деформации и обеспечивает получение исходной однородной структуры подката путем измельчения зерна аустенита за счет статической рекристаллизации. При черновой прокатке на стан поступает «высокая» непрерывнолитая заготовка, поэтому, чтобы деформация и измельчение зерна аустенита доходило от поверхностных слоев до оси заготовки, первый проход производят с единичным относительным обжатием не менее 30%, а последний проход – не менее 20%. Это позволяет обеспечить проработку осевой зоны заготовки и разрушение ликвационной полосы в этой зоне. При такой величине единичных обжатий по проходам черновая прокатка обеспечивает интенсивное измельчение аустенитного зерна в промежуточном раскате до размера 30-70 мкм.

Толщину промежуточного раската после черновой прокатки устанавливают составляющей 3-5 толщины готовой полосы, поскольку именно такой диапазон толщин позволяет провести последующую контролируемую чистовую прокатку в области отсутствия рекристаллизации аустенита, и обеспечить развитие текстуры и образование субзерен аустенита для формирования дополнительных центров зарождения ферритной фазы для получения мелкого зерна после превращения в качестве фактора, улучшающего огнестойкость.

Упрочнение рулонной полосы в процессе чистовой многопроходной прокатки в двухфазной области с затрудненной рекристаллизацией аустенита характеризуется тем, что в первом проходе наиболее интенсивно упрочняются поверхностные слои заготовки, получающие максимальную деформацию. При величине единичного относительного обжатия в первом проходе не менее 20% это упрочнение поверхностных слоев охватывает всю толщину раската. В тоже время величина единичного относительного обжатия в последнем проходе не более 12% позволяет получить требуемую толщину готовой полосы.

Диапазон температуры конца чистовой прокатки устанавливают в зависимости от толщины готового проката из соотношения Ткп=(920-k*h), °С, где h – толщина проката, мм, k - эмпирический коэффициент, для данного сортамента составляющий k=3…6. Температура конца чистовой прокатки в диапазоне, определяемом указанными значениями коэффициента k, позволяет обеспечить получение прочностных характеристик готового проката, соответствующих категории прочности С390П.

Ускоренное ламинарное охлаждение прокатанного штрипса со скоростью 8-20 °С/сек позволяет получить оптимальную ферритно-перлитную структуру с долей бейнита не менее 30% и морфологию фаз, обеспечивающие высокие прочностные характеристики и необходимый уровень огнестойкости проката.

Для стабилизации свойств полученного проката, после ускоренного охлаждения полосу необходимо охлаждать более медленно, чтобы обеспечить снятие остаточных внутренних напряжений. Это повышает уровень механических свойств полученного проката. Такое медленное охлаждение достигается после смотки полосы в рулон при температуре 450-520°С в ходе остывания этого рулона, и способствует получению мелкозернистой равновесной структуры металла.

В целом режимы прокатки и последующего охлаждения огнестойкой стали С390П обеспечивают получение феррито-бейнитной структуры с большой плотностью дислокаций и большим количеством дисперсных фаз, выделяющихся при нагреве до температур пожара, за счет сохранения в твердом растворе определенного количества ванадия и ниобия для последующего выделения в процессе нагрева, что способствует торможению процессов разупрочнения и повышению огнестойкости готового проката до нормативного уровня σт⁺⁶⁰⁰/σт⁺²⁰≥0,6.

Применение способа поясняется примером его реализации при производстве рулонной полосы размером 10×1750 мм, категории прочности С390П. Производят изготовление заготовок из стали, содержащей, мас.%: С=0,062; Мn=0,60; Si=0,24; Сr=0,60; Ni=0,08; Nb=0,05; Сu=0,05; Al=0,05; V=0,085; Ti=0,02; Р=0,01; железо и примеси, с содержанием каждого примесного элемента менее 0,03% – остальное. При этом содержание титана составляет 0,24 от содержания ванадия, т.е. соответствует заявленному диапазону. Суммарное содержание ниобия, ванадия и титана составляет 0,155%, т.е. соответствует условиям рассматриваемого технического решения. Углеродный эквивалент полученной стали составляет Сэ=0,31, т.е. соответствует заявленному диапазону.

Следует также отметить, что выплавленная сталь предложенного состава содержала в виде примесей 0,010% фосфора и 0,007% серы. При указанных предельных концентрациях эти элементы в подобной стали не оказывают заметного негативного воздействия на качество полосы, тогда как их удаление из расплава существенно повышает затраты на производство и усложняет технологический процесс.

При нагреве непрерывнолитых заготовок размером 315×1850×4520 мм до температуры 1190°С в течении 6 часов, происходила аустенизация низколегированной стали, растворение дисперсных карбонитридных упрочняющих частиц.

После выдачи из печи осуществляли черновую прокатку заготовки с обжатием в первом проходе на толщину 220 мм, т.е. на 30%, в последнем проходе – обжатие с 55 мм на толщину 45 мм, т.е. на 20%. При этом толщина промежуточного раската 45 мм составляла 4,5 толщины готовой полосы, что соответствует заявленному диапазону.

Затем производили подстуживание полученного раската на рольганге стана, путем естественного охлаждения на воздухе, после которого осуществляли его чистовую прокатку на размер рулонной полосы 10,0×1750 мм. При этом в первом проходе чистовой прокатки единичное относительное обжатие производили с 45 мм на толщину 36 мм, т.е. на 20%, в соответствии с заявленными диапазонами. В последнем проходе – с 10,8 мм на толщину 10 мм, т.е. единичное обжатие составляло 8% и соответствовало заявленному диапазону.

При этом температура конца чистовой прокатки составляла 865°С, т.е. также соответствовала заявленному диапазону от Ткп=(920-k*h)=(920-6*10)=860°С до Ткп=(920-k*h)=(920-3*10)=890°С для толщины листа 10 мм. При такой температуре конца прокатки происходит субзеренное упрочнение, которое существенно влияет на формирование механических свойств.

Прокатанную полосу подвергали ускоренному ламинарному охлаждению водой при транспортировке по отводящему рольгангу перед смоткой в рулон со скоростью 12°С/сек до температуры 520°С, при которой производили смотку рулона. Параметры охлаждения и смотки соответствовали заявленному диапазону. Ламинарное охлаждение обеспечивало повышение дисперсности фазовых составляющих и формирование феррито-бейнитной структуры. В то же время замедленное охлаждение металла при остывании полосы в рулоне способствовало снятию внутренних термических напряжений в материале полосы и завершению структурно-фазовых превращений.

Механические свойства определяли на поперечных образцах. Температурно-деформационный режим прокатки обеспечил получение мелкозернистой феррито-бейнитной структуры с заметной поперечной и продольной анизотропией зерен. Испытания на статическое растяжение при комнатной температуре и при температуре 600°С осуществляли на плоских образцах по ГОСТ 1497, а на ударный изгиб на образцах с V-образным надрезом по ГОСТ 9454 при температуре -40°С. Получены следующие механические свойства для поперечных образцов при комнатной температуре: временное сопротивление σ_в ²⁰=520-560 Н/мм²; предел текучести σ_т ²⁰=390-420 Н/мм²; относительное удлинение δ²⁰=21-24%; ударная вязкость КСV^-40=90-120Дж/см². При повышенной температуре 600°С: временное сопротивление σ_в ⁶⁰⁰=300-350 Н/мм²; предел текучести σ_т ⁶⁰⁰=245-270 Н/мм². Указанный уровень свойств полностью соответствует требованиям, предъявляемым к огнестойкому полосовому прокату С390П [3].

Таким образом, применение предложенного способа прокатки обеспечивает достижение требуемого результата – получение на широкополосовом прокатном стане огнестойкого проката с высоким уровнем механических свойств.

Оптимальные параметры реализации способа были определены эмпирическим путем. Экспериментально установлено, что при продолжительности аустенизации в ходе нагрева перед прокаткой менее 4 часов заготовка не успевает равномерно прогреться и не удается обеспечить гомогенизацию аустенитной структуры, что препятствует получению требуемого уровня свойств готового проката.

Черновая прокатка нагретой непрерывнолитой заготовки при величине единичного относительного обжатия в первом проходе менее 30% не позволяет провести существенную проработку её осевой зоны, т.е. не обеспечивает разбивку ликвационной полосы, необходимую для получения требуемого уровня механических свойств проката. Величина единичного относительного обжатия в последнем проходе черновой прокатки менее 20% также может неблагоприятно сказываться на уровне механических свойств и огнестойкости.

Из опыта установлено, что при толщине промежуточного раската, составляющей менее 3 толщин готовой полосы, на стадии чистовой прокатки невозможно обеспечить суммарную деформацию, достаточную для проработки структуры металла и получения достаточно мелкого зерна в готовом изделии. В то же время, при толщине промежуточного раската более 5 толщин готового штрипса, он слишком массивен, и операция его промежуточного подстуживания между черновой и чистовой стадиями прокатки занимает слишком много времени. Иначе говоря, промежуточный раскат остывает до заданной температуры слишком долго, что неоправданно замедляет производственный процесс и приводит к снижению производительности стана.

Практика показывает, что при величине единичных относительных обжатий промежуточного раската в первом проходе чистовой прокатки менее 20%, не всегда удается обеспечить интенсивную проработку структуры раската по толщине для установленного температурного диапазона деформации. Поэтому снижение величины единичного обжатия менее 20% приводит к ухудшению механических свойств готовой полосы. В то же время увеличение величины единичного обжатия в низкотемпературном диапазоне чистовой прокатки более 12% характеризуется возможным повышением усилия прокатки и нагрузки на рабочие валки стана выше допустимой величины.

Экспериментально установлено, что, если для рассматриваемого сортамента проката С390П температура окончания чистовой прокатки выше, чем устанавливаемая из соотношения Ткп=(920-k*h)°С, то не всегда удается достигнуть степени измельчения микроструктуры в процессе чистовой прокатки, необходимой для получения требуемого уровня механических свойств готовой продукции, т.е. при k<3 возможно получение величины предела текучести ниже допустимых для данного сортамента значений. В то же время при температуре окончания чистовой прокатки меньше значений, определяемых из указанного соотношения (при k>6), имеет место повышение усилий прокатки, которое может приводить к возникновению аварийной ситуации при превышении допустимых значений этих усилий для последних клетей чистовой группы широкополосного стана. Кроме того, в этом случае возможно получение величины относительного удлинения ниже допустимых для данного сортамента значений.

Ламинарное охлаждение полученной полосы заданного химического состава на отводящем рольганге со скоростью менее 8°С/с приводит к получению преимущественно ферритной структуры с недостаточным уровнем прочностных характеристик для проката С390П. В то же время повышение скорости охлаждения до уровня выше 20°С/с может приводить к слишком большому снижению пластических характеристик за счет увеличения доли бейнитной составляющей в структуре.

Следует отметить, что при ламинарном охлаждении полосы до температуры смотки в рулон выше 520°С, не всегда удается обеспечить полное протекание фазовых превращений в металле, что приводит к сохранению значительного количества феррита в структуре проката и обуславливает снижение прочностных свойств готового изделия. В то же время, ламинарное охлаждение до температуры смотки ниже 450°С может сопровождаться появлением в структуре металла мартенситной составляющей, что приведет к недопустимому снижению вязкостных характеристик проката С390П.

Как следует из приведенного анализа, при реализации предложенного технического решения требуемый уровень качества огнестойкого проката для строительных металлоконструкций достигается за счет выбора наиболее рациональных технологических режимов и химического состава стали, а кроме того, за счет характера распределения единичных деформаций заготовки при прокатке. Однако, в случае выхода варьируемых технологических параметров за установленные для этого способа границы, не всегда удается обеспечить соответствие качества полученного проката требованиям к огнестойкости и категории прочности заданным для категории прочности С390П. Таким образом, подтверждается достоверность рекомендаций по выбору допустимых значений технологических параметров предложенного способа производства огнестойкого полосового проката.

Технико-экономические преимущества рассматриваемого изобретения состоят в том, что предложенные температурно-деформационные режимы производства позволяют наиболее эффективно использовать все механизмы упрочнения и повышения огнестойкости низколегированного проката данного химического состава: измельчение зерен микроструктуры, дислокационное упрочнение, дисперсионное твердение. Использование предложенного способа позволяет освоить промышленное производство низколегированного рулонного полосового проката с повышенной огнестойкостью.

Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:

1. Проектирование металлических конструкций. ч.1: «Металлические конструкции. Материалы и основы проектирования». Учебник для ВУЗов/С.М.Тихонов, В.Н.Алехин, З.В.Беляева и др.: под ре. А.Р.Туснина – М.: Изд. «Перо», 2020 – 468 с.

2. Патент РФ RU 2183222 С1, B21DВ1/46, C21D8/02. Способ производства огнестойкого листового проката, опублик. 10.06.2002 г.

3. ГОСТ 27772-2015. Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия, М.: «Стандартинформ», 2016 г.

Claims (16)

1. Способ производства низколегированного рулонного проката категории прочности С390П, включающий выплавку в сталеплавильном агрегате низколегированной малоуглеродистой стали, микролегирование расплава титаном и алюминием, внепечную обработку в ковше, получение непрерывнолитой заготовки, аустенизацию полученной заготовки, черновую прокатку до толщины промежуточного раската, его подстуживание, чистовую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ламинарное охлаждение водой до температуры смотки в рулон, отличающийся тем, что непрерывнолитую заготовку получают из стали, содержащей, мас.%:
2. углерод 0,05-0,10
3. марганец 0,4-1,0
4. кремний 0,1-0,5
5. хром 0,4-1,0
6. медь не более 0,15
7. никель не более 0,25
8. алюминий не более 0,10
9. ванадий 0,03-0,2
10. титан 0,001-0,04
11. ниобий 0,01-0,15
12. сера не более 0,010
13. фосфор не более 0,015
14. азот не более 0,010
15. железо и неизбежные примеси - остальное,
16. причем содержание титана составляет не более 0,5 от содержания ванадия, а суммарное содержание ниобия, ванадия и титана - не более 0,25 мас.%, а углеродный эквивалент Сэ не превышает 0,36, аустенизацию непрерывнолитой заготовки осуществляют с выдержкой при заданной температуре не менее 4 часов, последующую черновую прокатку заготовки производят при величине единичного относительного обжатия в первом проходе не менее 30% и не менее 20% в последнем проходе, причем толщину промежуточного раската устанавливают составляющей 3-5 толщины готового проката, а чистовую прокатку производят при величине единичного относительного обжатия в первом проходе не менее 20% и не более 12% в последнем проходе, причем температуру конца чистовой прокатки устанавливают в зависимости от толщины готового проката из соотношения Ткп=(920-k*h), °С, где h – толщина готового проката, мм, k - эмпирический коэффициент, составляющий от 3 до 6, а скорость ламинарного охлаждения готового проката на отводящем рольганге составляет 8-20°С/сек, причем смотку полосы в рулон производят в диапазоне температур 450-520°С, а показатель огнестойкости готового проката σ_т ⁺⁶⁰⁰/σ_т ⁺²⁰ составляет не менее 0,6.