Контролируемая прокатка

ПРОКАТКА КОНТРОЛИРУЕМАЯ

 ПРОКАТКА КОНТРОЛИРУЕМАЯ –  (КП) [controlled rolling] — под контролируемой прокаткой понимается производство горячекатаных изделий с регламентацией основных параметров: температуры начала и конца деформации, ее степени и дробности, скорости последеформационного охлаждения. При этом марки сталей и технология привязаны к имеющемуся оборудованию и сортаменту изделий. Контролируемая прокатка — горячая прокатка преимущественно конструкционных феррито-перлитных сталей по регламентируемым температурно-деформационным режимам для формирования в готовом прокате мелкозернистой структуры с упорядочением распределенных дефектов кристаллической решетки, обеспечивающим повышение предела текучести, снижение температуры вязко-хрупкого перехода и улучшение свариваемости. Применяют две основных технологических схемы контролируемой прокатки: низко- (НТКП) и высокотемпературная (или «рекристаллизац.») контролируемая прокатка (ВТКП). НТКП была разработана в 1970-х гг. и внедрена на многих металлургических фирмах Германии, Японии и США при производстве толстолистового проката для магистральных газопроводов большого диам. В 1980-х гг. НТКП толстолистового проката была освоена на ряде металлургических заводов России и Украины. НТКП осуществляется как правило на реверсивных станах и включает три стадии многопроходной горячей деформации с регламентированными разовыми и суммарными обжатиями: выше температуры рекристаллизации аустенита, когда при повторной рекристаллизации происходит измельчение зерна аустенита, в интервале (наклеп аустенита) и вблизи точки Лг (наклеп и полигонизация феррита) с последующим охлаждением со скоростью до 15-20°C/с. Причем для НТКП были разработаны специальные малоперлитные микролегированные Mb, Ti и/или V стали (типа 10Г2ФБТ). В результате было достигнуто резкое повышение (на 100-150 МПа) прочности и особенно вязкости горячекатаного проката при отрицательных температурax (при испытании DWTT при -20°С доля вязкой составляющей более 80  измельчение зерна феррита и дисперсионное упрочнение вследствие выделения мелкодисперсных карбидных частиц, которое интенсифицируется низкотемпературной конечной горячей деформацией. Однако необходимость значительных разовых обжатий (до 20 ) при пониженных температурax окончания горячей деформации (700-780°C) обусловливает большие нагрузки на валки чистовых клетей, что требует применения для НТКП специализированных прокатных станов и соответственно сужает области применения этой технологии, в частности для сортового и фасонного проката. Структурно-технологические принципы ВТКП в условиях горячей прокатки с окончанием деформации при режимах, близких к режимам прокатки на серийных непрерывных листовых и сортовых станах горячей прокатки, были разработаны в России и в зарубежных странах (США, Японии др.) в 1980-х гг. Эти принципы базируются на фундаментальном положении фазовых превращений в Fe-C сплавах о том, что мелкозернистую ферритно-перлитную структуру в горячедеформированной стали можно получить в результате γ-α-превращения как перекристаллизованного деформированного (наклепанного) аустенита, так и повторно рекристаллизованного аустенита, если в нем сохраняются достаточно мелкое зерно. Это условие обеспечивает карбонитридное микролегирование (Ti, V, Al, N) стали, при котором в горячедеформированном аустените выделяется дисперсные карбонитридные фазы, препятствующие росту зерна при повторной рекристаллизации преимущественно по «барьерному» механизму.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние режимов контролируемой прокатки на структуру, механические свойства, хладостойкость и характер разрушения микролегированных малоперлитных сталей

 

 Контролируемая прокатка  представляет собой многостадийный  процесс термомеханической обработки  с воздушным охлаждением, разработанный  применительно к низколегированным  сталям. Исторически создание процесса  контролируемой прокатки неразрывно  связано с освоением промышленного  производства малоперлитных сталей для газопроводных труб большого диаметра с высокими требованиями, предъявляемыми к прочности, ударной вязкости и сопротивлению хрупкому разрушению. Контролируемая прокатка является конечной и наиболее ответственной стадией металлургического передела малоперлитных сталей. Контролируемая прокатка предусматривает последовательную деформацию при непрерывно понижающихся температурах в температурных областях, отличающихся структурным состоянием и реакцией металла на искажения его строения, вносимые пластической деформацией. На каждом из этапов контролируемой прокатки протекают структурные процессы, воздействующие на поведение металла на последующих стадиях передела и оказывающие влияние на свойства стали после всего цикла термомеханической обработки. В общем случае можно выделить следующие стадии контролируемой прокатки:

аустенитизация при температурах, обеспечивающих получение достаточно однородного структурного состояния металла перед прокаткой;

высокотемпературная деформация стабильного аустенита в области  быстро протекающих процессов рекристаллизации, когда Тдеф > Трекр;

среднетемпературная деформация, осуществляемая в нижней части γ - области в условиях заторможенной  или полностью подавленной рекристаллизации (Трекр > Тдеф > Аr3);

деформация нестабильного  аустенита в области стимулированного деформацией полиморфного γ →  α - превращения;

деформация в двухфазной γ + α - области аустенита и феррита, образовавшегося в результате распада  аустенита под влиянием предшествовавших обжатий;

деформация аустенита, феррита  и перлита на стадии образования  перлита (в трехфазной области);

деформация феррита и  перлита ниже точки Ar1;

охлаждение после завершения деформации.

 

 

 

Влияние температуры конца черновой прокатки на свойства листа

 

 Для получения конечной  дисперсной структуры весьма  важным является наличие перед  чистовой стадией прокатки мелкозернистого  фрагментированного аустенита. Как  элемент термомеханической обработки  высокотемпературная деформация  при контролируемой прокатке  преследует цель получения возможно  более мелкого зерна аустенита  за счет чередующихся многократных  обжатий и рекристаллизации.

 Для стали 10Г2ФБ с  титаном влияние температуры  окончания черновой прокатки  на механические свойства и  сопротивление хрупкому разрушению .

 Прочность стали практически  не изменяется в интервале  температур черновой прокатки  с 1100 до 920 °С. Однако в случае  черновой прокатки при температурах 900 ÷ 870оС наблюдается некоторое  снижение прочностных свойств  (σв на 10 ÷ 15 Н/мм2). Этот интервал соответствует наиболее высокой скорости выделения карбонитридов ниобия в горячедеформированном аустените и уменьшению содержания ниобия в твердом растворе аустенита. Понижение температуры черновой прокатки приводит к монотонному росту ударной вязкости при отрицательных температурах и понижению Т50. Наиболее существенное улучшение хладостойкости наблюдается при снижении температуры черновой прокатки ниже 950 °С. Понижение температуры черновой прокатки способствует получению более фрагментированной конечной структуры, что особенно выражено при черновой прокатке в интервале 930 - 850 °С, где рекристаллизация деформированного аустенита практически полностью подавлена.

 В промышленных условиях  при выборе температуры окончания  черновой прокатки руководствуются  указанными выше соображениями,  а также исходя из условий,  определяющих технологичность процесса  контролируемой прокатки в целом  (производительность, усилия при  прокатке). Важнейшей особенностью  при проведении прокатки в  среднетемпературной области малоперлитных сталей с микродобавками ниобия, титана и ванадия является, отсутствие рекристаллизации, которая могла бы устранить значительную часть дефектов кристаллического строения, образованных пластической деформацией. Процессы выделения карбонитридов ниобия и титана значительно ускоряются под влиянием деформации аустенита. Наиболее высокая скорость выделения этих фаз наблюдается при 925 ÷ 875°С. Именно в этом температурном интервале наблюдается резкое замедление рекристаллизации сталей, микролегированных ниобием и титаном. Для получения мелкозернистой структуры готовой стали большое значение имеют обжатия, осуществляемые непосредственно вблизи точки Аr3, когда рекристаллизация полностью заторможена (830 ÷ 780 °С).

 

 

 

 

 

 

Влияние скорости прокатки на механические свойства проката

 Сокращение количества  проходов и увеличение деформации  приводит к увеличению температуры  начала и конца чистовой прокатки, что сказывается на свойствах.  Увеличение скорости прокатки  также приводит к увеличению  температуры, но не к такому  значительному, как при деформации. Изменение скорости прокатки  практически не влияет на свойства.

Исследования влияния  ускоренного охлаждения после контролируемой прокатки на структурные превращения  и свойства стали

Основными направлениями  совершенствования технологии прокатки являются переход от низкотемпературной КП с охлаждением металла на воздухе  к термомеханическому контролируемому  процессу (ТМП) с регламентированным ускоренным охлаждением с целью  получения мелкодисперсной равномерной  структуры (без разнозернистости и полосчатости) с пониженным уровнем напряжений; оснащение прокатных станов соответствующим оборудованием; автоматизация процесса прокатки и охлаждения.

Для эффективного использования  технологии ТМП с последующим  УО необходимо соответствующее изменение  химического состава сталей. Самым  важным показателем качества сталей для газопроводных труб, для обеспечения  которого используется контролируемая прокатка, является тест ИПГ (DWTT), требующий  наличия исключительно мелкозернистой структуры.

 Использование с этой  целью термической обработки  - закалки с последующим отпуском - не экономично и не всегда  обеспечивает выполнение теста  ИПГ. Ниобий, как микролегирующий элемент, позволяет при контролируемой прокатке управлять процессами структурообразования и измельчения зерна; он остается необходимым элементом и при использовании контролируемой прокатки с последующим ускоренным охлаждением. В этом случае ниобий вводится в количествах, больших, чем в сталь для низкотемпературной прокатки. После окончания деформации он остается в твердом растворе (0,02÷0,03%), снижает температуру начала превращения и тем самым способствует образованию бейнита, а после превращения выделяется в виде мелких карбонитридов, которые упрочняют металл.

 Введение в строй  УКО на стане 5000 и применение  УО при производстве трубных  сталей позволяют перейти от  низкотемпературной контролируемой  прокатки (НКП) с завершением в  γ+α-области к высокотемпературной контролируемой прокатке с завершением в γ-области (ВКП) с последующим ускоренным охлаждением. Появилась возможность принципиально изменить подход к технологии производства листов для труб высоких категорий прочности, проката больших, толщин (30 мм и более), со специальными свойствами (например, сероводородостойких сталей) и др.

 При контролируемой  прокатке с ускоренным охлаждением  (КП+УО) необходимо регламентировать  параметры следующих основных  процессов:

нагрев слябов под прокатку, во время которого происходит растворение  карбонитридной фазы и растет зерно аустенита (регламентируется температура нагрева и время выдержки);

черновая прокатка, при  которой происходит измельчение  исходного зерна аустенита за счет рекристаллизации при деформации (регламентируются температура деформации и степень обжатия за проход);

чистовая прокатка в области  отсутствия рекристаллизации, когда  равноосные зерна аустенита вытягиваются под воздействием деформации, и в результате наклепа в них увеличивается число центров зарождения ферритной фазы (регламентируется температура начала, конца и суммарная степень деформации);

температуры начала и конца  ускоренного охлаждения, влияющие на количественное соотношение и тип  структурных составляющих, образующихся после охлаждения;

скорость охлаждения, также  влияющая на тип и количество образующихся фаз и структурных составляющих (Ф+П, Ф+П+Б, Ф+Б, Ф+Б+М и т.д.).

 

Схема процессов, протекающих при  контролируемой прокатке (КП)и контролируемой прокатке с ускоренным охлаждением (КП+ОУ)

 Основные преимущества  процесса КП+УО по сравнению  с традиционной контролируемой  прокаткой: 

получение мелкозернистой, равномерной  структуры металла с пониженными  уровнями полосчатости, внутренних напряжений и анизотропии свойств;

возможность уменьшения содержания углерода и легирующих элементов  для данного уровня прочности  стали, что позволяет снизить  себестоимость и повысить свариваемость, вязкость и хладостойкость проката, а также снизить уровень сегрегации в слябе;

снижение нагрузок на стан за счет более высокой температуры  конца прокатки и повышение темпа  прокатки вследствие сокращения паузы  при подстуживании раскатов