УДК 669 14 018 41 фмЕПНВЕСГ
УСКОРЕННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ПОСЛЕ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ПРОКАТКИ ПАО«М^азовсталь» ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТОЛСТОЛИСТОВЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ НА СТАНЕ 3600 ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ»
© Матросов Юрий Иванович1, д-р техн. наук, проф.; Цкитишвили Энвер Омаревич2, канд. техн. наук, генеральный директор; Попов Евгений Сергеевич2, директор по технологии и качеству;
Коновалов Глеб Николаевич2, начальник прокатного отдела технологического управления; Холодный Алексей Андреевич1
1 ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина». Россия, Москва. E-mail: morozov@chermet.net
2 ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ». Украина, Донецкая обл., г. Мариуполь Статья поступила 28.06.2013 г.
В ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ» освоена современная технология контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением, применяемая при производстве толстолистового проката, предназначенного для изготовления газонефтепроводных труб большого диаметра. Приведены общие характеристики установки ускоренного контролируемого охлаждения фирмы SMS-Demag в толстолистовом цехе в потоке стана 3600. Испытаны механические свойства и исследована микроструктура. Произведенные в промышленных объемах партии листов ряда марок трубных сталей успешно выдержали предусмотренные спецификациями испытания и получили положительную оценку по результатам изготовления из них труб.
Ключевые слова: ускоренное охлаждение; контролируемая прокатка; трубные стали; микроструктура; деформация.
Ускоренное охлаждение после контролируемой прокатки (КПУО) является эффективным способом совершенствования микроструктуры и повышения основных свойств толстолистового проката, предназначенного для изготовления электросварных газонефтепроводных труб большого диаметра. Высокая скорость охлаждения после горячей пластической деформации в режиме КП приводит к формированию микроструктуры, способствующей повышению механических свойств трубных сталей - прочности и сопротивления вязкому разрушению при низких климатических температурах. Кроме того, применение процесса КПУО обеспечивает существенную экономию легирующих и микролегирующих элементов, что позволяет уменьшить себестоимость производства листа. Снижение величины углеродного эквивалента для всех уровней прочности благодаря более экономному легированию, в особенности, в листах увеличенных толщин, имеет большое значение для улучшения свариваемости в заводских и полевых условиях. Для изготовления листа важную роль играет также возможность повышения производительности стана горячей прокатки вследствие исключения стадии деформации в температурной области ниже точки Аг3 и окончания прокатки в аустенитной области (выше точки Аг 3).
Благодаря указанным преимуществам УО листов после КП получило широкое распространение на современных металлургических предприятиях, изготовляющих толстолистовой прокат для электросварных газонефтепроводных труб большого диаметра и других ответственных металлоконструкций.
Начиная с 2012 г. на металлургическом комбинате «АЗОВСТАЛЬ» проводятся работы по освоению промышленного производства с применением процесса КПУО проката трубных сталей в широком диапазоне категорий прочности и толщины листа.
Производителям толстолистового проката давно было известно, что ускоренное охлаждение после прокатки может эффективно повышать прочностные свойства стали подобно термической обработке с отдельного нагрева. Проведено множество исследований в этой области, результаты которых широко опубликованы [1-6]. Последующие работы подтвердили, что УО после прокатки позволяет повысить прочность благо- ^ даря замене структуры, состоящей из зерен фер- ™ рита, бейнитной структурой [7-14]. ®
Использование положительного влияния УО на свойства низколегированных толстолистовых £ сталей потребовало разработки новых компози- 5 ций состава сталей, позволяющих наиболее эф- г
фективно использовать преимущества этой технологии.
В результате исследований был разработан процесс термомеханической контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением, включающий в себя управление температурно-дефор-мационными режимами, начиная от нагрева слябов до охлаждения листов после завершения деформации в чистовой стадии. Такая обработка позволяет управлять процессами структуро-образования на всех стадиях горячей пластической деформации металла и при последующем охлаждении готового проката с целью обеспечения высоких прочностных свойств в сочетании с высоким сопротивлением хрупкому и вязкому разрушению и другими специальными свойствами. В настоящее время этот процесс широко применяют на ведущих металлургических предприятиях, производящих толстолистовой прокат.
В терминологии, принятой в зарубежной литературе, КП с УО обозначается термином ТМСР (Thermomechanical Controlled Processing). Это определение включает в себя совмещение контролируемой прокатки (КП - Controlled Rolling - CR) и ускоренного охлаждения (УО - Accelerated Cooling - АСС).
На рис. 1 приведена схема процессов КП и КПУО, на которой показано состояние микроструктуры на каждой стадии обработки. В тех случаях, когда прокатка производится по технологии КП, термомеханическая обработка заканчивается в двухфазной (у+а)-области, после чего следует охлаждение на воздухе. При КПУО деформация заканчивается в однофазной у-области (реже в верхней части (у+а)-области), после чего следует ускоренное охлаждение со скоростью, как правило, от 10 до 30 °С/с, прерываемое при заданных температурах.
До начала 2012 г. в ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ» листовой прокат для труб большого диаметра производился на стане 3600 по схеме КП с завершением деформации в двухфазной (у+а)-области с последующим охлаждением в установке водяного охлаждения со скоро-
стью не более 2-4 °С/с или на спокойном воздухе.
С целью модернизации технологической схемы производства толстых листов ответственного назначения и приведения ее в соответствие с мировым уровнем техники металлургическим комбинатом приобретена и смонтирована в потоке толстолистового стана 3600 современная установка ускоренного контролируемого охлаждения фирмы БМБ-Demag (рис. 2). После ввода ее в эксплуатацию совместно со специалистами ЦНИИчермета им. И.П.Бардина были проведены работы по освоению производства толстого листа из стали категорий прочности Х60-Х80 по технологической схеме КП с окончанием деформации в нижней части у-области с последующим ускоренным охлаждением (КПУО), что позволило оценить эффективность применения этой технологии по сравнению с действовавшей ранее технологией КП.
Установка ускоренного контролируемого охлаждения расположена за чистовой клетью стана 3600 на расстоянии около 45 м. Ее общая длина составляет 35 100 мм, в том числе участка
d = 100-200 мкм
1200
1100
1000 -
900 -
и
св
ср ^
Ен Л CP
800 -
700 -
600 -
£ 500 -
400
300 -
200
100
Ф+Б (d = 0,5-2 мкм) Ф+П (d = 4-8 мкм)
Время, с
Рис. 1. Схема процессов КП и КПУО: I - область полной рекристаллизации; II - область частичной рекристаллизации; III - область отсутствия рекристаллизации; IV - область у^а-превращения; с1 - средний размер структурного элемента
Рис. 2. Установка ускоренного контролируемого охлаждения (УКО) в ТЛЦ-3600 ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ»
Рис. 3. Роликоправильная машина за установкой УКО
охлаждения - 25 600 мм, ширина зоны охлаждения - 4100 мм. Рольганг состоит из 43 сплошных охлаждаемых роликов диам. 400 мм с длиной бочки 4200 мм. Линейная скорость движения листа по рольгангу при охлаждении достигает 2,5 м/с, при транспортировке - до 3,5 м/с. Размеры охлаждаемых раскатов ограничены следующими значениями: толщина 5-50 мм, ширина 1600-4050 мм, длина до 40 000 мм, масса до 23,5 т.
В комплект поставки вошла машина горячей правки листа, расположенная на расстоянии около 26 м от УКО (рис. 3).
Раскатанный до заданной толщины лист передается в систему УО, которое осуществляется
на участке длиной около 24 м. Минимальная температура раската после УО составляет 500 °С. Возможно также охлаждение до более низких температур в режиме прямой закалки.
Система охлаждения имеет 15 верхних и столько же нижних коллекторов. Верхние коллекторы состоят из распределительной емкости с соединительными фланцами и и-образных трубок, нижние - из емкости с соединительными фланцами с внутренней распределительной трубой и горизонтальными трубками орошения.
Охлаждение раскатов осуществляется сверху с помощью и-образных трубок, создающих ламинарный струйный поток воды, снизу - квазиламинарным потоком воды, создаваемым горизонтальными трубками орошения. Для удаления воды с раскатов в поперечном направлении в начале, середине и конце устройства установлены боковые сопла. Ширина зоны охлаждения в зависимости от ширины охлаждаемого раската регулируется системой экранирования кромок. После охлаждения производится обдув полосы сжатым воздухом.
Важным критерием качества охлаждения является симметрия охлаждения верхней и нижней сторон листа, что обеспечивается соотношением потоков воды низ:верх « 3:1. Равномерность охлаждения по площади листа обеспечивается использованием экранирования боковых кромок, а также головной и хвостовой частей раската.
Скорость охлаждения раската зависит от температуры начала и окончания охлаждения, температуры охлаждаемой воды, толщины листа, скорости движения листа по рольгангу и интенсивности потока воды. В табл. 1 приведена гарантированная максимальная скорость охлаждения в зависимости от толщины раската.
Таблица 1. Максимальная скорость охлаждения раскатов
Толщина листа, мм Максимальная скорость охлаждения, °С/с
10 45
20 24
25 20
30 17
40 12
Примечание. Температура начала охлаждения 800 °С; температура окончания охлаждения 500 °С; температура охлаждающей воды 25 °С.
Система охлаждения управляется автоматически с помощью математической модели, которая на основе вводимых данных рассчитывает параметры работы установки. Математическая модель определяет необходимый расход воды и линейную скорость рольганга для заданной скорости охлаждения с учетом фактических температурных параметров листа.
После охлаждения листы подвергаются правке в роликоправильной машине при 600-400 °С.
Примеры применения технологии КПУО на стане 3600 ПАО «М
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.