PL232555B1

PL232555B1 - Sposób produkcji walcówki gładkiej i żebrowanej

Info

Publication number: PL232555B1
Application number: PL421748A
Authority: PL
Inventors: Roman JAKUBCZAK; Roman Jakubczak; Janusz KANTOR; Janusz Kantor; Rafał PŁAZAK; Rafał Płazak; Jakub SOCZÓWKA; Jakub Soczówka; Zbigniew MUSKALSKI; Zbigniew Muskalski; Sylwia WIEWIÓROWSKA; Sylwia Wiewiórowska
Original assignee: Arcelormittal Poland Spolka Akcyjna; Politechnika Czestochowska
Priority date: 2017-05-25
Filing date: 2017-05-25
Publication date: 2019-06-28
Also published as: WO2018217113A1; PL421748A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania walcówki gładkiej i żebrowanej o strukturze wielofazowej, polegający na nagrzewaniu kęsów z różnych gatunków stali, zwłaszcza o zawartości 0,07 - 0,40% C, w piecu pokracznym do temperatury 1170 - 1195°C, a następnie walcowaniu ich na średnice końcowe w zakresie od 5,5 mm do 9 mm, przy czym sposób charakteryzuje się tym, że walcówka przechodzi przez skrzynie wodne po bloku Morgana z prędkością nie mniejszą niż V = 30 m/s. Po bloku Morgana zainstalowana jest co najmniej jedna skrzynia wodna, zespół rolek ciągnących oraz głowica zwijająca i układająca zwoje na transporterze linii regulowanego chłodzenia, a każda ze skrzyń wodnych wyposażona jest w rurę wejściową, co najmniej jedną chłodnicę, co najmniej jeden striper, osuszacz oraz rurę wyjściową, co zapewnia uzyskanie temperatury (TUZ) układania zwojów walcówki na transporterze linii regulowanego chłodzenia w zakresie T = 760°C (AC3) do T = 800°C (AC1), następnie walcówka w formie zwojów przechodzi na transporter linii kontrolowanego chłodzenia składający się z co najmniej 10 sekcji, z których każda ma odrębną regulację prędkości w zakresie 0,08 - 2,50 m/s, przy czym pod co najmniej dwiema sekcjami umieszczony jest co najmniej jeden wentylator przeznaczony do szybkiego schładzania walcówki do temperatury T2 = 350 - 500°C, ponadto nad co najmniej sześcioma sekcjami, obudowanymi ściankami bocznymi, umieszczone są pokrywy, których opuszczenie tworzy tunel pozwalający na przeprowadzenie procesu wygrzewania walcówki w temperaturze T2 w określonym czasie (t2) nie krótszym niż 60 s, po którym to procesie wygrzewania na nie mniej niż dwóch sekcjach transportera następuje studzenie walcówki na powietrzu do temperatury otoczenia.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób produkcji walcówki gładkiej i żebrowanej, w szczególności o strukturze wielofazowej.

Ze stanu techniki znane są już technologie otrzymania wyrobów ze stali wielofazowej wykorzystywanej między innymi do otrzymywania blach stosowanych głównie w przemyśle samochodowym, ze względu na ich wysokie własności mechaniczne i plastyczne oraz większą zdolności do pochłaniania energii w przypadku zderzenia przy jednoczesnym zmniejszeniu masy pojazdu.

Znany jest także w stanie techniki opis wynalazku EP2758554(A1), w którym ujawniony drut ze stali wysokowęglowej posiada następujący skład stali: zawartość węgla w granicach od 0,40 do 0,85% wag., zawartość krzemu w granicach od 1,0 do 2,0% wag., zawartość manganu w granicach od 0,40 do 1,0% wag. oraz zawartość chromu w granicach od 0,0 do 1,0% wag. Resztę stanowi żelazo. Drut stalowy ma strukturę wielofazową typu TRIP zawierającą 4-20% austenitu szczątkowego, zaś resztę stanowi odpuszczony martenzyt pierwotny i nieodpuszczony martenzyt wtórny.

Przedmiotem wynalazku JP2007231353(A) jest stal o wysokiej wytrzymałości oraz odporności na uderzenie i doskonałej równowadze pomiędzy wytrzymałością mechaniczną a plastycznością o składzie chemicznym zawierającym od 0,1 do 0,7% C, Si < 1,5%, od 0,5 do 3% Mn, 0,2 do 1,5% Al, jeden lub więcej pierwiastków wybranych z grupy składającej się z Nb, Ti i V w ilości od 0,01 do 0,1% łącznie, P < 0,05% i S < 0,02% i strukturze zawierającej > 50% ferrytu, z drugą fazą składającą się austenitu szczątkowego, bainitu i/lub martenzytu, w której zawartość austenitu wynosi od 10 do 30%, a zawartość martenzytu wynosi 0-5%.

Ze względu na wysokie właściwości mechaniczne stali wielofazowych przy jednoczesnym zachowaniu bardzo dobrych własności plastycznych pojawia się potrzeba uzyskania złożonej, wielofazowej struktury stali zapewniającej efekt TRIP, która byłaby wykorzystywana także w innych gałęziach przemysłu.

Wysokie własności mechaniczne (wytrzymałość na rozciąganie i plastyczność) w stalach typu TRIP uzyskuje się dzięki występowaniu zjawiska dodatkowej plastyczności w czasie przemiany metastabilnego austenitu szczątkowego w martenzyt, podczas odkształcenia plastycznego (Transformation Induced Plasticity - TRIP). Na ilość austenitu szczątkowego, w stali o strukturze TRIP, uzyskanej w wyniku przeprowadzenia dwustopniowej obróbki cieplnej wpływa także zawartość węgla w stali oraz dodatków stopowych, takich jak: krzem, mangan, aluminium, fosfor oraz mikrododatków np.: Nb, V.

Strukturę typu TRIP w stalach uzyskuje się przez przeprowadzenie dwuetapowej obróbki cieplnej. Maksymalną ilość austenitu szczątkowego uzyskuje się przy zastosowaniu w obróbce cieplnej odpowiednio dobranych, optymalnych parametrów, (rys. 1)

Tl, tl

Rys.1 Schemat optymalnej obróbki cieplnej dla stali z efektem TRIP.

Pierwszy etap obróbki cieplej obejmuje proces wyżarzania materiału w temperaturze T1, w zakresie dwufazowym austenityczno-ferrytycznym (pomiędzy temperaturami AC1 i AC3), w odpowiednio dobranym czasie (t1).

PL 232 555 B1

Po wyżarzaniu w zakresie dwufazowym stal należy schłodzić do zakresu temperatur przemiany bainitycznej (T2) z możliwie dużą prędkością chłodzenia (v1) i przeprowadzić proces wygrzewania w tej temperaturze w określonym czasie (t2).

Aby otrzymać wysokie własności materiału z efektem TRIP oraz maksymalną ilość stabilnego austenitu szczątkowego w stalach o różnych składach chemicznych, należy dla każdego gatunku stali określić optymalne wartości wszystkich czterech, wyżej wymienionych parametrów przemiany bainitycznej, które dla różnych składów chemicznych mogą zmieniać się w następujących zakresach: T1 pomiędzy AC1 i AC3 (720-860°C), v1 (50: 150°C/s), T2 (350:500=0), w czasie t2 (1:5 min).

Przeprowadzenie optymalnej obróbki cieplnej walcówki, zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 1. wymaga budowy specjalnie skonstruowanej do tego celu linii produkcyjnej oraz opracowania odpowiednich procesów technologicznych zależnych od gatunku stali.

Otrzymywanie walcówki gładkiej i żebrowanej przeprowadza się w procesie walcowania według znanej i stosowanej technologii, której ogólne różnice wynikają np.: z różnicy w przekroju wsadu przeznaczonego do walcowania, ilości klatek walcowniczych czy schematu kalibrowania.

Jeden z przykładowych, znanych procesów technologicznych walcowania polega na tym, że kęsy przeznaczone do walcowania z różnych gatunków stali, nagrzewa się w piecu pokrocznym do temperatury pomiędzy 1170-1195°C. Po nagrzaniu kęs jest walcowany w kilkudziesięciu klatkach walcowniczych na różne średnice końcowe. Ostatnim segmentem linii walcowniczej jest dwuklatkowy „mini-blok” oraz blok Morgana (blok wykańczający). Po opuszczeniu klatki z wykrojem gotowym w bloku Morgana, gorąca walcówka przechodzi kolejno przez skrzynie wodne, zespół rolek ciągnących (prowadzących) oraz głowicę zwijającą (układającą) zwoje na transporterze linii regulowanego chłodzenia Stelmor.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu uzyskania struktury stali wielofazowej w walcówce gładkiej i żebrowanej o zawartości węgla do 0,4%.

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania walcówki gładkiej i żebrowanej o strukturze wielofazowej, polegający na nagrzewaniu kęsów z różnych gatunków stali, zwłaszcza o zawartości 0,07-0,40%C, w piecu pokrocznym do temperatury 1170-1195°C, a następnie walcowaniu ich na średnice końcowe w zakresie od 5,5 mm do 9 mm, przy czym sposób charakteryzuje się tym, że walcówka przechodzi przez skrzynie wodne po bloku Morgana z prędkością nie mniejszą niż V=30 m/s. Po bloku Morgana zainstalowana jest co najmniej jedna skrzynia wodna, zespół rolek ciągnących oraz głowica zwijająca i układająca zwoje na transporterze linii regulowanego chłodzenia, a każda ze skrzyń wodnych wyposażona jest w rurę wejściową co najmniej jedną chłodnicę, co najmniej jeden striper, osuszacz oraz rurę wyjściową, co zapewnia uzyskanie temperatury (TUZ) układania zwojów walcówki na transporterze linii regulowanego chłodzenia w zakresie T = 760°C (AC3) do T = 800°C (AC1), następnie walcówka w formie zwojów przechodzi na transporter linii kontrolowanego chłodzenia składający się z co najmniej 10 sekcji, z których każda ma odrębną regulację prędkości w zakresie 0,08-2,50 m/s, przy czym pod co najmniej dwiema sekcjami umieszczony jest co najmniej jeden wentylator na sekcję przeznaczony do szybkiego schładzania walcówki do temperatury T2 = 350-500°C, ponadto nad co najmniej sześcioma sekcjami, obudowanymi ściankami bocznymi, umieszczone są pokrywy, których opuszczenie tworzy tunel pozwalający na przeprowadzenie procesu wygrzewania walcówki w temperaturze T2 w określonym czasie t2 nie krótszym niż 60 s, po którym to procesie wygrzewania na nie mniej niż dwóch sekcjach transportera następuje studzenie walcówki na powietrzu do temperatury otoczenia.

W korzystnym przykładzie wykonania transporter linii kontrolowanego chłodzenia składa się z siedemnastu sekcji.

Opcjonalnie pod siedmioma sekcjami umieszczone są po dwa wentylatory na sekcję, korzystnie pod sekcjami od 2 do 8 sekcji.

Korzystnie nad co najmniej sześcioma sekcjami umieszczone są co najmniej po dwie pokrywy na sekcję, korzystnie nad sekcjami od 7 do 14 sekcji.

W przypadku średnicy 5,5 mm temperaturę TUZ obniża się do 780°C-800°C przy prędkości walcowania V = 76 m/s.

Dla średnicy walcówki 9.0 mm uzyskuje się wartość temperatury TUZ 760°C-780°C.

Prędkość poszczególnych segmentów transportera walcówki na linii regulowanego chłodzenia ustala się w stosunku do prędkości pierwszego segmentu, stosując przyspieszenia kolejnych segmentów o wartości w zakresie 0-100%.

PL 232 555 B1

Korzystna prędkość pierwszego segmentu transportera walcówki w linii regulowanego chłodzenia wynosi 0,60 m/s dla średnic od 5,5 mm do 8,5 mm oraz 0,45 m/s dla średnicy 9 mm, a przyspieszenia kolejnych segmentów wynoszą 2,4,6,8,10,12,14,16,18, 20% dla zakresu średnic od 5,5 mm do 9,0 mm.

Korzystna ilość wentylatorów chłodzących wynosi 9-14 w zależności od średnicy walcówki, np.: dla średnicy walcówki w zakresie od 5,5 mm do 6,0 mm ilość wentylatorów chłodzących wynosi 9, a w przypadku średnicy 9 mm ilość wentylatorów chłodzących wynosi 14.

Korzystna ilość pokryw opuszczonych tworzących tunel, w którym prowadzone jest spowolnione chłodzenie wynosi: np. dla średnicy 5,5 mm 22 pokrywy opuszczone, dla średnicy 8,0 mm 18 pokryw opuszczonych, a dla średnicy 9,0 mm 12 pokryw opuszczonych.

Sposób według wynalazku umożliwia poprzez odpowiedni dobór parametrów poszczególnych urządzeń na linii walcowniczej i linii do regularnego chłodzenia zbliżyć się do optymalnych parametrów dwuetapowej obróbki cieplnej i uzyskać walcówkę o zbliżonej do maksymalnej zawartości austenitu szczątkowego zapewniającego efekt TRIP oraz odpowiednich oczekiwanych własnościach mechanicznych i plastycznych.

Wentylatory znajdujące się pod sekcjami linii kontrolowanego chłodzenia umożliwiają szybkie schłodzenie walcówki a możliwość ich włączenia w dowolnej konfiguracji daje dodatkową kontrolę nad szybkością i efektywnością chłodzenia walcówki. Poprzez odpowiednie dobranie ilości i wydajności wentylatorów w tej strefie linii można uzyskać szybkie schłodzenie walcówki do temperatury T2 = 350-500°C.

Sekcje 2-14 transportera walcówki przebiegają w izolowanym termicznie „tunelu” z napędzanymi mechanicznie pokrywami, które można zamykać w dowolnej konfiguracji. W strefach pod zamkniętymi pokrywami odprowadzanie ciepła z walcówki jest dużo wolniejsze, co umożliwia przeprowadzenie procesu wygrzewania walcówki w temperaturze T2 w określonym czasie t2.

Na efekt końcowy czyli uzyskanie walcówki TRIP wpływa wiele parametrów: gatunek stali, średnica końcowa walcówki, temperatura końca walcowania, prędkość przemieszczania walcówki przez linię regulowanego chłodzenia, długość strefy chłodzenia, wydajność strefy chłodzenia, temperatura walcówki przy wejściu do strefy przemiany bainitycznej, oraz długość strefy i czas wytrzymania w zakresie bainitycznym.

Parametry te trzeba dobrać dla każdej średnicy walcówki, (a w pewnym zakresie także dla różnych gatunków stali), gdyż wraz ze wzrostem średnicy walcówki rośnie ilość ciepła które należy z niej odprowadzić, zachowując jednocześnie odpowiednio dużą prędkość chłodzenia. Przy większych średnicach walcówki maleje także zagęszczenie zwojów na transporterze, co powoduje konieczność zmiany prędkości jego pierwszej sekcji i przyspieszeń kolejnych sekcji.

Dzięki wykorzystaniu już istniejącej linii do walcowania, poprzez odpowiednio dobrane warunki chłodzenia w skrzyniach wodnych zainstalowanych po bloku Morgana, według wynalazku, i obniżenie temperatury walcówki do wartości TUZ, która zbliżona jest do temperatury T1 eliminuje się konieczność powtórnego jej nagrzewania w celu przeprowadzenia dwuetapowej obróbki cieplnej koniecznej do uzyskania stali wielofazowej.

Na linii regulowanego chłodzenia, poprzez zastosowanie wentylatorów możliwe jest szybkie schłodzenie walcówki do temperatury przemiany bainitycznej T2.

Na linii regulowanego chłodzenia poprzez zastosowanie pokryw możliwe jest spowolnione chłodzenie zwojów walcówki i uzyskanie warunków quasi izotermicznych wytrzymania materiału w temperaturze T2 w czasie t2.

W tabeli 1 przedstawiono przykłady realizacji sposobu według wynalazku poprzez odpowiednie ustawienia poszczególnych parametrów linii walcowniczej oraz linii kontrolowanego chłodzenia dla różnych średnic walcówki oraz ilość austenitu szczątkowego w strukturze walcówki otrzymanej przy różnych parametrach chłodzenia na linii kontrolowanego chłodzenia dla wybranych gatunków stali o zawartości 0,07-0,40%C.

PL 232 555 Β1

Tabela 1

Parametr
Zakresy średnic walcówki [mm]	5,5-6,0	6,5 - 7,0	7,5-8,0- 8,5	9,0
Średnice walcówki wybrane z powyższych zakresów [mm]	5,5	6,5	8,0	9,0
Szybkość walcowania [m/s]	76	64	40	30
Temperatura układania zwojów [°C]	780-800	770-790	760 - 780	760 -780
Szybkość pierwszego segmentu transportera [m/s]	0,60	0,45
Przyspieszenia kolejnych segmentów transportera [%]	2;4;6;8;10;12;14;16;18;20
Ilość włączonych wentylatorów	9	10	11	14
Ilość sprężonego powietrza użytego do chłodzenia [Nm³/h]	945 000	1 055 000	1 165 000	1 420 000
Pokrywy opuszczone [ilość(nr _a - nr _k)]*^J	22(11-32) *>	20(13-32)	18(15-32)	12(21-32)
Długość strefy pod pokrywami [m]	57,5	53	48,5	35,2
Czas przebywania pod pokrywami [ s ]	78	72	65	68
Ilość austenitu szczątkowego [%]dla stali w gatunku: G4Si1 (0,08%C) 27MnSi5 (0,25%C)	2,78 7,45	2,10 6,80	1,26 3,70	1,20 2,12

*) ilość pokryw opuszczonych (od nr „a” do nr „k); zapis 22 (11-32) oznacza 22 opuszczone pokrywy od nr 11 do nr 32 tworzące tunel.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób produkcji walcówki gładkiej i żebrowanej o strukturze wielofazowej, polegający na nagrzewaniu kęsów z różnych gatunków stali, zwłaszcza o zawartości 0,07-0,40%C, w piecu pokracznym do temperatury 1170-1195°C, a następnie walcowaniu ich na średnice końcowe w zakresie od 5,5 mm do 9 mm, przy czym sposób, znamienny tym, że walcówka przechodzi przez skrzynie wodne po bloku Morgana z prędkością nie mniejszą niż

V = 30 m/s, przy czym po bloku Morgana zainstalowana jest co najmniej jedna skrzynia wodna, zespół rolek ciągnących oraz głowica zwijająca i układająca zwoje na transporterze linii regulowanego chłodzenia, a każda ze skrzyń wodnych wyposażona jest w rurę wejściową, co najmniej jedną chłodnicę, co najmniej jeden striper, osuszacz oraz rurę wyjściową, co zapewnia uzyskanie temperatury (TUZ) układania zwojów walcówki na transporterze linii regulowanego chłodzenia w zakresie T = 760°C (AC3) do T = 800°C (AC1), następnie walcówka w formie zwojów przechodzi na transporter linii kontrolowanego chłodzenia składający się z co najmniej 10 sekcji, z których każda ma odrębną regulację prędkości w zakresie 0,08-2,50 m/s, przy czym pod co najmniej dwiema sekcjami umieszczony jest co najmniej jeden wentylator na sekcję, przeznaczony do szybkiego schładzania walcówki do temperatury T2=350-500°C, a ponadto nad co najmniej sześcioma sekcjami, obudowanymi ściankami bocznymi, umieszczone są pokrywy, których opuszczenie tworzy tunel pozwalający na przeprowadzenie procesu wygrzewania walcówki w temperaturze T2 w określonym czasie t2 nie krótszym niż 60 s, po którym to procesie wygrzewania na nie mniej niż dwóch sekcjach transportera następuje studzenie walcówki na powietrzu do temperatury otoczenia.
2. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1, znamienny tym, że transporter linii kontrolowanego chłodzenia składa się z siedemnastu sekcji.
3. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pod siedmioma sekcjami umieszczone są po dwa wentylatory na sekcję.
4. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pod sekcjami od 2 do 8 umieszczone są po dwa wentylatory na sekcję.
5. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że nad co najmniej ośmioma sekcjami umieszczone są co najmniej po dwie pokrywy na sekcję.
6. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 5, znamienny tym, że nad sekcjami od 7 do 14 umieszczone są co najmniej po dwie pokrywy na sekcję.
7. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1, znamienny tym, że dla średnicy walcówki o wartości 5,5 mm temperaturę TUZ obniża się do 780-800°C przy prędkości walcowania

V = 76 m/s.
8. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1, znamienny tym, że dla średnicy walcówki 9,0 mm temperaturę TUZ obniża się do 760-780QC, przy prędkości walcownia V = 30 m/s.
9. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1, znamienny tym, że prędkość poszczególnych segmentów transportera walcówki na linii regulowanego chłodzenia ustala się w stosunku do prędkości pierwszego segmentu stosując przyspieszenia kolejnych segmentów o wartości w zakresie 0-100%.
10. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1 , znamienny tym, że prędkość pierwszego segmentu transportera walcówki w linii regulowanego chłodzenia wynosi 0,60 m/s dla średnic od 5,5 mm do 8,5 mm a przyspieszenia kolejnych segmentów wynoszą 2,4,6,8, 10,12,14,16,18,20%.
11. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1 , znamienny tym, że prędkość pierwszego segmentu transportera walcówki w linii regulowanego chłodzenia wynosi 0,45 m/s dla średnicy 9 mm a przyspieszenia kolejnych segmentów wynoszą 2,4,6,8,10,12,14,16,18,20%.
12. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1 , znamienny tym, że ilość wentylatorów chłodzących wynosi 9-14 w zależności od średnicy walcówki.
13. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 12, znamienny tym, że dla średnicy walcówki w zakresie od 5,5 mm do 6,0 mm ilość wentylatorów chłodzących wynosi 9.
14. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 12, znamienny tym, że dla średnicy walcówki o wartości 9 mm ilość wentylatorów chłodzących wynosi 14.

PL 232 555 B1
15. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość pokryw opuszczonych tworzących tunel, w którym prowadzone jest spowolnione chłodzenie dla średnicy 5,5 mm wynosi 22 pokrywy opuszczone.
16. Sposób produkcji walcówki według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość pokryw opuszczonych tworzących tunel, w którym prowadzone jest spowolnione chłodzenie dla średnicy 9,0 mm wynosi 12 pokryw opuszczonych.