RU2679786C1 - METHOD OF HEAT TREATMENT OF COLD-ROLLED STEEL TAPE OF 0,30-1,5 mm FROM STRUCTURE STEEL WITH A TENSILE STRENGTH OF 800-1,200 MPa - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to heat treatment of structural steels. In order to ensure the tensile strength of 800–1,200 MPa and an elongation of at least 7.0 % in a wide range of thicknesses (0.30–1.50 mm) under conditions of a high-performance patenting unit, a cold-rolled steel tape of 0.30–1.50 mm, comprising, wt%: 0.14–0.70 of carbon, 0.15–0.60 of silicon and 0.40–1.60 of manganese, is heated at a speed of 8.0–18.0 °C/s to a holding temperature, depending on the level of alloying of steel and being determined from the expression: T=(990–178⋅E)±10, where T– estimated temperature of heating the tape for patenting, °C, E– equivalent of chemical composition, determined from the expression: E=C+Mn/21-Si/4, where C, Mn, Si is carbon, manganese, silicon, wt%, in an atmosphere containing 0.5–2.4 % of CO, is maintained at a given temperature for 20–35 s; isothermal quenching in a lead melt is performed for 20–50 s at a temperature of 440–500 °C.EFFECT: invention can be used in the production of high-strength packaging tape used in the metallurgical, woodworking and other industries.1 cl, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, в частности к термической обработке холоднокатаной стальной ленты из конструкционных сталей, и может быть использовано при производстве высокопрочной упаковочной ленты, предназначенной для обвязки, упаковки, пакетирования, крепления крупногабаритной продукции, соединения в моноблоки отдельных единиц с целью исключения повреждения и порчи товара при доставке потребителю, используемой в металлургической, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.The present invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the heat treatment of cold-rolled steel tape from structural steels, and can be used in the manufacture of high-strength packaging tape designed for strapping, packaging, packaging, fastening large products, joining single units in monoblocks to avoid damage and damage to goods upon delivery to the consumer, used in the metallurgical, woodworking and other industries.

Современные механизированные способы упаковки предъявляют особые требования к упаковочной ленте: прочность, достаточную для фиксации продукции при транспортировке и хранении; пластичность, обеспечивающую образование надежных «замков» обвязки; состояние поверхности, обеспечивающее скольжение соприкасающихся поверхностей, а также стойкость к атмосферной коррозии.Modern mechanized packaging methods impose special requirements on the packaging tape: strength sufficient to fix the product during transportation and storage; plasticity, providing the formation of reliable "locks" strapping; surface condition, providing sliding contact surfaces, as well as resistance to atmospheric corrosion.

Наиболее полно данным требованиям отвечает лента следующих классов прочности, класс UMC800HE с временным сопротивлением разрыву σ_B≥800 МПа и относительным удлинением δ₁₀₀≥10%, UMC970HE с временным сопротивлением разрыву σ_B≥970 МПа и относительным удлинением δ₁₀₀≥7,5%, UMC1200 USLM с временным сопротивлением разрыву σ_B≥1200 МПа и относительным удлинением δ₁₀₀≥7,0%.The tape of the following strength classes meets the requirements most fully, class UMC800HE with temporary tensile strength σ _B ≥800 MPa and elongation δ ₁₀₀ ≥10%, UMC970HE with temporary tensile strength σ _B ≥970 MPa and elongation δ ₁₀₀ ≥ 7.5% , UMC1200 USLM with temporary tensile strength σ _B ≥1200 MPa and elongation δ ₁₀₀ ≥7.0%.

Известен способ термической обработки стали, осуществляемый путем нагрева до температуры на 20-30°С выше А_с3, выдержки при этой температуре и охлаждения в расплавленном свинце при 540-560°С без последующего отпуска (см., например, Справочник термиста, А.А. Шмыков, Москва, 1952). Операция патентирования применима, как правило, к сортовому прокату и в отдельных случаях используется в качестве финишной термической обработки ленты.A known method of heat treatment of steel, carried out by heating to a temperature of 20-30 ° C above A _s3 , exposure at this temperature and cooling in molten lead at 540-560 ° C without subsequent tempering (see, for example, Reference thermist A. A. Shmykov, Moscow, 1952). The patenting operation is applicable, as a rule, to long products and in some cases is used as finishing heat treatment of the tape.

Известен способ обработки стальной ленты с содержанием углерода 0,45-0,56%, включающий патентирование металла с нагревом в печи с избытком природного газа и выдержкой в расплаве из смеси 98%NaNO₃ и 2%MnO₂ при температуре 350-400°С, промывку в холодной воде, покрытие воском и сушку горячим воздухом, после чего ленту пропускают через адгезирующие ролики (патент РФ №2145360 C21D 9/52, 8/02, 2000).A known method of processing a steel strip with a carbon content of 0.45-0.56%, including patenting a metal with heating in an oven with an excess of natural gas and holding in a melt from a mixture of 98% NaNO ₃ and 2% MnO ₂ at a temperature of 350-400 ° C washing with cold water, waxing and drying with hot air, after which the tape is passed through adhesive rollers (RF patent No. 2145360 C21D 9/52, 8/02, 2000).

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ обработки стальной ленты из марганцовистой стали с содержанием углерода в пределах 0,26-0,35%, включающий патентирование металла с нагревом в печи с недостатком кислорода до температуры 920-980°С и изотермической выдержкой в расплаве из смеси NaNO₃ и MnO₂ при температуре 380°С, с последующим охлаждением проточной водой, электрохимическим травлением в 16%-ном растворе серной кислоты, после которого металл дополнительно промывают холодной водой и сушат при температуре около 300°С, а затем пропускают горячую ленту в течение 1-3 с через ванну с водно-восковой эмульсией с последующим обтиром прокладками поверхности движущегося металла (патент РФ №2238987 C21D 8/02, 1/20, 9/52, 2004).The closest analogue to the claimed object is a method of processing a steel strip of manganese steel with a carbon content in the range of 0.26-0.35%, including patenting a metal with heating in a furnace with oxygen deficiency to a temperature of 920-980 ° C and isothermal exposure in the melt from a mixture of NaNO ₃ and MnO ₂ at a temperature of 380 ° C, followed by cooling with running water, electrochemical etching in a 16% solution of sulfuric acid, after which the metal is additionally washed with cold water and dried at a temperature of about 300 ° C, and then pass the hot tape for 1-3 s through a bath with a water-wax emulsion, followed by wiping with gaskets of the surface of the moving metal (RF patent No. 2238987 C21D 8/02, 1/20, 9/52, 2004).

Недостатками данных способов являются отсутствие регламентации временных параметров термической обработки, а также сложности обеспечения требуемого уровня механических свойств в широком диапазоне толщин (0,30÷1,50 мм) и уровне легирования. Это, в свою очередь, не позволяет обеспечить в упаковочной ленте из углеродистой стали, изготавливаемой в агрегатах патентирования с изотермической выдержкой в расплаве свинца, уровень характеристик, соответствующих заявляемым классам прочности 800-1200.The disadvantages of these methods are the lack of regulation of the temporal parameters of heat treatment, as well as the difficulty of ensuring the required level of mechanical properties in a wide range of thicknesses (0.30 ÷ 1.50 mm) and the level of alloying. This, in turn, does not allow providing a level of characteristics corresponding to the claimed strength classes 800-1200 in the packaging tape made of carbon steel manufactured in patenting units with isothermal exposure in a lead melt.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста, заявляемый способ производства патентированного высокопрочного холоднокатаного проката, не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».Based on the above analysis of known sources of information, we can conclude that for a specialist, the inventive method for the production of patented high-strength cold-rolled steel does not follow explicitly from the prior art, and therefore meets the patentability condition “inventive step”.

Техническим результатом изобретения является разработка режимов термической обработки ленты в толщинах от 0,30 до 1,50 мм с гарантированным пределом прочности 800-1200 МПа и относительным удлинением не менее 7-10%.The technical result of the invention is the development of heat treatment modes of the tape in thicknesses from 0.30 to 1.50 mm with a guaranteed tensile strength of 800-1200 MPa and a relative elongation of at least 7-10%.

Технический результат достигается тем, что холоднокатаную ленту толщиной 0,30-1,50 мм, из стали с содержанием 0,14-0,70% углерода, 0,15-0,60% кремния и 0,40-1,60% марганца нагревают со скоростью 8,0-18,0°С/с до температуры, определяемой из выражения:The technical result is achieved by the fact that the cold-rolled tape is 0.30-1.50 mm thick, made of steel with a content of 0.14-0.70% carbon, 0.15-0.60% silicon and 0.40-1.60% manganese is heated at a rate of 8.0-18.0 ° C / s to a temperature determined from the expression:

где Тн - расчетная температура нагрева ленты под патентирование, °С;where Tn is the estimated temperature of heating the tape for patenting, ° C;

Эхс - эквивалент химического состава, определяемый из выражения:EHS - the equivalent of chemical composition, determined from the expression:

где С, Mn, Si - углерод, марганец, кремний, масс. %,where C, Mn, Si - carbon, manganese, silicon, mass. %

выдерживают при заданной температуре в течение 20-35 с в атмосфере, содержащей 0,5-2,4% СО, после чего подвергают изотермической выдержке в расплаве свинца в течение 20-50 с при температуре 440-500°С.incubated at a given temperature for 20-35 s in an atmosphere containing 0.5-2.4% CO, and then subjected to isothermal exposure in a lead melt for 20-50 s at a temperature of 440-500 ° C.

Достижение технического результата обеспечивается за счет формирования в углеродистой и низколегированной стали мелкодисперсной сорбито-бейнитной или бейнитной структуры при минимальном содержании (или полном отсутствии) структурно свободного феррита после термической обработки с регламентацией температурно-временных параметров нагрева в области протекания статической рекристаллизации аустенита, обусловленной фазовым наклепом вследствие α→γ превращения. Выбранная комбинация легирующих элементов обеспечивает требуемое состояние аустенита перед закалкой, что достигается соответствующим содержанием углерода, кремния и марганца.The achievement of the technical result is ensured by the formation of finely dispersed sorbitol-bainitic or bainitic structure in carbon and low-alloy steel with a minimum content (or complete absence) of structurally free ferrite after heat treatment with regulation of the temperature-time parameters of heating in the area of static austenite recrystallization due to phase hardening due to the α → γ transformation. The selected combination of alloying elements provides the required state of austenite before quenching, which is achieved by the corresponding content of carbon, silicon and manganese.

Углерод в пределах 0,14-0,70% при заявляемых температурно-временных параметрах обработки способствует формированию микроструктуры, состоящей из смеси сорбита и бейнита (или полностью бейнита) с минимальной долей структурно свободного феррита. При содержании углерода менее 0,14% в готовой ленте формируется феррито-сорбитная смесь, не позволяющая обеспечить требуемый класс прочности. При содержании углерода более 0,70% по границам колоний бейнита выделяется структурно свободный цементит, который не позволяет получать относительное удлинение на уровне 7,0% и увеличивает склонность к трещинообразованию.Carbon in the range of 0.14-0.70% at the claimed temperature and time processing parameters promotes the formation of a microstructure consisting of a mixture of sorbitol and bainite (or completely bainite) with a minimum fraction of structurally free ferrite. When the carbon content is less than 0.14%, a ferrite-sorbitol mixture is formed in the finished tape, which does not allow to provide the required strength class. When the carbon content is more than 0.70%, structurally free cementite is released along the boundaries of the bainite colonies, which does not allow a relative elongation of 7.0% and increases the tendency to crack formation.

Кремний добавлен для раскисления и повышения прочностных характеристик. При концентрации кремния менее 0,15% прочность стали ниже допустимой. При содержании кремния более 0,60% происходит значительное искажение кристаллической решетки α-Fe, что увеличивает ее сопротивление движению дислокаций и препятствует релаксации высоких упругих микронапряжений, вследствие чего происходит понижение показателей пластичности, увеличение склонности к трещинообразованию (сталь не выдерживает испытания на холодный изгиб).Silicon is added to deoxidize and increase strength characteristics. When the silicon concentration is less than 0.15%, the strength of the steel is below acceptable. When the silicon content is more than 0.60%, a significant distortion of the α-Fe crystal lattice occurs, which increases its resistance to dislocation motion and prevents the relaxation of high elastic microstresses, as a result of which there is a decrease in ductility and an increase in tendency to crack formation (steel does not withstand cold bending tests) .

Марганец в количестве 0,40-1,60% позволяет гарантировать высокий уровень прочностных характеристик. Повышение содержания марганца в качестве легирующего элемента для низкоуглеродистой стали с большой прочностью неперспективно вследствие:Manganese in the amount of 0.40-1.60% can guarantee a high level of strength characteristics. The increase in the content of manganese as an alloying element for low carbon steel with high strength is unpromising due to:

- значительного развития склонности к отпускной хрупкости при концентрации марганца свыше 1,60% в сочетании с неизбежным наличием в стали фосфора, поскольку марганец и фосфор являются горофильными элементами, концентрирующимися при замедленном охлаждении по границам зерен;- a significant development of the tendency to temper brittleness at a manganese concentration of more than 1.60% in combination with the inevitable presence of phosphorus in steel, since manganese and phosphorus are horophilic elements that concentrate upon slow cooling along grain boundaries;

- усиления центральной сегрегации в непрерывнолитом слябе и ухудшения пластичности металла.- strengthening of central segregation in the continuously cast slab and deterioration of the ductility of the metal.

Зависимость, позволяющая рассчитать влияние элементов химического состава на завершение полиморфного α→γ превращения (температура Ас₃), при заявляемых температурно-временных условиях нагрева холоднокатаной ленты, получена при обработке результатов дилатометрических исследований, проведенных в условиях ООО «УМК». Набранный массив данных подвергался статистической обработке с применением корреляционно-регрессионного анализа. В результате было получено уравнение множественной регрессии, связывающее температуру завершения полиморфного превращения Ас₃ с выбранными параметрами химического состава, на основании которого, в целях упрощения процесса управления и оперативного принятия решения, была выведена формула Эхс (2), показывающая влияние основных легирующих элементов (в исследованном диапазоне их изменения) на положение критических точек.The dependence that allows you to calculate the effect of chemical elements on the completion of the polymorphic α → γ transformation (temperature Ac ₃ ), under the claimed temperature-time conditions for heating the cold-rolled strip, was obtained by processing the results of dilatometric studies carried out under the conditions of LLC “UMK”. The collected data array was subjected to statistical processing using correlation and regression analysis. As a result, the multiple regression equation was obtained that relates the completion temperature of the polymorphic transformation of Ac ₃ with the selected parameters of the chemical composition, on the basis of which, in order to simplify the control process and prompt decision-making, the Ehs formula was derived (2), showing the effect of the main alloying elements (in the studied range of their change) to the position of critical points.

Температура Ас₃, определенная с помощью дилатометрических исследований, не учитывает влияния масштабного фактора и процессов статической рекристаллизации аустенита, следовательно, необходима температурная поправка на указанные параметры, учтенная в формуле Тн (1). Приведенные в формуле (1) безразмерные коэффициенты эмпирические и получены при обработке опытных данных производства ленты в условиях агрегата патентирования ООО «УМК».The temperature Ac ₃ determined using dilatometric studies does not take into account the influence of the scale factor and the processes of static recrystallization of austenite; therefore, a temperature correction for these parameters is necessary, taken into account in the formula Тн (1). The dimensionless coefficients given in formula (1) are empirical and obtained by processing experimental data on the production of tape in the conditions of the patenting unit of UMK LLC.

Скорость нагрева до температуры Тн и время выдержки при данной температуре выбраны исходя из обеспечения мелкого рекристаллизованного зерна аустенита. В случаях, когда скорость нагревания составляет менее 8,0°С/с, требуется длительное время для достижения лентой целевой температуры повторного нагрева, что приводит к снижению производительности, а также к увеличению размеров зерна. Отклонение от верхних значений нормируемых параметров нагрева, приводит к формированию разнозернистой структуры готовой ленты. Все это способствует снижению показателей пластичности.The heating rate to the temperature Tn and the exposure time at this temperature are selected based on the provision of fine recrystallized austenite grains. In cases where the heating rate is less than 8.0 ° C / s, it takes a long time for the tape to reach the target reheat temperature, which leads to a decrease in productivity, as well as to an increase in grain size. Deviation from the upper values of the normalized heating parameters leads to the formation of a heterogeneous structure of the finished tape. All this helps to reduce ductility.

В секциях прямого пламенного нагрева печи аустензации происходит очистка поверхности полосы при ее нагреве непосредственно в восстановительной атмосфере, которая производится при горении природного газа и воздуха, смешиваемых при соотношении несколько ниже оптимального коэффициента избытка воздуха при сжигании газа. Восстановительная атмосфера достигается за счет поддержания в продуктах горения доли СО на уровне 0,5-2,4% и обеспечивает отсутствие на поверхности ленты продуктов окисления, снижающих теплообмен между расплавом свинца и самой лентой, способствую, тем самым, повышению равномерности и однородности механических свойств как по длине, так и по ширине ленты. Отсутствие окисной пленки исключает ее осыпание при перегибах, повышая, тем самым, технологичность ленты при эксплуатации.In the sections of direct flame heating of the austenitization furnace, the strip surface is cleaned when it is heated directly in a reducing atmosphere, which is produced by burning natural gas and air, mixed at a ratio slightly lower than the optimal coefficient of excess air during gas combustion. The reducing atmosphere is achieved by maintaining the CO content in the combustion products at a level of 0.5-2.4% and ensures that there are no oxidation products on the surface of the tape that reduce heat transfer between the lead melt and the tape itself, thereby contributing to an increase in the uniformity and uniformity of mechanical properties both in length and in width of the tape. The absence of an oxide film eliminates its shedding during kinks, thereby increasing the processability of the tape during operation.

Время изотермической выдержки 20-50 с ограничено с одной стороны временем полного протекания процессов γ→α превращения, с другой, производственными и материальными затратами. Температура изотермической выдержки в пределах от 440 до 500°С способствует формированию мелкодисперсной сорбито-бейнитной или бейнитной структуры при минимальном содержании (или полном отсутствии) структурно свободного феррита.The isothermal holding time of 20–50 s is limited on the one hand by the time of the complete process of γ → α transformation, on the other hand, by production and material costs. The temperature of isothermal exposure in the range from 440 to 500 ° C promotes the formation of a finely dispersed sorbitol-bainitic or bainitic structure with a minimum content (or complete absence) of structurally free ferrite.

Пример осуществления способаAn example of the method

Опытную проверку предлагаемого способа осуществляли при производстве патентированной ленты из холоднокатаной нагартованной полосовой стали в условиях ООО «Уральская Металлообрабатывающая Компания». В качестве исходной заготовки использовали холоднокатаную нагартованную и отожженную ленту. Ленту подвергали термической обработке в высокопроизводительном агрегате патентирования, окрашиванию и покрытию воском.An experimental verification of the proposed method was carried out in the manufacture of a patented strip of cold-rolled quartered strip steel in the conditions of LLC Ural Metalworking Company. As the initial billet, cold-rolled caked and annealed tape was used. The tape was subjected to heat treatment in a high-performance patenting unit, dyeing and waxing.

Испытание на растяжение, для оценки уровня механических свойств, проводили на плоских пропорциональных образцах по ГОСТ 11701, оценку микроструктуры проводили с помощью оптической микроскопии в соответствии с ГОСТ 5639 и ГОСТ 5640.A tensile test, to assess the level of mechanical properties, was carried out on flat proportional samples according to GOST 11701, the microstructure was evaluated using optical microscopy in accordance with GOST 5639 and GOST 5640.

Технологические параметры производства ленты, механические свойства и микроструктура стали представлена в таблице 1. По варианту №3,4, 9 была произведена лента, параметры технологии производства которого выходят за объемы предмета данного изобретения (сравнительный вариант).The technological parameters of the tape production, the mechanical properties and the microstructure of the steel are presented in table 1. According to option No. 3.4, 9 a tape was produced, the production technology parameters of which are beyond the scope of the subject of this invention (comparative version).

Полученную ленту испытывали при механизированной упаковке пачек и рулонов листовой стали в цехах ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат».The obtained tape was tested during mechanized packing of packs and rolls of sheet steel in the workshops of PJSC Magnitogorsk Iron and Steel Works.

Из таблицы 1 видно, что лента, обработанная по режимам №3, 4, 9 либо не соответствует требованиям по пределу прочности, предъявляемым к классам прочности 800-1200, либо по показателям пластичности.From table 1 it can be seen that the tape processed according to modes No. 3, 4, 9 either does not meet the requirements for tensile strength imposed on strength classes 800-1200, or in terms of ductility.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в наиболее близком аналоге.Based on the foregoing, we can conclude that the claimed method is workable and eliminates the disadvantages that occur in the closest analogue.

Заявляемый способ может найти широкое применение при производстве высокопрочной ленты с требуемыми регламентируемыми механическими параметрами.The inventive method can be widely used in the manufacture of high strength tape with the required regulated mechanical parameters.

Следовательно, заявляемый способ, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».Therefore, the claimed method meets the condition of patentability "industrial applicability".

Claims (7)

Способ термической обработки холоднокатаной стальной ленты толщиной 0,30-1,50 мм из конструкционной стали с пределом прочности при растяжении 800-1200 МПа, включающий патентирование ленты, окрашивание поверхности, покрытие воском и сушку горячим воздухом, отличающийся тем, что обработке подвергают ленту из стали, содержащей, мас.%: 0,14-0,70 углерода, 0,15-0,60 кремния и 0,40-1,60 марганца, патентирование осуществляют путем нагрева ленты со скоростью 8,0-18,0°С/с до температуры, определяемой из выражения:The method of heat treatment of cold-rolled steel tape with a thickness of 0.30-1.50 mm of structural steel with a tensile strength of 800-1200 MPa, including patenting the tape, painting the surface, waxing and drying with hot air, characterized in that the tape is subjected to processing from steel containing, wt.%: 0.14-0.70 carbon, 0.15-0.60 silicon and 0.40-1.60 manganese, patenting is carried out by heating the tape at a speed of 8.0-18.0 ° C / s to a temperature determined from the expression: Т_н=(990-178⋅Э_хс)±10, гдеT _n = _(xc 990-178⋅E) ± 10, where Т_н - расчетная температура нагрева ленты под патентирование, °С;T _n - the estimated temperature of the heating tape for patenting, ° C; Э_хс - эквивалент химического состава, определяемый из выражения:E _xs - equivalent chemical composition, determined from the expression:

где

Where С, Mn, Si - углерод, марганец, кремний, мас.%,C, Mn, Si — carbon, manganese, silicon, wt.%, выдержки при этой температуре в атмосфере, содержащей 0,5-2,4% СО, в течение 20-35 с и изотермической выдержки в расплаве свинца в течение 20-50 с при температуре 440-500°С.holding at this temperature in an atmosphere containing 0.5-2.4% CO for 20-35 s and isothermal holding in a lead melt for 20-50 s at a temperature of 440-500 ° C.