Как получают листовую сталь

Обновлено: 02.05.2024

Данные технологии обработки металла имеют несколько значительных отличий. Поэтому готовые изделия также получают различные эксплуатационные качества и физические свойства, которые определяют дальнейшую область применения материалов.

Первое отличие касается марок применяемых стальных сплавов: для горячего проката используется сталь 09Г2С (низкоуглеродистая) , а для холодного 08ПС (углеродистая) .

С точки зрения покупателя, основное различие горячекатаного и холоднокатаного листа заключается в их стоимости, которая ощутимо выше у стального листа, полученного методом холодного проката. Как показывает практика, повышенная цена обусловлена более сложным процессом производства, а также применением более функционального оборудования.

Производство холоднокатаного листа

В начале производственного цикла стальная заготовка проходит стадию зачистки и выравнивания поверхности, затем нагрева, что способствует повышению пластичности металла и позволяет осуществить горячую прокатку, в ходе которой металл получает вид рулонов небольшой толщины листа.

Полученный металлический лист подвергается травлению, так как поверхность материала после воздействия высоких температур получает окалину, после чего производится сварка листов (если необходимо получить изделие большого размера), а также обрезание продольных кромок.

Дальнейшая технология предполагает прокатку заготовок через непрерывные станки или оборудование с реверсивным циклом работы, а также отожжение. Целью производства является получение непрерывного тонкого листа стали, который затем нарезается на листы нужного размера.

Как изготовляется горячекатаный лист

Цикл производства горячекатаного листа существенно короче и нередко включает в себя только прогон разогретого металлического бруска на станке горячего проката. В течение всего производственного цикла необходимо обеспечивать поддержание стабильно высокой температуры для раскатки листовой стали.

Готовое изделие имеет окалину, а толщина листа получается существенно больше (менее 0.5 мм получить листовую стали горячим прокатом невозможно). В зависимости от применяемого ГОСТа, полученная рулонная горячекатаная сталь в дальнейшем подвергается обрезанию кромки и раскраиванию на листы нужного размера.

Преимущества и недостатки технологий холодного и горячего проката

Сталь холоднокатаная, несмотря на более высокую стоимость, наиболее востребована в промышленности, благодаря следующим преимуществам:

Меньшая толщина листа
Ровная поверхность стали
Одинаковая толщина по всей поверхности
Высокие показатели механической прочности и твердости металла
Листы не растрескиваются при сгибании

К недостаткам метода можно отнести более высокую стоимость и длинный производственный цикл.

Горячекатаная сталь в числе преимуществ имеет меньшую стоимость и короткий цикл производства, однако по практическим свойствам существенно уступает изделиям холодного проката:

Неравномерная толщина
Невозможно получить тонкий лист
При сгибании получаются трещины

Область применения горячекатаного и холоднокатаного листа

Горячекатаный лист востребован в машиностроении, строительстве, вагоностроении, в промышленности – в качестве основы для производства труб, изготовления опалубок и т. д. В этом случае вторичная обработка листовой стали позволяет улучшить ее качества для той отрасли, где она используется.

Холоднокатаный лист также используется в машино- и авиастроении, изготовлении различных деталей для этих отраслей, в приборостроении и т. д.

Технологии производства стального листа холодным и горячим прокатом

Как производят листовой металл

Как только человечество научилось обрабатывать металлы, оно научилось и производить листовую продукцию из них. Бронзовые пластины, например, использовались в качестве защитной брони. Современные способы и технологии обработки металла позволяют использовать продукцию металлопрокатной промышленности для производства сложных металлоконструкций, классических продуктов металлопроката и сырья для других отраслей промышленности. Возможности использования листового металла (листа нержавеющей стали) просто огромны. К примеру, это идеальный материал для строительства ангаров или крытых павильонов.

Безотходное производство – один из принципов работы современного предприятия. Особенно преуспели в организации таких производств в Японии. Там сумели устроить производственный цикл так, что отходов от нарезки металла практически не остается, и, в конечном итоге, используется весь произведенный материал. Нашим металлообрабатывающим предприятиям стоит использовать такой рациональный подход к делу.

Ранее, на большинстве наших предприятий, при конечной нарезке листов стали, в виде отходов оставались полосы металла. Современные технологии и грамотный подход к организации производства позволяют полностью переработать лист. Дополнительные детали и элементы вырабатываются из остатков и полос металла, ранее считавшихся отходами. Отдача от стандартного листа нержавеющей стали становится гораздо эффективнее.

Возможности современных предприятий металлопрокатной отрасли позволяют производить листовой металл по требованию и пожеланию заказчика. Безусловно, следует придерживаться принятых в нашей стране норм и стандартов при выполнении конкретных заказов.

Наше предприятие может полностью обеспечить требуемые заказчиком объемы, наших мощностей и профессионализма для этого вполне достаточно. Листы нержавеющей стали, полосы или уголок – весь ассортимент листового проката, сделанный с наивысшим качеством и в должный срок, может произвести наше предприятие.

Особенности листового производства

Многообразие размеров и форм, обширная область использования металлопроката – это результат многолетнего усовершенствования технологий и создание современного высокоточного оборудования. Нержавеющую сталь перерабатывают в несколько форм заготовок: листы, полосы, квадраты и круги. Одной из универсальных форм является лист. При изготовлении листовой стали применяется своя, особая технология, состоящая из нескольких важных этапов. Эти этапы имеют свои конкретные задачи – достижение высоких показателей прочности, долговечности, соблюдения установленных размеров и толщины листа.
Одним из основных этапов при производстве листа является его охлаждение. Лист из нержавейки, проходя по толстолистовому стану, охлаждается в процессе продвижения по различным составляющим стана – шлепперам, рольгангам и транспортерным линиям. На станах конструкций, выпущенных ранее, листы охлаждают на цеховых плитах или в штабелях. Это служит одним из видов термической обработки листов, так называемый самоотпуск. Такой процесс насколько снижает допустимые пределы текучести и прочности на несколько кг на 1мм2, и повышает относительное удлинение. Ударная вязкость при таком способе остается неизменной. Такой способ охлаждения при необходимости применяется и на станах современной конструкции.

Охлаждению в ускоренном порядке подвергаются листы стали, которые необходимо испытать на ударную вязкость. В процессе такого охлаждения фиксируется получаемое при прокатке зерно и повышается результат ударной вязкости, особенно при минусовых значениях температур. Для более быстрого охлаждения всю поверхность листа обрабатывают водой с помощью распылителя, затем проводят обдувку воздухом. На толстолистовых прокатных станах современной конструкции, сразу за чистовой клетью, монтируется закалочная роликовая машина. Помимо своего прямого предназначения эта машина применяется и для более быстрого охлаждения листов перед их нормализацией в потоке.

В результате охлаждения листа улучшаются самые важные свойства стали. Последующие этапы прокатки и обработки снимают внутреннее напряжение металла и происходят некоторые изменения в структуре, повышающие свойства нержавеющей стали до должного уровня. Главное требование к процессу охлаждения, проводимому любым отработанным способом – это равномерное охлаждение всей поверхности листа по сечению и по всей плоскости поверхности.

Способ производства листовой стали

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к листопрокатному производству, и может быть использовано при получении высокопрочных холоднокатаных листов для глубокой вытяжки. Для повышения прочностных и пластических свойств листовой стали получают горячекатаную полосу, подвергают ее травлению, холодной прокатке, а затем термической обработке путем нагрева до температуры 710-850°С с последующим охлаждением со скоростью 60-80°С/с, повторного нагрева до температуры 260-350°С и выдержкой не менее 20 с. Горячекатаную полосу изготавливают из стали следующего химического состава, мас.%: 0,06-0,11 С, 0,4-3,5 Мn, 0,001-0,03 Si, 0,01-0,49 Cr, 0,01-0,05 Al, 0,001-0,012 N, не более 0,1 Ni, не более 0,1 Сu, остальное Fe. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

Известен способ производства листовой стали, используемой для изготовления деталей кузова автомобиля методом глубокой вытяжки. Способ включает изготовление горячекатаной полосы из стали марки 08Ю по ГОСТ 9045-93 следующего химического состава, мас.%:

Углерод не более	0,07
Марганец	0,20-0,35
Алюминий	0,02-0,07
Кремний не более	0,04
Медь не более	0,06
Сера не более	0,025
Фосфор не более	0,020
Железо	Остальное.

Горячекатаную полосу подвергают травлению, холодной прокатке до конечной толщины и термической обработке - рекристаллизационному отжигу при температуре 720°C в колпаковой садочной печи [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что отожженная листовая сталь имеет низкие прочностные свойства, что требует увеличения толщины изделий, получаемых из листа глубокой вытяжкой.

Известен также способ производства листовой стали, включающий получение горячекатаной полосы из стали следующего состава, мас.%:

Углерод	не более 0,02
Кремний	не более 0,5
Марганец	не более 2,5
Алюминий	1-5
Фосфор не более	0,10
Сера не более	0,05
Азот не более	0,03
Цирконий	0,01-0,040
Железо	Остальное.

Горячекатаную полосу подвергают травлению, холодной прокатке и рекристаллизационному отжигу [2].

Недостатки известного способа состоят в том, что листовая сталь имеет низкие пластические и прочностные свойства.

Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства высокопрочных стальных листов, способных к глубокой вытяжке. Способ включает изготовление горячекатаной полосы из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод не более	0,10
Кремний не более	0,06
Марганец не более	0,5
Фосфор менее	0,08
Сера менее	0,03
Алюминий менее	0,15
Железо	Остальное.

Горячекатаные полосы подвергают травлению, холодной прокатке с суммарным относительным обжатием 80-95%, термической обработке - рекристаллизационному отжигу [3].

Недостаток известного способа состоит в том, что листовая сталь в отожженном состоянии не обладает одновременно высокими прочностными и пластическими свойствами.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в одновременном повышении прочностных и пластических свойств.

Для решения технической задачи в известном способе производства листовой стали, включающем изготовление горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термическую обработку, согласно изобретению термическую обработку проводят путем нагрева до температуры 710-850°C с последующим охлаждением со скоростью 60-80°C/с, повторного нагрева до температуры 260-350°C и выдержкой не менее 20 с. Кроме того, что горячекатаная полоса может быть изготовлена из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,06-0,11
Марганец	0,4-3,5
Кремний	0,001-0,03
Хром	0,01-0,49
Алюминий	0,01-0,05
Азот	0,001-0,012
Никель	не более 0,01
Медь	не более 0,
Железо	Остальное.

Сущность изобретения состоит в следующем. Для одновременного обеспечения высоких прочностных и пластических свойств в листовой стали необходимо сформировать ферритную матрицу, способную к глубокой вытяжке без образования разрывов, и равномерно распределенные по ее объему мелкодисперсные частицы мартенсита, которые, затормаживают движение дислокаций и повышают тем самым прочность стали.

Нагрев холоднокатаной стали до температуры 710-850°C переводит ее в двухфазное аустенитно-ферритное состояние, причем включения аустенита равномерно распределены в ферритной матрице. Последующее охлаждение со скоростью 60-80°C/с, как показали эксперименты, приводит к переохлаждению аустенитной фазы, которая претерпевает аллотропное превращение в мартенсит с реечной морфологией. Ферритная фаза после термической обработки сохраняется. Повторный нагрев до температуры 260-350°C и выдержка при этой температуре в течение не менее 20 с обеспечивает низкий отпуск мартенсита, снятие термических и фазовых напряжений, а также разупрочнение быстроохлажденного (закаленного) феррита, что повышает его пластичность. Полученный композиционный двухфазный ферритно-мартенситный листовой материал сочетает высокие прочностные и пластические свойства.

Экспериментально установлено, что при нагреве холоднокатаной листовой стали ниже 710°C количества остаточного аустенита, который трансформируется в мартенсит, недостаточно для упрочнения, сталь имеет низкую прочность. Увеличение температуры нагрева выше 850°C приводит к росту зерен микроструктуры стали, снижению прочности и пластичности.

Охлаждение со скоростью менее 60°C/с уменьшает количество мартенситных включений, приводит к появлению в стали нежелательной перлитной фазы, снижению прочности и пластичности. Увеличение скорости охлаждения более 80°C/с приводит к формированию игольчатого феррита (феррита закалки), снижению пластических свойств листовой стали.

При температуре повторного нагрева ниже 260°C или выдержки менее 20 с процессы низкого отпуска не завершаются, листовая сталь имеет недостаточную пластичность. Увеличение температуры повторного нагрева сверх 350°C приводит к снижению прочности, что недопустимо.

Углерод является упрочняющим элементом. При содержании углерода менее 0,06% снижается прочность термообработанной стали, а при содержании более 0,11% падает ее пластичность.

Марганец, помимо раскисления стали, способствует ее аустенитизации при нагреве до 710-850°C, а также упрочняет ферритную матрицу. При содержании марганца менее 0,4% в процессе охлаждения в холоднокатаной стали формируется пластинчатый перлит, ее прочность и пластичность снижаются. Увеличение содержания марганца более 3,5% приводит к переупрочнению стали и потере пластических свойств.

При содержании кремния менее 0,001% сталь после отпуска имеет недостаточную прочность. Увеличение содержания кремния более 0,03% приводит к увеличению в ней неметаллических включений, снижению пластичности.

Хром, связывая углерод в карбиды, упрочняет сталь. При содержании хрома менее 0,01% прочность холоднокатаной листовой стали недостаточна. Увеличение содержания хрома более 0,49% приводит к снижению пластичности.

Алюминий стабилизирует сталь, что исключает ее старение. При содержании алюминия менее 0,01% или более 0,05% снижается пластичность стали данного химического состава.

Азот, образуя нитриды, повышает прочность. Снижение концентрации азота менее 0,001% приводит к снижению прочности стали и резко удорожает ее производство. Увеличение содержания азота более 0,012% способствует старению листовой стали, т.е. деградации ее свойств: снижению пластичности и увеличению прочности, что недопустимо.

Никель и медь упрочняют сталь, и в количестве не более 0,1% каждого из них не приводят к ухудшению пластичности. Увеличение содержания никеля более 0,1% или меди более 0,1% снижает пластические свойства данной стали после ее нагрева, ускоренного охлаждения и низкого отпуска.

Примеры реализации способа

Слябы из стали марки 08Ю имеют следующий химический состав, мас.%:

C	Mn	Al	Si	Cu	S	P	Fe
0,05	0,25	0,04	0,03	0,05	0,012	0,010	Остальное

Слябы нагревают до температуры 1250°C и прокатывают на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 3,7 мм с температурой конца прокатки 830°C, подвергают ускоренному охлаждению водой до температуры 620°C и сматывают в рулоны.

Горячекатаные полосы подвергают солянокислотному травлению для удаления окалины в линии непрерывного травильного агрегата. Затем травленые полосы подвергают холодной прокатке на непрерывном 5-клетевом стане кварто 1700 до конечной толщины h=0,7 мм.

Очередную холоднокатаную полосу, смотанную в рулон, устанавливают на разматывателе непрерывного (проходного) агрегата термообработки. В процессе транспортирования полосы через секцию нагрева производят ее нагрев до температуры T_з=770°C. На выходе из секции нагрева полосу интенсивно охлаждают со скоростью V=68°C/с струями азота до температуры 120°C. При этом аустенитные составляющие структуры трансформируется в мелкодисперсные мартенситные включения, упрочняющие ферритную матрицу. Затем полосу транспортируют через секцию вторичного нагрева, где производят ее нагрев до температуры T_пн=310°C с выдержкой при этой температуре в течение времени τ=25 с. При этом происходит отпуск мартенситной и ферритной фаз. Термообработанную полосу сматывают в рулон и подвергают испытанию механических свойств.

Варианты реализации предложенного способа, а также показатели прочности σ_т и пластичности δ₅ холоднокатаной листовой термоообработанной стали приведены в табл.1.

Из данных, представленных в табл.1, следует, что реализация предложенного способа (варианты №2-4) обеспечивает повышение прочностных и пластических свойств холоднокатаной листовой стали марки 08Ю. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также реализации известного способа [3] (вариант 6) пластические и прочностные свойства листовой стали снижаются.

Таблица 1.
Режимы производства и механические свойства листовой стали марки 08Ю
№ п/п	T_з, °С	V, °С/с	T_пн, °C	τ, с	σ_т, МПа	δ₅, %
1.	700	50	250	18	220	24
2.	710	60	260	20	295	38
3.	770	68	310	25	300	40
4.	850	80	350	26	295	39
5.	860	85	360	28	200	25
6.	700	не регл.	-	-	210	23

В кислородном конвертере выплавляют стали следующих химических составов (табл.2).

Таблица 2.
Химический состав сталей
№ состава	Содержание химических элементов, мас.%
C	Mn	Si	Cr	Al	N	Ni	Cu	Fe
1.	0,05	0,3	0,0009	0,009	0,009	0,0009	0,03	0,04	Остальн.
2.	0,06	0,4	0,001	0,01	0,01	0,001	0,04	0,03	-:-
3.	0,08	1,9	0,020	0,25	0,03	0,006	0,05	0,07	-:-
4.	0,11	3,5	0,030	0,49	0,05	0,012	0,10	0,10	-:-
5.	0,12	3,6	0,035	0,50	0,06	0,013	0,12	0,11	-:-

Выплавленные стали подвергают непрерывной разливке и горячей прокатке в полосы толщиной 3,7 мм. Горячекатаные полосы подвергают олянокислотному травлению и холодной прокатке на непрерывном 5-клетевом стане кварто до толщины h=0,7 мм.

Полученные холоднокатаные полосы подвергают термообработке в непрерывном агрегате. В секции нагрева агрегата полосы нагревают до температуры T_з=780°C, после чего в секции закалки охлаждают со скоростью V=70°C/с. Затем в секции повторного нагрева полосы нагревают до температуры нагрева T_пн=305°C и выдерживают при этой температуре в течение τ=22 с.

В табл.3 приведены прочностные и пластические свойства сталей различного состава после термической обработки.

Таблица 3.
Механические свойства листовых сталей различного состава
№ варианта	№ состава	σ_т, МПа	δ₅, %
1.	1.	290	25
2.	2.	380	40
3.	3.	390	40
4.	4.	390	39
5.	5.	290	26
6.	[3]	202	24

Результаты испытания механических свойств (табл.3) показывают, что сталь предложенного состава (варианты №2-4) после термической обработки по предложенному режиму обеспечивает наибольшее повышение прочностных и пластических свойств холоднокатаной листовой стали. При запредельных значениях содержания химических элементов (варианты №1 и №5), а также при использовании стали известного состава [3] имеет место снижение прочностных и пластических свойств листовой стали.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что нагрев холоднокатаной листовой стали до 710-850°C и последующее интенсивное охлаждение со скоростью 60-80°C/с обеспечивает превращение аустенита в мелкодисперсный мартенсит, упрочняющий ферритную матрицу. Отпуск двухфазной мартенситно-ферритной стали при 260-350°C в течение не менее 20 с несколько повышает прочность мартенситной фазы и одновременно повышает пластичность ферритной матрицы.

В качестве базового объекта при определении технико-экономической эффективности предложенного способа принят известный способ [1]. Использование предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства холоднокатаной листовой стали для глубокой вытяжки на 15-20%.

Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:

1. Беняковский М.А. и др. Производство автомобильного листа - М.: Металлургия, 1979, с.12, 78, 107, 186.

2. Заявка №1136575 (Европатент), МПК C21D 9/46, C22C 38/00, 2001.

3. Заявка №59-38336, Япония. МПК C21D 9/48, C21D 8/04, 1984.

1. Способ производства листовой стали, включающий изготовление горячекатаной полосы, травление, холодную прокатку и термическую обработку, отличающийся тем, что термическую обработку проводят путем нагрева до температуры 710-850°С с последующим охлаждением со скоростью 60-80°С/с, повторного нагрева до температуры 260-350°С и выдержкой не менее 20 с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячекатаную полосу изготавливают из стали следующего химического состава, мас.%:

Процесс изготовления металлических листов

Металлический лист – популярный и востребованный вид металлопроката, который изготавливают методом прогона металлической заготовки через прокатный стан с последующей обработкой: обрезкой, правкой, дрессировкой, закалкой и пр. В результате получается лист определенной длины и ширины, с толщиной до 160 мм. Производят тонколистовой и толстолистовой металл из разных видов стали и стальных сплавов с применением разных технологий, соответственно итоговый продукт также может отличаться техническими, физическими и физико-химическими параметрами. По назначению и способу производства различают горячекатаный и холоднокатаный листовой прокат.

Производство горячекатаных металлических листов

Способ горячей прокатки – один из основных методов изготовления тонких стальных листов. В качестве исходного сырья используют слябы – крупные металлические плиты толщиной до 600 мм и шириной до 2.5 м, выполненные из обычной углеродистой и легированной стали. Для изготовления горячекатаных металлических листов используют только высококачественные заготовки, которые не имеют дефектов внутренней структуры (пустот, трещин, ликвационных полос и пр.). Весь процесс производства можно описать следующим образом:

1. В течение нескольких часов заготовку нагревают до температуры +1000-1200С, чтобы запустить процесс рекристаллизации молекулярной сетки и придать необходимую пластичность;
2. Нагретую заготовку прогоняют через прокатный стан, в результате чего она уменьшается по толщине. Эта процедура может повторяться несколько раз до достижения требуемой толщины;
3. Когда сформирован лист требуемой толщины, его размечают, обрезают края в размер, нарезают гильотинными ножницами;
4. Получившиеся изделия остывают, затем их очищают от окалины, транспортируют на склад, маркируют, отправляют заказчику.

В некоторых случаях на финальном этапе также проводят дополнительную термообработку для снятия напряжения в металле, которое возникает после горячей прокатки. Горячекатаные листы дешевы в производстве, имеют более доступную стоимость по сравнению с остальными видами листового проката, отличаются высокой прочностью, эластичностью и пластичностью, хорошо поддаются последующей обработке.

Изготовление стальных листов методом холодной прокатки

Холоднокатаная листовая сталь, несмотря на своё название, не избегает температурной обработки, так как производится из горячекатаных заготовок – стальных полос, пластин и рулонов:

1. Заготовку очищают от окалины методом химического травления;
2. Прогоняют через непрерывный или реверсивный стан холодной прокатки;
3. После прокатки производится отжиг, нормализация, закалка, охлаждение;
4. Финишная обработка: резка, правка.

Метод холодной прокатки является более энергозатратным, но позволяет получить изделие лучшего качества, с идеально ровной, гладкой и блестящей поверхностью, однородной структурой, а также с очень маленькой толщиной, чего невозможно добиться при горячей прокатке. К достоинствам холоднокатаных листов также относят отличную свариваемость и удобство обработки, чаще всего они применяются там, где важна эстетическая составляющая.

Читайте также: