PRVNÍ POZNATKY Z VÁLCOVÁNÍ MIKROLEGOVANÝCH PÁSŮ S MEZÍ KLUZU NAD 460 MPa NA TRATI STECKEL. Radim Pachlopník Pavel Vavroš

Transkript

1 PRVNÍ POZNATKY Z VÁLCOVÁNÍ MIKROLEGOVANÝCH PÁSŮ S MEZÍ KLUZU NAD 460 MPa NA TRATI STECKEL Radim Pachlopník Pavel Vavroš Nová Huť, a.s., Vratimovská 689, Ostrava Kunčice, ČR, rpachlopnik@novahut.cz, pvavros@novahut.cz Abstrakt Článek popisuje výsledky zkušebního válcování mikrolegované oceli, určené pro výrobu pásů s mezí kluzu nad 460 MPa na válcovací trati Steckel. Ocel odpovídá požadavkům předpisu SEW 092. Dále jsou uvedeny technologické parametry válcování a jejich vliv na mikrostrukturu a mechanické vlastnosti hotového pásu. Na dělících linkách bylo provedeno vzorkování hotových pásů tloušťky 3 až 12 mm a následně bylo provedeno zkoušení pásů po délce i šířce svitku. Byl zjištěn rozhodující vliv doválcovací teploty a způsobu chlazení na navíjecí teplotu na výsledné mechanické vlastnosti. The paper describes the testing results of microalloyed steel rolling, destined for the sheets with yield strength above 460 MPa on the rolling mill Steckel. The steel responds to the specification SEW 092 requirements. The technological parameters of rolling and their influence on microstructure and finished sheet mechanical properties are presented. The finished sheets of the thickness from 3 to 12 mm have been sampled longwise and breadthwise on the cutting line. The important effect of the finish rolling temperature and coiling temperature on the resulting mechanical properties have been found out. 1. Úvod Válcování mikrolegovaných ocelí na širokopásové trati P 100 v Nové Huti vychází ze zkušeností získaných při válcování těchto ocelí na dnes již neexistující trati P800. Trať P 800, nesplňovala energo-silové požadavky pro úspěšné válcování výšepevných mikrolegovaných ocelí (válcovaly se jen mikrolegované oceli do pevnostního stupně 420 [1]). Z tohoto důvodu se tyto jakosti začaly válcovat až na nové trati P 100 u které byla dodavatelem garantována válcování těchto ocelí. Vyráběné mikrolegované pásy jsou termomechanicky zpracovány a určeny k tváření za studena. Tyto za tepla válcované pásy jsou dodávány dle předpisu, SEW 092, EN a dalších. Pásy vyráběné v NH a.s. jsou mikrolegovány Nb a V. V následující tabulce (tab. 1.) je uvedeno chemické složení dle SEW 092. Tabulka 1.: Chemické složení za tepla válcovaných ocelí dle SEW 092. Označení % C % Si % Mn % P % S %Al celk. %Nb 1) % Ti 1) oceli max. min. max. QStE 340 TM 1,30 QStE 380 TM 1,40 QStE 420 TM 1,0 0,12 0,0 QStE 460 TM 1,60 0,03 0,03 0,01 0,09 0,22 QStE 00 TM 1,70 QStE 0 TM 1,80 1) Všechny oceli obsahují obvykle přísadu niobu a/nebo titanu. K tomu navíc se přidává vanad (může být). 1

2 2. Technologie válcování Při návrhu technologie výroby teplého pásu se vycházelo ze zkušeností z válcování na trati P 800 a válcování mikrolegovaných pásů nižších pevnostních stupňů na trati P 100. Teplota ohřevu se zvolila nad 1220 C v závislosti na konečné tloušťce a šířce pásu. Ohřev zajišťuje kroková ohřívací pec s vyrovnávací zónou. Do pece jsou sázeny teplé (cca 800 C) plynule lité bramy. Do pece je možno sadit i studené bramy, v tomto případě však dochází ke snížení výkonu pece. Ohřáté plynule lité bramy mají po vytažení z pece rovnoměrnou teplotu jak po délce, tak i šířce. Rozdíl teplot ohřáté bramy v uvedených směrech se pohybuje okolo 20 C. Homogenita teplotního pole se nemění ani po vysokotlakém ostřiku okují. Mikrolegované oceli se na trati P100 obr.1. válcují reverzním tandemovým způsobem na 10 úběrů ( průchodů) s navíjením pásu do pecních navíječek po 6. a po 8. úběru (PN2 a PN1). Limitní tloušťka pásu pro navíjení do pecní navíječky je 2 mm. Po třetím průchodu je možno využít systému řízeného chlazení. U mikrolegovaných ocelí je rekrystalizace v důsledku precipitace a snižování teploty výrazně zpomalována. K zajištění rovnoměrné nerekrystalizované struktury austenitu vhodné pro dosažení optimální mikrostruktury je kladen důraz na velikost deformací při posledních průchodech a dodržování požadovaných doválcovacích teplot. Celková deformace v posledních dvou úběrech by se měla přiblížit 0 %. Pro doválcovací teploty byla stanovena podmínka maximálních teplot 860 C. Při měření rozdílu doválcovacích teplot po šířce pásu, bylo zjištěno, že tento se pohybuje okolo 20 C. Dosažení optimální mikrostruktury závisí na chemickém složení a podmínkách ochlazování. Rozhodující je rychlost ochlazování a navíjecí teplota. Rychlost ochlazování závisí na finální tloušťce a je vyšší u tenkých pásů. V závislosti na vyráběné jakosti se pohybují rychlosti ochlazování u 3 mm pásů v rozsahu C/s, u 10 mm pásů to je 8 30 C/s. Po navinutí rychlost ochlazování klesá o několik řádů na hodnotu cca 0,01 C/s [2]. Navíjecí teploty se proto zvolily v rozmezí C v závislosti na konečné tloušťce pásu. kroková pec ostřik okují PN1 H1 V H2 PN2 laminární chlazení HN LEGENDA: PN H V HN - PECNÍ NAVÍJEČKA - HORIZONTÁLNÍ VÁLCOVACÍ STOLICE - VERTIKÁLNÍ VÁLCOVACÍ STOLICE - HORNÍ NAVÍJEČKA Obr.1. Schématické znázornění válcovací trati Steckel Úběrový plán pro jednotlivé jakosti je zadán a řízen počítačovým systémem, který řídí válcování. Používaný systém je samoučící, kde podle finálních parametrů právě odválcovaného svitku modifikuje válcování následujícího svitku. 2

3 3. Požadované mechanické vlastnosti hotových pásů V tab. 2. jsou uvedeny normou SEW 092 požadované parametry hotových pásů. Pro výrobky se šířkou větší než 600 mm platí hodnoty tahových zkoušek pro příčné vzorky. U zkoušení křehkolomových vlastností (vzorky s ISO V vrubem) je předepsána zkouška při teplotě (-20 C). Minimální hodnota nárazové práce pro pásy tloušťky 10 mm a větší je 27 J. Výsledek zkoušek je střední hodnota ze tří zkoušek, při nichž žádná hodnota nesmí být menší než 19 J. U tlouštěk mezi až 10 mm se určí hodnota na vzorcích s naválcovanou tloušťkou výrobku. Pro výrobky menší tloušťky než mm zkoušení křehkolomových vlastností odpadá. Při technologické zkoušce ohybu se oceli musí ohnout podle průměru trnu dle tab.ii o 180 bez vzniku trhlin. Zkouška se provádí na příčných vzorcích. Tabulka 2.: Rozdělení pevnostních stupňů a mechanicko technologické vlastnosti. Označení oceli Re [MPa] Pevnost 1) [MPa] Tažnost [%] tloušťka 3mm 6mm tloušťka 6mm Průměr trnu D při technol. zkoušce ohybem a = tl. vzorku min. min. max. min. QStE 340 TM D = 0, a QStE 380 TM D = 0, a QStE 420 TM D = 0, a QStE 460 TM D = 1 a QStE 00 TM 00 2) D = 1 a QStE 0 TM 0 2) D = 1, a 1) Mezní hodnoty mohou být vyšší nebo nižší o 20 MPa 2) Pro tloušťky menší než 8 mm může být podkročena minimální mez kluzu o 20 MPa. 4. Zjištěné mechanické vlastnosti hotových pásů Z pásů odválcovaných dle výše uvedených podmínek byly na dělících linkách odebrány vzorky pro zkoušení mechanicko technologických vlastností po délce i šířce pásu. Z výsledků prvních odválcovaných a zkoušených pásů zpracovaných v tab. 3. detailně pro tloušťku 4 mm, v tab. 4. pro tloušťky 3 12 mm jakosti QStE 460 TM, je patrné, že výsledky mechanických hodnot odpovídají spodní hranici požadovaného pevnostního stupně ale u vzorků z konců pásů byl zjištěn pokles meze kluzu a pevnosti. Tabulka 3.: Výsledky tahových zkoušek prvních odválcovaných svitků jakosti QStE 460 TM tloušťky 4 mm. Začátek svitku svitku Konec svitku místo odběru Re Rm A Re Rm A Re Rm A vzorku MPa MPa % MPa MPa % MPa MPa % kraj příčný L , , ,3 střed příčný , , ,9 kraj příčný P , , ,0 kraj podélný L , , , střed podélný , , ,6 kraj podélný P , , ,8 3

4 Tabulka 4.: Výsledky tahových zkoušek pásu tlouštěk 3 12 mm Příčné zkoušky - střed šířky pásu Začátek svitku svitku Konec svitku tloušťka Re Rm A Re Rm A Re Rm A pásu[mm] MPa MPa % MPa MPa % MPa MPa % , , , , , , , , , , , ,6 Ze stejných míst byly odebrány vzorky pro technologickou zkoušku ohybem. Všechny vzorky, jak podélné, tak i příčné vyhověly. Výsledky zkoušek rázem v ohybu vyhověly požadavkům normy a zjištěné údaje jsou zpracovány v obr Narázová práce (J) pás tl. 8 mm pás tl. mm Kraj příčně příčně Kraj příčně Umístění vzorku Obr. 2.: Výsledky zkoušek rázem v ohybu při teplotě (-20 C) Dle dosažených výsledků, z jejichž průběhu je patrný pokles mechanických vlastností na Z konci pásů, byla provedena analýza výrobního procesu. Šetřením bylo zjištěno, že tento pokles byl způsoben špatným chlazením úseku laminárního chlazení, který Z konec nechladil dle požadovaných parametrů. Tento jev byl pozorován u všech válcovaných tlouštěk. Byla provedena opatření a úpravy počítačového systému ke zlepšení chlazení Z konců pásů. Z důvodu nízkých hodnot výsledků zkoušek tahem bylo přistoupeno před dalším válcováním, pro zajištění dostatečné provozní jistoty velikosti mechanických hodnot, k úpravě technologie výroby této jakosti. Pro další tavby byl zvýšen obsah manganu, niobu a vanadu. Dále byl upraven úběrový plán, kde bylo navrženo zvýšení deformace během posledních dvou úběrů. Výsledky tahových zkoušek pásů vyrobených s upravenou chemií a úběrovým plánem již mají hodnoty meze kluzu a pevnosti na požadované výši. V tab.. a tab. 6. jsou tyto výsledky zpracovány pro Z konce pásů. 4

5 METAL 2003 Tabulka.: Výsledky tahových zkoušek konce pásů podélné vzorky Tloušťka pásu [mm] Rm [MPa] A [%] Re [MPa] ,8 34,0 31,6 32,7 33,2 26,7 32,2 30,9 30, 28,9 27,1 32,4 31,9 30,6 28,4 Tabulka 6.: Výsledky tahových zkoušek konce pásů příčné vzorky Tloušťka pásu [mm] Rm [MPa] Re [MPa] A [%] ,6 32,0 26,0 31,0 29,2 24,0 31,1 32,1 28,1 29,9 24,1 30,7 26,7 28,4 30,4 Výsledky ukazují, že všechny odebrané vzorky vyhovují požadavkům pro pevnostní stupeň 460, některé dokonce vyhovují i požadavkům pro pevnostní stupeň 00.. Mikrostruktura hotových pásů Mikrostruktura pásů je tvořena feritem a malým množstvím perlitu. Feritická zrna jsou jemná a vykazují mírný nárůst velikosti zrna směrem ke středu tloušťky pásu. Dále byla zjištěna změna tvaru feritického zrna směrem ke středu tloušťky pásu (vzrůstající počet zrn protáhlého tvaru). Charakteristický vzhled mikrostruktury příčného řezu pásu tloušťky 8 mm je dokumentován na obr. 3. a 4., pásu tloušťky 3 mm na obr.. a 6. Obr. 3.: Mikrostruktura pásu tloušťky 8 mm povrch pásu Obr. 4.: Mikrostruktura pásu tloušťky 8 mm střed tloušťky pásu

6 METAL 2003 Obr..: Mikrostruktura pásu tloušťky 8 mm povrch pásu Obr. 6.: Mikrostruktura pásu tloušťky 3 mm střed tloušťky pásu 6. Závěr: Na vratné dvoustolicové válcovací trati typu Steckel v Nové Huti a.s. bylo provedeno první zkušební válcování teplého mikrolegovaného pásu pevnostního stupně 460. Byl zjištěn pokles mechanických vlastností na Z konci pásu spojený s problémy chlazení. Byly provedeny úpravy technologie a chemického složení, pro dosažení požadovaných parametrů pásů. Na základě úspěšných výsledků válcování pevnostního stupně 460 se připravuje další zkušební válcování vyšších pevnostních stupňů. Současně se provádějí další opatření k zajištění vyšší homogenity vlastností pásů pevnostního stupně 460. V poslední době se objem výroby mikrolegovaných pásů jakosti QStE 460 TM v NH a.s. stále zvyšuje. Literatura: [1] Sýkora, P., Wildmann, S.: Zavedení výroby mikrolegovaných svařitelných konstrukčních ocelí řady QStE nižších pevnostních stupňů. Závěrečná zpráva podnikového úkolu ev.č. H , VZÚ NH Ostrava, únor 2000 [2] Hutchinson, B.: Microstructure development during cooling of hot rolled steels, Ironmaking and steelmaking, 2001, Vol. 28, No.2, p Příspěvek vznikl v rámci řešení projektu FD-K/037 Ministerstva průmyslu a obchodu ČR. 6