Холоднокатаная высокопрочная сталь для глубокой вытяжки

 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составу низкоуглеродистой высокопрочной холоднокатаной стали, предназначенной для изготовления деталей с высоким уровнем нагруженности. Технический результат состоит в стабилизации прочностных характеристик при хорошей текстуре, повышении пластических и коррозиоционных свойств, повышении выхода годного, упрочнения при сушке лакокрасочных покрытий на деталях, улучшении равномерности распределения механических свойств по длине рулона, понижении температуры хрупко-вязкого перехода. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: углерод 0,002-0,007; кремний 0,005-0,05, марганец 0,5-1,7; сера 0,005-0,015; фосфор 0,005-0,015 или 0,05-0,15; алюминий 0,005-0,07; никель 0,005-0,3; медь 0,005-0,3; титан 0,02 -0,15; азот 0,001-0,007; хром 0,005-0,3; железо - остальное. Дополнительно содержит ниобий 0,01-0,15 и бор 0,0005-0,005. 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к химическому составу низкоуглеродистых высокопрочных холоднокатаных сталей, предназначенных для изготовления деталей автомобилей с высоким уровнем нагружения.

Известна холоднокатаная листовая сталь, содержащая, < 0,0035 углерода, < 0,05 кремния, < 0,02 марганца, < 0,1 фосфора, 0,005 0,1 алюминия, < 0,02 серы, < 0,1 (медь + никель + хром), 0,01 0,04 титана, 0,001 0,1 ниобия, 0,0001 0,001 бора, остальное железо [1] Недостатками этой стали являются низкие прочностные свойства: предел текучести 13 14 кгс/мм², предел прочности 27 28 кгс/мм². Это не позволяет использовать эту сталь для деталей автомобилей с высоким уровнем нагруженности (лонжерон, арка заднего моста).

Наиболее близкой по химическому составу является сталь, содержащая < 0,008 углерода, < 0,5 кремния, < 0,35 марганца, < 0,003 серы, 0,05 0,15 фосфора, < 0,1 алюминия, < 0,010 азота, 0,5 2,0 меди, < 2,0 никеля, 0,0003 - 0,0020 бора, 0,01 0,20 титана [2] Недостатками данной стали являются высокая анизотропия механических свойств невысокий уровень упрочнения при сушке лакокрасочного покрытия, неравномерность механических свойств по длине рулона холоднокатаного металла, сложность утилизации прокатных отходов и готовых деталей, вследствие высокого содержания цветных примесей (никель, медь).

Требуемый технический результат, а именно стабилизация прочностных характеристик при благоприятной для штамповки текстуре, повышение пластических и коррозионных свойств, выхода годного, упрочнения при сушке лакокрасочного покрытия в готовых деталях, повышение равномерности распределения механических свойств по длине рулона, снижение температуры хрупко-вязкого перехода и обеспечение вторичного использования отходов достигается тем, что в сталь дополнительно вводят хром, ниобий, повышают содержание марганца, снижают содержание никеля и меди.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в регулировании микроструктуры холоднокатаной высокопрочной стали за счет оптимизации химического состава. Это способствует прежде всего созданию благоприятной для штампуемости текстуры: повышает значения интенсивности полюсных плотностей111} и снижает 100} и110} повышает коэффициент нормальной пластической анизотропии (r). Вместе с этим, эта сталь обладает высокими прочностными свойствами за счет повышенной температуры (γ-α) - превращения и измельчения ферритного зерна подката. Формирования более острой текстуры, реализации механизма твердорастворного упрочнения.

Учитывая сложный характер вытяжки штампуемых деталей, высокий уровень их нагруженности, а также длительность эксплуатации автомобилей в экстремальных условиях весьма важен правильный выбор содержания химических элементов в заявляемой стали, отвечающих преимущественно за определенные механические свойства стали.

Выбор содержания марганца основан на необходимости оптимизации прочностных и пластических свойств холоднокатаного металла. При содержании марганца менее 0,5 не удается обеспечить требуемый уровень прочности металла. Содержание марганца более 1,7% неэффективно вследствие значительного ухудшения пластических свойств холоднокатаного металла и повышения плоскостной анизотропии механических свойств.

Ввод в состав стали ниобия основан на его упрочняющей роли за счет образования дисперсных частиц, преимущественно вследствие связывания атомов углерода и азота и за счет измельчения ферритного зерна подката. Использование ниобия обеспечивает высокую однородность механических свойств по длине рулона. При содержании ниобия менее 0,01% не наблюдается его упрочняющего эффекта, а также выравнивания механических свойств, так как практически не наблюдается образования частиц второй фазы и их влияния на микроструктуру. Содержание ниобия более 0,15% целесообразно, так как не наблюдается заметного увеличения прочностных свойств, однако происходит резкое падение пластичности.

Выбор содержания фосфора обусловлен как обеспечением требуемых механических свойств, так и возможностью последующей утилизации деталей автомобилей. Содержание фосфора в пределах 0,005 0,015% выбрано исходя как из технологических причин, так и по его влиянию на механические свойства.

Получение фосфора менее 0,005% экономически и технически нецелесообразно в связи с небольшим вредным его влиянием при содержаниях менее 0,005% и отсутствием влияния на механические свойства а при содержании более 0,015% не происходит заметного положительного влияния на механические свойства холоднокатаного листа, и требуются специальные технологические мероприятия по снижению эффекта красноломкости стали и охрупчиванию по границам зерен. Исследования, проведенные авторами заявки [2] показали, что для получения заметного эффекта от фосфора при специальной технологии производства его содержание должно быть в пределах 0,05-0,15% При содержании фосфора менее 0,05% не наблюдается упрочнения при сушке лакокрасочного покрытия в готовых деталях, повышения фосфатируемости поверхности под защитные покрытия и повышения прочности стали, улучшения коэффициента r. Увеличение содержания фосфора более 0,15% приводит к заметному охрупчиванию по границам зерен при холодной штамповке без улучшения прочностных свойств.

Ограничение содержания никеля обусловлено тем, что при его содержании более 0,3% для данного класса стали происходит снижение коэффициента деформационного упрочнения, получение содержания никеля менее 0,005% экономически не целесообразно.

Содержания меди не более 0,3% обусловлено отсутствием возможности широкой утилизации отходов металлопроката. Вследствие ограничения меди в исходной шихте наблюдается ухудшение качества поверхности стали.Содержание меди менее 0,005% экономически нецелесообразно.

Верхний предел по содержанию хрома 0,3% обусловлен необходимостью увеличения коррозионной стойкости металла без ухудшения качества поверхности стали и одновременной возможностью использования отходов металлопроката для повторного использования в шихте при выплавке любой марки низколегированных сталей. При содержании хрома менее 0,005% не наблюдается заметного влияния содержания хрома на свойства стали, однако требуется большие экономические затраты.

Введение в сталь бора обусловлено его влиянием на образование приграничных сегрегаций. За счет обеднения границ ферритных зерен внедрения и их обогащения сегрегациями фосфора в сверхнизкоуглеродистых сталях наблюдается охрупчивание по границам зерен при холодной штамповке. Наличие бора в стали предотвращает образование сегрегаций фосфора по границам зерен и позволяет понизить температуру хрупковязкого перехода на 20 ^oС (до -50^oС) в IF-сталях, стабилизированных титаном, и на 40^oС (до -70 ^oС) в сталях, стабилизированных титаном и ниобием.

При содержании бора менее 0,0005% не наблюдается уменьшения склонности стали к деформационному охрупчиванию по границам зерен, и не происходит понижения температуры хрупковязкого перехода. При содержании бора более 0,005% удается штампуемость стали.

Реализацию предложенного изобретения осуществляли следующим образом: выплавляли металл в вакуумно-индукционной печи емкостью 50 кг типа "Бальцерс". Раскисление и легирование металла проводили в инертной атмосфере путем ввода требуемого количества раскислителей и легирующих материалов через шлюзовую камеру. Металл разливали в изложницы емкостью в 5 кг с защитой струи от вторичного окисления и дегазации. Ввод изменяющихся элементов осуществляли в изложницу.

Химический состав выплавляемой стали приведен в табл.1.

Горячая прокатку осуществляли на толщину 3,5 мм. Температура нагрева металла перед прокаткой составляла 1250 ^oС, температура окончания прокатки в чистовой группе клетей 880-890^oС, температура смотки горячекатаной полосы в рулон составляла 700-730 ^oС. Холодную прокатку осуществляли на конечную толщину 0,9 мм, затем полосу отжигали. Обжатие при дрессировке составляло 0,8% Из готовых листов осуществляли штамповку деталей.

Механические и потребительские свойства холоднокатаной стали представлены в табл.1. Диапазон изменения предела текучести (σ_0,2) составлял 220-245 Н/мм², предела прочности (σ_B) - 300-365 Н/мм². Анализ полученных данных (табл. 1) показал, что соблюдение заявленных параметров химического состава обеспечивает требуемый технический результат.

Формула изобретения

1. Холоднокатаная высокопрочная сталь для глубокой вытяжки, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, алюминий, никель, медь, титан, азот, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,002 0,007 Кремний 0,005 0,05 Марганец 0,5 1,7 Сера 0,005 0,015 Фосфор 0,005 0,015 или 0,05 0,15 Алюминий 0,005 0,07
Никель 0,005 0,3
Медь 0,005 0,3
Титан 0,02 0,15
Азот 0,001 0,007
Хром 0,005 0,3
Железо Остальное
2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий 0,01-0,15.

3. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бор 0,0005-0,005.

4. Сталь по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий 0,01-0,15.

РИСУНКИ

Рисунок 1