Способ производства полосового проката из сверхнизкоуглеродистой стали для последующей штамповки

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству полосового проката из сверхнизкоуглеродистой стали (IF-стали) для последующей штамповки, применяемой в автомобилестроении. Способ производства полосового проката из низкоуглеродистой стали для последующей штамповки включает выплавку стали, содержащей, вес.%: углерод <0,01, кремний <0,01, марганец 0,1-0,15, сера <0,008, фосфор <0,008, хром <0,003, никель <0,003, медь <0,004, азот <0,006, титан 0,015-0,035, ниобий 0,03 - 0,065, железо и неизбежные примеси остальное, разливку в слябы, нагрев слябов до температуры 1100-1200^oС, горячую прокатку с температурой конца прокатки 890-910^oС, смотку полос в рулоны ведут при температуре, определяемой по зависимости Т_см=-0,19k²-0,013k+729,95, где Т_см - температура смотки,^oС; k - коэффициент, характеризующий степень стабилизации стали, равный k=(Nb+l,9375(Ti-3,43N-1,5S)/C, где Nb, Ti, N, S и С - содержание ниобия, титана, азота, серы и углерода в стали, вес. %, травление полос, холодную прокатку, непрерывный отжиг и дрессировку с обжатием менее 1%. Предлагаемый способ обеспечивает повышение равномерности механических свойств по длине полосы и улучшение качества ее поверхности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству полосового проката из сверхнизкоуглеродистой стали (IF-стали) для последующей штамповки, применяемой в автомобилестроении.

Известен способ производства листового металла для глубокой вытяжки, включающий выплавку стали, содержащей, вес. %: углерод ≤0,003, кремний ≤0,8, марганец ≤1, фосфор ≤0,01, алюминий 0,01 - 0,1, азот ≤0,008, железо - остальное, титан и ниобий в количестве, определяемом соотношением 48/14 • [N (%) - 0,002%] <Ti (%) <4 С(%)+3,43 N(%) и 0,003% ≤ Nb(%)<0,25%, так, чтобы Nb (%) >2С (%), а общее содержание Nb и Ti в стали было ≤0,04% (Заявка Японии 2 - 259023, кл. С 21 D 9/48, 8/04, С 22 С 38/00, 38/14, опубл. 19.10.90). Сталь нагревают до 1000-1250^oС с последующей черновой прокаткой, завершающейся при температуре 950-1100^oС, и чистовой прокаткой, завершающейся при температуре 890-940^oС, после чего горячекатаную полосовую сталь сматывают в рулон с последующей обработкой по снятию окалины и холодной прокаткой и подвергают непрерывному отжигу.

При температуре конца прокатки- превышающей 920^oC, происходит рост зерна феррита. Это отрицательно сказывается на формировании благоприятной текстуры { 111}, поскольку известно, что при сдвиговой деформации в процессе холодной прокатки зарождение благоприятной текстуры происходит на границах ферритных зерен, протяженность которых при измельчении зерна уменьшается.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ производства холоднокатаной полосы из особо низкоуглеродистых сталей, включающий выплавку стали, содержащую вес. %: углерод 0,002-0,012, азот 0,004-0,008, титан 0,08-0,31, ниобий 0,06-0,25, железо и неизбежные примеси - остальное, разливку в слябы, нагрев слябов до температуры 1050-1200^oС, горячую прокатку с температурой конца прокатки 890-910^oС, смоткy полос в рулоны при температуре смотки 600-740^oС, травление полос, холодную прокатку, непрерывный отжиг и дрессировку с обжатием менее 1% (Якубовский О.Н. Особо низкоуглеродистые стали как основа для производства автолиста. Производство проката, 1999, 6, с.37-42).

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками предлагаемого изобретения: выплавка стали с содержанием <0,01% углерода с микродобавками титана и ниобия, разливка в слябы. нагрев слябов до температуры 1100-1200^oС, горячая прокатка с температурой конца прокатки 890-910^оС, смотка полос в рулоны, травление полос, холодная прокатка, отжиг и дрессировка с обжатием менее 1%.

В известном способе не проводят регламентацию температуры смотки от конкретного химического состава стали. Скорость и полнота связывания углерода в карбиды и карбосульфиды, в процессе охлаждения металла после горячей прокатки, зависит, в основном, от скорости охлаждения металла и соотношения Ti, Nb, N, S и С.

Высокая температура смотки позволяет завершиться процессу выделения карбидов и карбосульфидов, но при этом скорости охлаждения внешних и внутренних витков смотанных рулонов существенно отличаются. Так, например, при смотке рулонов массой 30 тонн при температуре 740^oС разница в скорости охлаждения внешних и внутренних витков рулона в первые часы охлаждения составляет 200-220^oС/час.

Такая разница в скорости охлаждения различных слоев рулона приводит к формированию в них феррита с различной величиной зерна и содержанием углерода в твердом растворе, что вызывает формирование неравномерных свойств по длине полосы. Причем из-за сложного влияния величины зерна феррита и содержания углерода в твердом растворе на формирование текстуры металла при холодной прокатке и отжиге эта разница в последующих переделах усиливается.

Кроме того, при высокой температуре смотки происходит образование трудно травимой окалины на поверхности полосы, что приводит к увеличению времени травления и ухудшению качества поверхности полосы.

Низкая температура смотки (<670С) может привести к росту предела текучести и появлению площадки текучести. Это вызвано тем, что часть углерода может находиться в твердом растворе, а не в виде карбидов или карбосульфидов титана и ниобия из-за высоких скоростей охлаждения после горячей прокатки. Полоса, смотанная при данных температурах, требует длительного отжига в колпаковых печах, так как непрерывный отжиг в агрегатах непрерывного отжига (АНО) сверхнизкоуглеродистой стали, смотанной при данной температуре, не позволяет получить высокий комплекс свойств готового проката.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства полосового проката из сверхнизкоуглеродистой стали для последующей штамповки, в котором за счет регламентации температуры смотки от конкретного химического состава стали, обеспечивается повышение равномерности механических свойств по длине полосы и улучшение качества ее поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в способе производства полосового проката из сверхнизкоуглеродистой стали для последующей штамповки, включающем выплавку стали с содержанием <0,01% углерода с микродобавками титана и ниобия, разливку в слябы, нагрев слябов до температуры 1100-1200^oC, горячую прокатку с температурой конца прокатки 890-910^oС, смотку полос в рулоны, травление полос, холодную прокатку, отжиг и дрессировку с обжатием менее 1%, по изобретению смотку полос в рулоны ведут при температуре, определяемой по зависимости Т_см=-0,19k²-0,013k+729,95, где Т_см - температура смотки, ^оС: k - коэффициент, характеризующий степень стабилизации стали, равный где Nb, Тi, N, S и С - содержание ниобия, титана, азота, серы и углерода в стали, вес. %.

В твердом растворе низкоуглеродистой стали содержится небольшое количество углерода и азота, которые стабилизируются при помощи карбидо- и нитридообразующих элементов, таких как титан и ниобий. Титан используют для стабилизации в первую очередь азота, а затем углерода, а ниобий - для стабилизации углерода.

В первую очередь в данном типе сталей происходит стабилизация азота титаном - которая начинается еще в расплаве. Стабилизация углерода начинается при температурах 930-1220^oС с превращения сульфида титана ТiS в комплексные карбосульфиды Тi₄C₂S₂ и Тi_3,2Ni_0,8C₂S₂. Карбид ниобия выделяется в течение и после завершения γ → α превращения, по мере превышения предела растворимости.

Скорость и полнота стабилизации углерода в сверхнизкоуглеродистых сталях с добавками Ti и Nb зависят, в основном, от процентного соотношения Nb, Ti, N, S и С в стали. Стали с содержанием титана и ниобия, достаточным для полной стабилизации азота и углерода, или с их избыточным содержанием могут охлаждаться после горячей прокатки до более низких температур без существенного ухудшения свойств. Причем неизбежные колебания химического состава стали в различных плавках, могут приводить к сушественному изменению отношения микролегирующих элементов к N, С и S и, как следствие, влиять на протекание процессов их стабилизации.

Прокатка заканчивается в аустенитной области, когда процесс стабилизации углерода полностью не завершен. Температура смотки является определяющей, как для получения твердого раствора, свободного oт атомов внедрения, так и, соответственно, низких значений предела текучести в горячекатаной полосе.

Смотка полосы в рулоны с регламентацией температуры смотки в зависимости от конкретного химическою состава (степени стабилизации углерода) стали обеспечивает получение готового проката с пределом текучести σ_0,2<175 МПа, пределом прочности σ_в = 250-320 МПа, относительным удлинением δ >40% и коэффициентом нормальной пластической анизотропии r_m > 2,2.

Кроме того, снижение температуры смотки приводит к увеличению доли легкотравимого вюстита (FeO) в составе окалины, что обеспечивает уменьшение времени травления и повышение качества поверхности полосы.

Пример.

В кислородном конвертере выплавляли сталь следующего химического состава, вес.%: 0,004 С; 0,01 Si; 0,15 Mn; 0,006 S; 0,008 Р; 0,004 N; 0,03 Ti; 0,05 Nb. После разливки на машине непрерывного литья заготовок полученные слябы нагревали до температуры 1150^oС, подвергали горячей прокатке с температурой конца прокатки Т_кп=910- 920^оС. Смотку полос в рулоны вели при температуре, определяемой по зависимости Т_см=-0,19k² - 0,013k + 729,95, где Т_см - температура смотки, ^oС.

k - коэффициент, характеризующий степень стабилизации стали, равный где Nb, Тi, N, S и С - содержание ниобия, титана, азота, серы и углерода в стали, вес.%.

Коэффициент k равен

Температура смотки равна
Т_см=-0,19•16,03²-0,013•16,03+729,95^oС = 681^oС
После остывания рулонов полосу подвергали травлению в агрегате непрерывного травления (состав раствора: 22% H₂SO₄, 8% FeSO₄), холодной прокатке с суммарной степенью обжатия 72%, отжигу в АНО и дрессировке со степенью обжатия 0,8%.

Готовая полоса имеет условный предел текучести σ_0.2 = 168 МПа (площадка текучести отсутствует); предел прочности σ_в = 260-320 МПа; относительное удлинение δ = 40%; коэффициент нормальной плоскостной анизатропии r_m > 2,0, что обеспечивает получение категории вытяжки ВОСВ и ВОСВ-Т.

Снижение температуры смотки до 681^oC приводит к снижению разницы в скоростях охлаждения внешних и внутренних витков рулона (в первые часы охлаждения) с 180 до 155^оС/час, что повышает равномерность свойств по длине полосы. Изменение механических свойств по длине полосы составляет не более 2%.

Снижение температуры смотки на 40 градусов (по сравнению с известным способом) значительно повышает травимость окалины и качество поверхности полосы. Поверхность полосы после травления не имеет дефектов и относится к I и II группам отделки поверхности.

Формула изобретения

Способ производства полосового проката из сверхнизкоуглеродистой стали для последующей штамповки, включающий выплавку стали, содержащей углерод <0,01%, серу, азот и микродобавки титана и ниобия, разливку в слябы, нагрев слябов до температуры 1100-1200^oС, горячую прокатку с температурой конца прокатки 890-910^oС, смотку полос в рулоны, травление полос, холодную прокатку, отжиг и дрессировку с обжатием менее 1%, отличающийся тем, что смотку полос в рулоны ведут при температуре, определяемой по зависимости
Т_см= - 0,19k²-0,013k+729,95,
где Т_см - температура смотки, ^oС;
k - коэффициент, характеризующий степень стабилизации стали, равный

где Nb, Ti, N, S и С - содержание ниобия, титана, азота, серы и углерода в стали, мас. %.

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:
Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМИС" (ООО "ПРОМИС")

(73) Патентообладатель:
Урцев Владимир Николаевич

(73) Патентообладатель:
Хабибулин Дим Маратович

(73) Патентообладатель:
Аникеев Сергей Николаевич

(73) Патентообладатель:
Штоль Вадим Юрьевич

(73) Патентообладатель:
Воронков Сергей Николаевич

Договор № РД0008041 зарегистрирован 06.04.2006

Извещение опубликовано: 10.06.2006        БИ: 16/2006

---