Способ производства холоднокатаных полос из сверхнизкоуглеродистой стали

 

Изобретение относится к технологии производства холоднокатаных полос из сверхнизкоуглеродистых сталей для автомобильной промышленности, обладающих упрочняющим эффектом при сушке лакокрасочного покрытия (ВН-эффектом). Предлагаемый способ включает выплавку стали, содержащую, мас.%: углерод 0,006-0,10; марганец 0,01-0,15; фосфор ≤0,07; азот 0,0025; алюминий ≤0,04; ниобий 0,031-0,06; сера ≤0,008; железо и неизбежные примеси остальное, разливку, нагрев слябов до температуры 1150-1200^oС, горячую прокатку с температурой конца горячей прокатки, равной 910-920^oС, смотку при температуре 740-750^oС, холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 70%, нагрев полученной холоднокатаной полосы до температуры отжига со скоростью 10-20^o С/с и непрерывный отжиг, температуру которого определяют в зависимости от отношения Nb/C по формулам: при 3,1 ≤ Nb/C ≤ 4,65 Т_отж=7,52•(Nb/C)² + 45,55•Nb/C + 791, ^oС, при 4,65 < Nb/C ≤ 10 Т_отж=1,75•(Nb/C)² + 33,81•Nb/C + 730, ^oС, где Nb и С - содержание ниобия и углерода в стали, вес.%, выдержку при температуре отжига в течение 50-60 с и охлаждение полосы со скоростью 15-25^oС/с до температуры 340-360^oС. Способ обеспечивает стабилизацию комплекса механических свойств, удовлетворяющего категории весьма особо сложной вытяжки с одновременным получением упрочняющего эффекта не менее 40 МПа.

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к технологии производства холоднокатаных полос из сверхнизкоуглеродистых сталей для автомобильной промышленности, обладающих упрочнящим эффектом при сушке лакокрасочного покрытия (ВН-эффектом).

Известен способ производства низкоуглеродистой холоднокатаной стали для штамповки и последующего эмалирования, заключающийся в том, что после выплавки сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%: углерод 0,04-0,08, кремний 0,01-0,05, марганец 0,1-0,3, сера до 0,025, фосфор до 0,03, хром до 0,06, бор до 0,005, никель до 0,06, медь до 0,06, алюминий 0,01-0,04, железо и неизбежные примеси - остальное, подвергают горячей прокатке с окончанием в области температур Ac₁+90^oС-Ас₃ -20^oС, сматывают в рулон при температуре не более чем на 30^oС ниже температуры Ac₁, проводят холодную прокатку со степенью деформации 50-70% и осуществляют нагрев до температуры отжига после холодной прокатки со скоростью в пределах 10-50^oС/ч (патент РФ 2159820, кл. С 21 D 8/04, С 21 D 9/46, опубл. 27.11.2000).

Известный способ не обеспечивает высокий выход холоднокатаных полос категории весьма особо сложной вытяжки (ВОСВ) из-за низкой стабильности механических свойств.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ производства автомобильного листа из ультранизкоуглеродистых сталей, включающий выплавку стали, содержащей, %: углерод 0,0025; кремний 0,0030; марганец 0,125; сера и фосфор по 0,007; алюминий 0,038; азот 0,002; титан 0,012; ниобий 0,01-0,022; железо и неизбежные примеси - остальное, разливку, нагрев слябов до температуры 1250^oС, горячую прокатку с температурой конца прокатки 900^oС, смотку листов при температурах 650^oС и 770^oС, холодную прокатку при обжатии около 70%, термическую обработку, включающую нагрев до 550^oС, выдержку в течение 10 мин с последующим охлаждением в воде, непрерывный отжиг при температурах в диапазоне от 790 до 890^oС с выдержкой 60 с и последующим охлаждением со скоростью около 10^oС/с (Л.М. Сторожева, К. Эшер, Р. Бодэ, К. Хулка, Д.А. Бурко, "Металловедение и термическая обработка металлов", 3, 2002 г., с.6-12).

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: выплавка стали, разливка, нагрев слябов, горячая прокатка, смотка при температуре 740-750^oС, холодная прокатка и непрерывный отжиг полученной холоднокатаной полосы с последующим охлаждением.

Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.

В известном способе при проведении непрерывного отжига не учитывается влияние неизбежных колебаний химического состава стали на температуру отжига. В результате, при недостаточной температуре отжига ВН-эффект будет низким или отсутствовать вообще, а при повышенной температуре отжига сталь будет нагреваться до неоправданно высокой температуры. Более высокий нагрев при отжиге приводит к переходу в твердый раствор большего количества углерода, что наряду с повышением ВН-эффекта приведет к изменению механических свойств полосы (предела прочности, предела текучести и коэффициента нормальной пластической анизотропии) и может вызвать ее естественное старение, что не обеспечит требуемые показатели для категории ВОСВ. Причем даже незначительные колебания химического состава приводят к тому, что температура нагрева полосы, необходимая для получения заданного ВН-эффекта, значительно изменяется.

Для попадания в узкий интервал содержания микролегирующих добавок пока используют прием увеличения количества иттераций, т.е. постоянное приближение к заданному химическому составу стали путем ввода небольших порций легирующих элементов, перемешивания, отбора проб, ожидания анализа и т.д. Эти операции повторяют до получения заданного химического состава стали, что влечет за собой возникающие напряжения с разливкой стали на МНЛЗ, необходимостью постоянного подогрева стали в печи-ковше, затягиванию процесса внепечной обработки, потере производительности и повышению себестоимости стали.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства холоднокатаных полос из сверхнизкоуглеродистой стали путем оптимизации технологических параметров и регламентации температуры отжига в зависимости от конкретного химического состава стали. Ожидаемый технический результат - стабилизация комплекса механических свойств при обеспечении категории весьма особо сложной вытяжки с одновременным получением упрочняющего эффекта не менее 40 МПа.

Поставленная задача решается тем, что в способе производства холоднокатаных полос из сверхнизкоуглеродистых сталей, включающем выплавку стали, разливку, нагрев слябов, горячую прокатку, смотку при температуре 740-750^oС, холодную прокатку и непрерывный отжиг полученной холоднокатаной полосы с последующим охлаждением, по изобретению выплавляют сталь, содержащую, %: углерод 0,006-0,01; марганец 0,01-0,15; фосфор ≤ 0,07; азот ≤ 0,0025; алюминий ≤ 0,04; ниобий 0,031-0,06; сера ≤ 0,008; железо и неизбежные примеси - остальное, нагрев слябов ведут до температуры 1150-1200^oС, температуру конца горячей прокатки принимают равной 910-920^oС, холодную прокатку ведут с суммарным обжатием не менее 70%, нагрев полосы до температуры отжига ведут со скоростью 10-20^oС/с, температуру отжига определяют в зависимости от отношения Nb/C по формулам: при 3,1 ≤ Nb/C ≤ 4,65 Т_отж=7,52•(Nb/C)²+45,55•Nb/C+791, ^oС, при 4,65 ≤ Nb/C ≤ 10 Т_отж=1,75•(Nb/C)²+33,81•Nb/C+730, ^oС, где Nb и С - содержание ниобия и углерода в стали, вес. %, а после выдержки при температуре отжига в течение 50-60 с полосу охлаждают со скоростью 15-25^oС/с до температуры 340-360^oС.

Упрочнение холоднокатаной полосы, происходящее при сушке отштампованного и покрашенного изделия, происходит за счет наличия в твердом растворе атомов углерода. Во время сушки лакокрасочного покрытия металл нагревается до температуры 150-200^oС, подвижность атомов углерода значительно возрастает и они закрепляют дислокации, внесенные при дрессировке и штамповке.

В предлагаемом способе оптимальную температуру отжига определяют по эмпирическим формулам, учитывающим влияние отношения Nb/C на температуру отжига, необходимую для растворения карбидов ниобия в количестве, достаточном для получения упрочняющего эффекта ВН₂ 40 МПа, при выдержке в течение 50-60 с. При этом отношение Nb/C ограничивается в пределах 3,1-10, так как при более низком или более высоком отношении, необходимая температура отжига превышает 900^oС и не может быть достигнута в подавляющем большинстве существующих агрегатов непрерывного отжига (АНО).

При отношении Nb/C, равном 3,1-4,65, температуру отжига определяют по формуле: Т_отж=7,52•(Nb/C)²+45,55•Nb/C+791; ^oС, при 4,65 <Nb/C ≤ 10 температуру отжига определяют по формуле: Т_отж=1,75•(Nb/C)²+33,81•Nb/C+730; ^oС, где Nb и С - содержание ниобия и углерода в стали, вес.%.

Охлаждение после отжига проводят со скоростью 15-25^oС/с до температуры 340-360^oС. Высокая скорость охлаждения необходима для того, чтобы сохранить углерод в твердом растворе и обеспечить высокий упрочняющий эффект.

Использование предлагаемого способа позволяет получать олоднокатаную, в том числе оцинкованную, полосу с пределом текучести σ_0.2<185 МПа, пределом прочности σ_в = 280-350 МПа, относительным удлинением δ = 38% и коэффициентом нормальной пластической анизотропии r_m = 2,0, что достаточно для обеспечения категории вытяжки ВОСВ.

Пример 1 В кислородном конверторе выплавляли сталь следующего химического состава, мас. %: 0,006 С; 0,1 Мn; 0,07 Р; 0,0025 N; 0,04 Al; 0,06 Nb; 0,007 S. После разливки на машине непрерывного литья заготовок полученные слябы нагревали до температуры 1150-1200^oС, подвергали горячей прокатке (Т_кп=910-920^oС, Т_см= 740-750^oС), травлению и холодной прокатке с обжатием не менее 70%.

Далее сталь подвергали непрерывному отжигу в АНО. Температуру отжига определяли как: Т_отж=1,75•(0,06/0,006)²+33,81•0,06/0,006+730=893^oС.

После выдержки при температуре отжига в течение 50-60 с полосу охлаждали со скоростью 15-25^oС/с до температуры 350^oС. Затем полосу подавали в агрегат непрерывного горячего цинкования и подвергали дрессировке с обжатием менее 0,8%.

Полученная полоса имеет предел текучести σ_0.2 = 170 МПа, предел прочности σ_в = 325 МПа, относительное удлинением δ=41%, коэффициент нормальной пластической анизотропии r_m=2,1 и обладает ВН-эффектом ВН₂=41 МПа.

Пример 2
В кислородном конверторе выплавляли сталь следующего химического состава, мас. %: стали 0,01 С; 0,1 Мn; 0,07 Р; 0,0025 N; 0,04 Al; 0,031 Nb; 0,007 S. После разливки на машине непрерывного литья заготовок полученные слябы нагревали до температуры 1150-1200^oС, подвергали горячей прокатке (Т_кп= 910-920^oС, Т_см= 740-750^oС), травлению и холодной прокатке с суммарным обжатием не менее 70%.

Далее сталь подвергали непрерывному отжигу в АНО. Нагрев до температуры отжига проводили со скоростью 10-20^oС. Температуру отжига определяли как:
Т_отж=7,52•(0,031/0,01)²+ 45,55•0,031/0,01+791=859^oС.

После выдержки при температуре отжига в течение 50-60 с полосу охлаждали со скоростью 15-25^oС/с до температуры 350^oС. Затем полосу охлаждали с произвольной скоростью и подвергали дрессировке с обжатием менее 0,8%.

Полученная полоса имеет предел текучести σ_0.2 = 182 МПа, предел прочности σ_в = 345 МПа, относительное удлинением δ=40%, коэффициент нормальной пластической анизотропии r_m=2,0 и обладает ВН-эффектом ВН₂=48 МПа.

Формула изобретения

Способ производства холоднокатаных полос из низкоуглеродистых сталей, включающий выплавку стали, разливку, нагрев слябов, горячую прокатку, смотку при температуре 740-750^oС, холодную прокатку, непрерывный отжиг полученной холоднокатаной полосы с нагревом до температуры, определяемой в зависимости от отношения Nb/C, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую, мас. %: углерод 0,006-0,10, марганец 0,01-0,15, фосфор ≤0,07, азот 0,0025, алюминий ≤0,04, ниобий 0,031-0,06, сера ≤0,008, железо и неизбежные примеси - остальное, нагрев слябов ведут до температуры 1150-1200^oС, температуру конца горячей прокатки принимают равной 910-920^oС, холодную прокатку ведут с суммарным обжатием не менее 70%, нагрев полосы до температуры отжига ведут со скоростью 10-20^oС/с, температуру отжига определяют в зависимости от отношения Nb/C по формулам
при 3,1 ≤ Nb/C ≤ 4,65
Т_отж= 7,52•(Nb/C)² + 45,55•Nb/C + 791, ^oС,
при 4,65 < Nb/C ≤ 10
Т_отж= 1,75•(Nb/C)² + 33,81•Nb/C + 730, ^oС,
где Nb и С - содержание ниобия и углерода в стали, вес. %
выдержку при температуре отжига осуществляют в течение 50-60 с и охлаждают со скоростью 15-25^oС/с до температуры 340-360^oС.

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

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

(73) Патентообладатель:
Воронков Сергей Николаевич

(73) Патентообладатель:
Урцев Владимир Николаевич

(73) Патентообладатель:
Хабибулин Дим Маратович

(73) Патентообладатель:
Капцан Анатолий Виленович

(73) Патентообладатель:
Платов Сергей Иосифович

Договор № РД0008036 зарегистрирован 06.04.2006

Извещение опубликовано: 10.06.2006        БИ: 16/2006