Стальная полоса с хорошими характеристиками деформируемости, а также способ ее изготовления

 

Изобретение относится к изготовлению стальной полосы для деталей, изготовленных глубокой вытяжкой или вытяжкой с утонением. Горячекатаную полосу подвергают травлению, холодной прокатке в один или несколько приемов и при степени обжатия, по меньшей мере, 86%. Затем, по меньшей мере, одну сторону материала полосы покрывают гальваническим покрытием, содержащим Ni, Со, Cu, Fe, Sn, In, Pd, Bi и/или их сплавы, или плакированным прокаткой покрытием, содержащим Cu, и/или латунь, и/или их сплавы, отжиг полосы в намотанном состоянии - в рулоне и при необходимости дрессировку полосы. Горячекатаная полоса предпочтительно содержит бор в количестве 0,0013-0,0060 вес. %, причем весовое соотношение бора и азота составляет 0,5-2,5. Изобретение позволяет уменьшить производственные затраты за счет уменьшения количества операций. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится прежде всего к способу изготовления стальной полосы для деталей, изготовленных глубокой вытяжкой или вытяжкой с утонением, при котором горячекатаную полосу обрабатывают в холодном состоянии давлением в один или несколько приемов, и со степенью обжатия при холодной прокатке, составляющей, по меньшей мере, 86%, причем, по меньшей мере, одну сторону материала полосы снабжают гальваническим покрытием, содержащим Ni, Со, Сu, Fe, Sn, In, Pd, Bi и/или их сплавы, или покрытием, нанесенным плакированием, содержащим Сu и/или латунь, и/или их сплавы.

Холоднокатаная стальная полоса часто применяется для изготовления вращательно-симметричных обработанных в холодном состоянии давлением деталей, например, корпусов для батареек. Применяемые при холодной обработке давлением способы - это, с одной стороны, глубокая вытяжка и, с другой стороны, вытяжка с утонением, причем последний способ называется также DI-способом (drawing and ironing - волочение и утонение).

Ввиду возросших требований к потребительским свойствам таких полосовых сталей возрастают требования к улучшению механических характеристик и, в частности, к улучшению характеристик деформируемости. Хорошая деформируемость отличается по возможности высокими, отличающими способность металла к глубокой вытяжке коэффициентами (r-Werte) анизотропии, а также высокими коэффициентами, обозначающими способность подвергаться обтяжной вытяжке (n-Werte), а также высокими коэффициентами удлинения. Преимущество может быть также в том, что характеристики деформируемости в различных направлениях, то есть в продольном, поперечном и диагональном направлениях, по возможности одинаковые и тем самым совершенно изотропные. Преимущества изотропных свойств стального листа выражаются по существу в равномерности текучести материала при глубокой вытяжке или вытяжке с утонением, так что образования фестонов или не происходит, или происходит образование незначительных фестонов, что приводит к уменьшению отходов листа.

Для достижения приблизительно изотропного пластического формообразования требуется стальной лист с малыми допусками по толщине по возможности в нетекстурированной и однородно катанной полосе или в листе.

Нежелательное образование фестонов и его причины подробно пояснены в журнале "Blech, Rohre, Profile" 9/1977 ("Лист, трубы, профили") на страницах 341-346. В нем описано также, что материал без фестонов обычно можно получить только нормализацией в методических печах для отжига при температурах около 1000^oС. Однако эксплуатация проходной печи для отжига при таких высоких температурах связана с высокими капитальными и эксплуатационными расходами.

Из DE-3803064 С1 известно получение в сталях с круглыми зернами низких значений анизотропии и тем самым малой склонности к образованию фестонов посредством того, что сталь содержит большую долю титана, составляющую до 0,04 вес. % при степени обжатия при холодной прокатке свыше 80%. Однако с такими высокими значениями степени обжатия при холодной прокатке предельные значения предела текучести стали значительно выше 250 Н/мм². Кроме того, стабилизированные вследствие добавки титана стали известны тем, что они требуют высоких температур рекристаллизации, что, если бы такую стальную полосу подвергли отжигу в намотанном состоянии (отжиг в рулоне), привело бы к явной тенденции склеивания отдельных слоев полосы. Однако, возникающие тем самым повреждения на поверхности полосы в таких высококачественных изделиях нежелательны и привели бы к высокому проценту отбраковки.

Применение печей для отжига полосы непрерывного действия при изготовлении стального листа для деталей, изготавливаемых вытяжкой или вытяжкой с утонением, известно также из публикаций US-5078809, WO 98/06881 и ЕР 0822266 A1. В последней из упомянутых публикаций описана сталь с малым содержанием углерода, анализ которой показывает наличие бора, а именно 0,0005-0,0015 вес. %. Вышеуказанный нижний предел базируется на требовании повысить коррозионную стойкость стального листа путем добавки бора в расплав стали. Верхний предел 0,0015 вес.% обоснован в ЕР 0822266 A1 при условии, что при более высоком содержании бора следует принимать в расчет дефекты пластического формообразования при изготовлении цилиндрических деталей.

DE 2019494 А раскрывает способ изготовления сталей с коррозионно-стойким покрытием. На травленную горячекатаную стальную полосу наносят покрытие, по меньшей мере, из одного металла, входящего в группу Со, Сu, Ni и Ti, и горячекатаную стальную полосу с находящимся на ней покрытием подвергают холодной прокатке до необходимого конечного размера. При этом в процессе холодной прокатки в один или несколько приемов можно получить степень прокатки около 90% и более. Холоднокатаную стальную полосу отжигают для рекристаллизации, причем отжиг проводится предпочтительно непрерывным способом. Если требуется только одна операция отжига, то применение может найти способ отжига в рулоне, причем температуру отжига необходимо поддерживать в пределах 566-621^oC в течение 1-5 часов. Это необходимо, чтобы предотвратить слишком сильное сплавление покрытия, нанесенного напылением на горячую полосу, с металлом горячей полосы. В качестве примера состава стальных листов, использованных в вышеприведенном способе изготовления, указаны 0,035% С; 0,49% Мn; 0,10% Р; 0,11% S и 0,035% Si. О доле бора в стали в данной публикации не упоминается.

Патент GB 2101156 А описывает способ изготовления стальной полосы для глубокой вытяжки. Описанный в данной публикации способ включает в себя обычные операции горячей и холодной прокатки, применяемые для успокоенной алюминием стали. Примененная в соответствии с данной публикацией сталь содержит азот в доле не более 0,007% и бор в количестве, которое соответствует заданному отношению бора к азоту в диапазоне 0,5-2,5. Указанные в примерах количества бора составляют 0,0025 и 0,0040%. Отжиг стальной полосы производят согласно данной публикации исключительно непрерывным способом.

Патент JP-A-2267242 описывает способ изготовления холоднокатаной стальной полосы из успокоенной алюминием стали с небольшим содержанием углерода. Для химического связывания содержащегося в стали азота в исходную сталь добавляют алюминий, который в последующем способе горячей прокатки связывает содержащийся в стали азот в форме нитрида алюминия, в соответствии со следующими после горячей прокатки операциями травления и холодной прокатки стальную полосу отжигают методом отжига в рулоне. В соответствии с данной публикацией стальная лента не имеет покрытия, сталь также содержит мало бора.

Наконец, в патенте DE-19547181 С1 описана сталь с содержанием титана, ванадия или ниобия, причем вследствие определенных условий горячей прокатки ниже области гамма-излучения диаграммы состояния системы железо - углерод и вследствие высокой температуры наматывания в горячекатаной полосе получают смешанное зерно. При степени обжатия 50-85% данное смешанное зерно приводит уменьшению склонности к образованию фестонов, однако и к образованию крупнозернистого полосчатого цементита, который при глубокой вытяжке деталей небольшой толщины с высокими требованиями к поверхности приводит к нежелательным структурам на поверхности полосы и тем самым на практике к браку.

Поэтому задача изобретения заключается в том, чтобы разработать способ, который в части анизотропии очень близок полученным нормализацией свойствам материала, но в то же время может быть использован с малыми эксплуатационными расходами и при этом обходится меньшим количеством технологических операций. После отжига должна быть получена шаровидная зернистая структура, и затем изготовленная по способу в соответствии с изобретением стальная полоса не должна иметь никаких недостатков по причине старения или высоких механико-технологических значений при высоких степенях обжатия.

Согласно изобретению для этого в способе вышеуказанного типа предложено, чтобы проведенные после горячей прокатки операции включали в себя: - травление, - холодную прокатку в один или два приема, - отжиг полосы в намотанном состоянии (отжиг в рулоне), - при необходимости дрессировку полосы, причем горячекатаная полоса содержит бор в количестве 0,0013-0,0060 мас.%, и весовое соотношение бора и азота составляет 0,5-2,5.

В частности, предпочтительно содержание бора 0,0013-0,0030 мас.%.

Для получения равномерной структуры материала полосы горячую прокатку производят предпочтительно при температуре выше 870^oС и температуре при наматывании ниже 710^oС.

Для достижения меньшей высоты фестонов при глубокой вытяжке и вытяжке с утонением и, в частности, относительной высоты фестона, составляющей максимально 2,5%, значение анизотропии Δr полосы после отжига в рулоне должно составлять не более ±0,12.

Наконец, изобретение предлагает стальную полосу, которую можно обрабатывать глубокой вытяжкой или вытяжкой с утонением, и которую в соответствии со способом изготавливают, по меньшей мере, по одному из пунктов формулы изобретения, относящихся к способу.

Способ согласно изобретению, а также стальная полоса, которую можно обрабатывать глубокой вытяжкой или вытяжкой с утонением согласно способу в соответствии с изобретением, ниже поясняются с помощью примеров.

Исходным материалом является горячекатаная полоса исходной ширины 1,2-8 мм, предпочтительно 2,0-2,5 мм. Анализ стали примененной горячекатаной полосы в первом варианте выполнения указан ниже в табл. 1 в конце описания.

Согласно второму варианту выполнения особенно предпочтителен следующий состав стали (см. табл. 2 в конце описания).

Горячую прокатку полосы производят при температуре выше 870^oС и температуре при наматывании ниже 710^oС для того, чтобы обеспечить особенно равномерную структуру стальной полосы. При испытаниях было установлено, что предельные значения предела текучести между кромкой и центром полосы имеют разброс менее чем на 15 Н/мм².

При более высоком содержании бора по сравнению с указанным необходимые усилия горячей прокатки заметно возрастают. Но при содержании бора менее 0,0060 вес. % частей на миллион можно работать с меньшими усилиями горячей прокатки. Это также приводит к тому, что уменьшается допуск на толщину по ширине полосы вследствие значительно меньшего прогиба валков.

Затем горячекатаную полосу обрабатывают травлением и холодной прокаткой в один или два приема. При этом степень обжатия при холодной прокатке составляет 86% или более. Таким образом можно производить холодную прокатку исходного материала толщиной 1,2-8 мм до окончательной толщины 0,1-1,0 мм. После холодной прокатки следует рекристаллизационный отжиг в контейнере, то есть отжиг полосы в намотанном положении. Такой рекристаллизационный отжиг, который обычно проводится в печах непрерывного действия с прокатанной полосой, очень близок по воздействию нормализации. После отжига в рулоне производят дополнительно дрессировку полосы для улучшения ее поверхности и стабилизации ее механических и технологических параметров.

Стальная полоса снабжается, по меньшей мере, на одной из ее поверхностей гальваническим покрытием. Покрытие может содержать Ni, Со, Сu, Fe, Sn, In, Pd, Bi и/или их сплавы. В рамках общего процесса далее можно нанести высококачественное электролитическое покрытие на первой или на второй стадии холодной прокатки, после чего на дальнейших стадиях производят отжиг в рулоне и дрессировку полосы. Возможна также дополнительная стадия отжига между двумя стадиями холодной прокатки.

Нанесение покрытия, по меньшей мере, на одну сторону стальной полосы можно произвести альтернативно описанным способам гальванизации также путем плакирования прокаткой металлической фольги. В этом случае после горячей прокатки и травления стальной полосы сначала производят плакирование прокаткой и затем отжиг в рулоне. Также после отжига в рулоне можно провести повторную холодную прокатку и второй отжиг в рулоне, после чего полосу в заключение подвергают дрессировке для улучшения поверхности.

Для плакирования прокаткой пригодны слои, состоящие из меди, и/или латуни, и/или их сплавов. Затем на улучшенную электролитически или плакированием прокаткой полосу можно дополнительно нанести неметаллические или гальванические покрытия для того, чтобы добиться особого эффекта и свойств.

При применении процесса гальванизации толщина всего гальванического покрытия на одной или обеих сторонах стальной полосы должна составлять 0,1-8 мкм. Для плакирования прокаткой сумма одностороннего или двустороннего слоев на плакированном металле может составлять до 50% общей толщины.

Для получения минимального образования фестонов в стальной полосе параметры во время холодной прокатки устанавливают такими, чтобы после простого отжига в рулоне была анизотропия Δr максимально ±0,12, что соответствует относительной высоте фестона максимально 2,5%. При этом создается предпочтительная структура из шаровидных зерен для последующей глубокой вытяжки и вытяжки с утонением.

Формула изобретения

1. Способ изготовления стальной полосы для глубокой вытяжки или вытяжки с утонением, включающий травление стальной горячекатаной полосы, нанесение гальванического покрытия, по меньшей мере, на одну сторону полосы, состоящего из одного металла, входящего в группу Ni, Co, Сu, Fe, Sn, In, Pd, Bi, и/или их сплавы или плакированного прокаткой покрытия, содержащего Сu, и/или латунь, и/или их сплавы, холодную прокатку в один или два приема, со степенью обжатия, по меньшей мере, 86%, отжиг в рулоне, отличающийся тем, что стальная горячекатаная полоса содержит бор в количестве 0,0013-0,0060 мас. %, весовое соотношение бора и азота составляет 0,5-2,5, нанесение покрытия осуществляют после холодной прокатки перед отжигом, а после отжига проводят дрессировку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полоса содержит бор в количестве 0,0013-0,0030 мас. %.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что горячую прокатку производят при температуре выше 870^oС, а намотку при температуре ниже 710^oС.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что значение анизотропии Δr полосы после отжига в рулоне составляет не более ±0,12.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что горячекатаная полоса выполнена из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод 0,010-0,065, марганец 0,100-0,275, фосфор 0,050, сера 0,050, кремний 0,060, азот 0,0060 и бор 0,0013-0,0030.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что горячекатаная полоса до холодной прокатки имеет толщину 1,2-8 мм.

7. Стальная полоса для глубокой вытяжки или вытяжки с утонением, отличающаяся тем, что она изготовлена согласно способу, по меньшей мере, по одному из пп. 1-6.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2