Сталь
Изобретение относится к металлургии, а именно к составам сталей, используемых для производства холоднокатаных полос, лент и листов, предназначенных для изготовления изделий посредством глубокой вытяжки. Заявленная сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,001-0,012; кремний 0,01-0,04; марганец 0,08-0,15; хром 0,01-0,03; никель 0,01-0,03; медь 0,01-0,01; алюминий 0,01-0,06; азот 0,003-0,007; титан 0,01-0,04; ниобий 0,025-0,055; сера не более 0,015; фосфор не более 0,015; ванадий не более 0,008; бор не более 0,0007; молибден не более 0,005; остальное - железо. Техническим результатом изобретения является повышение выхода годных полос, лент и листов. 3 табл.
Изобретение относится к металлургии, а именно к составам сталей, используемых для производства холоднокатаных полос, лент и листов, предназначенных для изготовления изделий посредством глубокой вытяжки.
Холоднокатаные стальные полосы, ленты и листы, применяемые для изготовления изделий посредством глубокой вытяжки, должны обладать следующим комплексом механических свойств (табл.1):
Помимо указанных механических свойств, холоднокатаная сталь не должна иметь дефектов металлургического происхождения в виде плен и крупных неметаллических включений, присутствие которых увеличивает отбраковку холоднокатаных полос, лент и листов.
Известна сталь для изготовления холоднокатаных листов следующего химического состава, мас.%:
Углерод 0,020
Кремний 0,1-2,2
Марганец менее 2,5
Титан 0,1-0,5
Алюминий 0,01-0,1
Азот менее 0,010
Железо Остальное
при этом содержания в стали кремния, марганца и титана должно удовлетворять соотношениям:
1,9(Si)+0,9(Mn)
1; (Mn)>0,5(Si); (Ti)/{(C)+(N)}1 [1].
Недостатком известной стали является низкая пластичность и неудовлетворительная штампуемость холоднокатаных полос и листов. При производстве листов большое количество металла отсортировывается по дефектам “плена” и “неметаллические включения”.
Известна также сталь для изготовления холоднокатаных листов для глубокой вытяжки, содержащая, мас.%:
Углерод 0,001-0,05
Кремний 0,11-0,40
Марганец 0,51-1,20
Хром 2,0-5,0
Никель 0,1-0,3
Медь 0,20-0,50
Титан 0,03-0,15
Алюминий 0,08-0,20
Азот 0,006-0,015
Бор 0,0003-0,003
Железо Остальное [2].
Холоднокатаные листы, изготовленные из стали известного состава, имеют низкие вытяжные свойства и поражены дефектами металлургического происхождения. Кроме того, известная сталь не содержит неизбежно присутствующих в промышленно производимых сталях примесей серы и фосфора. Глубокое удаление указанных примесей существенно удорожает сталь.
Наиболее близкой по своему химическому составу и свойствам к предлагаемой, является следующая сталь для изготовления холоднокатаных полос, лент и листов, содержащая, мас.%:
Углерод Менее 0,05
Кремний Менее 0,10
Марганец Менее 1,0
Хром 1,8-3,0
Никель 0,10-0,50
Медь 0,10-0,50
Алюминий 0,06-0,15
Сера Менее 0,05
Фосфор Менее 0,05
Азот Менее 0,02
Титан, цирконий,
ниобий, ванадий Более (C)+(N)
Железо Остальное [3] - прототип.
Недостатки известной стали состоят в том, что холоднокатаные полосы, ленты и листы, изготовленные на ее основе, имеют низкую способность к глубокой вытяжке и поражены дефектами в виде плен и крупных неметаллических включений. Кроме того, присутствие в стали бора и молибдена в виде примесных элементов недопустимо. Все это приводит к снижению выхода годных полос, лент и листов.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении выхода годных полос, лент и листов.
Поставленная техническая задача решается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, алюминий, азот, титан, ниобий, серу, фосфор, ванадий и железо, дополнительно содержит бор и молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,001-0,012
Кремний 0,01-0,04
Марганец 0,08-0,15
Хром 0,01-0,03
Никель 0,01-0,03
Медь 0,01-0,03
Алюминий 0,01-0,06
Азот 0,003-0,007
Титан 0,01-0,04
Ниобий 0,025-0,055
Сера Не более 0,015
Фосфор Не более 0,015
Ванадий Не более 0,008
Бор Не более 0,0007
Молибден Не более 0,005
Железо Остальное
Углерод в стали является упрочняющим элементом. При снижении концентрации углерода менее 0,001% прочностные свойства холоднокатаной стали недостаточны. Увеличение концентрации углерода сверх 0,012% снижает ее вытяжные свойства.
Кремний введен в сталь для раскисления и упрочнения стали. При концентрации кремния менее 0,01% сталь остается окисленной, механические свойства холоднокатаных листов ухудшаются. Увеличение его концентрации более 0,04% снижает пластические свойства.
Марганец раскисляет сталь, обеспечивает требуемое сочетание прочности и пластичности. При содержании марганца менее 0,08% сталь недостаточно раскисленна и прочна. Увеличение его содержания сверх 0,15% чрезмерно упрочняет сталь, снижает ее пластичность.
Хром, никель и медь повышают прочность стали. Снижение содержания хрома, никеля или меди менее 0,01% нерентабельно, т.к. ограничивает применение при выплавке металлического лома. Увеличение содержания хрома, никеля и меди сверх 0,03% ухудшает способность холоднокатаных листов к глубокой вытяжке.
Алюминий стабилизирует сталь, предотвращает ее старение. Снижение содержания алюминия менее 0,01% интенсифицирует деградацию свойств холоднокатаной стали, а увеличение его содержания более 0,06% приводит к уменьшению коэффициента нормальной пластической анизотропии и снижению выхода годного.
Азот, образуя нитриды алюминия и титана, упрочняет сталь. Увеличение содержания азота сверх 0,007% ухудшает свойства стали и снижает выход годных холоднокатаных листов. Снижение содержания азота менее 0,003% нецелесообразно, т.к. существенно удорожает ее производство без заметного улучшения свойств.
Титан упрочняет сталь, обеспечивает увеличение показателя деформационного упрочнения, улучшает вытяжные свойства. Уменьшение содержания титана менее 0,01% снижает показатели штампуемости R90 и n90, прочностные свойства стали, вызывает их нестабильность. При повышении содержания титана более 0,04%, хотя вытяжные свойства улучшаются, возрастает количество плен и неметаллических включений в стали, из-за чего резко снижается выход годных холоднокатаных листов.
Ниобий в данной стали замещает недостаток титана и снижает возможность образование плен и неметаллических включений. При содержании ниобия менее 0,025% ухудшается способность стали к глубокой вытяжке. Увеличение содержания ниобия более 0,055% приводит к повышению прочности и пластичности холоднокатаной стали, снижению выхода годного.
Сера и фосфор в данной стали являются примесными элементами, концентрацию которых следует ограничивать, чтобы не ухудшить свойств. Глубокая очистка стали от этих примесей ведет к существенному ее удорожанию. При содержании серы или фосфора более 0,015% качество холоднокатаных полос, лент и листов ухудшается, что обусловливает снижение выхода годного. При меньших содержаниях серы и фосфора сталь предложенной композиции нейтрализует их вредное влияние за счет оптимальной концентрации остальных элементов. Это исключает необходимость глубокой степени десульфурации и дефосфорации, снижает стоимость производства стали.
Бор модифицирует сталь, улучшая комплекс ее свойств. Но при концентрации бора сверх 0,0007% увеличивается количество неметаллических включений, снижается выход годного.
Молибден благоприятно влияет на вытяжные свойства холоднокатаной стали. Увеличение его концентрации сверх 0,005% приводит к переупрочнению стали и удорожает затраты на легирующие материалы.
Сталь выплавляют в электродуговой печи из передельного чугуна. В промежуточном ковше в сталь вводят ферросилиций, ферромарганец, ферротитан, ферробор, феррованадий, металлические алюминий, молибден и ниобий. Количество хрома, никеля и меди регламентируют их содержанием в скраповой шихте. Концентрацию серы и фосфора снижают до допустимых значений в процессе десульфурации и дефосфорации расплава. Концентрацию азота до заданных пределов снижают при вакуумировании расплава.
Готовую сталь разливают в слябы толщиной 250 мм, нагревают и прокатывают на полунепрерывном широкополосном стане 1700 в полосы сечением 3×1400 мм. Затем полосы подвергают травлению и холодной прокатке на 5-клетевом стане 1700 до толщины 0,7 мм. Холоднокатаные полосы отжигают и дрессируют с обжатием 0,8%, после чего проводят испытания механических свойств и выбраковку некондиционного металла по пленам и неметаллическим включениям.
В таблице 2 приведены химические составы сталей, используемых для производства холоднокатаных полос, лент и листов, предназначенных для изготовления изделий посредством глубокой вытяжки, а в таблице 3 - механические свойства и выход годного.
Из таблицы 3 следует, что сталь предложенного химического состава (составы №2-4) обеспечивает наилучшее качество холоднокатаной листовой стали по всем регламентированным показателям и наиболее высокий выход годного. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5) механические свойства холоднокатаной листовой стали ухудшаются, снижается выход годного. Также неудовлетворительные свойства и выход годного имеют холоднокатаные листы из стали-прототипа (вариант №6).
Технико-экономические преимущества стали предложенного состава состоят в том, что за счет оптимизации концентраций в ней легирующих элементов достигается требуемое сочетание механических свойств даже при неизбежных в реальных процессах производства колебаниях технологических режимов производства холоднокатаной листовой стали. За счет этого увеличивается выход годного. Помимо этого, предложенная сталь допускает присутствие в ней примесей серы, фосфора, цветных металлов, ванадия, бора и молибдена в количествах, достигаемых при обычных режимах плавки в кислородном конвертере с использованием металлического лома. Исключение необходимости глубокой десульфурации и дефосфорации, а также использования высокочистых шихтовых материалов значительно удешевляет производство стали.
В качестве базового объекта принята сталь-прототип. Использование стали предложенного состава обеспечит повышение рентабельности производства холоднокатаных полос, лент и листов для изготовления деталей глубокой вытяжкой на 25-30%.
Источники информации
1. Патент США №4571367, НКИ 428/653, 1986 г.
2. Авт. свид. СССР №1749308, МПК С 22 С3 8/54, 1992 г.
3. Заявка Японии №63-18043, МПК С 22 С3 8/00, 1988 г. - прототип.
Формула изобретения
Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, алюминий, азот, титан, ниобий, серу, фосфор, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бор и молибден при следующем содержании компонентов, мас.%:
Углерод 0,001-0,012
Кремний 0,01-0,04
Марганец 0,08-0,15
Хром 0,01-0,03
Никель 0,01-0,03
Медь 0,01-0,03
Алюминий 0,01-0,06
Азот 0,003-0,007
Титан 0,01-0,04
Ниобий 0,025-0,055
Сера Не более 0,015
Фосфор Не более 0,015
Ванадий Не более 0,008
Бор Не более 0,0007
Молибден Не более 0,005
Железо Остальное
