Горячекатаная высокопрочная сталь и способ получения ленты из горячекатаной высокопрочной стали

Изобретение относится к производству лент из горячекатаной высокопрочной стали бейнитно-мартенситной структуры с содержанием до 5% феррита. В горячем состоянии прокатывают при температуре менее 950°С сляб, содержащий углерод, марганец, хром, кремний, титан, алюминий, серу, фосфор, железо и литейные примеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 0,05≤С≤0,1, 0,7≤Mn≤1,1, 0,5≤Cr≤1,0, 0,05≤Si≤0,3, 0,05≤Ti≤0,1, Al≤0,07, S≤0,03, Р≤0,05, железо и литейные примеси остальное. Полученную ленту охлаждают до температуры ниже или равной 400°С при скорости охлаждения свыше 50°С/с в интервале 800-700°С и наматывают при температуре ниже или равной 250°С. Повышается усталостная прочность и сопротивляемость к ударам. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Настоящее изобретение относится к горячекатаной высокопрочной стали и способу получения лент из этой стали, структура которой является бейнитно-мартенситной и может содержать до 5% феррита.

В последние годы были созданы стали высокой прочности, в частности, для удовлетворения особых требований автомобильной промышленности, которыми являются, в частности, снижение веса и, следовательно, уменьшение толщины деталей, и повышение безопасности, достигаемой повышением усталостной прочности деталей и их сопротивления ударам. Однако эти меры улучшения не должны снижать способности стальных листов к обработке деформированием при изготовлении деталей.

Способность к обработке с приданием формы предполагает, что сталь обладает значительным относительным удлинением (>10%) и что соотношение между пределом упругости и пределом прочности при растяжении Rm имеет малую величину.

Повышение сопротивления ударам деталей, полученных деформированием, можно достигнуть разными способами, в частности применением сталей, обладающих, с одной стороны, значительным относительным удлинением А и, с другой стороны, низкой величиной соотношения предела упругости к пределу прочности при растяжении, что позволяет после деформирования повысить предел упругости благодаря способности ее к упрочнению.

Усталостное сопротивление деталей определяет их долговечность в зависимости от воздействующих на них напряжений и может быть улучшено увеличением предела прочности при растяжении Rm стали. Однако повышение предела прочности при растяжении снижает способность стали к деформированию, ограничивая таким образом возможность изготовления деталей, в частности их толщину.

В рамках настоящего изобретения под высокопрочной сталью понимается сталь, предел прочность которой при растяжении Rm превышает 800 МПа.

Известна первая группа высокопрочных сталей, в которую входят стали с высоким содержанием углерода (более 0,1%) и марганца (более 1,2%) и структура которых является полностью мартенситной. Они обладают пределом прочности при растяжении свыше 1000 МПа, достигаемым посредством термообработки в виде закалки, но характеризуются относительным удлинением А менее 8%, что исключает всякое деформирование.

Вторая группа высокопрочных сталей состоит из так называемых двухфазных сталей со структурой, содержащей около 10% феррита и 90% мартенсита. Эти стали обладают очень высокой деформируемостью, однако прочностные показатели не превышают 800 МПа.

Целью настоящего изобретения являются устранение недостатков, присущих сталям из уровня техники, и предложение горячекатаной высокопрочной стали, способной к обработке деформированием и обладающей повышенными усталостной прочностью и сопротивлением к ударам.

Для этого первым объектом изобретения является горячекатаная высокопрочная сталь, отличающаяся тем, что ее химический состав содержит, вес.%:

0,05≤C≤0,1

0,7≤Mn≤1,1

0,5≤Cr≤1,0

0,05≤Si≤0,3

0,05≤Ti≤0,1

Al≤0,07

S≤0,03

P≤0,05,

остальное - железо и литейные примеси,

причем эта сталь обладает бейнитно-мартенситной структурой, способной содержать до 5% феррита.

Согласно предпочтительному варианту осуществления химический состав также содержит в вес.%:

0,08≤С≤0,09

0,8≤Mn≤1,0

0,6≤Cr≤0,9

0,2≤Si≤0,3

0,05≤Ti≤0,09

Al≤0,07

S≤0,03

P≤0,05,

остальное - железо и литейные примеси.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления структура стали согласно изобретению состоит из 70-90% бейнита, 10-30% мартенсита и 0-5% феррита, более предпочтительно 70-85% бейнита, 15-30% мартенсита и 0-5% феррита.

Сталь согласно изобретению может также характеризоваться следующими свойствами, взятыми раздельно или в сочетании:

- пределом прочности при растяжении Rm более или равным 950 МПа,

- относительным удлинением А при растяжении более или равным 10%,

- пределом упругости более или равным 680 МПа,

- соотношением предела упругости к пределу прочности при растяжении Rm менее 0,8.

Вторым объектом изобретения является способ получения ленты из высокопрочной горячекатаной стали согласно изобретению, при котором проводят горячую прокатку сляба следующего химического состава в вес.%:

0,05≤С≤0,1

0,7≤Mn≤1,1

0,5≤Cr≤1,0

0,05≤Si≤0,3

0,05≤Ti≤0,1

Al≤0,07

S≤0,03

P≤0,05,

остальное - железо и литейные примеси,

при этом температура прокатки составляет менее 950°С, затем полученную ленту охлаждают до температуры ниже или равной 400°С, поддерживая при этом скорость охлаждения свыше 50°С/с в диапазоне 800-700°С, указанную ленту сматывают при температуре ниже или равной 250°С.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения состав сляба содержит в вес.%:

0,08≤С≤0,09

0,8≤Mn≤1,0

0,6≤Cr≤0,9

0,2≤Si≤0,3

0,05≤Ti≤0,09

Al≤0,07

S≤0,03

P≤0,05,

остальное - железо и литейные примеси.

В еще одном варианте осуществления на стальную горячекатаную ленту наносят покрытие из цинка или его сплава погружением в ванну жидкого цинка или его сплава в конце намотки и после размотки, затем отжигают.

Способ согласно изобретению состоит прежде всего в горячей прокатке сляба специального состава для получения однородной структуры. Температура прокатки составляет менее 950°С, предпочтительно менее 900°С.

В конце прокатки полученную ленту охлаждают до температуры ниже или равной 400°С при скорости охлаждения более 50°С/с в диапазоне 800-700°С. Такое быстрое охлаждение проводят для того, чтобы образовалось менее 5% феррита, присутствие которого нежелательно, так как титан выделяется преимущественно в этой фазе. Эта скорость охлаждения составляет предпочтительно от 50 до 200°С/с.

Далее способ включает в себя намотку ленты при температуре ниже или равной 250°С. На этом этапе температуру ограничивают для предупреждения отпуска мартенсита, снижающего механическую прочность и повышающего предел упругости, в результате чего ухудшается соотношение предела упругости к пределу прочности при растяжении Rm.

В состав согласно изобретению входит углерод в количестве от 0,05 до 0,100%. Этот элемент является основным для получения положительных механических свойств, но он не должен присутствовать в слишком большом количестве, так как способен вызывать ликвации. При содержании углерода в количестве менее 0,100% обеспечивается, в частности, хорошая свариваемость, повышается способность к обработке деформированием и повышается предел усталости.

В состав входит также марганец в количестве 0,7-1,1%. Марганец повышает предел упругости стали, существенно снижая при этом пластичность, из-за чего ограничивают его содержание. При его содержании менее 1,1% становится возможным также исключение любой ликвации при непрерывной разливке.

В состав входит также хром в количестве 0,50-1,0%. Минимальное содержание 0,50% способствует образованию бейнита в микроструктуре. Однако его содержание ограничивают 1,0%, так как высокое содержание хрома способствует образованию феррита в количестве более 5% из-за его способности образовывать альфа-фазу.

Также в состав входит кремний в количестве 0,05-0,3%. Он существенно повышает предел упругости стали, незначительно снижает ее пластичность и ухудшает способность к покрытию, что и объясняет ограничение его содержания.

Также в состав входит титан в количестве 0,05-0,1%. Этот элемент позволяет существенно повысить механические свойства за счет выделений в процессе прокатки и охлаждения. Он не повышает горячей твердости из-за своего умеренного содержания. Его содержание ограничивают 0,1% для предупреждения снижения сопротивления удару, термической прочности и способности к гибке.

Также в состав входит фосфор в количестве менее 0,05%, так как при большем содержании он может привести к появлению ликвации в процессе непрерывной разливки.

Также в состав входит алюминий в количестве менее 0,07%, который применяется для раскисления стали во время ее выплавки на сталелитейном заводе.

Примеры

В качестве не ограничивающего примера и для лучшего пояснения изобретения производилась выплавка стали определенной марки. Ее состав приведен в следующей таблице:

	С	Mn	Cr	Si	Ti	S	P	Al
А	0,78	0,95	0,79	0,233	0,094	0,001	0,038	0,048

Остальное - железо и неизбежные при выплавке примеси.

Примененные сокращения:

Rm:	предел прочности при растяжении, МПа.
Rp0,2:	предел упругости, МПа.
А:	относительное удлинение, %.

Из стали марки А изготовили три образца, прокатали при 860°С и подвергли разным видам термомеханической обработки. Изменяли скорость охлаждения в диапазоне 800-700°С и температуру намотки для выявления образовавшихся структурных изменений.

Затем замерили механические свойства полученных сталей. Результаты приведены ниже в таблице.

Испытание	V800-700, (°С)	Tbob, (°C)	Rm, (МПа)	Rp0,2, (МПа)	Rp0,2/Rm	A,%
1*	57	200	995	690	0,7	14
2	42	200	780	635	0,8	14
3	20	400	800	705	0,9	-
* согласно изобретению.

Микроструктура при 1-м испытании, проведенном согласно изобретению, была бейнитно-мартенситной, а при испытаниях 2 и 3 - ферритно-бейнитной.

Было установлено, что скорость охлаждения в диапазоне 800-700°С, составлявшая менее 50°С/с, приводила к образованию феррита в количестве более 5%. Следовательно, титан выделялся в этот феррит, что препятствовало достижению требуемого уровня механических свойств, в частности высокого показателя Rm.

Однако температура намотки свыше 250°С в сочетании со скоростью охлаждения менее 50°С/с в диапазоне 800-700°С повышает передел упругости без увеличения механической прочности. Следовательно, соотношение Rp0,2/Rm является очень высоким.

Наконец, было установлено, что скорость охлаждения свыше 50°С/с в диапазоне 800-700°С в сочетании с температурой намотки менее 250°С обеспечивает превосходные показатели механической прочности и предела упругости. Бейнитно-мартенситная структура продукта обеспечивает преимущественно положительное соотношение Rp0,2/Rm и относительное удлинение свыше 10%.

Кроме того, сталь согласно изобретению обладает хорошей способностью к нанесению на нее покрытия погружением в ванну жидкого металла, такого как цинк или его сплав, алюминий или один из его сплавов.

1. Горячекатаная высокопрочная сталь, отличающаяся тем, что ее химический состав содержит:

0,05≤С≤0,1%

0,7≤Mn≤1,1%

0,5≤Cr≤1,0%

0,05≤Si≤0,3%

0,05≤Ti≤0,1%

Al≤0,07%

S≤0,03%

Р≤0,05%,

остальное - железо и литейные примеси,

причем эта сталь обладает бейнитно-мартенситной структурой, способной содержать до 5% феррита.

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что ее химический состав содержит:

0,08≤С≤0,09%

0,8≤Mn≤1,0%

0,6≤Cr≤0,9%

0,2≤Si≤O,3%

0,05≤Ti≤0,09%

Al≤0,07%

S≤0,03%

P≤0,05%,

остальное - железо и литейные примеси,

причем эта сталь обладает бейнитно-мартенситной структурой, способной содержать до 5% феррита.

3. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что ее структура состоит из 70-90% бейнита, 10-30% мартенсита и 0-5% феррита.

4. Сталь по п.2, отличающаяся тем, что ее структура состоит из 70-90% бейнита, 10-30% мартенсита и 0-5% феррита.

5. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что ее предел прочности при растяжении Rm имеет величину, равную или большую 950 МПа.

6. Сталь по п.2, отличающаяся тем, что ее предел прочности при растяжении Rm имеет величину, равную или большую 950 МПа.

7. Сталь по п.3, отличающаяся тем, что ее предел прочности при растяжении Rm имеет величину, равную или большую 950 МПа.

8. Сталь по п.4, отличающаяся тем, что ее предел прочности при растяжении Rm имеет величину, равную или большую 950 МПа.

9. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что ее удлинение А при разрыве составляет 10% или более.

10. Сталь по п.2, отличающаяся тем, что ее удлинение А при разрыве составляет 10% или более.

11. Сталь по п.3, отличающаяся тем, что ее удлинение А при разрыве составляет 10% или более.

12. Сталь по п.4, отличающаяся тем, что ее удлинение А при разрыве составляет 10% или более.

13. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что ее предел упругости имеет величину, равную или большую 680 МПа.

14. Сталь по п.2, отличающаяся тем, что ее предел упругости имеет величину, равную или большую 680 МПа.

15. Сталь по п.3, отличающаяся тем, что ее предел упругости имеет величину, равную или большую 680 МПа.

16. Сталь по п.4, отличающаяся тем, что ее предел упругости имеет величину, равную или большую 680 МПа.

17. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что соотношение ее предела упругости к пределу прочности при растяжении составляет менее 0,8.

18. Способ получения ленты из горячекатаной высокопрочной стали, отличающийся тем, что в горячем состоянии прокатывают сляб следующего состава:

0,05≤С≤0,1%

0,7≤Mn≤1,1%

0,5≤Cr≤1,0%

0,05≤Si≤0,3%

0,05≤Ti≤0,1%

Al≤0,07%

S≤0,03%

Р≤0,05%,

остальное - железо и литейные примеси,

при этом температура прокатки составляет менее 950°С, полученную ленту охлаждают до температуры ниже или равной 400°С при скорости охлаждения свыше 50°С/с в интервале 800-700°С и наматывают при температуре ниже или равной 250°С.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что в горячем состоянии прокатывают сляб следующего состава:

0,08≤С≤0,09%

0,8≤Mn≤1,0%

0,6≤Cr≤0,9%

0,2≤Si≤0,3%

0,05≤Ti≤0,09%

Al≤0,07%

S≤0,03%

P≤0,05%,

остальное - железо и литейные примеси.

20. Способ по п.18 или 19, отличающийся тем, что на горячекатаную ленту наносят покрытие из цинка или его сплава погружением в ванну жидкого цинка или его сплава в конце намотки и после размотки, затем отжигают.