Способ производства горячеоцинкованной полосы (варианты)
Владельцы патента RU 2445380:
Общество с ограниченной ответственностью "Северсталь-Проект"(ООО "Северсталь-Проект") (RU)
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячеоцинкованной полосы повышенной прочности, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. Для повышения прочностных характеристик полосы с сохранением высокой пластичности и обеспечением глубокой штамповки производят выплавку стали, содержащей, мас.%: C 0,001-0,006, Si не более 0,15, Mn 0,25-1,60, P не более 0,12, Cr не более 0,15, Ni не более 0,15, Cu не более 0,15, V не более 0,010, Mo не более 0,015, Al 0,01-0,09, N не более 0,007, S не более 0,018, железо и неизбежные примеси - остальное, в первом варианте сталь содержит Ti 0,01-0,09 и Nb не более 0,010 при выполнении соотношений Ti≥(4C+3,43N+1,5S), во втором варианте сталь содержит Ti 0,01-0,07 и Nb 0,01-0,07 при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75C, (Cr+Ni+Cu)≤0,25, разливку стали, горячую прокатку, которую заканчивают при температуре 830-910°C, охлаждение полосы водой, смотку полосы в рулон при температуре 530-730°C, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг при температуре 750-900°C, нанесение цинкового покрытия и дрессировку полос с обжатием 0,5-2,5%. Сталь может дополнительно содержать, мас.%: 0,0005-0,005 В и/или 0,0003-0,001 Са. Углеродный эквивалент стали может определяться соотношением Сэкв=C+(Mn+Si)/6≤0,28. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячеоцинкованной полосы повышенной прочности, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.
Одним из определяющих качеств автолиста является его способность к вытяжке при штамповке деталей автомобиля. Холоднокатаные полосы с повышенной прочностью и высокой способностью к вытяжке в зависимости от класса прочности должны соответствовать определенному комплексу механических свойств (например, согласно таблице 1):
| Таблица 1 | |||||||
| Стандарт | Класс прочности (Кпр)* | Марка | Предел текучести σ0,2 (Rel), Н/мм2 | Временное сопротивление σв (Rm), Н/мм2 | Относительное удлинение δ80, %, не менее | Коэффициент пластической деформации, не менее r | Коэффициент деформацион. упрочнения, не менее n |
| EN 10292 | 180 | HX180YD | 180-240 | 340-400 | 34 | 1,7 | 0,18 |
| 220 | HX220YD | 220-280 | 340-410 | 32 | 1,5 | 0,17 | |
| 260 | HX260YD | 260-320 | 380-440 | 30 | 1,4 | 0,16 | |
| EN 10346 | 180 | HX180YD | 180-240 | 330-390 | 34 | 1,7 | 0,18 |
| 220 | HX220YD | 220-280 | 340-420 | 32 | 1,5 | 0,17 | |
| 260 | HX260YD | 260-320 | 380-440 | 30 | 1,4 | 0,16 | |
| 300 | HX300YD | 300-360 | 390-470 | 27 | 1,3 | 0,15 | |
| GMW3032 | 180 | 180IF | 180-240 | Min 330 | 36 | 1,3 | 0,20 |
| 210 | 210IF | 210-270 | Min 340 | 34 | 1,3 | 0,19 | |
| 240 | 240IF | 240-300 | Min 360 | 32 | 1,1 | 0,17 | |
| HYUNDAI-KIA 2008 | 180 | SGRC340E | 180-260 | Min 340 | 38 | - | - |
| 270 | SGRC440E | 270-400 | Min 440 | 32 | - | - | |
| RENAULT 11-04-804 | 220 | Е220Р | 220-260 | 340-420 | 32 | 1,7 | 0,19 |
| 260 | Е260Р | 260-310 | 370-440 | 30 | 1,5 | 0,17 | |
| Примечание: *Числовое значение класса прочности соответствует минимальному пределу текучести |
Известен способ производства стали, содержащей не более 0,007% углерода и 0,006% азота, включающий нагрев слябов при температурах 1000-1160°C, горячую прокатку в полосы с температурой конца прокатки 620-720°C, смотку в рулоны при температурах 600-680°C, холодную прокатку с обжатиями не менее 70%, отжиг при температурах 650-900°C и дрессировку. Выдержку при отжиге холоднокатаной стали проводят в течение 5-18 минут при температурах 750-900°C в проходных печах, а выдержку в течение 11-34 часов при температурах 650-750°C в колпаковых печах [Патент РФ №2258749, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, 20.08.2005 г.].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 180 до 300.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий выплавку стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%:
| Углерод | 0,002-0,008 |
| Кремний | 0,005-0,025 |
| Марганец | 0,050-0,20 |
| Фосфор | 0,005-0,025 |
| Сера | 0,003-0,012 |
| Алюминий | 0,02-0,07 |
| Азот | 0,002-0,007 |
| Титан | 0,02-0,05 |
| Ниобий | 0,001-0,080 |
| Железо и неизбежные примеси | Остальное |
разливку, горячую прокатку, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг с нанесением цинкового покрытия и дрессировку, горячую прокатку заканчивают при температуре, определяемой из соотношения Ткп≥7300/(3,0-lg[Nb][C])-253, где Ткп - температура конца прокатки, °С; [Nb] и [С] - содержание ниобия и углерода в стали, %; а рекристаллизационный отжиг осуществляют в проходной печи при температуре, назначаемой в зависимости от содержания ниобия в стали в соответствии с уравнением Toтж=(750+1850[Nb]±20, где Тотж - температура термической обработки, °C, [Nb] - содержание ниобия в стали, мас.% [Патент РФ №2255989, МПК C21D 8/04, C22C 38/04, 10.07.2005 г. - прототип].
Недостатки известного способа состоят в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 180 до 300.
Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик стали с сохранением высокой пластичности для обеспечения глубокой штамповки. Для повышения прочностных характеристик в сталь добавляют марганец и фосфор. Для сохранения высокой пластичности выплавляют сталь типа IF без элементов внедрения, таких как углерод, азот, сера. Для связывания этих элементов производят микролегирование титаном и/или ниобием.
Технический результат, заключающийся в повышении уровня механических свойств проката - прочностных характеристик, достигается тем, что в предлагаемых вариантах способов производства горячеоцинкованной полосы, включающих выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг, нанесение цинкового покрытия и дрессировку, выплавляют сталь, содержащую углерод 0,001-0,006%, кремний не более 0,15%, марганец 0,25-1,60%, фосфор не более 0,12%, хром не более 0,15%, никель не более 0,15%, медь не более 0,15%, ванадий не более 0,010%, молибден не более 0,015%, алюминий 0,01-0,09%, азот не более 0,007%, сера не более 0,018%, железо и неизбежные примеси - остальное. При этом в первом варианте способа сталь содержит 0,01-0,09% титана и не более 0,010% ниобия при выполнении соотношения Ti≥4C + 3,43N + 1,5S, а во втором варианте предлагаемого способа сталь содержит 0,01-0,07% титана и 0,01-0,07% ниобия при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75С, где Ti, С, N, S, Nb - содержание титана, углерода, азота, серы, ниобия с условием выполнения соотношения: Cr+Ni+Cu≤0,25%, где Cr, Ni, Cu - содержание хрома, никеля и меди. Горячую прокатку полос в заявляемых способах производства заканчивают при температуре 830-910°С, смотку полос ведут при температуре 530-730°С, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 750-900°С, а дрессировку полос производят с обжатием 0,5-2,5%. Сталь дополнительно может содержать 0,0005-0,005% бора и/или 0,0003-0,001% кальция. Углеродный эквивалент стали определяют из соотношения: Cэкв=C+(Mn+Si)/6≤0,28.
Сущность предлагаемой группы изобретений состоит в следующем. На механические свойства холоднокатаной листовой стали влияют как химический состав стали так и режимы деформационно-термической обработки.
Углерод - один из упрочняющих элементов. Увеличение содержания углерода более 0,006% приводит к снижению пластичности, ухудшению штампуемости.
Кремний в стали применен как раскислитель. При увеличении кремния более 0,15% имеет место охрупчивание стали, снижается пластичность, ухудшается штампуемость.
Марганец обеспечивает получение заданного комплекса механических свойств. При содержании марганца менее 0,25% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 1,60% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.
Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности с высокой пластичностью углеродный эквивалент стали должен быть регламентирован в соответствии с выражением:
При запредельном значении углеродного эквивалента более 0,28 ухудшается пластичность.
Фосфор упрочняет сталь, повышает твердость феррита и усиливает выделение дисперсных карбидных включений. Увеличение содержания фосфора более 0,12% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее штампуемость.
Хром, никель, медь упрочняют ферритную матрицу. При содержании каждого из этих элементов более 0,15% снижается пластичность стали, ухудшается ее штампуемость.
Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности с высокой пластичностью суммарное содержание хрома, никеля и меди должно быть регламентировано в соответствии с выражением Cr+Ni+Cu≤0,25%. В противном случае ухудшается пластичность.
Титан и ниобий применены как легирующие элементы. Микролегирование титаном (по первому варианту) или титаном и ниобием (по второму варианту) обеспечивает удаление из твердого раствора примесей внедрения (углерода, азота и серы). Минимальное содержание титана и ниобия определяется требованием достаточного удаления из твердого раствора примесей внедрения. Увеличение содержания титана более 0,09% и ниобия более 0,07% нецелесообразно вследствие чрезмерного упрочнения стали, из-за удорожания стали.
При легировании титаном по первому варианту изобретения должно выполняться соотношение:
При легировании титаном и ниобием по второму варианту изобретения должны выполняться соотношения:
Ванадий и молибден упрочняют ферритную матрицу. При содержании ванадия более 0,010% и молибдена более 0,015% ухудшается штампуемость и увеличивается себестоимость стали.
Алюминий введен в сталь как раскислитель. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность стали, сталь становится склонной к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,09% приводит к ухудшению штампуемости.
Азот является элементом, упрочняющим сталь. Увеличение содержания азота более 0,007% приводит к снижению пластичности и способствует старению стали.
Сера является примесным элементом и упрочняет ферритную матрицу за счет образования сульфидов марганца. Увеличение содержания серы более 0,018% приводит к ухудшению штампуемости.
Горячая прокатка с температурами конца прокатки 830-910°С и смотки 530-730°С обеспечивает формирование оптимальной текстуры металла, которая после холодной прокатки и термообработки по предложенным режимам трансформируется в текстуру с преобладающей кристаллографической ориентировкой <111>, а также микроструктуры с высокой стабильностью и равномерностью. Ниже и выше заявленных температурных пределов технический результат не достигался, а именно сталь приобретала структуру с неблагоприятной для холодной штамповки текстурой и неравномерную микроструктуру ферритной матрицы.
В результате рекристаллизационного отжига при температуре 750-900°С формируется однородная микроструктура. Снижение температуры отжига ниже 750°С или увеличение температуры выше 900°С в проходных печах не обеспечивает получение необходимого уровня механических свойств, либо ухудшается пластичность, либо не достигается необходимая прочность на прокате.
Окончательно механические свойства формируются при дрессировке. Дрессировка полос с обжатием 0,5-2,5% обеспечивает оптимальный уровень механических свойств. Обжатие менее 0,5% приводит к появлению площадки текучести на диаграмме растяжения при испытании на разрыв, а значит, старению. Дрессировка с обжатием более 2,5% ограничена техническими возможностями дрессировочного стана.
Примеры реализации способа.
В кислородном конвертере выплавили низколегированные стали, химический состав которых приведен в таблице 2.
Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,5-3,5 мм. Температура полос на выходе из последней клети стана регламентирована. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой до определенных температур и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-ти клетевом стане до толщины 1,0-2,0 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в проходных печах с нанесением цинкового покрытия. Отожженные полосы дрессировали с заданным обжатием.
В таблице 3 приведены значения углеродного эквивалента опытных плавок согласно зависимости (1).
В таблице 4 указано необходимое минимальное содержание титана и ниобия согласно зависимостям (2)-(4).
В таблице 5 приведены варианты реализации способа производства горячеоцинкованного проката, а также показатели механических свойств.
Из таблиц 2-4 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы №2-9) и выполнения зависимостей (1)-(3) достигаются механические свойства с классами прочности от 180 до 260. При запредельных значениях заявленных параметров (составы №1 и №10) и использовании способа-прототипа (состав №11) классы прочности от 180 до 300 не достигаются либо по прочности, либо по пластичности: для составов №1 и №11 классу прочности 180 не соответствует предел текучести; для состава №10 классу прочности 300 не соответствует предел текучести и относительное удлинение.
| Таблица 3 | ||||||
| Углеродный эквивалент стали на опытных плавках согласно соотношению Cэкв=C+(Mn+Si)/6≤0,28 (мас.%) | ||||||
| № состава | С | Si | Mn | Максимальное значение углеродного эквивалента согласно соотношению (1) Сэкв=С+(Мn+Si)/6≤0,28 | Соответствие соотношению (1) | |
| Запредельные | 1 | 0,0005 | 0,01 | 0,20 | 0,04 | Соответствует |
| По способу производства п.1 формулы изобретения | 2 | 0,001 | 0,05 | 0,25 | 0,05 | Соответствует |
| 3 | 0,002 | 0,07 | 0,30 | 0,06 | Соответствует | |
| 4 | 0,005 | 0,15 | 0,80 | 0,16 | Соответствует | |
| 5 | 0,006 | 0,06 | 1,60 | 0,28 | Соответствует | |
| По способу производства п.2 формулы изобретения | 6 | 0,001 | 0,03 | 0,25 | 0,05 | Соответствует |
| 7 | 0,004 | 0,13 | 0,65 | 0,13 | Соответствует | |
| 8 | 0,005 | 0,15 | 0,90 | 0,18 | Соответствует | |
| 9 | 0,006 | 0,06 | 1,60 | 0,28 | Соответствует | |
| Запредельные | 10 | 0,007 | 0,16 | 1,65 | 0,31 | Не соответствует |
| Прототип | 11 | 0,005 | 0,014 | 0,15 | 0,03 | Соответствует |
1. Способ производства горячеоцинкованной полосы, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг, нанесение цинкового покрытия и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
| углерод | 0,001-0,006 |
| кремний | не более 0,15 |
| марганец | 0,25-1,60 |
| фосфор | не более 0,12 |
| хром | не более 0,15 |
| никель | не более 0,15 |
| медь | не более 0,15 |
| титан | 0,01-0,09 |
| ниобий | не более 0,010 |
| ванадий | не более 0,010 |
| молибден | не более 0,015 |
| алюминий | 0,01-0,09 |
| азот | не более 0,007 |
| сера | не более 0,018 |
| железо и неизбежные примеси | остальное, |
при выполнении соотношений Ti≥(4C+3,43N+1,5S), где Ti, С, N, S - содержание титана, углерода, азота, серы, и (Cr+Ni+Cu)≤0,25, где Cr, Ni, Cu - содержание хрома, никеля и меди, при этом горячую прокатку заканчивают при температуре 830-910°C, смотку полос ведут при температуре 530-730°C, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 750-900°C, а дрессировку полос производят с обжатием 0,5-2,5%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит, мас.%: 0,0005-0,005 бора и/или 0,0003-0,001 кальция.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что углеродный эквивалент стали определяется из соотношения: Cэкв=[C+(Mn+Si)/6]≤0,28.
4. Способ производства горячеоцинкованной полосы, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг, нанесение цинкового покрытия и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
| углерод | 0,001-0,006 |
| кремний | не более 0,15 |
| марганец | 0,25-1,60 |
| фосфор | не более 0,12 |
| хром | не более 0,15 |
| никель | не более 0,15 |
| медь | не более 0,15 |
| титан | 0,01-0,07 |
| ниобий | 0,01-0,07 |
| ванадий | не более 0,010 |
| молибден | не более 0,015 |
| алюминий | 0,01-0,09 |
| азот | не более 0,007 |
| сера | не более 0,018 |
| железо и неизбежные примеси | остальное, |
при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75C, где Ti, N, Nb, С, - содержание титана, азота, ниобия, углерода, (Cr+Ni+Cu)≤0,25, где Cr, Ni, Cu - содержание хрома, никеля и меди, при этом горячую прокатку заканчивают при температуре 830-910°C, смотку полос ведут при температуре 530-730°C, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 750-900°C, а дрессировку полос производят с обжатием 0,5-2,5%.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит, мас.%: 0,0005-0,005 бора и/или 0,0003-0,001 кальция.
6. Способ по любому из пп.4 и 5, отличающийся тем, что углеродный эквивалент стали определяется из соотношения: Cэкв=[C+(Mn+Si)/6]≤0,28.
