Высокопрочный плоский стальной прокат с бейнитно-мартенситной микроструктурой и способ изготовления такого плоского стального проката
Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения в прокате высокой прочности при одновременно хорошей вязкости, а также хорошей пригодности к сварке, плоский стальной прокат имеет в горячекатаном состоянии структуру, не содержащую феррита, при этом структура состоит на ≥ 95% по объему из мартенсита и бейнита с долей мартенсита ≥ 5% по объему и в сумме ≤ 5% по объему остаточного аустенита, а также обусловленных изготовлением неизбежных составляющих структуры. Наряду с Fe и неизбежными примесями плоский стальной прокат содержит в вес.%: 0,08-0,10 С, 0,015-0,50 Si, 1,20-2,00 Mn, 0,020-0,040 Al, 0,30-1,00 Cr, 0,20-030 Mo, 0,020-0,030 Nb, 0,0015-0,0025 B, до 0,025 P, до 0,010 S, до 0,006 N, в частности 0.001-0,006 N. К примесям относятся до 0,12 Cu, до 0,090 Ni, до 0,0030 Ti, до 0,009 V, до 0,009 Co, до 004 Sb, 0,0009 W. Изобретение дополнительно предоставляет способ, с которым предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат может изготавливаться надежно и с уменьшенными затратами. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к высокопрочному плоскому стальному прокату с не содержащей феррит структурой, которая преобладающей частью состоит из мартенсита и бейнита, причем в структуре могут иметься дополнительно небольшое количество остаточного аустенита.
Кроме того изобретение относится к способу изготовления предложенного в соответствие с изобретением плоского стального проката.
В случае плоского стального проката рассматриваемого здесь вида речь идет типичным образом о прокате в виде стальных лент или листов, а также изготовленных из них заготовках и сутунках.
Все технические данные о содержании приведенных в настоящей заявке составах стали соотнесены к весу, если не отмечено специально по-другому. Все не определенные подробно, приведенные в связи со сплавом стали «%-технические данные» отсюда следует понимать как технические данные в «% по весу».
Высокопрочный полосовой металл имеет все возрастающее значение, так как сегодня не только техническая производительность, но и эффективность ресурсов и защита климата играют важную роль. Снижение собственной массы стальной конструкции может достигаться путем повышения прочностных свойств.
Наряду с высокой прочностью высокопрочные стальные ленты и листы должны отвечать высоким требованиям в части вязкостных свойств и сопротивления хрупкому разрушению, поведения при холодной обработке давлением и пригодности к сварке.
Обычное изготовление высокопрочных сталей состоит из прокатки и термической обработки. При этом при изготовлении высокопрочного плоского проката, который имеет минимальный предел текучести 900 МПа, сначала отливают плоские заготовки из имеющего подходящий состав стального расплава. Плоские заготовки потом прокатываются в горячем состоянии с получением листов или лент, которые затем охлаждаются на воздухе. Полученный таким образом стальной плоский прокат имеет ферритно-перлитную структуру. Чтобы получить желаемую мартенситно-бейнитную структуру стальной плоский прокат затем нагревается до температуры выше Ас3 и закаливается водой.
Для получения вязкости при обычном порядке выполнения операций закаленная структура должна при дальнейшем этапе подвергаться отпуску. Таким образом, обычный процесс изготовления требует несколько ступеней, чтобы добиться требуемых механических свойств у производимого стального плоского проката. Связанное с обычным способом изготовления большое количество рабочих этапов ведет к сравнительно высокой стоимости изготовления. Одновременно, не смотря на требующую затрат технологическую цепочку, вязкостные свойства и качество поверхности полученного обычным путем высокопрочного стального проката зачастую не оптимальны.
Из ЕР 1 669 470 А1 известен горячекатаный стальной лист с составом стали, который содержит (% по весу 0,01 – 0,2% С; 0,01 – 2% Si; 0,1 – 2% Mn; до 0,1% Р; до 0,03% S; 0,001 – 0,1% AL, до 0,01% N и в виде остатка Fe и неизбежные примеси. При этом плоский стальной прокат имеет главным образом гомогенную и полученную при непрерывном охлаждении микроструктуру со средней величиной зерна от 8 до 30 μм. Чтобы добиться этого, осуществляется черновая прокатка плоской заготовки с приведенным выше составом. Полученная с помощью черновой прокатки плоская заготовка потом при температуре прокатки в горячем состоянии, лежащей по меньшей мере на 50ºС выше Ar3-температуры стали, прокатывается в горячем состоянии с получением готовой горячекатаной стальной полосы. Затем готовая горячекатаная полоса после паузы по меньшей мере 0,5 секунды со скоростью охлаждения по меньшей мере 80ºС/сек охлаждается с Ar3-температуры до составляющей менее 500ºС температуры наматывания и затем наматывается с образованием рулона.
Из WO 03/031669 A1 дальше известен высокопрочный стальной лист, который пригоден для глубокой вытяжки и при этом обладает отличной способностью к сохранению формы. Кроме этого в этой публикации описан способ изготовления такого плоского стального проката. Соответствующий стальной лист отличается определенным соотношением интенсивности рентгеновского излучения определенных кристаллографических ориентирований и имеет определенную шероховатость Ra, а также определенный коэффициент трения поверхности стального листа до 200ºС и обладает эффектом смазочного материала. Для изготовления такого плоского стального проката имеющая пригодный состав горячекатаная полоса подвергается горячей прокатке с соотношением общего уменьшения по меньшей мере 25% при температуре, которая лежит между Ar3 и Ar3 + 100ºС. У всего изготовленного согласно этому способу плоского стального проката в структуре имеется феррит.
На фоне описанного выше уровня техники задача изобретения заключается в создании плоского стального проката, который может изготавливаться при уменьшенных затратах и при этом обладает не только оптимальными механическими свойствами, как высокая прочность при одновременно хорошей вязкости, но и имеет хорошую пригодность для сварки.
Кроме этого должен быть предложен способ для благоприятного в экономическом отношении и надежного в работе изготовления такого плоского стального проката.
В отношении плоского стального проката эта задача решается с помощью того, что такой продукт обладает признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения.
В отношении способа эта задача решается с помощью того, что при изготовлении предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката осуществляются перечисленные в пункте 6 формулы изобретения рабочие этапы.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения и ниже подробно поясняются как общая сущность изобретения.
Предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат имеет в горячекатаном состоянии структуру, которая не содержит феррита, а состоит по меньшей мере на 95% по объему из мартенсита и бейнита с долей мартенсита по меньшей мере 5% по объему. В структуре предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката допустимы в сумме до 5% по объему остаточный аустенит, а также обусловленные изготовлением неизбежные составляющие структуры.
При этом предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат содержит наряду с железом и неизбежными примесями (в % по весу): С 0,08-0,10%, Si 0,015-0,50; Mn 1,20-2,00%; Al 0,020-0,040%; Cr 0,30-1,00%; Mo 0,20-0,30%; Nb 0,020-0,030%; B 0,0015-0,0025%; P до 0,025%; S до 0,010%: N до 0,006%, в частности 0,001-0,006% N. К примесям относятся до 0,12% Cu; до 0,090 Ni; до 0,0030% Ti; до 0,009% V; до 0,009% Co; до 0, 004% Sb; 0,0009% W.
Предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат имеет в горячекатаном состоянии минимальный предел текучести 900 МПа при одновременно хорошем относительном удлинении при разрыве. Типичным образом находятся пределы текучести предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката в диапазоне 900 – 1200 МПа. Относительное удлинение при разрыве составляет типичным образом по меньшей мере 8% и прочность на растяжение составляет типичным образом 950 – 1300 МПа. Работа разрушения при -20ºС лежит точно также типичным образом в диапазоне 65 – 115 Дж. При – 40ºС работа разрушения у предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката составляет типичным образом 40 – 120 Дж.
Такая комбинация свойств делает предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат особенно пригодным для легких конструкций в области изготовления грузовых транспортных средств и другого применения, в котором соответствующие детали конструкции при собственном небольшом весе должны воспринимать высокие статические или динамические усилия.
Существенное преимущество изобретения по сравнению с известным уровнем техники состоит при этом в том, что предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат достигает высокой прочности и хорошей вязкости в горячекатаном состоянии без дополнительной термической обработки.
Оптимизированный описанным выше способом спектр свойств достигается с помощью того, что предложенная в соответствии с изобретением сталь имеет структуру из бейнита и по меньшей мере 5% по объему мартенсита, однако не имеет никакого феррита. Доля мартенсита в структуре, предложенной в соответствии с изобретением стали, способствует при этом решающим образом ее прочности.
Одновременно структура предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката мелкозернистая и обеспечивает таким образом хорошее относительное удлинение при разрыве. Так средняя величина зерна структуры составляет максимально 20 μм.
Предпосылкой для оптимизированной комбинации свойств предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката является согласованный сообразно изобретению в соответствии с приведенными ниже мероприятиями и пояснениями состав стали:
С: Предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат содержит по меньшей мере 0,08% по весу углерода, таким образом достигаются желаемые прочностные свойства. Одновременно содержание углерода ограничено максимум 0,10% по весу, чтобы избежать отрицательного влияния на вязкостные свойства, способность к сварке и способность к обработке давлением.
Si: Кремний служит с одной стороны при изготовлении стали, из которой состоит предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат, в качестве раскислительного средства. С другой стороны он способствует повышению прочностных свойств. Чтобы достичь этого, необходимо в предложенном в соответствии с изобретением плоском стальном прокате иметь по меньшей мере 0,015% по весу Si. Если содержание кремния слишком высоко, это оказывает значительное отрицательное влияние на вязкостные свойства и вязкость в зоне термического воздействия соответственно на способность к сварке. По этой причине Si-содержание в предложенном в соответствии с изобретением плоском стальном прокате не должно превышать верхней границы 0,50% по весу. Отрицательное влияние присутствия Si на качество поверхности может надежно устраняться при этом с помощью того, что Si-содержание ограничивается максимумом 0, 25% по весу.
Mn: Марганец в содержании 1,20-2,0% по весу способствует тому, что предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат имеет желаемые прочностные свойства при хороших вязкостных свойствах. Если содержание Mn составляет меньше 1,20% по весу, то прочностные свойства не достигаются. Если максимальное содержание марганца превышает 2,0% по весу, то существует опасность, что пригодность к сварке, вязкостные свойства, способность к обработке давлением и разделительные свойства ухудшатся.
Р: Более высокое содержание примесного элемента фосфора ухудшило бы работу разрушения и способность к обработке давлением предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката. Отсюда содержание фосфора ограничено максимум 0,025% по весу. Негативное влияние присутствия Р при этом особенно надежно исключено, если содержание Р ограничено менее 0,015% по весу.
S; Также и более высокое содержание S может отрицательно сказываться на работе разрушения и способности к обработке давлением предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката вследствие образования MnS. На этом основании содержание серы в предложенном в соответствии с изобретением плоском стальном прокате ограничено максимум 0,010% по весу, в частности, менее 0,010% по весу, причем отрицательное влияние S особенно надежно исключено, если содержание S ограничено максимум 0,003% по весу. Удаление серы может осуществляться во время изготовления стали известным способом, например, с помощью CaSi-обработки.
Al: Алюминий при выплавке стали, из которой состоит предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат, применяется в качестве раскислительного средства и препятствует вследствие образования AlN укрупнению зерна аустенита при аустенитизации. Таким образом, присутствие Al в заданных согласно изобретению количествах способствует образованию мелкозернистой, структуры, способствующей механическим свойствам предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката. Если содержание алюминия лежит ниже 0,020% по весу, то требуемые процессы раскисления протекают не полностью. Однако, если содержание алюминия превышает верхнюю границу в 0,040% по весу, могут образовываться включения Al2O3. Это сказывалось бы опять же отрицательно на степени чистоты и вязкостных свойствах стали, из которой состоит предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат.
N: Сопутствующий элемент азот образует вместе с Al нитрид алюминия. Однако, если содержание азота слишком высокое, ухудшаются вязкостные свойства. Чтобы использовать полезный эффект N, в стали может быть предусмотрено по меньшей мере 0,001% по весу. Чтобы одновременно избежать отрицательного воздействия, в предложенном в соответствии с изобретением плоском стальном прокате верхняя граница N-содержания устанавливается на уровне 0,006% по весу.
Cr: Благодаря добавке хрома в сталь, из которой состоит предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат, улучшаются ее прочностные свойства. С этой целью необходимо по меньшей мере 0,30% по весу Cr. Однако, если содержание хрома слишком высокое, пригодность к сварке и вязкость в зоне термического воздействия ухудшаются. Отсюда согласно изобретению верхняя граница диапазона содержания Cr установлена на уровне 1,0% по весу.
Мо: Молибден повышает прочность и улучшает твердость. Чтобы это использовать, в стали, из которой состоит предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат, согласно изобретению имеется по меньшей мере 0,20% по весу Мо. Однако, если молибден добавляется в слишком высокой доле, тогда при сварке ухудшается вязкость в области воздействия термической зоны соответствующего сварного шва. Отсюда верхняя граница содержания молибдена установлена согласно изобретению на уровне 0,30%.
Nb: Ниобий в предложенном в соответствии с изобретением плоском стальном прокате имеется чтобы способствовать прочностным свойствам за счет измельченного зерна аустенита. Это действие наступает, если Nb-содержание составляет 0,020-0,030% по весу. Если верхняя граница этого диапазона превышается, ухудшаются пригодность к сварке, вязкость в термической зоне воздействия сварки, осуществляемой в предложенном в соответствии с изобретением плоском стальном прокате.
В: Содержание бора составляет 0,0015-0,0025% по весу, чтобы оптимизировать прочность и закалочную способность предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката. Слишком высокое содержание бора ухудшает вязкостные свойства, напротив при слишком низком содержании В не отмечается его положительного действия.
Медь, никель, титан, ванадий, кобальт, вольфрам, сурьма не присаживаются целенаправленно к стали, из которой состоит предложенный в соответствии с изобретением плоский стальной прокат, а присутствуют в качестве обусловленных изготовлением неизбежных элементов примеси. В частности, содержание Cu ограничено до 0,12% по весу, чтобы устранить негативное влияние на пригодность к сварке и вязкость в зоне термического действия сварки, осуществляемой в плоском стальном прокате. Другие обусловленные изготовлением неизбежно присутствующие перечисленные выше легирующие составляющие точно также в их содержании должны соответственно ограничиваться таким образом, чтобы они не оказывали влияния на свойства предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката.
Соответствующее С-содержание % С, соответствующее Mn-содержание % Mn, соответствующее Cr-содержание %Cr, соответствующее Мо-содержание % Мо, соответствующее V-содержание % V, соответствующее Сu-содержание % Cu и соответствующее Ni-содержание % Ni в предложенной по изобретению стали, в весовых процентах, опционально корректируются так, что эквивалент по углероду CE||w рассчитываемый по формуле
CE||w = %C + %Mn/6 + (%Cr + %Mo + %V)/5 + (%Cu + %Ni)/15
соответствует следующему условию: CE||w ≤ 0,5.
С помощью такого рода согласования содержания легирующих составляющих предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката достигается особенно хорошая пригодность к сварке.
Для изготовления разработанного согласно изобретению плоского стального проката в соответствии с изобретением осуществляются следующие рабочие этапы:
а) разливка стального расплава, который наряду с железом и неизбежными примесями (в % по весу) содержит:
С: 0,08-0,10%,
Si: 0,015-0,50%,
Mn: 1,20-2,00%,
Al: 0,020-0,040%,
Cr: 0,30-1,00%,
Mo: 0,20-0,30%,
Nb: 0,020-0,030%,
B: 0,0015-0,0025%,
P: до 0,025%,
S: до 0,010%,
N: до 0,006%, в частности, 0,001-0,006%,
с образованием плоской заготовки,
b) при необходимости нагревание плоской заготовки до температуры аустенитизации, составляющей 1200-1300ºС,
с) черновая прокатка таким образом нагретой плоской заготовки при температуре черновой прокатки, составляющей 950-1250ºС, причем достигнутая с помощью черновой прокатки общая степень деформации ev cоставляет по меньшей мере 50%.
d) окончательная горячая прокатка полученной при черновой прокатке плоской заготовки с образованием горячей полосы, причем конечная температура прокатки горячей прокатки составляет 810-875ºС, при этом достигнутая при окончательной прокатке общая степень деформации eF cоставляет по меньшей мере 70% и горячая прокатка осуществляется без смачивания прокатываемой полосы смазочным материалом,
е) интенсивное охлаждение окончательно прокатанной в горячем состоянии горячекатаной полосы осуществляется со скоростью охлаждения по меньшей мере 40 K/с до температуры наматывания 200-500ºС, причем охлаждение осуществляется в течение 10 с после завершения горячей прокатки,
f) наматывание охлажденной до температуры наматывания горячекатаной полосы.
В ходе предложенного в соответствии с изобретением способа таким образом сначала из стального расплава, который легирован согласно обобщенным пояснениям для воздействия отдельных легирующих элементов, отливаются плоские заготовки, которые затем, поскольку они были охлаждены до более низкой температуры, нагреваются дальше до температуры аустенитизации, составляющей от 1200 до 1300ºС. Нижняя предельная величина диапазона, подлежащего поддержанию согласно изобретению температуры аустенитизации, при этом установлена так, что обеспечено полное растворение легирующих элементов в аустените и гомогенизация структуры. Верхняя предельная величина диапазона температуры аустенитизации не должна превышаться, чтобы избежать укрупнения зерна аустенита и повышенного образования окалины.
Согласно изобретению температура черновой прокатки лежит в диапазоне температуры от 950ºС до 1250ºС.
Черновая прокатка при этом осуществляется с общей степенью деформации еv по меньшей мере 50%, причем общая степень деформации ev, то есть при проведенной за несколько проходов черновой прокатке, при этом сумма обжатия за проходы, достигнутая при черновой прокатке, определяется по следующей формуле:
ev = (h0 – h1)/h0 x 100%
где: h0 – толщина на входе прокатываемой полосы при черновой прокатке, мм,
h1 – толщина на выходе прокатываемой полосы при черновой прокатке, мм.
Нижняя граница диапазона температуры черновой прокатки и минимальное значение суммы обжатия, достигнутые при черновой прокатке (общая степень деформации ev) установлены так, что процессы рекристаллизации могут уже полностью завершиться. Благодаря этому перед окончательной прокаткой возникает мелкозернистый аустенит, который положительно сказывается на вязкостных свойствах, а также на относительном удлинении при разрыве.
Согласно изобретению температура окончательной прокатки, осуществляемой на линии включающей обычно несколько расположенных ступенчато клетей прокатного стана, лежит от 810 до 875ºС. Верхняя граница заданного согласно изобретению для температуры окончательной прокатки диапазона при этом установлена таким образом, что не имеет место какая-либо рекристаллизация аустенита при прокатке в прокатном стане для окончательной прокатки в горячем состоянии. Соответственно после фазового превращения возникает мелкозернистая структура. Нижняя граница диапазона температуры окончательной прокатки составляет 810ºС. При этой температуре при горячей прокатке еще не образуется феррита, так что горячая полоса при выходе из прокатного стана для горячей прокатки не содержит феррита.
Достигнутая в итоге в результате следующих друг за другом этапов окончательной горячей прокатки общая степень деформации eF составляет согласно изобретению по меньшей мере 70%, причем здесь общая степень деформации eF рассчитывается по формуле:
eF = (h0 – h1)/h0 x 100%
где: h0 – толщина на входе прокатываемой полосы в прокатный стан окончательной горячей прокатки, мм,
h1 – толщина на выходе прокатываемой полосы из прокатного стана окончательной горячей прокатки, мм.
Благодаря достигаемой согласно изобретению с помощью окончательной горячей прокатки высокой общей степени деформации eF имеет место превращение фазы из сильно преобразованного c помощью обработки давлением аустенита. Это положительно сказывается на мелкозернистости, так что в структуре произведенного согласно изобретению плоского стального проката присутствую зерна небольшого размера.
По окончании горячей прокатки осуществляется интенсивное охлаждение, которое применяется в течение 10 с после завершения горячей прокатки и продолжается со скоростью охлаждения по меньшей мере 40 К/с до тех пор, пока не будет достигнута соответственно требуемая температура наматывания от 200ºС до 500ºС. При этом согласно настоящему изобретению возникает бейнитно-мартенситная структура с долями бейнита и мартенсита, которая непосредственно перед наматыванием составляет в сумме по меньшей мере 95% по объему. При этом охлаждение осуществляется так быстро, что и на пути к наматыванию в структуре горячекатаного плоского стального проката не возникает никакого феррита. Скорость охлаждения, проводящегося после горячей прокатки и перед наматыванием охлаждения, должна составлять не менее 40 К/с, чтобы предотвратить возникновение нежелательных структурных составляющих, например, феррита. Верхняя граница для скорости охлаждения на практике лежит на уровне 75ºК/с и не должна превышаться, чтобы обеспечить оптимальную ровность произведенного согласно изобретению плоского стального проката.
Пауза между завершением горячей прокатки и началом охлаждения не должна превышать 10 с, чтобы и здесь предотвратить образование нежелательных составляющих структуры в плоском стальном прокате.
Структура таким образом охлажденного горячекатаного согласно изобретению плоского стального проката состоит при приходе на станцию наматывания, в которой осуществляется наматывание плоского стального проката с образованием рулона, уже равномерно по меньшей мере на 95% по объему из бейнита и мартенсита.
Согласно изобретению заранее заданный диапазон температуры наматывания при этом выбран так, что в готовом в соответствии с изобретением плоском стальном прокате будет надежно иметься желательная бейнитно-мартенситная структура. При лежащей выше 500ºС температуре наматывания желательная бейнитно-мартенситная структура не получалась бы с тем последствием, что и не достигались бы согласно изобретению искомые механические свойства как высокая прочность и вязкость. Температура не должна опускаться ниже нижнего предела температуры наматывания, чтобы обеспечить оптимальные ровность и качество поверхности плоского стального проката без дополнительной обработки и одновременно чтобы получить желаемый эффект отпуска в рулоне.
Во время наматывания и при последующем охлаждении в рулоне имеющиеся до этого наряду с бейнитом и мартенситом остаточные структуры преобразуются в мартенсит, бейнит или остаточный аустенит, а также прочие обусловленные изготовлением неизбежные, однако не оказывающие влияния на свойства предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката, составляющие.
Толщина произведенного согласно изобретению горячекатаного плоского стального проката составляет типичным образом 2-12 мм.
В ходе изготовления предложенного в соответствии с изобретением высокопрочного плоского стального проката соответственно произведенная горячекатаная полоса следовательно непосредственно из прокатного нагрева после термомеханической прокатки, которая осуществлена с помощью комбинации проведенной согласно изобретению черновой прокатки с точно также проведенной согласно изобретению окончательной горячей прокаткой, охлаждается с высокой скоростью охлаждения, именно таким образом, что получаются желательная структура и следовательно механические свойства без дополнительной термической обработки.
Так как горячая прокатка в прокатном стане для горячей окончательной прокатки согласно изобретению осуществляется направленно без нанесения смазочного материала на горячекатаную полосу, поверхность плоского стального проката при выходе из стана горячей прокатки свободна от смазочного материала. Отказ от смазочного материала имеет преимущество в том, что устраняются затраты, связанные с нанесением смазочного материала в процессе прокатки и таким образом обеспечивается более высокая экономичность всего процесса. Одновременно благодаря отказу от смазочного материала сохраняются ресурсы и минимизируется нагрузка на окружающую среду и климат.
При этом предложенный в соответствии с изобретением порядок выполнения действий при изготовлении предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката имеет преимущество, что превращение фаз после завершения горячей прокатки из склонного к дислокации аустенита имеет место при высоких скоростях охлаждения. Таким образом, достигается мелкозернистая бейнитно-мартенситная структура и хорошие вязкость и относительное удлинение при разрыве. При этом предложенный в соответствии с изобретением способ предполагает состав произведенного согласно изобретению плоского стального проката, который отличается экономичными, присутствующими в сравнительно небольших количествах легирующими элементами. Дорогие и редкие легирующие элементы для изготовления предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката не требуются, так что и в этом отношении производственные затраты, связанные с изготовлением предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката минимизируются. Одновременно ориентирующаяся согласно изобретению на минимизированное содержание легирующих элементов концепция легирования способствует оптимальной пригодности к сварке предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката.
Благодаря отсутствию термической обработки свойства поверхности предложенного в соответствии с изобретением горячекатаного плоского стального проката улучшены по сравнению с обычно произведенными высокопрочными горячекатаными полосами. Одновременно уменьшены затраты на производство.
Вследствие небольшого числа рабочих этапов и отказа от смазывания во время горячей прокатки нагрузка на окружающую среду, связанная с изготовлением предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката, точно также уменьшена.
Также существенно проще предусмотренный согласно изобретению маршрут изготовления, так что он может осуществляться с меньшими затратами и устойчивым успехом.
Одной из особенностей способа изготовления является то, что механические свойств регулируются с помощью процесса прокатки, последующего быстрого охлаждения и наматывания. Дальнейшая термическая обработка после наматывания при предложенном в соответствии с изобретением образе действия не нужна, чтобы отрегулировать желаемые свойства соответствующего предложенного согласно изобретению плоского стального проката. Высокие вязкость и относительное удлинение при разрыве предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката достигаются скорее без дополнительной обработки.
С изобретением таким образом предоставляется в распоряжение плоский стальной прокат с минимальным пределом текучести 900 МПа, спектр свойств которого делает пригодным его, в частности, для облегченных конструкций шасси грузовых автомобилей и других кузовных частей, которые при применении подвержены высоким нагрузкам.
При применении предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката в изготовлении грузовых автомобилей таким образом элементы конструкции могут изготовляться с улучшенным качеством поверхности, более низким весом и оптимальным поведением при статической и динамической нагрузке, в частности, в случае столкновения. Благодаря последовательному использованию этих преимуществ с помощью предложенного в соответствии с изобретением плоского стального проката могут изготавливаться транспортные средства, которые имеют не только небольшой вес и таким образом позволяют связанное с ним уменьшение потребление энергии, требующееся при эксплуатации соответствующего транспортного средства, но и имеют также повышенную полезную нагрузку и таким образом оптимизировано использовано использование энергии, относящееся к весу груза.
Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью примеров осуществления.
В лаборатории были подготовлены две плавки стали S1, S2, составы которых приведены в таблице 1. Из плавок S1, S2 были отлиты плоские заготовки. По причине лабораторных условий размеры соответственно отлитых из сталей S1, S2 плоских заготовок составляли соответственно 150 мм х 150 мм х 500 мм.
Затем плоские заготовки нагревались до температуры ТА аустенитизации.
Полученные нагретые таким образом соответственно до соответствующей температуры ТА аустенитизации плоские заготовки затем при температуре Tv черновой прокатки и степени деформации ev при черновой прокатке были подвергнуты черновой прокатке и затем при степени деформации eF при окончательной прокатке и конечной температуре TWE горячей прокатки были прокатаны в горячем состоянии с образование горячих полос W1-W17 c толщиной d 3-10 мм.
В течение 3 с после завершения горячей прокатки полученные горячекатаные полосы W1-W17 ускоренно охлаждались со скоростью охлаждения dT до температуры TH наматывания, при которой они затем соответственно наматывались с образованием рулона.
Для каждой из намотанных с соответственно образованием рулона горячекатаных полос W1-W17 в таблице 2 приведены: сталь, из которой была изготовлена соответствующая горячекатаная полоса W1-W17, а также соответственно установленная температура ТА аустенитизации, температура Tv черновой прокатки, степень деформации ev при черновой прокатке, конечная температура TWE горячей прокатки, полученная при окончательной горячей прокатке общая степень деформации eF, толщина d, скорость dT охлаждения и температура ТН наматывания.
После охлаждения в рулоне были проведены исследования механических свойств, а также структуры горячекатаных полос W1-W17. Испытания на растяжение для определения предела текучести ReH, прочности на растяжение Rm и относительного удлинения при разрыве А проводились по DIN EN ISO 6892-1 на продольных образцах. Испытания на удар образца с разрезом для определения работы разрушения Av проводились на продольных образцах при – 20ºС соответственно -40ºС по DIN EN ISO 148-1.
Исследование структуры осуществлялось с помощью световой- и растровой электронной микроскопии на продольных шлифах. Для этого брались образцы из четверти ширины горячекатаной полосы W1-W17 и протравливались ниталом или дисульфитом натрия.
Определение составляющих структуры осуществлялось с помощью анализа поверхности, который описан H.Schumann und Oettel в “Metallografie” 14 Auflage, 2005 WILEY-VCH Verlag Gmbh & Co. KGaA, Weinheim, в слое образца 1/3 толщины листа.
Определенные таким образом механические свойства и составляющие структуры сведены в таблице 3. Оказалось, что изготовленные согласно изобретению горячекатаные полосы W1-W17 имеют высокие прочностные свойства при хороших вязкостных свойствах, а также хорошем относительном удлинении при разрыве.
Структура изготовленных согласно изобретению горячекатаных полос W1-W9 и точно также изготовленных согласно изобретению горячекатаных полос W12-W16 имеет мартенсит между 5 и 33%, причем остаток состоит соответственно из бейнита. Изготовленные согласно изобретению горячекатаные полосы при этом имеют соответственно высокие значения прочности в комбинации с хорошими свойствами растяжения.
В отличие от этого в изготовленных не в соответствии с изобретением горячекатаных полосах W10 (скорость охлаждения dT слишком низкая), W11 (конечная температура TWE горячей прокатки слишком высокая) и W17 (температура ТН наматывания слишком высокая) структура состоит только из бейнита. В результате не соответствующие изобретению горячекатаные полосы W10, W11 и W17 не достигают оптимальной комбинации свойств, которой отличаются изготовленные согласно изобретению горячекатаные полосы W1-W9 и W12-16.
Таблица 1
| Сталь | Химический состав* | |||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Al | N | Cr | Mo | Nb | B | Cu | |
| S1 | 0,09 | 0,41 | 1,81 | 0,004 | 0,002 | 0,031 | 0,0018 | 0,35 | 0,25 | 0,025 | 0,0022 | 0,01 |
| S2 | 0,09 | 0,20 | 1,47 | 0,004 | 0,001 | 0,030 | 0,0021 | 0,36 | 0,25 | 0,024 | 0,0020 | 0,01 |
*данные в % по весу, остаток: железо и неизбежные примеси, включая неактивные следы Ni, Ti, V, Co, Sb, W
Таблица 2
| № | Сталь | TA | TV | eV | TWE | eF | dT | TH | d |
| [°C] | [°C] | [%] | [°C] | [%] | [K/с] | [°C] | [мм] | ||
| W1 | S1 | 1250 | 1070 | 57 | 810 | 80 | 75 | 500 | 6 |
| W2 | S1 | 1250 | 1050 | 57 | 875 | 80 | 75 | 440 | 6 |
| W3 | S1 | 1250 | 1065 | 57 | 820 | 80 | 75 | 440 | 6 |
| W4 | S1 | 1250 | 1060 | 57 | 860 | 80 | 75 | 240 | 6 |
| W5 | S1 | 1250 | 1050 | 57 | 820 | 80 | 40 | 400 | 6 |
| W6 | S1 | 1250 | 1050 | 57 | 815 | 80 | 40 | 360 | 6 |
| W7 | S1 | 1300 | 1050 | 57 | 820 | 80 | 40 | 460 | 6 |
| W8 | S1 | 1200 | 1100 | 64 | 860 | 88 | 50 | 490 | 3 |
| W9 | S1 | 1200 | 1080 | 50 | 810 | 71 | 75 | 400 | 10 |
| W10 | S1 | 1250 | 1055 | 57 | 840 | 80 | 30 | 450 | 6 |
| W11 | S1 | 1250 | 1055 | 43 | 900 | 85 | 40 | 500 | 6 |
| W12 | S2 | 1250 | 1050 | 57 | 810 | 80 | 40 | 340 | 6 |
| W13 | S2 | 1250 | 1075 | 57 | 810 | 80 | 70 | 520 | 6 |
| W14 | S2 | 1250 | 1055 | 57 | 810 | 80 | 75 | 405 | 6 |
| W15 | S2 | 1250 | 980 | 57 | 810 | 73 | 65 | 450 | 8 |
| W16 | S2 | 1200 | 1090 | 64 | 860 | 84 | 70 | 500 | 4 |
| W17 | S2 | 1250 | 1035 | 57 | 810 | 80 | 60 | 550 | 6 |
Таблица 3
| № | Сталь | Испытание на растяжение, вдоль | Ударное испытание на изгиб с разрезом, вдоль | Составляющие микроструктуры | |||
| ReH | Rm | A | Av-20°C | Av-40°C | |||
| [MПa] | [MПa] | [%] | [Дж] | [Дж] | [по объему] | ||
| W1 | S1 | 910 | 954 | 10 | 82 | 67 | 5% мартенсит + бейнит |
| W2 | S1 | 1062 | 1081 | 9 | 132 | 128 | 17% мартенсит + бейнит |
| W3 | S1 | 1143 | 1156 | 9 | 76 | 54 | 25% мартенсит + бейнит |
| W4 | S1 | 1081 | 1087 | 9 | 101 | 75 | 33% мартенсит + бейнит |
| W5 | S1 | 1057 | 1116 | 8 | 118 | 92 | 24% мартенсит + бейнит |
| W6 | S1 | 1072 | 1091 | 9 | 101 | 84 | 20% мартенсит + бейнит |
| W7 | S1 | 949 | 987 | 9 | 95 | 42 | 8% мартенсит + бейнит |
| W8 | S1 | 983 | 1031 | 11 | н.о. * | н.о. * | 6% мартенсит + бейнит |
| W9 | S1 | 1012 | 1062 | 10 | 98 | 67 | 15% мартенсит + бейнит |
| W10 | S1 | 721 | 912 | 11 | 117 | 84 | бейнит |
| W11 | S1 | 575 | 844 | 14 | 38 | 44 | бейнит |
| W12 | S2 | 1084 | 1140 | 8 | 115 | 121 | 28% мартенсит + бейнит |
| W13 | S2 | 1088 | 1121 | 11 | 66 | 50 | 15% мартенсит + бейнит |
| W14 | S2 | 1107 | 1158 | 9 | 91 | 40 | 20% мартенсит + бейнит |
| W15 | S2 | 1043 | 1096 | 10 | 70 | 59 | 12% мартенсит + бейнит |
| W16 | S2 | 972 | 1032 | 11 | н.о. * | н.о. * | 5% мартенсит + бейнит |
| W17 | S2 | 671 | 764 | 15 | 116 | 65 | бейнит |
* – н.о. – не определено
1. Горячекатаная стальная полоса, изготовленная из стали, содержащей в вес.%:
С 0,08-0,10
Si 0,015-0,50
Mn 1,20-2,00
Al 0,020-0,040
Cr 0,30-1,00
Мо 0,20-0,30
Nb 0,020-0,030
В 0,0015-0,0025
Р до 0,025
S до 0,010
N до 0,006
железо и неизбежные примеси - остальное,
и имеющая микроструктуру, состоящую по меньшей мере на 95% по объему из мартенсита и бейнита с долей мартенсита по меньшей мере 5% по объему и до 5% по объему остаточного аустенита, при этом в микроструктуре отсутствует феррит.
2. Стальная полоса по п. 1, в которой примеси содержат в вес.%: Cu до 0,12, Ni до 0,090, Ti до 0,0030, V до 0,009, Co до 0,009, Sb до 0,004 и W 0,0009, а углеродный эквивалент СЕ||w составляет:
CE||W≤0,5,
CE||W=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15.
3. Стальная полоса по п. 1 или 2, в которой содержание Si составляет максимум 0,25 вес.%.
4. Стальная полоса по п. 1 или 2, в которой содержание N составляет по меньшей мере 0,001 вес.%.
5. Стальная полоса по п. 3, в которой содержание N составляет по меньшей мере 0,001 вес.%.
6. Стальная полоса по любому из пп. 1, 2 или 5, в которой предел текучести составляет по меньшей мере 900 МПа.
7. Стальная полоса по п. 3, в которой предел текучести составляет по меньшей мере 900 МПа.
8. Стальная полоса по п. 4, в которой предел текучести составляет по меньшей мере 900 МПа.
9. Стальная полоса по любому из пп. 1, 2, 5, 7 или 8, толщина которой составляет 2-12 мм.
10. Стальная полоса по п. 3, толщина которой составляет 2-12 мм.
11. Стальная полоса по п. 4, толщина которой составляет 2-12 мм.
12. Стальная полоса по п. 6, толщина которой составляет 2-12 мм.
13. Способ изготовления горячекатаной стальной полосы по любому из пп. 1-12, включающий следующие этапы:
a) разливку стального расплава с получением сляба, содержащего в вес.%:
С 0,08-0,10
Si 0,015-0,50
Mn 1,20-2,00
Al 0,020-0,040
Cr 0,30-1,00
Мо 0,20-0,30
Nb 0,020-0,030
В 0,0015-0,0025
Р до 0,025
S до 0,010
N до 0,006
железо и неизбежные примеси - остальное,
b) опциональный нагрев сляба до температуры аустенизации, составляющей 1200-1300°С,
c) черновую прокатку сляба при температуре прокатки, составляющей 950-1250°С, с общей степенью деформации ev, составляющей по меньшей мере 50%,
d) окончательную горячую прокатку полученного после черновой прокатки проката при температуре, составляющей 810-875°С, с общей степенью деформации eF, составляющей по меньшей мере 70% с образованием горячекатаной полосы, при этом горячую прокатку осуществляют без нанесения смазочного материала на поверхность проката,
e) интенсивное охлаждение горячекатаной полосы со скоростью охлаждения по меньшей мере 40 K/с до температуры наматывания 200-500°С, причем охлаждение осуществляют в течение 10 с после завершения горячей прокатки,
f) наматывание охлажденной до температуры наматывания горячекатаной полосы.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что стальная полоса содержит N по меньшей мере 0,001 вес.%.
