Способ производства термообработанного стального листа

Изобретение относится к способу производства термообработанного стального листа, имеющего на линии термообработки химический состав стали и микроструктуру m_target, содержащую от 0 до 100% по меньшей мере одной фазы, выбранной из феррита, мартенсита, бейнита, перлита, цементита и аустенита. Способ включает: А) подготовительный этап, включающий: 1) субэтап выбора, на котором сравнивают химический состав и микроструктуру m_target с перечнем предварительно определенных продуктов; 2) субэтап расчета, на котором производят расчет по меньшей мере двух тепловых режимов TP_х, каждый из которых TP_x соответствует микроструктуре m_х, полученной в конце TP_х, при этом расчет производят, исходя из выбранного продукта на этапе А.1) и TР_standard и m_i, для получения m_target; 3) субэтап выбора, на котором выбирают один тепловой режим TP_target для получения микроструктуры m_target, при этом режим TP_target выбирают из TP_x и выбирают так, чтобы микроструктура m_х была получена в максимальной степени близкой к m_target; В) этап термообработки, на котором на стальном листе реализуется режим TP_target. Изобретение позволяет обеспечить индивидуальную термообработку каждого стального листа, которая сопровождается коротким промежутком времени расчета. 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу производства термообработанного стального листа, имеющего на линии термообработки химический состав стали и микроструктуру m_target, содержащую от 0 до 100% по меньшей мере одной фазы, выбранной из феррита, мартенсита, бейнита, перлита, цементита и аустенита. Изобретение, в частности, является подходящим для производства автомобилей.

Известно использование покрытых или не содержащих покрытия стальных листов для изготовления автомобилей. Для производства транспортного средства используют целый ряд групп стали. Выбор группы (типа) стали зависит от конечного применения стальной детали. Например, IF-стали (стали без атомов внедрения) могут быть произведены для деталей, которые подвергаются воздействию внешней среды, TRIP-стали (стали с пластичностью, наведенной превращением), могут быть произведены для изготовления поперечин для сиденья и пола кузова или передних стоек кузова, и DP-стали (двухфазные стали) могут быть произведены для задних рельсовых направляющих или обвязочного бруса крыши.

В процессе производства указанных групп сталей осуществляют крайне необходимые процессы обработки стали, чтобы получить желаемую деталь, имеющую подходящие механические свойства для одного конкретного случая применения. Такими операциями обработки могут быть, например, непрерывный отжиг перед осаждением металлического покрытия или обработка путем закалки и разделения. Обычно обработку для достижения результата выбирают из числа известных видов обработки, при этом вид обработки выбирают в зависимости от группы стали.

Патентный документ WO2010/049600 относится к способу работы установки для термообработки непрерывно движущейся стальной полосы, включающему стадии: выбора скорости охлаждения стальной полосы в зависимости, в том числе, от металлургических свойств стальной полосы на входе и металлургических свойств, необходимых на выходе установки; ввод геометрических характеристик полосы; расчет режима передачи тепловой энергии вдоль пути движения полосы с учетом скорости её движения на линии термообработки; определение желаемых величин регулируемых параметров на участке охлаждения и регулирование передачи тепла в охлаждающих устройствах участка охлаждения в соответствии с указанными непрерывно контролируемыми величинами.

Однако этот известный способ основан только на выборе и применении хорошо известных циклов охлаждения. Это означает, что для одной группы сталей, например, для TRIP-сталей существует нежелательная ситуация применения одинакового цикла охлаждения к любому типу листовой стали, даже если каждая TRIP-сталь имеет свои собственные характеристики, включающие химический состав, микроструктуру, свойства, текстуру поверхности и т.д. Следовательно, рассмотренный известный способ не учитывает реальные характеристики стали и не обеспечивает индивидуальную термообработку различных типов стали.

Соответственно, такая термообработка не приспособлена к одной конкретной стали, и, следовательно, в конце термообработки требуемые свойства не получают. Кроме того, после обработки сталь может иметь большой разброс значений механических свойств. Наконец, даже если может быть произведена широкая номенклатура типов стали, качество обработанной стали является низким.

В связи с изложенным задача изобретения заключается в устранении отмеченных выше недостатков за счет обеспечения способа производства термообработанной листовой стали, имеющей определенный химический состав стали и определенную микроструктуру m_target, получаемую на линии термообработки. В частности, задача заключается в термообработке, индивидуальной для каждого стального листа, причем такую обработку рассчитывают очень точно и в самый короткий промежуток времени, возможный для получения стального листа с ожидаемыми допустимыми свойствами, которые имеют минимальный возможный разброс величин.

Поставленная задача решается посредством способа в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. Способ может также включать любые признаки пунктов 2-18 формулы.

Другая задача решается путем обеспечения рулона из листовой стали в соответствии с пунктом 19 формулы. Способ может также включать признаки пунктов 20 или 21 формулы.

Следующая задача решается путем обеспечения линии термообработки в соответствии с пунктом 22 формулы.

Наконец, задача решается за счет обеспечения компьютерного программного продукта в соответствии с пунктом 23 формулы.

Другие характерные особенности и преимущества настоящего изобретения будут понятными из нижеследующего подробного описания изобретения.

Для иллюстрации изобретения будут рассмотрены различные воплощения и не ограничивающие примеры, в частности, со ссылками на следующие кратко описанные чертежи.

Фиг. 1 – иллюстрация примера способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 - иллюстрация непрерывного отжига стального листа, включающего стадию нагревания, стадию выдержки, стадию охлаждения и стадию перестаривания.

Фиг. 3 – иллюстрация предпочтительного воплощения в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 4 – иллюстрация одного примера в соответствии с изобретением, в котором осуществляют непрерывный отжиг стального листа перед осаждением покрытия погружением в горячий расплав.

Фиг. 5 – иллюстрация примера, в котором осуществляют обработку стального листа, включающую закалку и разделение (с перераспределением углерода).

Ниже даны определения следующим обозначениям:

- СС: химический состав в массовых процентах,

- m_target: заданная целевая микроструктура,

- m_standard: микроструктура выбранного продукта,

- P_target: заданная величина механического свойства,

- m_i: начальная микроструктура листовой стали,

- X: доля фазы в массовых процентах,

- T: температура в градусах Цельсия (°С),

- t: время (сек),

- s: секунды,

- UTS: предел прочности (МПа),

- YS: предел текучести (МПа),

- металлическое покрытие на основе цинка означает металлическое покрытие, содержащее более 50% цинка,

- металлическое покрытие на основе алюминия означает металлическое покрытие, содержащее более 50% алюминия, и

- тепловой режим TР_standard, TP_target, TP_x и TP_xint включает время, температуру термообработки и по меньшей мере одну скорость, выбранную из скорости охлаждения, скорости нагревания или быстроты протекания изотермической выдержки. Процесс изотермической выдержки характеризуется постоянной температурой.

Название «сталь» или «листовая сталь» означает стальной лист, рулон, толстый стальной лист, имеющий состав стали, позволяющий получить деталь с пределом прочности вплоть до 2500 МПа и более предпочтительно до 2000 МПа. Например, предел прочности составляет 500 МПа или более, предпочтительно составляет 1000 МПа или более, подходящий предел прочности - 1500 МПа или более. Используется широкий диапазон химического состава, поскольку способ в соответствии с изобретением может быть применен к любой марке стали.

Настоящее изобретение относится к способу производства термообработанного стального листа, имеющего на линии термообработки химический состав стали и микроструктуру m_target, содержащую от 0 до 100% по меньшей мере одной фазы из феррита, мартенсита, бейнита, перлита, цементита и аустенита, способ включает:

А. подготовительный этап, включающий

1) субэтап выбора, на котором сравнивают химический состав и микроструктуру m_target с перечнем предварительно определенных продуктов, микроструктура которых содержит предварительно заданные доли фаз, для выбора продукта, имеющего микроструктуру m_standard в максимальной степени близкую к m_target, и предварительно определенного режима TР_standard для получения микроструктуры m_standard.

2) субэтап расчета, на котором производят расчет по меньшей мере двух тепловых режимов TP_х, каждый из которых TP_x соответствует микроструктуре m_х, полученной в конце TP_х, при этом расчет производят, исходя из выбранного продукта на этапе А.1) и TР_standard и m_i, для получения m_target.

3) субэтап выбора, на котором выбирают один тепловой режим TP_target для получения микроструктуры m_target, при этом режим TP_target выбирают из TP_x и выбирают так, чтобы микроструктура m_х была получена в максимальной степени близкой к m_target.

В. этап термообработки, на котором на стальном листе реализуется режим TP_target

Безотносительно к какой-либо теории представляется, что при использовании способа в соответствии с настоящим изобретением можно обеспечить индивидуальную термообработку каждого стального листа, которая сопровождается коротким промежутком времени расчета. Способ в соответствии с настоящим изобретением, безусловно, обеспечивает точную и строго определенную термообработку, которая учитывает микроструктуру m_target, в частности, доли всех фаз в процессе термообработки, m_i (включая дисперсию микроструктуры вдоль стального листа) и отклонение. Следует отметить, что способ в соответствии с настоящим изобретением принимает во внимание расчет термодинамически стабильных фаз, т.е. феррита, аустенита, цементита и перлита, и термодинамически метастабильных фаз, т.е. бейнита и мартенсита. В результате может быть получен стальной лист, имеющий ожидаемые свойства с минимумом возможной дисперсии свойств.

Предпочтительно целевая микроструктура m_target включает:

- 100% аустенита,

- от 5 до 95% мартенсита, от 4 до 65% бейнита, остальное – феррит,

- от 8 до 30% остаточного аустенита, от 0,6 до 1,5% углерода в твердом растворе, остальное – феррит, мартенсит, бейнит, перлит и/или цементит,

- от 1 до 30% феррита и от 1 до 30% бейнита, от 5 до 25% аустенита, остальное – мартенсит,

- от 5 до 20% остаточного аустенита, остальное – мартенсит,

- феррит и остаточный аустенит,

- остаточный аустенит и интерметаллические фазы,

- от 80 до 100% мартенсита и от 0 до 20% остаточного аустенита,

- 100% мартенсита,

- от 5 до 100% перлита и от 0 до 95% феррита и

- по меньшей мере, 75% равноосного феррита, от 5 до 20% мартенсита и бейнит в количестве, соответствующем 10% или менее.

Предпочтительно при проведении субэтапа А.1) химический состав и m_target сравнивают с перечнем предварительно заданных продуктов. Предварительно заданными продуктами может быть любой тип стали. Например, это может быть DP-сталь (двухфазная сталь), TRIP - сталь (сталь с пластичностью, наведенной превращением), Q&P-сталь (подвергнутая термической обработке, включающей закалку и стадию разделения (с перераспределением углерода)), TWIP-сталь (с пластичностью, обусловленной двойникованием), CFB-сталь (с безуглеродистой бейнитной структурой), PHS-сталь (закаленная под прессом), TRIPLEX-сталь, DUPLEX-сталь и DP HD-сталь (двухфазная сталь с высокой пластичностью).

Химический состав зависит от листовой стали каждого типа. Например, химический состав DP-стали может включать:

0,05 < C < 0,3%,

0,5 ≤ Mn < 3,0%,

S ≤ 0,008%,

P ≤ 0,080%,

N ≤ 0,1%,

Si ≤ 1,0%,

остальное - железо и неизбежные примеси в результате этой обработки.

Каждый предварительно заданный продукт имеет микроструктуру, содержащую предварительно заданные фазы и доли фаз. Предпочтительно предварительно заданные фазы на этапе А.1) определяются по меньшей мере одним параметром, выбранным из размера, формы и химического состава. Так, например, m_standard включает предварительно определенную фазу в дополнение к предварительно определенным долям фаз. Предпочтительно микроструктуры mi, m_x, m_target включают фазы, предопределенные по меньшей мере одним параметром из размера, формы и химического состава. В соответствии с изобретением для получения m_standard выбирают предварительно заданный продукт, имеющий микроструктуру m_standard, в наибольшей степени близкую к m_target, а также тепловой режим TP_standard. При этом микроструктура m_standard содержит такие же фазы, что и m_target. Предпочтительно m_standard содержит также такие же доли фаз, что и m_target.

Фиг. 1 иллюстрирует пример, соответствующий изобретению, в котором обрабатываемый стальной лист имеет следующий химический состав СС: С – 0,2 мас.%, Mn – 1,7 мас.%, Si – 1,2 мас.% и Al - 0,04 мас.%. Микроструктура m_target содержит 15% остаточного аустенита, 40% бейнита и 45% феррита и от 1,2% углерода в твердом растворе в аустенитной фазе. Согласно изобретению СС и m_target выбирают и сравнивают с перечнем предварительно заданных продуктов, выбранных из числа продуктов от 1 до 4. При этом СС и m_target соответствуют продукту 3 или 4, и таким продуктом является TRIP-сталь.

Продукт 3 имеет следующий химический состав СС₃: С – 0,25 мас.%, Mn – 2,2 мас.%, Si – 1,5 мас.% и Al - 0,04 мас.%. Микроструктура m₃ содержит 12% остаточного аустенита, 20% бейнита, 68% феррита и от 1,3% углерода в твердом растворе в аустенитной фазе.

Продукт 4 имеет следующий химический состав СС₄: С – 0,19 мас.%, Mn – 1,8 мас.%, Si – 1,2 мас.% и Al - 0,04 мас.%. Микроструктура m₄ содержит 12% остаточного аустенита, 45% бейнита, 43% феррита и от 1,1% углерода в твердом растворе в аустенитной фазе. При этом продукт 4 имеет микроструктуру наиболее приближенную к m_target, поскольку содержит такие же фазы, что и m_target, и в таких же пропорциях.

Как показано на фиг. 1, два предварительно заданных продукта могут иметь одинаковый химический состав СС и различные микроструктуры. При этом Продукт 1 и Продукт 1' представляют собой стали DP600 (двухфазная сталь с UTS равным 600 МПа). Одно отличие заключается в том, что Продукт 1 имеет микроструктуру m₁, а Продукт 1' имеет иную микроструктуру m_1'. Другое отличие заключается в том, что Продукт 1 имеет величину YS равную 360 MPa, а Продукт 1' имеет величину YS равную 420 MPa. Таким образом, можно получить стальные листы, имеющие различные подходящие UTS/YS для одного вида стали.

При осуществлении субэтапа А.2) производят расчет по меньшей мере двух тепловых режимов TP_x, исходя из выбранного продукта на стадии А.1) и m_i для получения m_target. Расчет режима TP_x учитывает тепловые свойства и металлургические свойства стального листа, по сравнению с традиционными способами, в которых принимают во внимание только тепловые характеристики. В Примере на фиг. 1 выбирают продукт 4, поскольку микроструктура m₄ ближе всего к m_target, и выбирают TP₄, при этом микроструктура m₄ и режим TP₄ соответствуют m_standard и TP_standard.

Фиг. 2 иллюстрирует процесс непрерывного отжига листовой стали, включающий стадию нагревания, стадию выдержки, стадию охлаждения и стадию перестаривания. Рассчитывают большое количество TP_x для получения микроструктуры m_target, что показано на фиг. 2 только для стадии нагревания. В этом примере путем расчета определяют режим TP_x для всего непрерывного отжига (не показано).

Предпочтительно рассчитывают по меньшей мере 10 ТP_X, более предпочтительно по меньшей мере 50, приемлемо по меньшей мере 100 и более предпочтительно по меньшей мере 1000. Например, количество полученных расчетом режимов ТP_x находится в интервале от 2 до 10000, предпочтительно от 100 до 10000, более предпочтительно от 1000 до 10000.

На этапе А.3) выбирают один режим TP_target для получения m_target, при этом TP_target выбирают из TP_x, причем выбирают так, что микроструктура m_x приближается к m_target в максимальной степени_. Так, на фиг. 1 TP_target выбирают из множества TP_x. Предпочтительно, разность между долями фаз, присутствующих в m_target и m_x, составляет ±3%.

На этапе А.2) энтальпию H, выделившуюся в промежутке между структурами m_i и m_target, предпочтительно рассчитывают так, что:

H_х = (X_ferrite * H_ferrite) + (X_martensite * H_martensite) + (X_bainite * H_bainite) + (X_pearlite * H_pearlite) + (H_cementite + X_cementite) + (H_austenite + X_austenite)

X - доля фазы.

Без привязки к какой-либо теории следует отметить, что Н представляет собой энергию, которая выделяется при фазовом превращении на протяжении всего теплового цикла. Считают, что некоторые фазовые превращения являются экзотермическими и некоторые – эндотермическими. Например, превращение феррита в аустенит в режиме нагревания является эндотермическим процессом, в то время как превращение аустенита в перлит в режиме охлаждения – экзотермический процесс.

В предпочтительном воплощении на этапе А.2) производят расчет всего теплового цикла ТP_x так, что:

где С_ре - удельная теплоёмкость фазы (Дж⋅кг^-1⋅К^-1), ρ: плотность стали (г⋅м^-3), Е_р: толщина стали (м), ϕ: тепловой поток (конвективный и радиационный, Вт), H_х (Дж⋅кг^-1), T: температура (°C) и t: время (с).

Предпочтительно на этапе А.2) путем расчета определяют по меньшей мере одну промежуточную микроструктуру m_xint стали, соответствующую промежуточному тепловому режиму ТP_xint и энтальпии H_xint В этом случае ТP_X определяют путем расчета большого числа ТP_xint. Таким образом, предпочтительно ТP_x представляет собой итог всех ТP_xint, а H_х - суммарную величину всех H_xint. В этом предпочтительном воплощении периодически производят расчет режима ТP_xint. Например, этот режим рассчитывают каждые 0,5 секунды, предпочтительно каждые 0,1 секунды или менее.

Фиг. 3 иллюстрирует предпочтительное воплощение, в котором на этапе А.2) производят расчет микроструктур m_int1 и m_int2 и соответствующих режимов ТP_xint1 и ТP_xint2, а также H_xint1 и H_xint2. При этом для расчета ТP_x определяют величину H_х при осуществлении всего теплового цикла.

В предпочтительном воплощении перед проведением этапа А.1) выбирают по меньшей мере одно заданное механической свойство P_target из предела текучести YS, предела прочности UTS, относительного удлинения при разрыве, раздачи отверстия и способности к деформации. В рассматриваемом воплощении микроструктуру m_target рассчитывают, исходя из P_target.

Безотносительно к какой-либо теории предполагается, что указанные заданные характеристики листовой стали определяются технологическими параметрами, применяемыми в процессе производства стали. В связи с этим на этапе А.2) при расчете ТP_x принимаются во внимание технологические параметры, примененные к листовой стали перед поступлением на линию термообработки. Например, технологические параметры включают по меньшей мере один, выбранный из конечной температуры прокатки, режима охлаждения выходного рольганга, температуры сматывания полосы в рулон, интенсивности охлаждения рулона и степени обжатия при холодной прокатке.

В другом воплощении при расчете ТP_x принимаются во внимание технологические параметры, которые будут применены при обработке листовой стали на линии термообработки. Например, указанные технологические параметры включают по меньшей мере один из скорости движения стального листа на линии, расчетной температуры горячей листовой стали, нагревательной способности участков нагревания, температуры нагревания и температуры выдержки, охлаждающей способности участков охлаждения, температуры охлаждения и температуры перестаривания.

Предпочтительно тепловой режим ТP_x, ТP_xint, TP_standard или ТP_target включает по меньшей мере один вид обработки, выбранный из нагревания, изотермической выдержки или охлаждения. Например, тепловым режимом может быть рекристаллизационный отжиг, закалка под прессом, восстановление после деформации, неполный или полный отжиг аустенитной стали, режим выдержки или разделения, изотермический режим или режим закалки.

Предпочтительно осуществляют рекристаллизационный отжиг. Рекристаллизационный отжиг включает, при необходимости, стадию предварительного нагревания, стадию нагревания, стадию выдержки, стадию охлаждения и, при необходимости, стадию выравнивания температуры. В этом случае процесс осуществляется в печи непрерывного отжига, содержащей, при необходимости, секцию предварительного нагревания, секция нагревания, секцию выдержки, секцию охлаждения и, при необходимости, секцию выравнивания температуры. Безотносительно к какой-либо теории предполагается, что рекристаллизационный отжиг является тепловым режимом, более сложным для осуществления, поскольку он включает совокупность стадий, которые необходимо принимать в расчет, включая стадии охлаждение и нагревания.

Каждый раз, когда на линию термообработки поступает новый стальной лист, автоматически осуществляется новый этап А.2) расчета на основе предварительно проведенного этапа А.1) выбора При этом способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет приводить тепловой режим ТP_target в соответствие с каждым стальным листом, даже если на линию термообработки поступает одинаковый тип стали, поскольку действительные характеристики каждого типа стали во многих случаях отличаются. Новый стальной лист может быть подвергнут контролю, при этом измеряют и предварительно выбирают новые характеристики стального листа. Например, датчик контролирует качество сварного соединения между двумя рулонами.

Предпочтительно при поступлении стального листа на линию термообработки адаптация теплового режима осуществляется на первых метрах листа для того, чтобы избежать значительного изменения технологического процесса.

Фиг. 4 иллюстрирует один пример в соответствии с изобретением, в котором осуществляют непрерывный отжиг стального листа перед осаждением покрытия путем погружения в расплав. При использовании способа в соответствии с настоящим изобретением после выбора предварительно определенного продукта, имеющего микроструктуру в максимальной степени близкую к ТP_target (не показано), посредством расчета определяют режим TP_x, исходя из m_i, выбранного продукта и m_target. В рассматриваемом примере производят расчеты промежуточных тепловых режимов от ТP_xint1 до ТP_xint6, соответствующих микроструктурам от m_xint1 до m_xint6, и энтальпиям от H_xint1 до H_xint6. Определяют H_х для получения режима ТP_x. На фиг. 4 режим TP_target выбран из большого числа ТP_x.

В соответствии с настоящим изобретением m_target может быть ожидаемой микроструктурой в любое время термообработки. Другими словами, m_target может быть ожидаемой микроструктурой в конце термообработки, как показано на фиг. 4, или в определенный момент времени термообработки, как показано на фиг. 5. Например, для листовой стали типа Q&P важным параметром Q&P – обработки является температура T_q, соответствующая T’₄ на фиг. 5, которая является температурой закалки. Таким образом, рассматриваемая микроструктура может m’_target. В этом случае после применения к стальному листу режима TP’_target можно применить предварительно заданную обработку.

При использовании способа в соответствии с настоящим изобретением возможно получение рулона, выполненного из листовой стали, относящейся к указанным выше типам стали, а именно, DP, TRIP, Q&P, TWIP, CFB, PHS, TRIPLEX, DUPLEX и DP HD, Полученный рулон характеризуется стандартным отклонением механических свойств между двумя любыми точками вдоль рулона, составляющим 25 МПа или менее, предпочтительно 15 МПа или менее, более предпочтительно 9 МПа или менее. В этой связи, безотносительно к какой-либо теории, можно полагать, что способ, включающий этап В.1) расчета, учитывает дисперсию микроструктуры стального листа вдоль рулона. Таким образом, примененный к листовой стали на этапе В) режим TP_target обеспечивает однородность микроструктуры и, кроме того, механических свойств.

Предпочтительно механические свойства выбирают из предела текучести YS, предела прочности UTS или относительного удлинения при разрыве. Низкая величина стандартного отклонения обусловлена точностью расчетного режима TP_target.

Предпочтительно рулон покрывают металлическим покрытием на основе цинка или на основе алюминия.

Предпочтительно в промышленном производстве стандартное отклонение механических свойств между двумя рулонами, изготовленными из листовой стали, относящейся к указанным выше типам стали, включающим стали типа DP, TRIP, Q&P, TWIP, CFB, PHS, TRIPLEX, DUPLEX и DP HD, составляет 25 МПа или менее, предпочтительно 15 МПа или менее, более предпочтительно 9 МПа или менее.

Для реализации режима TP_target используется линия термообработки, которая осуществляет способ в соответствии с настоящим изобретением. Например, линия термообработки содержит печь непрерывного отжига, печь для закалки под прессом, камерную печь для отжига или линию закалки.

Настоящее изобретение относится, наконец, к компьютерному программному продукту, содержащему по меньшей мере металлургический модуль, модуль оптимизации и тепловой модуль, которые взаимодействуют для определения режима TP_target, при этом модули содержат команды, которые затем реализуются посредством компьютера, осуществляя способ в соответствии с настоящим изобретением.

Металлургический модуль прогнозирует микроструктуру (m_x, m_target, включая метастабильные фазы: бейнит и мартенсит, и стабильные фазы: феррит, аустенит, цементит и перлит), точнее говоря, доли фаз вдоль всей линии термообработки и прогнозирует кинетику превращения фаз.

Тепловой модуль прогнозирует температуру листовой стали в зависимости от оборудования, используемого для термообработки (представляющего собой, например, печь непрерывного отжига), геометрических характеристик полосы и параметров технологического процесса, включающих охлаждающую способность, нагревательную способность или энергетическую эффективность изотермического процесса выдержки, а также энтальпию H, отведенную или затраченную в тепловом режиме при фазовых превращениях.

Модуль оптимизации определяет наилучший тепловой режим для получения микроструктуры m_target, т.е. режим TP_target согласно способу, соответствующему настоящему изобретению, используя при этом металлургический и тепловой модули.

Изобретение ниже будет раскрыто в результатах испытаний, проведенных исключительно для предоставления информации. Эти результаты испытаний не следует рассматривать как ограничивающие изобретение.

Примеры

В приведенных ниже примерах была выбрана двухфазная сталь марки DP780GI, имеющая следующий химический состав:

C (%)	Mn (%)	Si (%)	Cr (%)	Mo (%)	P (%)	Cu (%)	Ti (%)	N (%)
0 ,145	1,8	0,2	0,2	0,0025	0,015	0,02	0,025	0,06

Холодная прокатка обеспечила степень обжатия 50% с получением толщины листа 1 мм.

Целевая микроструктура m_target содержала 13% мартенсита, 45% феррита и 42% бейнита, что соответствует следующим параметрам P_target: YS – 500 MPa и UTS – 780 MPa. Была также достигнута необходимая температура охлаждения T_cooling равная 460°C для осуществления покрытия погружением в расплав с использованием ванны с цинковым расплавом. Такая температура была реализована с точностью +/- 2°C, чтобы гарантировать хорошую способность к покрытию в ванне с расплавом цинка.

Прежде всего, полученную листовую сталь сравнили с перечнем предварительно определенных продуктов, для того чтобы получить выбранный продукт, имеющий микроструктуру m_standard в наибольшей степени близкую к m_target. Выбранным продуктом была сталь марки DP780GI, имеющая следующий химический состав:

C (%)	Mn (%)	Si (%)
0,150	1,900	0,2

Микроструктура стали DP780GI, т.е. m_standard, содержит 10% мартенсита, 50% феррита и 40% бейнита. Соответствующий режим TP_standard термообработки включает:

- стадию предварительного нагревания, на которой стальной лист в течение 35 секунд нагревают от температуры окружающей среды до 680°С.

- стадию нагревания, на которой стальной лист в течение 38 секунд нагревают от 680°С до 780°С,

- стадию выдержки, на которой стальной лист в течение 22 секунд выдерживают при температуре T_soaking равной 780°С,

- стадию охлаждения, на которой стальной лист охлаждают с помощью 11 охлаждающих струй, распыляющих HN_x, характеристики которых представлены ниже в таблице

Номер струи	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Скорость охлаждения (°C/с)	13	10	12	7	10	14	41	26	25	16	18
Время (с)	1,76	1,76	1,76	1,76	1,57	1,68	1,68	1,52	1,52	1,52	1,52
T(°C)	748	730	709	697	681	658	590	550	513	489	462
Охлаждающая способность (%)	0	0	0	0	0	0	58	100	100	100	100

- стадию нанесения покрытия методом погружения в ванну с расплавом цинка при температуре 460°C,

- охлаждение стального листа до достижения верхним валком температуры 300°С в течение 24,6 секунды, и

- охлаждение стального листа при температуре окружающей среды.

Затем было рассчитано множество тепловых режимов ТP_x, исходя из выбранного продукта - стали DP780 и режима TP_standard и микроструктуры m_i стали DP780 для получения m_target.

После расчета TP_x для получения m_target был выбран один режим TP_target, при этом упомянутый режим TP_target был выбран из числа режимов TP_x так, что микроструктура m_x в максимальной степени соответствовала m_target. Тепловой режим TP_target1 включает следующие стадии:

- стадию предварительного нагревания, на которой стальной лист нагревают от температуры окружающей среды до 680°С в течение 35 секунд,

- стадию нагревания, на которой стальной лист в течение 38 секунд нагревают от 680°С до 780°С,

- стадию выдержки, на которой стальной лист выдерживают в нагретом состоянии при температуре выдержки T_soaking равной 780°С в течение 22 секунд,

- стадию охлаждения, на которой стальной лист охлаждают с помощью 11 охлаждающих струй, распыляющих HN_x, характеристики которых представлены ниже в таблице

Номера струй	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Скорость охлаждения(°C/с)	18	11	12	7	38	27	48	19	3	7	6
Время (с)	1,76	1,76	1,76	1,76	1,57	1,68	1,68	1,52	1,52	1,52	1,52
T(°C)	748	729	709	697	637	592	511	483	479	468	458
Охлаждающая способность (%)	0	0	0	0	40	20	100	100	20	20	20

- нанесение покрытия методом погружения в ванну с расплавом цинка при температуре 460°C,

- охлаждение стального листа до достижения верхним валком температуры 300°С в течение 24,6 секунды, и

- охлаждение стального листа при температуре окружающей среды.

В таблице 1 приведены характеристики, полученные при осуществлении на стальном листе режимов ТР_standard и TP_target

	TPstandard	TPtarget	Ожидаемые характеристики
Полученная Tcooling (°C)	462	458,09	460
Микроструктура, полученная в конце теплового режима	Xmartensite: 12,83% Xferrite: 53,85% Xbainite: 33,31%	Xmartensite: 12,86% Xferrite: 47,33% Xbainite: 39,82%	Xmartensite: 13% Xferrite: 45% Xbainite: 42%
Отклонение микроструктуры относительно mtarget	Xmartensite: 0,17% Xferrite: 8,85% Xbainite: 8,69%	Xmartensite: 0,14% Xferrite: 2,33% Xbainite: 2,18%	-
YS (МПа)	434	494	500
Отклонение YS относительно Ptarget (МПа)	66	6	-
UTS (МПа)	786	792	780
Отклонение UTS относительно Ptarget (МПа)	14	8	-

Из таблицы 1 видно, что при использовании способа, соответствующего настоящему изобретению, можно получить стальной лист, обладающий желаемыми необходимыми свойствами, поскольку тепловой режим TP_target приспособлен к каждому стальному листу. Напротив, в случае применения традиционного теплового режима TP_standard необходимых характеристик не получают.

1. Способ производства термообработанного стального листа, имеющего химический состав стали и микроструктуру m_target, содержащую от 0 до 100% по меньшей мере одной фазы из феррита, мартенсита, бейнита, перлита, цементита и аустенита, на линии термообработки, включающий в себя:

А) подготовительный этап, включающий:

1) субэтап выбора, на котором химический состав и микроструктуру m_target сравнивают с перечнем предварительно определенных продуктов, микроструктура которых содержит предварительно заданные фазы и предварительно заданные доли фазы, для выбора продукта, имеющего микроструктуру m_standard в максимальной степени близкую к m_target, и предварительно определенного режима TР_standard для получения микроструктуры m_standard,

2) субэтап расчета, на котором производят расчет по меньшей мере двух тепловых режимов TP_х, каждый из которых TP_x соответствует микроструктуре m_х, полученной в конце TP_х, при этом расчет производят, исходя из выбранного продукта на стадии А.1), TР_standard и начальной микроструктуры m_i стального листа, для получения m_target,

3) субэтап выбора, на котором выбирают один тепловой режим TP_target для получения микроструктуры m_target, при этом режим TP_target выбирают из TP_x и выбирают так, чтобы микроструктура m_х была получена в максимальной степени близкой к m_target,

В) этап термообработки, на котором к стальному листу применяют режим TP_target.

2. Способ по п. 1, в котором предварительно определенные фазы на этапе А.1) характеризуются по меньшей мере одним параметром, выбранным из размера, формы и химического состава.

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором микроструктура m_target содержит:

100% аустенита,

или от 5 до 95% мартенсита, от 4 до 65% бейнита, остальное – феррит,

или от 8 до 30% остаточного аустенита, от 0,6 до 1,5% углерода в твердом растворе, остальное – феррит, мартенсит, бейнит, перлит и/или цементит,

или от 1 до 30% феррита и от 1 до 30% бейнита, от 5 до 25% аустенита, остальное – мартенсит,

или от 5 до 20% остаточного аустенита, остальное – мартенсит,

или феррит и остаточный аустенит,

или остаточный аустенит и интерметаллические фазы,

или от 80 до 100% мартенсита и от 0 до 20% остаточного аустенита,

или 100% мартенсита,

или от 5 до 100% перлита и от 0 до 95% феррита,

или по меньшей мере 75% равноосного феррита, от 5 до 20% мартенсита и бейнит в количестве равном 10% или менее.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором указанные предварительно определенные типы продукта включают двухфазную сталь, сталь с пластичностью, наведенной превращением, сталь, подвергнутую закалке и перераспределению углерода, сталь с пластичностью, наведенной двойникованием, сталь с безуглеродистой бейнитной структурой, сталь, закаленную под прессом, TRIPLEX-сталь, DUPLEX-сталь и двухфазную сталь с высокой пластичностью.

5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором разность между долями фаз, присутствующих в микроструктурах m_target и m_x, составляет ± 3%.

6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором на этапе А.2) тепловую энтальпию H, выделившуюся в промежутке между микроструктурами m_i и m_target, рассчитывают так, что:

H_х = (X_ferrite * H_ferrite) + (X_martensite * H _martensite) + (X_bainite * H_bainite) + (X_pearlite * H_pearlite) + (H_cementite + X_cementite) + (H_austenite + X_austenite)

X - доля фазы.

7. Способ по п. 6, в котором на этапе А.2) TP_x всего теплового цикла рассчитывают так, что

где С_ре - удельная теплоёмкость фазы (Дж⋅кг^-1⋅К^-1), ρ: плотность стали (г⋅м^-3), Е_р: толщина стали (м), ϕ: тепловой поток (конвективный и радиационный, Вт), H_х (Дж⋅кг^-1), T: температура (°C) и t: время (с).

8. Способ по любому из пп. 6 или 7, в котором на этапе А.2) производят расчет по меньшей мере одной промежуточной микроструктуры m_xint стали, соответствующей промежуточному тепловому режиму TP_xint, и тепловой энтальпии H_xint.

9. Способ по п. 8, в котором на этапе А.2) TP_x представляет собой сумму всех TP_xint, а H_x – суммарную величину всех H_xint.

10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором перед проведением этапа А.1) выбирают по меньшей мере одно заданное механической свойство P_target из предела текучести YS, предела прочности UTS, относительного удлинения при разрыве, раздачи отверстия и способности к деформации.

11. Способ по п. 10, в котором m_target рассчитывают исходя из величины P_target.

12. Способ по любому из пп. 1-11, в котором на этапе А.1) при расчете ТP_x принимают во внимание параметры технологического процесса обработки стального листа перед его поступлением на линию термообработки.

13. Способ по п. 12, в котором параметры технологического процесса включают по меньшей мере один параметр, выбранный из степени обжатия при холодной прокатке, температуры сматывания полосы в рулон, режима охлаждения выпускного рольганга, температуры охлаждения и скорости охлаждения рулона.

14. Способ по любому из пп. 1-13, в котором при расчете ТP_x принимают во внимание параметры технологического процесса на линии термообработки, которые будут применены к стальному листу на линии термообработки.

15. Способ по п. 14, в котором упомянутые технологические параметры включают по меньшей мере один из характерной температуры горячей листовой стали, скорости движения стального листа на линии термообработки, охлаждающей способности участков охлаждения, нагревательной способности участков нагревания, температуры перестаривания, температуры охлаждения, температуры нагревания и температуры выдержки.

16. Способ по любому из пп. 1-15, в котором тепловой режим TP_x, TP_xint, TP_standard или TP_target представляет собой по меньшей мере один процесс обработки из нагревания, изотермической выдержки или охлаждения.

17. Способ по любому из пп. 1-16, в котором каждый раз при поступлении нового стального листа на линию термообработки автоматически осуществляется новый этап расчета А.2) на основе результатов предварительно проведенного этапа А.1) выбора.

18. Способ по п. 17, в котором при поступлении стального листа на линию термообработки адаптацию теплового режима осуществляют на первых метрах стального листа.