Лист из титансодержащей ферритной нержавеющей стали для фланцевого элемента выхлопной трубы, способ изготовления и фланцевый элемент
Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, предназначенному для изготовления фланцевого элемента выхлопной трубы. Лист имеет толщину 5,0-11,0 мм, твердость на поверхности, составляющую 170 HV или менее, и следующий химический состав, мас.%: 0,003-0,030 С, 2,0 или менее Si, 2,0 или менее Mn, 0,050 или менее Р, 0,040 или менее S, 10,0-19,0 Cr, 0,030 или менее N, 0,07-0,50 Ti, 0,010-0,20 Al, остальное - Fe и неизбежные примеси. Значение параметра К, определяемого соотношением К=-0,07×Cr-6790×Своб(С+N)-1,44×d+267, составляет 150 или более, где Cr - содержание (мас.%) хрома в стали, Своб(С+N) - значение (мас.%), полученное путем вычитания общего содержания (мас.%) С и N в извлеченном осадке, полученном при электролитическом извлечении, из общего содержания (мас.%) С и N в стали, d - средний диаметр (мкм) кристаллических зерен, рассчитанный для отполированной визуально изучаемой поверхности среза (среза L) в плоскости, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа, при помощи метода секущих с проведением прямых линий, который определен в стандарте JIS G0551:2013, Annex С. Лист обладает высокой ударной вязкостью и обрабатываемостью. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к листу большой толщины из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, который обладает превосходной ударной вязкостью, позволяющей изготавливать из него фланцевый элемент выхлопной трубы, а также к способу изготовления этого листа. Изобретение также относится к фланцевому элементу, полученному из этого листа. Здесь фланцевый элемент выхлопной трубы представляет собой стальной элемент, который приваривают к концу стальной трубы, из которой получают выхлопную трубу, и который образует фланец, обеспечивающий скрепление выхлопной трубы с другим элементом.
Уровень техники
[0002]
Выхлопной тракт в автомобиле задается различными элементами, включающими выпускной коллектор, приемную трубу, глушитель, центральную трубу и т.п. Эти элементы выхлопного тракта скрепляют с использованием фланцев. На Фиг.1 в качестве примера в изометрии схематично показана составная часть выхлопной трубы, имеющая фланец. Для получения составной части выхлопной трубы к концу стальной трубы 1 приваривают фланцевый элемент 2. Фланцевый элемент 2, используемый в составной части выхлопной трубы, здесь называется "фланцевым элементом выхлопной трубы". Размеры и форма фланцевого элемента выхлопной трубы могут немного меняться в зависимости от спецификации выхлопной трубы, и этот фланцевый элемент часто изготавливают путем холодной штамповки с использованием штампа. Обычно фланцевый элемент имеет большое центральное отверстие, через которое протекает выхлопной газ, и отверстие для скрепления при помощи болта, и его обычно подвергают обработке резанием.
[0003]
В качестве материала фланцевого элемента выхлопной трубы часто используют обычные стали, но в последние годы, учитывая коррозионную стойкость и т.п., происходит смещение в сторону нержавеющих сталей. Что касается используемых для него типов стали, существует большая потребность в применении однофазных ферритных сталей, которые имеют меньший коэффициент теплового расширения и меньшую стоимость по сравнению с аустенитной нержавеющей сталью. Примеры однофазных ферритных сталей, которые считаются подходящими для изготовления фланцевого элемента выхлопной трубы, являющегося частью выхлопного тракта в автомобиле, если принимать во внимание характеристики материала, в том числе, коррозионную стойкость, термостойкость и т.п., включают титансодержащую ферритную нержавеющую сталь.
[0004]
Часто требуется, чтобы нержавеющая сталь, из которой получают фланцевый элемент выхлопной трубы, являющийся частью выхлопного тракта в автомобиле, была в форме листа, имеющего большую толщину (например, 5,0-11,0 мм). При этом в общем случае однофазные ферритные стали имеют небольшую ударную вязкость при низких температурах. Если говорить более подробно, часто указывается, что недостаточная ударная вязкость титансодержащих ферритных нержавеющих сталей не позволяет получать фланцевый элемент из листа большой толщины, или полученный в результате фланцевый элемент не проходит испытания с приложением большой ударной нагрузки.
Список литературы
Патентные документы
[0005]
PTL 1: JP-A-60-228616
PTL 2: JP-A-64-56822
PTL 3: JP-A-2012-140688
Сущность изобретения
Техническая проблема
[0006]
В документе PTL1 в качестве способа повышения ударной вязкости листа из титансодержащей ферритной нержавеющей стали описан способ, при выполнении которого этот лист подвергают закалке после горячей прокатки и свертывают в рулон при температуре 450°С или менее. В документе PTL 2 описан способ, в котором в конце горячей прокатки увеличивают температуру в соответствии с химическим составом и после свертывания в рулон выполняют закалку стального листа в воде. Однако, даже несмотря на принятие этих мер, повышение ударной вязкости, необходимое для изготовления фланцевого элемента выхлопной трубы, оказывается недостаточным, если стальной лист имеет большую толщину. В документе PTL 3 описан способ, в котором стальной лист свертывают в рулон при температуре 570°С или более, в течение 5 или более минут выдерживают рулон в состоянии, когда температура на его поверхности составляет 550°С, и после этого полностью погружают в воду. Однако при определенном диаметре кристаллических зерен в этом стальном листе требуется еще большее повышение ударной вязкости при низких температурах.
[0007]
Для получения фланцевого элемента выхлопной трубы используют холодную штамповку, сверление, резание и т.п. Поэтому важно, чтобы стальной лист имел хорошую обрабатываемость.
[0008]
Задача настоящего изобретения - предложить лист большой толщины из титансодержащей ферритной нержавеющей стали с превосходными ударной вязкостью и обрабатываемостью, который подходит для использования в качестве исходного материала при изготовлении фланцевого элемента выхлопной трубы.
[0009]
Устранение проблемы
При проведении исследований авторы настоящего изобретения обнаружили, что ударная вязкость листа из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, имеющего большую толщину, повышается при уменьшении количества C и N, находящихся в твердом растворе в матрице из ферритной фазы, но степень этого повышения в значительной степени зависит от диаметра кристаллических зерен феррита. Настоящее изобретение было создано на основе этой информации.
[0010]
Задача настоящего изобретения может быть выполнена за счет приведенного далее.
(1) Лист из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, предназначенный для изготовления фланцевого элемента выхлопной трубы, который имеет следующий химический состав (мас.%): 0,003% - 0,030% С; 2,0% или менее Si; 2,0% или менее Mn; 0,050% или менее Р; 0,040% или менее S; 10,0% - 19,0% Cr; 0,030% или менее N; 0,07% - 0,50% Ti и 0,010% - 0,20% Al; остальное - Fe и неизбежные примеси, имеет параметр К, заданный приведенным далее уравнением (1), который составляет 150 единиц или более, твердость на поверхности, составляющую 170 HV или менее, и толщину 5,0-11,0 мм:
Параметр К=-0,07×Cr - 6790× Своб (С+N) -1,44×d+267 (1)
где Cr - содержание (мас.%) хрома в стали; Своб (С+N) -значение (мас.%), полученное путем вычитания общего содержания (мас.%) С и N в извлеченном осадке, полученном при электролитическом извлечении, из общего содержания (мас.%) С и N в стали; и d - средний диаметр (мкм) кристаллических зерен, рассчитанный для отполированной визуально изучаемой поверхности среза (среза L) в плоскости, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа, при помощи метода секущих с проведением прямых линий, который определен в стандарте JIS G0551:2013, Annex С.
(2) Лист из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, предназначенный для изготовления фланцевого элемента выхлопной трубы, по пункту (1), который дополнительно содержит (мас.%) 1,50% или менее Mo.
(3) Лист из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, предназначенный для изготовления фланцевого элемента выхлопной трубы, по пункту (1), который дополнительно содержит (мас.%) 0,0030% или менее В.
(4) Способ изготовления листа из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, предназначенного для изготовления фланцевого элемента выхлопной трубы, по любому из пунктов с (1) по (3), содержащий следующие этапы:
- нагревают сляб из стали, имеющей упомянутый химический состав, в нагревательной печи, вынимают сляб, имеющий температуру 950°С - 1120°С, из нагревательной печи, выполняют прокатку сляба в стане черновой прокатки с получением промежуточного сляба, имеющего толщину 20-50 мм и температуру на поверхности 700°С - 850°С, выполняют горячую прокатку промежуточного сляба с получением толщины 5,0-11,0 мм и выполняют свертывание в рулон при температуре на поверхности 650°С - 800°С, в результате чего получают горячекатаный стальной лист; и
- выполняют отжиг горячекатаного стального листа при температуре 800°С - 1100°С, в результате чего получают горячекатаный и отожженный стальной лист, имеющий твердость на поверхности, составляющую 170 HV или менее.
(5) Фланцевый элемент, полученный из листа из титансодержащей ферритной нержавеющей стали по любому из пунктов с (1) по (3).
(6) Фланцевый элемент по пункту (5), представляющий собой фланцевый элемент выхлопной трубы автомобиля.
[0011]
Здесь "поверхность листа" - это его верхняя или нижняя поверхность. Твердость на поверхности листа можно определить путем вдавливания индентора в эту поверхность, когда с нее удалена окалина, при HV 30 (нагрузка при испытании: 294,2 Н) в соответствии со стандартом JIS Z2244:2009.
Преимущества при применении изобретения
[0012]
Согласно изобретению можно устойчивым образом получать лист большой толщины из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, который обладает превосходными ударной вязкостью и обрабатываемостью. Этот стальной лист с большой выгодой можно использовать в качестве исходного материала при изготовлении фланцевого элемента, применяемого в выхлопной трубе, являющейся частью выхлопного тракта в автомобиле.
Краткое описание чертежей
[0013]
На Фиг.1 в изометрии схематично показана составная часть выхлопной трубы, имеющая фланец.
Подробное описание вариантов реализации
[0014]
Химический состав
Целью настоящего изобретения является получение ферритной нержавеющей стали, содержащей приведенные далее химические элементы. Если не указано иное, химический состав стального листа приведен мас.%.
[0015]
С повышает твердость стали и приводит к снижению ударной вязкости стального листа. Содержание С (т.е., общее количество С в твердом растворе и в виде составной части химического соединения) ограничивается уровнем 0,030% или менее. Содержание С предпочтительно составляет 0,020% или менее, и его можно поддерживать на уровне 0,015% или менее. Чрезмерное снижение содержания С может привести к увеличению трудоемкости при выплавке стали и увеличению стоимости. Здесь целевым содержанием С в стальном листе является 0,003% или более.
[0016]
Si и Mn являются химическими элементами, обеспечивающими раскисление, и, кроме того, они повышают стойкость к окислению при высоких температурах. Предпочтительно обеспечить содержание Si на уровне 0,02% или более и Mn на уровне 0,10% или более. Большое содержание этих химических элементов может вызывать охрупчивание стали. Содержание Si ограничивается уровнем 2,0% или менее, более предпочтительно - 1,0% или менее. Содержание Mn также ограничивается уровнем 2,0% или менее, более предпочтительно - 1,0% или менее.
[0017]
Большое содержание Р и S может привести к снижению коррозионной стойкости. Допускается содержание Р на уровне до 0,050%, и содержание S - на уровне до 0,040%. Чрезмерное снижение содержания Р и S может привести к увеличению трудоемкости при выплавке стали и может не дать ожидаемой экономической выгоды. Обычно содержание Р можно поддерживать в диапазоне 0,010% - 0,050%, и содержание S можно поддерживать в диапазоне 0,0005% - 0,040%.
[0018]
Наличие Cr важно для обеспечения коррозионной стойкости, являющейся свойством нержавеющей стали. Cr также эффективен в плане повышения стойкости к окислению при высоких температурах. Для выполнения этих функций необходимо, чтобы содержание Cr было на уровне 10,0% или более. Большое содержание Cr может привести к повышению твердости стали, что в некоторых случаях препятствует повышению ударной вязкости стального листа, имеющего большую толщину. Здесь целевым содержанием Cr в стальном листе является 19,0% или менее.
[0019]
Как и С, N снижает ударную вязкость стального листа. Содержание N (т.е., общее количество N в твердом растворе и в виде составной части химического соединения) ограничивается уровнем 0,030% или менее. Содержание N предпочтительно составляет 0,020% или менее, и его можно поддерживать на уровне 0,015% или менее. Чрезмерное снижение содержания N может привести к увеличению трудоемкости при выплавке стали и увеличению стоимости. В общем случае содержание N можно поддерживать на уровне 0,003% или более.
[0020]
Ti образует карбонитрид титана в результате связывания с С и N, не допуская выделения карбонитрида хрома на границах зерен, поэтому он является химическим элементом, имеющим высокую эффективность в плане сохранения коррозионной стойкости стали и ее стойкости к окислению при высоких температурах. Необходимо, чтобы содержание Ti было на уровне 0,07% или более, более предпочтительно - на уровне 0,09% или более и еще более предпочтительно - на уровне 0,15% или более. Чрезмерно большое содержание Ti является нежелательным, так как это может привести к снижению ударной вязкости стального листа. По результатам многочисленных исследований, содержание Ti ограничивается уровнем 0,50% или менее, более предпочтительно, если Ti содержится в количестве 0,40% или менее. В приведенном здесь описании "карбонитрид" - это соединение, содержащее химический элемент-металл, связанный с C и/или N. Например, карбонитридами титана здесь считаются TiC, TiN и Ti(C,N).
[0021]
Al является химическим элементом, обеспечивающим раскисление. Для выполнения этой функции в достаточной степени предпочтительно добавлять Al до получения его содержания на уровне 0,010% или более. Большое содержание Al может привести к снижению ударной вязкости. Содержание Al ограничивается уровнем 0,20% или менее.
[0022]
Mo обеспечивает повышение коррозионной стойкости, и его можно добавлять в соответствии с необходимостью. В этом случае предпочтительным является содержание Mo на уровне 0,01% или более. Большое содержание Mo в некоторых случаях может негативно повлиять на ударную вязкость. Содержание Mo находится в диапазоне 0% - 1,50%.
[0023]
B облегчает последующую обработку, и его можно добавлять в соответствии с необходимостью. В этом случае предпочтительным является его содержание на уровне 0,0010% или более. Однако если содержание В превышает 0,0030%, может снизиться однородность структуры металла из-за образования Cr2B, что в некоторых случаях приводит к снижению обрабатываемости. Содержание В может находиться в диапазоне 0% - 0,0030%.
[0024]
Параметр К
Параметр К, рассчитываемый при помощи уравнения (1), является показателем, точно отражающим зависимость величины ударной вязкости по Шарпи (Дж/см2) при 20°С для образца с U-образным надрезом, используемого при проведении испытания на ударную вязкость (с направлением ударного воздействия, перпендикулярным направлению прокатки и направлению по толщине стального листа), который получен из листа большой толщины (5,0-11,0 мм), состоящего из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, имеющей указанный выше химический состав, от содержания Cr в этой стали, количества С и N в твердом растворе и среднего диаметра кристаллических зерен.
Параметр К= -0,07×Cr - 6790× Своб(С+N) -1,44×d+267 (1)
В выражении (1) Cr - содержание (мас.%) хрома в стали; Своб(С+N) -значение (мас.%), полученное путем вычитания общего содержания (мас.%) С и N в извлеченном осадке, полученном при электролитическом извлечении, из общего содержания (мас.%) С и N в стали; и d - средний диаметр (мкм) кристаллических зерен, рассчитанный для отполированной визуально изучаемой поверхности среза (среза L) в плоскости, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа, при помощи метода секущих с проведением прямых линий, который определен в стандарте JIS G0551:2013, Annex С.
[0025]
При проведении тщательных исследований авторы настоящего изобретения обнаружили, что на ударную вязкость листа из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, имеющего большую толщину, при комнатной температуре сильно влияет содержание Cr, количество С и N, находящихся в твердом растворе, и средний диаметр кристаллических зерен феррита. Было подтверждено, что в случае соблюдения указанного выше химического состава, а также управления содержанием Cr, количеством C и N, находящихся в твердом растворе, и средним диаметром кристаллических зерен таким образом, чтобы получить параметр К, составляющий 150 единиц или более, можно в достаточной степени предотвратить возникновение проблем, связанных со снижением ударной вязкости, при получении фланцевого элемента выхлопной трубы из стального листа большой толщины и при использовании полученного фланцевого элемента. Таким образом, в приведенном здесь описании параметр К должен составлять 150 единиц или более. Количеством С и N, находящихся в твердом растворе, и средним диаметром кристаллических зерен феррита в горячекатаном и отожженном стальном листе можно управлять путем выбора режима описанной позднее горячей прокатки, и можно получать горячекатаный стальной лист, имеющий параметр К, конкретно составляющий 150 единиц или более.
[0026]
В выражении (1) Своб(С+N) - это концентрация (мас.%) С и N, находящихся в твердом растворе. Значение Своб(С+N) можно получить приведенным далее образом.
Способ получения значения Своб(С+N)
В неводном электролитическом растворе, содержащем 10мас.% ацетилацетона, 1мас.% хлорида тетраметиламмония и 89мас.% метилового спирта, на образце, имеющем известную массу, который взят из стального листа, создается потенциал от -100 мВ до 400 мВ относительно насыщенного каломельного электрода (SCE) для полного растворения матрицы (металлической основы) образца, после этого жидкость, содержащая нерастворенное вещество, фильтруется с использованием мембранного фильтра, имеющего поры диаметром 0,05 мкм, и твердое вещество, остающееся на фильтре отбирается как извлеченный осадок. В извлеченном осадке количество С и N определяется путем анализа при помощи метода инфракрасной спектроскопии после сжигания пробы в индукционной печи (в случае С) и метода плавления при импульсном нагреве с измерением теплопроводности (в случае N), и вычисляется общее содержание С и N (Ост(С+N), в мас.% в стали) в извлеченном осадке. Своб(C+N) (мас.%) определяется при помощи приведенного далее выражения (2).
Своб(C+N)=Общ(C+N) - Ост(C+N) (2)
Здесь Общ(C+N) - общее содержание (мас.%) C и N в стали, и Ост(C+N) -общее содержание (мас.%) С и N в извлеченном осадке.
[0027]
Твердость
В случае изготовления из стального листа фланцевого элемента выхлопной трубы, выполняют холодную штамповку с использованием штампа, сверление, резание и т.п. Поэтому предпочтительно в достаточной степени снизить твердость стального листа, из которого получают фланцевый элемент выхлопной трубы. По результатам многочисленных исследований, в случае получения фланцевого элемента выхлопной трубы из листа из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, имеющего толщину 5,0-11,0 мм, вполне достаточно снизить твердость стального листа до уровня 170 HV или менее. Если твердость стального листа выше указанного значения, будет снижаться точность размеров фланцевого элемента. В некоторых случаях из этого стального листа невозможно будет получить фланцевый элемент. Чрезмерное снижение твердости стального листа отрицательно сказывается на экономической эффективности, так как увеличивается трудоемкость его изготовления. В общем случае твердость можно поддерживать на уровне 130 HV или более. Для снижения твердости можно подвергнуть горячекатаный стальной лист отжигу, который описан позднее. В данном случае твердость можно определять путем вдавливания индентора в поверхность стального листа при HV 30 (нагрузка при испытании: 294,2 Н).
[0028]
Толщина
Как описано выше, имеется большая потребность в применении стального листа с толщиной 5,0-11,0 мм в качестве нержавеющего исходного материала при изготовлении фланцевого элемента выхлопной трубы, являющегося частью выхлопного тракта в автомобиле. В то же время, в случае листа из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, имеющего толщину 5,0 мм или более, недостаточная ударная вязкость может стать серьезной проблемой при изготовлении фланцевого элемента выхлопной трубы и при испытании полученного фланцевого элемента с сильным ударным воздействием. Таким образом, целью этого изобретения является повышение ударной вязкости стального листа, имеющего толщину 5,0 мм или более. Более предпочтительным является получение стального листа, имеющего толщину 5,5 мм или более. Было обнаружено, что в случае толщины листа, составляющей 11,0 мм или менее, при получении фланцевого элемента выхлопной трубы и при использовании этого элемента проблему недостаточной ударной вязкости можно существенно уменьшить за счет поддержания химического состава и параметра К в указанных выше диапазонах. Необходимую ударную вязкость можно обеспечить с большей гарантией, если толщина листа составляет 9,0 мм или менее.
[0029]
Способ изготовления
Ниже будет рассмотрен способ изготовления листа большой толщины из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, который обладает превосходными ударной вязкостью и обрабатываемостью.
[0030]
Выплавка и разливка
Литой сляб изготавливают при помощи метода непрерывного литья. Сляб также можно изготовить путем получения слитка с использованием способа литья в слитки и последующих ковки слитка или его прокатки в блюминге. Толщина сляба предпочтительно составляет 200-250 мм.
[0031]
Нагрев сляба
Сляб помещают в нагревательную печь и нагревают до температуры 950°С или более. Время выдержки (т.е., период, в течение которого температура материала поддерживается на уровне 950°С или более) можно задавать, например, в диапазоне от 50 до 120 минут. При нагреве до температуры 950°С или более возникшие в отливке крупные частицы TiC разлагаются на Ti и C, что приводит к получению структуры, в которой TiC, по существу, отсутствует. TiN полностью не разлагается даже при 1150°С, но нет особой необходимости дожидаться полного растворения N. Максимальная достигаемая температура материала может быть задана на уровне 1120°С или менее, и температуру материала при вынимании из печи (температуру извлечения) требуется поддерживать в диапазоне, который указан позднее.
[0032]
Черновая прокатка
После нагрева сляб вынимают из печи при температуре извлечения, составляющей 950°С - 1120°С, и прокатывают в стане черновой прокатки. Если температура извлечения выше указанного уровня, средний диаметр кристаллических зерен рекристаллизованной ферритной фазы может увеличиться, и могут возникнуть трудности в получении горячекатаного стального листа, имеющего параметр К на уровне 150 или менее. Черновая прокатка может выполняться в один проход или в несколько проходов, чтобы получить промежуточный сляб, имеющий толщину 20-50 мм. При этом важно поддерживать температуру на поверхности промежуточного сляба, получаемого путем черновой прокатки, на уровне 700°С - 850°С. Если говорить конкретно, температуру извлечения и маршрут черновой прокатки выбирают таким образом, чтобы по меньшей мере при последнем проходе черновой прокатки обеспечить температуру в диапазоне 700°С - 850°С. Этот диапазон температур перекрывается с диапазоном температур, в котором происходит повторное выделение TiC. Если TiC повторно выделяется во время черновой прокатки в условиях, когда, по существу, не осталось нерастворенного TiC, то во множестве мест возникают мелкие частицы TiC. В промежуточном слябе из множества частиц TiC или TiN, возникших как центры кристаллизации, образуется карбонитрид титана, который распределен в этом слябе в мелкодисперсной форме. Мелкодисперсный карбонитрид титана препятствует укрупнению рекристализованных зерен феррита за счет эффекта сдерживания. В случае, если черновая прокатка выполняется при высокой температуре, в результате чего температура на поверхности промежуточного сляба превышает 850°С, эта прокатка выполняется при температуре, превышающей температуру, при которой активным образом повторно выделяется TiC, поэтому эффект сдерживания проявляется в недостаточной степени, что приводит к образованию крупных кристаллических зерен, т.е., эффект в виде получения мелких кристаллических зерен обеспечивается в недостаточной степени. С другой стороны, в случае, если температура на поверхности промежуточного сляба ниже 700°С, происходит повышение стойкости к деформации в ходе чистовой прокатки, которая описана позднее, либо температура свертывания в рулон становится слишком низкой. Итоговое обжатие при черновой прокатке предпочтительно составляет 80% - 90%.
[0033]
Чистовая прокатка
Операции горячей прокатки, которые выполняют для промежуточного сляба перед свертыванием в рулон, здесь называется "чистовой прокаткой". Чистовую прокатку можно выполнять с использованием реверсивного прокатного стана или непрерывного прокатного стана "тандем". Маршрут прокатки выбирают таким образом, чтобы после последнего прохода получить толщину листа, составляющую 5,0-11,0 мм, и указанную позднее температуру свертывания в рулон. Во время чистовой прокатки за счет эффекта сдерживания не допускается рост рекристализованных зерен. Итоговое обжатие при чистовой горячей прокатке может, например, составлять 65% - 85%.
[0034]
Свертывание в рулон
После завершения чистовой прокатки стальной лист свертывают в рулон в состоянии, когда температура на его поверхности составляет 650°С - 800°С. В случае, если стальной лист свертывают в рулон при температуре ниже 650°С, повышается предел прочности при высоких температурах, что приводит к невозможности получения рулона нормальной формы. Нарушение процесса свертывания в рулон увеличивает стоимость производства, так как стальной лист приходится свертывать в рулон заново. В случае, если стальной лист свертывают в рулон при температуре выше 800°С, усиливается динамическая вторичная рекристаллизация, что приводит к укрупнению кристаллических зерен. Это может привести к уменьшению параметра К (т.е., снижению ударной вязкости). После свертывания в рулон стальному листу можно дать охладиться на воздухе. Эффект сдерживания можно обеспечивать даже в случае, если не выполняется охлаждение, например, охлаждение при помощи воды. Ударную вязкость при низких температурах можно в значительной степени повысить за счет уменьшения размера кристаллических зерен. Предполагается, что повышению ударной вязкости при низких температурах также способствует снижение твердости матрицы за счет уменьшения количества С и N, находящихся в твердом растворе. Таким образом, при соблюдении условий изготовления, соответствующих настоящему изобретению, можно получить горячекатаный лист большой толщины из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, который обладает превосходной ударной вязкостью.
[0035]
Отжиг горячекатаного листа
Горячекатаный стальной лист, полученный описанным выше образом, подвергают отжигу. Отжиг горячекатаного стального листа, который выполняется сразу после завершения горячей прокатки (т.е., "в горячем состоянии"), называется "отжигом горячекатаного листа". Стальной лист, полученный в результате отжига горячекатаного листа (в том числе, стальной лист, с которого удалена окалина) называется "горячекатаным и отожженным стальным листом". Отжиг горячекатаного листа выполняют в условиях нагрева до температуры в диапазоне 800°С - 1100°С, при этом температуру и время отжига контролируют таким образом, чтобы твердость на поверхности этого листа после отжига составляла 170 HV или менее. Если температура отжига ниже 800°С, рекристаллизация не происходит в достаточной степени, и может ухудшиться обрабатываемость путем штамповки при изготовлении фланцевого элемента. В этом случае могут возникать задиры и т.п., что приводит к значительному сокращению срока службы вырубного штампа. Если температура отжига превышает 1100°С, будет происходить укрупнение кристаллических зерен, что может снизить качество фланцевого элемента. Режим отжига, подходящий для получения горячекатаного и отожженного стального листа с твердостью 170 HV или менее, при условии задания температуры в указанном выше диапазоне, можно без проблем определить, предварительно выполнив эксперименты, целью которых является определение степени снижения твердости в зависимости от химического состава и толщины стального листа. Если говорить в общем, при нагреве до температуры отжига, заданной в диапазоне 800°С - 1100°С, хорошие результаты могут быть получены в случае времени выдержки, составляющего 0-5 минут. Время выдержки "0 минут" означает, что материал охлаждают сразу после того, как его температура достигает предписанного уровня. После отжига обычно удаляют окалину с поверхности путем травления в кислоте. Отжиг горячекатаного листа предпочтительно выполнять на линии для непрерывных отжига и травления в кислоте, по которой можно транспортировать горячекатаный стальной лист большой толщины.
Примеры
[0036]
Были получены стали, приведенные в Таблице 1, и путем непрерывного литья были изготовлены слябы, имеющие толщину приблизительно 200 мм. Химический состав сталей удовлетворял требованиям изобретения. Сляб, изготовленный путем непрерывного литья, был помещен в нагревательную печь, и после выдерживания при температуре нагрева сляба, приведенной в Таблице 2, которое в зависимости от типа стали составляло от 50 до 100 минут, сляб был вынут из печи и сразу же был подвергнут черновой прокатке в стане черновой прокатки. Температура извлечения была равна температуре нагрева сляба. Черновая прокатка выполнялась в 7-9 проходов, в зависимости от целевой толщины готового листа, и был изготовлен промежуточный сляб, имеющий толщину 20-50 мм. После последнего прохода в стане черновой прокатки на выходе из этого стана измерялась температура на поверхности промежуточного сляба. Эта температура в Таблице 2 приведена как "Температура промежуточного сляба". Полученный в результате промежуточный сляб был подвергнут чистовой горячей прокатке в стане для непрерывной горячей прокатки, содержащем 6 клетей, или стане для реверсивной горячей прокатки, содержащем печь с устройством для свертывания в рулон, и затем был свернут в рулон, чтобы получить горячекатаный стальной лист, свернутый в рулон. Температура свертывания в рулон измерялась как температура на поверхности стального листа непосредственно перед машиной для свертывания в рулон. Толщина полученного в результате горячекатаного стального листа приведена в Таблице 2. Горячекатаный стальной лист был подвергнут отжигу и травлению в кислоте при прохождении по линии для непрерывных отжига и травления в кислоте, чтобы получить горячекатаный и отожженный стальной лист. Режим отжига горячекатаного листа приведен в Таблице 2.
[0037]
Таблица 1
| № | Химический состав (мас.%) | ||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Mo | Cr | N | Al | Ti | B | |
| 1 | 0,008 | 0,55 | 0,41 | 0,035 | 0,001 | 0,10 | 17,9 | 0,012 | 0,07 | 0,21 | - |
| 2 | 0,005 | 0,45 | 0,38 | 0,028 | 0,001 | 0,05 | 11,2 | 0,006 | 0,05 | 0,19 | - |
| 3 | 0,007 | 0,54 | 0,35 | 0,029 | 0,005 | 0,05 | 10,1 | 0,008 | 0,03 | 0,17 | - |
| 4 | 0,009 | 0,35 | 0,54 | 0,038 | 0,001 | 0,04 | 16,8 | 0,013 | 0,08 | 0,28 | - |
| 5 | 0,008 | 0,04 | 0,45 | 0,033 | 0,002 | 0,05 | 17,5 | 0,011 | 0,05 | 0,25 | - |
| 6 | 0,008 | 0,03 | 0,48 | 0,029 | 0,001 | 1,02 | 18,4 | 0,012 | 0,08 | 0,29 | - |
| 7 | 0,003 | 0,58 | 0,39 | 0,035 | 0,003 | - | 11,4 | 0,005 | 0,04 | 0,20 | - |
| 8 | 0,008 | 0,15 | 0,58 | 0,037 | 0,002 | 0,02 | 17,6 | 0,014 | 0,08 | 0,24 | - |
| 9 | 0,011 | 0,54 | 0,45 | 0,028 | 0,001 | 0,99 | 18,4 | 0,015 | 0,11 | 0,39 | - |
| 10 | 0,005 | 0,45 | 0,38 | 0,039 | 0,002 | - | 13,9 | 0,009 | 0,06 | 0,25 | 0,0025 |
| 21 | 0,008 | 0,45 | 0,48 | 0,039 | 0,001 | - | 16,8 | 0,012 | 0,11 | 0,22 | - |
| 22 | 0,004 | 0,55 | 0,39 | 0,038 | 0,002 | - | 10,5 | 0,007 | 0,05 | 0,25 | - |
| 23 | 0,008 | 0,65 | 0,38 | 0,031 | 0,001 | - | 17,8 | 0,008 | 0,09 | 0,29 | - |
| 24 | 0,007 | 0,25 | 0,34 | 0,033 | 0,002 | - | 10,8 | 0,013 | 0,08 | 0,25 | - |
| 25 | 0,009 | 0,51 | 0,35 | 0,031 | 0,002 | - | 17,8 | 0,011 | 0,05 | 0,27 | - |
| 26 | 0,008 | 0,45 | 0,33 | 0,029 | 0,001 | 0,98 | 18,4 | 0,012 | 0,07 | 0,29 | - |
| 27 | 0,004 | 0,39 | 0,29 | 0,038 | 0,005 | - | 11,4 | 0,005 | 0,02 | 0,07 | - |
| 28 | 0,006 | 0,45 | 0,38 | 0,032 | 0,003 | - | 17,6 | 0,014 | 0,05 | 0,11 | - |
| 29 | 0,008 | 0,54 | 0,41 | 0,030 | 0,001 | 1,04 | 18,4 | 0,015 | 0,08 | 0,09 | - |
[0038]
Из каждого горячекатаного и отожженного стального листа для испытаний были взяты образцы материала из областей у обоих поперечных краев этого листа и из его центральной области. Из каждого из этих трех образцов материала были вырезаны образцы для испытаний в областях у краев этих образцов материала, проходящих перпендикулярно направлению прокатки, и в центральной области этих образцов материала, и указанное далее испытание выполнялось в сумме для девяти мест взятия образцов на один свернутый в рулон горячекатаный и отожженный лист.
[0039]
Указанным выше образом были определены Своб(C+N) и средний диаметр d кристаллических зерен, на основе которых при помощи выражения (1) был получен параметр К. Был изготовлен образец для испытания на удар с U-образным надрезом, который был подвергнут испытанию на удар по Шарпи при 20°С в соответствии со стандартом JIS Z2242:2005. Направлением ударного воздействия бойка (т.е., направлением по глубине U-образного надреза) было направление, перпендикулярное направлению прокатки и направлению по толщине листа (т.е., направление по ширине горячекатаного и отожженного стального листа). Указанным выше образом были измерена твердость на поверхности листа. В результатах измерений для девяти мест взятия образцов из горячекатаного и отожженного стального листа не было обнаружено сильных отклонений, и для точной оценки итоговых результатов в качестве оценочного значения для стального листа был выбран результат измерения в том месте взятия образца, в котором параметр К имел наименьшее (т.е., худшее) значение. Итоговые результаты приведены в Таблице 2.
[0040]
Таблица 2
| Класс | № | Температура нагрева сляба, °С | Температура промежуточного сляба, °С | Температура свертывания в рулон, °С | Температура отжига горячекатаного листа, °С | Горячекатаный и отожженный стальной лист | |||||
| Толщина листа, мм | Своб(C+N), мас.% | Средний диаметр d кристаллических зерен, мкм | Параметр К | 20°С и U-образный надрез - ударная вязкость, Дж/см2 | Твердость на поверхности листа, HV | ||||||
| Пример изобретения | 1 | 1080 | 840 | 785 | 1080 | 8,5 | 0,006 | 40 | 167,4 | 158 | 165 |
| 2 | 990 | 700 | 680 | 800 | 9,8 | 0,004 | 20 | 210,3 | 205 | 142 | |
| 3 | 1000 | 700 | 675 | 1050 | 7,9 | 0,005 | 32 | 186,3 | 191 | 138 | |
| 4 | 1060 | 830 | 735 | 1000 | 5,4 | 0,005 | 40 | 174,3 | 164 | 157 | |
| 5 | 1100 | 830 | 740 | 950 | 10,9 | 0,002 | 68 | 154,3 | 153 | 160 | |
| 6 | 1050 | 840 | 690 | 1095 | 5,2 | 0,003 | 32 | 199,3 | 202 | 168 | |
| 7 | 980 | 785 | 740 | 810 | 9,8 | 0,001 | 25 | 223,4 | 225 | 148 | |
| 8 | 1070 | 820 | 725 | 1080 | 9,2 | 0,002 | 32 | 206,1 | 196 | 151 | |
| 9 | 1110 | 835 | 718 | 1050 | 10,3 | 0,006 | 52 | 150,1 | 152 | 166 | |
| 10 | 1010 | 810 | 795 | 1000 | 5,1 | 0,004 | 48 | 169,7 | 160 | 154 | |
| Сравнительный пример | 21 | 1220 | 950 | 905 | 1100 | 5,2 | 0,010 | 78 | 85,6 | 79 | 179 |
| 22 | 1215 | 940 | 900 | 1050 | 9,7 | 0,000 | 108 | 110,7 | 108 | 172 | |
| 23 | 1275 | 1050 | 945 | 1070 | 10,5 | 0,009 | 90 | 75,0 | 70 | 187 | |
| 24 | 1150 | 940 | 860 | 840 | 9,5 | 0,008 | 115 | 46,3 | 40 | 195 | |
| 25 | 1200 | 860 | 815 | 1090 | 8,1 | 0,003 | 78 | 133,1 | 135 | 184 | |
| 26 | 1225 | 920 | 850 | 1050 | 5,4 | 0,000 | 98 | 124,6 | 123 | 178 | |
| 27 | 1205 | 900 | 810 | 800 | 6,0 | 0,006 | 65 | 131,9 | 134 | 175 | |
| 28 | 1230 | 907 | 865 | 1070 | 5,5 | 0,006 | 58 | 141,5 | 145 | 165 | |
| 29 | 1090 | 770 | 610 | 1050 | 9,8 | 0,013 | 40 | 119,8 | 125 | 158 |
[0041]
Стальные листы, изготовленные при условии, что параметр К составлял 150 или более в соответствии с изобретением (Примеры изобретения), имели в ходе испытания на удар образца с U-образным надрезом при 20°С ударную вязкость, составляющую 150 Дж/см2 или более, т.е., хорошую ударную вязкость. За счет отжига было достигнуто снижение твердости до 170 HV или менее. Таким образом, можно сделать вывод, что стальные листы будут хорошо поддаваться обработке с получением фланцевого элемента выхлопной трубы, и получаемый в результате фланцевый элемент при использовании будет иметь достаточную ударную вязкость. Также было подтверждено, что можно устойчивым образом обеспечить превосходное повышение ударной вязкости на всей длине стального листа при получении стального листа на линии непрерывного изготовления.
[0042]
С использованием стальных листов из Примеров изобретения были выполнены испытание с холодной штамповкой, испытание со сверлением в вертикально-сверлильном станке и испытание с резанием, имитирующие получение фланцевого элемента выхлопной трубы. В результате производственный брак, обусловленный недостаточной ударной вязкостью или недостаточным снижением твердости, отсутствовал. Полученные в результате холодноштампованные элементы были подвергнуты испытанию по методу падающего груза в очень жестких условиях, заданных заявителем. В результате ни в одном из испытательных образцов, полученных из стальных листов из Примеров изобретения, не возникало такой проблемы, как появление трещин, обусловленное недостаточной ударной вязкостью.
[0043]
В образцах №№ 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28, являющихся Сравнительными примерами, эффект сдерживания, обусловленный выделением TiC и т.п., не обеспечивался из-за того, что температура нагрева сляба, температура промежуточного сляба или температура свертывания в рулон отклонялись в большую сторону по сравнению с Примерами изобретения, и увеличился средний диаметр кристаллических зерен, что привело к снижению ударной вязкости. №29 удовлетворял требованиям изобретения по температуре нагрева сляба и температуре промежуточного сляба, но температура свертывания в рулон была ниже, что привело к ухудшению формы рулона. Помимо этого, содержание С и N в стали было большим, а количество Ti было небольшим, поэтому значение Своб (C+N) увеличилось, что привело к снижению ударной вязкости.
[0044]
С использованием стальных листов из Сравнительных примеров в тех условиях, которые указаны выше, были выполнены испытание с холодной штамповкой, испытание со сверлением в вертикально-сверлильном станке и испытание с резанием, имитирующие получение фланцевого элемента выхлопной трубы. В результате в №22, имеющем твердость немного выше, чем верхнее предельное значение в диапазоне, соответствующем изобретению, при испытании со сверлением возникли трещины из-за его низкой ударной вязкости. В случаях образцов с №№ 21, 23, 24, 25, 26, 27, 28 и 29, изготовление из них фланцевого элемента было затруднено из-за их низкой ударной вязкости и высокой твердости.
Список ссылочных обозначений
[0045]
1 - Стальная труба
2 - Фланцевый элемент
1. Лист из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, предназначенный для изготовления фланцевого элемента выхлопной трубы, имеющий следующий химический состав, мас.%: 0,003-0,030 С, 2,0 или менее Si, 2,0 или менее Mn, 0,050 или менее Р, 0,040 или менее S, 10,0-19,0 Cr, 0,030 или менее N, 0,07-0,50 Ti, 0,010-0,20 Al, остальное - Fe и неизбежные примеси, имеет параметр К, заданный приведенным далее уравнением (1), который составляет 150 или более, твердость на поверхности листа, составляющую 170 HV или менее, и толщину листа 5,0-11,0 мм:
Параметр К=-0,07×Cr-6790× Своб(С+N)-1,44×d+267, (1)
где Cr - содержание (мас.%) хрома в стали;
Своб(С+N) - значение (мас.%), полученное путем вычитания общего содержания (мас.%) С и N в извлеченном осадке, полученном при электролитическом извлечении, из общего содержания (мас.%) С и N в стали; и
d - средний диаметр (мкм) кристаллических зерен, рассчитанный для отполированной визуально изучаемой поверхности среза (среза L) в плоскости, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа, при помощи метода секущих с проведением прямых линий, который определен в стандарте JIS G0551:2013, Annex С.
2. Лист по п.1, причем стальной лист имеет химический состав, дополнительно содержащий 1,50 мас.% или менее Mo.
3. Лист по п.1, причем стальной лист имеет химический состав, дополнительно содержащий 0,0030 мас.% или менее В.
4. Способ изготовления листа из титансодержащей ферритной нержавеющей стали, предназначенного для изготовления фланцевого элемента выхлопной трубы, по любому из пп.1-3, содержащий следующие этапы:
- нагревают сляб из стали, имеющей упомянутый химический состав, в нагревательной печи, вынимают сляб, имеющий температуру 950-1120°С, из нагревательной печи, выполняют прокатку сляба в стане черновой прокатки с получением промежуточного сляба, имеющего толщину 20-50 мм и температуру на поверхности 700-850°С, выполняют горячую прокатку промежуточного сляба с получением толщины 5,0-11,0 мм и выполняют свертывание в рулон при температуре на поверхности 650-800°С, в результате чего получают горячекатаный стальной лист; и
- выполняют отжиг горячекатаного стального листа при температуре 800-1100°С, в результате чего получают горячекатаный и отожженный стальной лист, имеющий твердость на поверхности, составляющую 170 HV или менее.
5. Фланцевый элемент, полученный из листа из титансодержащей ферритной нержавеющей стали по любому из пп.1-3.
6. Фланцевый элемент по п.5, представляющий собой фланцевый элемент выхлопной трубы автомобиля.
