Способ производства холоднокатаного горячеоцинкованного проката из стали с двухфазной феррито-мартенситной структурой

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу производства холоднокатаного горячеоцинкованного высокопрочного листового проката из стали с двухфазной феррито-мартенситной структурой, который может быть использован в автомобильной промышленности. Проводят горячую прокатку сляба, после которой осуществляют охлаждение водой и смотку полосы в рулон. Затем осуществляют травление и холодную прокатку, после которой проводят обработку полосы в агрегате непрерывного горячего цинкования путем нагрева до температуры отжига, выдержки, ускоренного охлаждения, нанесения цинкового покрытия и дрессировки. Упомянутый сляб получают из стали, имеющей следующий химический состав, мас. %: углерод 0,06-0,14, кремний не более 0,35, марганец 1,3-2,6, хром 0,20-0,60, молибден не более 0,30, алюминий 0,02-0,08, ниобий не более 0,08, фосфор не более 0,02, сера не более 0,02, железо и неизбежные примеси остальное. Полосу нагревают до температуры отжига 730-800°С, ускоренное охлаждение проводят со скоростью 20-35°С/с и заканчивают при температуре 450-500°С, а дрессировку осуществляют с удлинением 0,3-0,7%. Кроме того, горячую прокатку заканчивают при температуре 780-890°С, смотку полосы в рулон проводят при температуре не менее 560°С, а удельное натяжение полосы в агрегате непрерывного горячего цинкования на стадиях нагрева, выдержки, охлаждения и нанесения цинкового покрытия составляет не менее 0,4 кг/мм². Обеспечивается стабильное повышение пластичности и снижение затрат на производство холоднокатаного горячеоцинкованного проката из двухфазной стали с феррито-мартенситной структурой, при сохранении комплекса механических свойств. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам производства холоднокатаного горячеоцинкованного высокопрочного проката из стали с двухфазной феррито-мартенситной структурой, который может быть использован в автомобильной промышленности.

Одним из определяющих качеств автолиста является его способность к вытяжке при штамповке деталей автомобиля. Холоднокатаные горячеоцинкованные полосы в зависимости от класса прочности должны соответствовать определенному комплексу механических свойств. При этом производимый прокат в настоящее время, как правило, имеет значения относительного удлинения на нижнем пределе предъявляемых требований, а также наблюдается нестабильность значений прочностных характеристик в пределах одного класса прочности, что затрудняет переработку проката у потребителей.

Известен способ изготовления холодно- или горячекатаной ленты из двухфазной стали с повышенной прочностью и высокой характеристикой деформируемости, предназначенной, в частности, для автомобилей с облегченной конструкцией, содержащей следующие элементы, вес. %: углерод от 0,1 до 0,16%, алюминий от 0,02 до 0,05%, кремний от 0,40 до 0,60%, марганец 1,5 до 2,0%, фосфор меньше или равно 0,020%, сера меньше или равно 0,003%, азот меньше или равно 0,01%, ниобий больше или равно 0,01%, ванадий больше или равно 0,02%, остальное - железо и присущие стали сопутствующие элементы, а также оптимальная добавка титана, при этом двухфазная структура образуется при непрерывном отжиге, согласно которому холодно- или горячекатаную стальную ленту нагревают в проходной печи за одну стадию до температуры от 820 до 1000°С, предпочтительно от 840 до 1000°С, затем отожженную стальную ленту охлаждают с температуры отжига при скорости от 15 до 30°С/с. Способ обеспечивает получение однородных механических и технологических свойств при изготовлении ленты различной толщины (Патент RU 2443787, МПК C21D 8/02, C21D 9/46, С22С 38/12, опубликован 27.02.2012).

Недостаток данного способа заключается в том, что термообработка производится до температур значительно выше А_с3, что может привести к формированию разнозернистой структуры и, следовательно, к анизотропии свойств, а также частичному превращению аустенита не по мартенситному, а бейнитному механизму, что отрицательно сказывается на комплексе механических свойств двухфазной стали.

Наиболее близким аналогом является способ производства холоднокатаного горячеоцинкованного проката из стали с двухфазной феррито-мартенситной структурой, включающий горячую прокатку сляба, травление, холодную прокатку и нанесение цинкового покрытия, при этом сталь содержит следующие элементы, мас, %: 0,05-0,4 углерода, 0,01-3,0 кремния, 0,1-3,0 марганца, ≤0,04 фосфора, ≤0,05 серы, ≤0,01 азота, 0,01-2,0 алюминия, суммарное содержания кремния и алюминия более 0,5, остальное железо неизбежные примеси. При изготовлении стального листа сляб нагревают до 1100°С или выше, горячую прокатку завершают при температуре превращения Ar₃ или выше, смотку производят при температуре 700°С и ниже, степень обжатия при холодной прокатке 40-70%, отжиг ведут при температуре 730-900°С (JP 5953693, МПК C21D 9/46, опубл. 20.07.2016).

Недостатком известного способа является высокое содержания кремния в химическом составе. Высокое содержание кремния при производстве оцинкованного металла приводит к окислению поверхности металлопроката в восстановительной азотно-водородной атмосфере печи термохимического отжига, что приводит к образованию недопустимого дефекта «непрооцинковка».

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение стабильного повышенного уровня пластичности и снижение затрат на производство холоднокатаного горячеоцинкованного проката из стали с двухфазной феррито-мартенситной структурой, при сохранении комплекса прочностных свойств, присущего классу прочности 590, 600, 780, и 980 МПа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаного горячеоцинкованного проката из стали с двухфазной феррито-мартенситной структурой, включающий горячую прокатку сляба, травление и холодную прокатку, согласно которому после горячей прокатки сляба проводят охлаждение водой, смотку полосы в рулон, а после холодной прокатки проводят обработку полосы в агрегате непрерывного горячего цинкования путем нагрева до температуры отжига, выдержки, ускоренного охлаждения, нанесения цинкового покрытия и дрессировки, при этом сляб получают из стали, имеющей следующий химический состав, мас. %

углерод	0,06-0,14
кремний	не более 0,35
марганец	1,3-2,6
хром	0,20-0,60
молибден	не более 0,30
алюминий	0,02-0,08
ниобий	не более 0,08
фосфор	не более 0,02
сера	не более 0,02
железо и неизбежные примеси	остальное,

при этом полосу нагревают до температуры отжига 730-800°С, ускоренное охлаждение проводят со скоростью 20-35°С/сек и заканчивают при температуре 450-500°С, а дрессировку осуществляют с удлинением 0,3-0,7%.

Кроме того, горячую прокатку заканчивают при температуре 780-890°С, смотку полосы в рулон проводят при температуре не менее 560°С, а удельное натяжение полосы в агрегате непрерывного горячего цинкования на стадиях нагрева, выдержки, охлаждения и нанесения цинкового покрытия составляет не менее 0,4 кг/мм².

Сущность изобретения заключается в следующем. Обеспечение необходимого комплекса механических свойств, включающего предел прочности, предел текучести, отношение предела текучести к пределу прочности и относительное удлинение, достигается использованием определенного химического состава и способа производства холоднокатаного горячеоцинкованного проката из стали с двухфазной феррито-мартенситной структурой.

Углерод - один из упрочняющих элементов, при содержании углерода менее 0,06% прочностные свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,14% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.

Кремний, марганец, хром и молибден также являются упрочняющими элементами в двухфазной феррито-мартенситной стали.

Кремний в диапазоне не более 0,35% повышает устойчивость аустенита в результате ускорения выделения феррита и обогащения оставшейся части аустенита углеродом, что способствует увеличению пластичности феррита за счет снижения в нем углерода.

Марганец играет важную роль в процессе образования и стаблизации аустенита. При содержании марганца более 2,6% ухудшается процесс смачивания полосы цинком. При содержании марганца менее 1,3% невозможно получить требуемые прочностные характеристики.

Хром в диапазоне 0,20-0,60% повышает прокаливаемость аустенита и его устойчивость во время охлаждения после отжига в межкритическом интервале температур, что способствует образованию мартенсита во время ускоренного охлаждения. Введение хрома понижает температуру начала мартенситного превращения и позволяет снизить отношение предела текучести к пределу прочности.

Молибден в количестве не более 0,30% эффективно замедляет ферритное и перлитное превращения при охлаждении после термообработки, а также замедляет бейнитное превращение.

Алюминий в пределах 0,02-0,08% способствует образованию феррита. Содержание алюминия за пределами указанного диапазона может привести к росту температуры превращения в межкритическом диапазоне и невозможности полной аустенизации, росту температуры начала мартенситного превращения.

Ниобий не более 0,08% формирует выделения карбонитридов, которые замедляют ход рекристаллизации и в результате перед аустенито-ферритным превращением сохраняется нерекристаллизованная аустенитная структура с большой площадью поверхности границ на единицу объема. А так как эта характеристика отвечает за зарождение зерен феррита, то в результате получается мелкозернистая структура

Фосфор понижает чувствительность аустенита к температуре нагрева, расширяя двухфазную область, и является наиболее эффективным твердорастворным упрочнителем феррита, поэтому его содержание не должно превышать 0,02%

Сера оказывает негативное влияние на свойства двухфазной стали, поэтому ее содержание не должно превышать 0,02%.

Отжиг при температуре 730-800°С способствует более полному протеканию процессов рекристаллизации и фазового превращения, что позволяет достигнуть необходимого уровня пластичности стали.

Ускоренное охлаждение до температуры 450-500°С и последующее низкотемпературное перестаривание позволяют получать мартенсит в необходимом объеме для улучшения прочностных характеристик металла.

Охлаждение со скоростью 20-35°С/сек позволяет получить требуемый уровень механических свойств, при запредельных значениях не удается получить необходимые свойства.

Дрессировка с удлинением 0,3-0,7% позволяет получить необходимую микрогеометрию поверхности и механические свойства готового проката.

Кроме того, завершение горячей прокатки при температуре 780-890°С обеспечивает наиболее высокий комплекс механических свойств горячеоцинкованного проката. Смотка полосы при температуре не менее 560°С приводит к увеличению количества и размеров нановыделений, сформировавшихся в аустените при охлаждении смотанного рулона, что способствует получению высоких значений относительного удлинения холоднокатаного проката после отжига.

Удельное натяжение полосы в агрегате непрерывного горячего цинкования на стадиях нагрева, выдержки, охлаждения и нанесения цинкового покрытия составляет не менее 0,4 кг/мм². Это приводит к более раннему протеканию процессов рекристаллизации и фазового превращения, формированию большого количества зародышей новых зерен, повышению однородности и дисперсности структуры, более полному диффузионному перераспределению элементов между аустенитом и ферритом в соответствии с их равновесным содержанием при заданной температуре отжига.

Пример реализации способа.

В кислородном конвертере выплавили сталь, химический состав которой приведен в таблице 1.

Непрерывнолитые слябы из стали с указанным химическим составом нагревали в методической печи до 1150°С и прокатывали на непрерывном стане до толщины 3 мм. Горячую прокатку заканчивали при температуре 830°С, полосу охлаждали на установке ламинарного охлаждения и сматывали в рулон при температуре 610°С. Полученные рулоны подвергали травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-клетевом стане до толщины 1,0 мм. Нагартованный прокат обрабатывали в агрегате непрерывного горячего цинкования. Прокат нагревали до 765°С, ускоренно охлаждали до 470°С. Удельное натяжение полосы на стадиях нагрева, выдержки, охлаждения и нанесения цинкового покрытия составляло 0,5 кг/мм², дрессировку осуществляли с удлинением 0,5%. Механические свойства проката класса прочности 980 МПа после обработки представлены в таблице 2.

Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ производства холоднокатаного горячеоцинкованного проката из стали с двухфазной феррито-мартенситной структурой позволяет получить требуемый уровень механических свойств для класса прочности 980 МПа.

Таким образом, опытная проверка показала приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели.

1. Способ производства холоднокатаного горячеоцинкованного проката из стали с двухфазной феррито-мартенситной структурой, включающий горячую прокатку сляба, травление и холодную прокатку, отличающийся тем, что после горячей прокатки сляба проводят охлаждение водой, смотку полосы в рулон, а после холодной прокатки проводят обработку полосы в агрегате непрерывного горячего цинкования путем нагрева до температуры отжига, выдержки, ускоренного охлаждения, нанесения цинкового покрытия и дрессировки, при этом сляб получают из стали, имеющей следующий химический состав, мас. %:

углерод	0,06-0,14
кремний	не более 0,35
марганец	1,3-2,6
хром	0,20-0,60
молибден	не более 0,30
алюминий	0,02-0,08
ниобий	не более 0,08
фосфор	не более 0,02
сера	не более 0,02
железо и неизбежные примеси	остальное

при этом полосу нагревают до температуры отжига 730-800°С, ускоренное охлаждение проводят со скоростью 20-35°С/с и заканчивают при температуре 450-500°С, а дрессировку осуществляют с удлинением 0,3-0,7%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удельное натяжение полосы в агрегате непрерывного горячего цинкования на стадиях нагрева, выдержки, охлаждения и нанесения цинкового покрытия составляет не менее 0,4 кг/мм².

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячую прокатку заканчивают при температуре 780-890°С, а смотку полосы в рулон проводят при температуре не менее 560°С.