СТАЛЬНОЙ ЛИСТ, ОБЛАДАЮЩИЙ ПРЕВОСХОДНОЙ ФОРМУЕМОСТЬЮ, И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к стальному листу, обладающему превосходной формуемостью, подходящему в качестве материала для конструкционных деталей автомобилей или для элементов конструкции зданий, мебели, приборных щитов и т.п., а также к способу его производства.

При этом термин «стальной лист», используемый в изобретении, означает лист холоднокатаной и отожженной стали, имеющий толщину не более 3 мм.

Уровень техники

Стальные листы используются в качестве материала для различных конструкционных элементов вследствие их хорошей формуемости. Обычно двумерные листы штампуются прессом в трехмерные конструкционные элементы, которые соединяются друг с другом для дальнейшего образования более сложной трехмерной конструкции.

Традиционно в качестве такого стального листа применялся низкоуглеродистый стальной лист, содержащий около 0,03 масс.% С. В низкоуглеродистом стальном листе формуемость была улучшена посредством осаждения С в виде крупнозернистого цементита. Однако в настоящее время в связи с усложнением формы конструкционных элементов становятся востребованными стальные листы, обладающие лучшими формовочными свойствами. Поскольку цементит вызывает развитие трещин в деталях, штампованных из низкоуглеродистого стального листа, в качестве способа улучшения формуемости таких стальных листов была предпринята попытка снижения уровня образования цементита или полного отсутствия образования цементита.

В патентном документе 1 раскрывается технология, при которой улучшаются формуемость и фосфатируемость стального листа посредством снижения содержания С до уровня не более 0,003 масс.%, добавления Ti и Nb, контроля содержания S и, кроме того, ограничения температуры окончания процесса горячей прокатки в зависимости от содержания Mn, S, Nb и С.

В этом способе могут быть получены превосходные показатели удлинения и r-величины (коэффициент пластической деформации), хотя нельзя сказать, что достигаемая при этом формуемость является достаточной для условий практической штамповки.

В патентном документе 2 раскрывается стальной лист, обладающий устойчивостью против вторичной хрупкости, вызванной наклепом, благодаря сниженному содержанию С до не более 0,0025 масс.% и уменьшенному до не более 15 мкм диаметру ферритного зерна.

Поскольку показатели удлинения листа при этой технологии невелики, обеспечить достаточную формуемость при штамповке в практических условиях не удается.

В патентном документе 3 раскрывается способ получения стального листа, обладающего превосходной способностью к глубокой вытяжке, при котором содержание С снижается до не более 0,0030 масс.% и добавляются оптимизированные в зависимости от содержания С, N и S количества Ti, и, кроме того, горячая прокатка запускается без охлаждения до комнатной температуры после непрерывной разливки и перед чистовой прокаткой выполняется нагревание начерно прокатанного прутка.

В этом способе улучшаются показатели r-величины и устойчивость к вторичной хрупкости, вызванной наклепом, однако характеристики удлинения невелики и не обеспечивается достаточная формуемость в условиях практической штамповки.

В патентном документе 4 раскрывается стальной лист, обладающий хорошей коррозионной устойчивостью и формуемостью благодаря снижению содержания С до не более 0,0015 масс.% и добавлению Аl в зависящих от содержания N количествах.

При этом способе достигается улучшение показателей удлинения и r-величины при простом испытании на разрыв, однако не обеспечивается удовлетворительная формуемость в условиях практической штамповки.

Публикации известного уровня техники

[Патентный документ 1] - патент Японии №2712986;

[Патентный документ 2] - патент Японии №3807177;

[Патентный документ 3] - патент Японии №3428318;

[Патентный документ 4] - патент Японии №3241429.

Сущность изобретения

Проблема, решаемая изобретением

Как указывалось выше, с применением обычных технологий оказывается сложным создание стальных листов, обладающих хорошей формуемостью в условиях практической штамповки.

Данное изобретение должно обеспечить преимущественное решение проблем вышеупомянутых традиционных технологий и создать стальной лист, обладающий превосходной формуемостью в условиях практической штамповки, а также способ его производства.

Пути решения проблемы

В качестве показателя формуемости обычного стального листа, как правило, используются данные по удлинению, получаемые при испытаниях на растяжение. Под таким удлинением подразумевается величина пластической деформации материала, подвергшегося разрыву при испытаниях на растяжение.

Однако когда происходит разрушение, получить продукты не удается. Это означает, что удлинение не является адекватным показателем для штамповки в практических условиях.

Авторы данного изобретения провели изучение деформационного поведения стального листа в условиях практической штамповки.

В результате было установлено, что формуемость в условиях практической штамповки регулируется характеристиками деформационного упрочнения.

Кроме того, было найдено, что важным является наличие высокой степени деформационного упрочнения в диапазоне от 5% до 25%.

В настоящее время авторы данного изобретения выполнили дальнейшее исследование различных факторов, обеспечивающих такие свойства деформационного упрочнения.

В результате были получены следующие сведения:

(1) формуемость улучшается при диспергировании в стали крупнозернистого Ti₄C₂S₂; и

(2) формуемость улучшается еще больше при объединении TiS с Ti₄C₂S₂.

Данное изобретение создано на основе приведенных выше сведений, а его краткое изложение и толкование являются следующими:

1. Стальной лист, обладающий превосходной формуемостью, отличающийся тем, что данная сталь имеет химический состав, содержащий не более 0,01 масс.% С, не более 0,2 масс.% Si, не более 0,5 масс.% Мn, не более 0,04 масс.% Р, от 0,001 до 0,03 масс.% S, не более 0,01 масс.% N, не более 0,1 масс.% Аl и от 0,02 до 0,1 масс.% Ti, остальное Fe и неизбежные примеси, при этом в данной стали диспергировано от 0,005 до 0,5% (объемная доля) Ti₄C₂S₂ со средним размером частиц не менее 10 нм.

2. Стальной лист, обладающий превосходной формуемостью, согласно пункту 1, в котором часть Ti₄C₂S₂ замещена сложным сульфидом TiS·Ti₄C₂S₂.

3. Стальной лист, обладающий превосходной формуемостью, согласно п.1 или 2, содержащий, кроме того, не более 0,0030 масс.% В.

4. Стальной лист, обладающий превосходной формуемостью, согласно любому из пп.1-3, содержащий, кроме того, не более 0,01 масс.% Nb.

5. Стальной лист, обладающий превосходной формуемостью, согласно любому из пп.1-4, содержащий, кроме того, суммарно не более 1 масс.% одного или нескольких элементов, выбранных из группы, состоящей из Сu, Sn, Ni, Са, Mg, Со, As, Cr, Sb, W, Mo, Pb, Та, РЗМ, V, Cs, Zr и Hf.

6. Стальной лист, обладающий превосходной формуемостью, согласно любому из пп.1-5, на поверхность которого нанесен слой покрытия.

7. Способ производства стального листа, описанного в любом из пп.1-6, в котором стальной материал, имеющий химический состав, содержащий не более 0,01 масс.% С, не более 0,2 масс.% Si, не более 0,5 масс.% Мn, не более 0,04 масс.% Р, от 0,001 до 0,03 масс.% S, не более 0,01 масс.% N, не более 0,1 масс.% Аl и от 0,02 до 0,1 масс.% Ti, остальное Fe и неизбежные примеси, подвергают горячей прокатке, охлаждению, намотке, травлению, холодной прокатке и затем непрерывному отжигу для получения стального листа, отличающийся тем, что температура чистовой прокатки составляет не менее 890°С, а температура последующей намотки в рулон - более 600°С.

8. Способ производства стального листа согласно п.7, отличающийся тем, что на стальной лист наносят покрытие.

Эффект изобретения

Согласно данному изобретению является возможным создание стальных листов, обладающих превосходной формуемостью, значительно улучшенной по сравнению с формуемостью обычных стальных листов, и оказание заметного эффекта на состояние промышленности.

Осуществление изобретения

Далее изобретение будет описано более подробно.

Прежде всего будут описаны причины, по которым химическая композиция данного стального листа ограничивается указанными выше границами. При этом проценты, представляющие следующие далее компоненты, означают масс.%, если не указывается иного.

С: не более 0,01%.

С является незаменимым элементом для образования Ti₄C₂S₂, необходимого для увеличения степени деформационного упрочнения стали. В данном изобретении он связывается с Ti и S с образованием тонкодисперсного карбосульфида с тем, чтобы таким образом улучшить степень деформационного упрочнения стального листа. Однако когда содержание С превышает 0,01%, это приводит к дисперсионному отверждению стали под действием TiC, что оказывает неблагоприятный эффект уменьшения деформационного упрочнения. Поэтому содержание С не превышает 0,01%. Предпочтительно оно составляет не менее 0,0005%, но не более 0,005%, более предпочтительно не менее 0,0005%, но не более 0,003%.

Si: не более 0,2%.

Si является элементом, позволяющим регулировать дислокационную структуру для содействия деформационному упрочнению феррита. Однако когда содержание Si превышает 0,2%, становится заметным упрочнение твердого раствора феррита и степень деформационного упрочнения снижается. Поэтому содержание Si не превышает 0,2%. Предпочтительно оно не превышает 0,05%.

Мn: не более 0,5%.

Так как Мn является упрочняющим твердый раствор элементом, в данном изобретении желательно снижение его содержания аналогично Si. Для обеспечения превосходной обрабатываемости содержание Мn должно быть не более 0,5%. Предпочтительно оно не превышает 0,30%.

Р: не более 0,04%.

Так как Р является элементом, упрочняющим твердый раствор, в данном изобретении желательно снижение его содержания. Когда содержание Р превышает 0,04%, становится заметным упрочнение твердого раствора и деформационное упрочнение снижается. Поэтому содержание Р не превышает 0,04%. Предпочтительно оно не превышает 0,03%.

S: не менее 0,001%, но не более 0,03%.

В данном изобретении S является важным элементом, связывающим Ti с образованием Ti₄C₂S₂, чтобы таким образом достигнуть увеличения степени деформационного упрочнения. Поэтому в данном изобретении включается по меньшей мере 0,001% S. С другой стороны, когда содержание S превышает 0,03%, тонкодисперсный TiS укрупняется и выделяется MnS, и, следовательно, ухудшается обрабатываемость. Поэтому в данном изобретении содержание S не превышает 0,03%. Предпочтительно оно не превышает 0,02%.

N: не более 0,01%.

N образует TiN посредством соединения с Ti или образует AlN, связываясь с Аl. Когда содержание N превышает 0,01%, эти нитриды диспергируются в ферритовых зернах с ухудшением степени деформационного упрочнения. Поэтому содержание N не превышает 0,01%. Предпочтительно оно не превышает 0,006%.

Аl: не более 0,1%.

Аl является элементом, действующим как раскислитель. Для обеспечения этого эффекта желательно включение Аl в количестве не менее 0,001%. Когда его содержание превышает 0,1%, количество окисленных включений возрастает настолько, что препятствует движению дислокаций и ухудшает степень деформационного упрочнения. Поэтому содержание Аl не превышает 0,1%.

Ti: не менее 0,02%, но не более 0,1%.

Ti является важным элементом для данного изобретения. Ti образует Ti₄C₂S₂ в ферритовых зернах, вследствие чего улучшается степень деформационного упрочнения стального листа. Однако когда содержание Ti составляет менее 0,02%, количество Ti₄C₂S₂ становится слишком малым и оказывается невозможным контроль движения дислокаций, и, следовательно, не может быть достигнуто достаточное увеличение деформационного упрочнения. С другой стороны, когда содержание Ti превышает 0,1%, осаждаются тонкодисперсные TiC и TiS, что препятствует движению дислокаций и ухудшает степень деформационного упрочнения. Поэтому содержание Ti должно быть не менее 0,02%, но не более 0,1%.

Хотя вышеупомянутое описание касается незаменимых компонентов изобретения, в случае необходимости должным образом могут быть включены следующие далее элементы.

В: не более 0,0030%.

В является элементом, участвующим в упрочении границ зерен, делающихся более выраженными вследствие образования карбидов. Однако когда содержание В превышает 0,0030%, степень деформационного упрочнения ухудшается вследствие упрочения твердого раствора. Поэтому в случае включения В верхний предел его содержания составляет 0,0030%.

Nb: не более 0,01%.

Nb соединяется с С для препятствования выделению цементита в феррит и улучшения формуемости. Однако когда его содержание превышает 0,01%, образуется большее количество тонкодисперсного NbC с повышением предела текучести и ухудшением показателя степени деформационного упрочнения вследствие уменьшения размеров ферритного зерна и дисперсионного твердения. Поэтому верхний предел его содержания составляет 0,01%.

Один или несколько элементов, выбранных из Сu, Sn, Ni, Са, Mg, Со, As, Сr, Sb, W, Mo, Pb, Та, РЗМ, V, Cs, Zr и Hf, - суммарно 1% или менее.

Сu, Sn, Ni, Са, Mg, Со, As, Сr, Sb, W, Mo, Pb, Та, РЗМ, V, Cs, Zr и Hf являются элементами, полезными с точки зрения улучшения коррозионной устойчивости, но если их общее содержание превышает 1%, возникает проблема ухудшения показателя степени деформационного упрочнения вследствие увеличения предела текучести, вызываемого упрочнением твердого раствора, поэтому количество этих элементов, добавляемых индивидуально или в комбинации из двух или более, не должно превышать 1%. Предпочтительно не более 0,5%.

Дальнейшие компоненты, помимо приведенных выше, представлены Fe и неизбежными примесями.

Хотя описанное выше относится к диапазону химического состава композиции стального листа, для достижения ожидаемого эффекта изобретении только регулирования химической композиции до границ вышеупомянутого диапазона недостаточно, и важно, чтобы тип, размер и характер распределения осажденного в стали карбосульфида также находились в указанных интервалах.

Для данного изобретения важно, чтобы осажденный Тi₄С₂S₂ имел средний размер частиц не менее 10 нм. Кроме того, часть Тi₄С₂S₂ может быть замещена сложным карбосульфидом TiS·Ti₄C₂S₂.

Средняя величина частиц карбосульфида (To₄C₂S₂ или сложного карбосульфида TiS·Ti₄C₂S₂) - не менее 10 нм.

В данном изобретении размеры осаждающегося в стали карбосульфида очень важны. Когда средняя величина частиц карбосульфида составляет менее 10 нм, движение дислокаций подавляется и показатель степени деформационного упрочнения снижается. Поэтому средняя величина частиц карбосульфида должна быть не менее 10 нм. Верхний предел средней величины частиц карбосульфида специальным образом не ограничивается, но если он оказывается слишком большим, на границе раздела между ферритом и карбосульфидом легко образуются трещины и становится заметным снижение показателя удлинения, поэтому предпочтительно, чтобы верхний предел средней величины частиц карбосульфида составлял около 500 нм.

При этом средняя величина частиц вышеупомянутого, содержащего Ti карбосульфида означает среднюю величину частиц, полученную измерением размеров отдельных частиц в 10 областях, наблюдаемых при 100000 увеличении, с анализом изображения с помощью круговой аппроксимации.

Объемная доля карбосульфида: 0,005-0,5%/

Когда объемная доля карбосульфида составляет 0,005% об., не может быть достигнуто удовлетворительное улучшение показателя степени деформационного упрочнения, в то время как при ее превышении уровня 0,5% об. дисперсионное твердение приводит к увеличению прочности и ухудшению показателя степени деформационного упрочнения, поэтому в данном изобретении объемная доля карбосульфида должна быть в пределах диапазона от 0,005% до 0,5%.

Кроме того, объемная доля карбосульфида определялась методом реплик, выполняемым обычной электронной микроскопией, при котором на углеродной мембранной подложке выделялись только осадки и размер частиц каждого выделения измерялся с помощью сканирующего электронного микроскопа. Объемная доля выделений вычислялась по объему карбидов, деленному на количество железа, растворенного при методе реплик.

Стальной лист изобретения может быть создан с нанесением на его поверхность слоя покрытия. Посредством образования на поверхности стального листа слоя покрытия обеспечивается улучшение коррозионной устойчивости. В качестве покрытия следует упомянуть, например, цинковое покрытие, легированное цинковое покрытие, электроосажденное цинковое покрытие, такое как электроосажденное покрытие из сплава Zn-Ni, и так далее.

Далее изобретение будет описано в отношении способа производства стального листа.

В данном изобретении в качестве исходного материала предпочтительно используется полученный непрерывной разливкой сляб, который для образования стального листа последовательно подвергается горячей прокатке, охлаждению на выпускном рольганге, намотке, травлению, холодной прокатке и непрерывному отжигу.

В данном изобретении способ плавления стального материала специальным образом не ограничивается, и пригодными являются любые известные способы, применяющие индукционные печи, электропечи, конвертеры и т.п. Также специальным образом не ограничивается и способ литья, однако предпочтительным является метод непрерывной разливки. Когда сляб является горячекатаным, он может быть повторно нагрет в нагревательной печи и затем подвергнут горячей прокатке, или же сразу после отливки с целью выполнения температурной компенсации сляб может нагреваться в течение короткого периода времени в печи, нагретой до температуры не ниже 1250°С.

Полученный таким образом стальной материал (сляб) подвергается горячей прокатке. Горячая прокатка может состоять из черновой прокатки и чистовой прокатки или же только из чистовой прокатки с пропуском этапа черновой прокатки. В любом случае температура чистовой прокатки имеет важное значение.

Температура чистовой прокатки: не ниже 890°С.

Когда температура чистовой прокатки ниже 890°С, ферритные зерна разрастаются, приводя к ухудшению показателя степени деформационного упрочнения. Поэтому температура чистовой прокатки должна быть не ниже 890°С. При этом верхний предел температуры чистовой прокатки специальным образом не ограничивается, но предпочтительно составляет около 1000°С.

Затем горячекатаный стальной лист подвергается охлаждению на выпускном рольганге и сматывается в рулоны. При этом температура намотки в рулон играет важную роль.

Температура намотки в рулон: выше 600°С.

Когда температура намотки в рулон не превышает 600°С, не происходит достаточного осаждения Ti₄C₂S₂ и, следовательно, не достигается эффект изобретения. Поэтому температура намотки должна быть выше 600°С. Предпочтительно она не ниже 620°С, более предпочтительно 640°С. При этом верхний предел температуры намотки в рулон предпочтительно составляет около 760°С.

Далее стальной лист подвергается травлению, холодной прокатке и непрерывному отжигу, которые могут выполняться в соответствии с широко известными обычными способами, поскольку условия холодной прокатки и непрерывного отжига специальным образом не ограничиваются.

Например, предпочтительно, чтобы степень обжатия при холодной прокатке составляла около 40-95%, а температура нагрева при отжиге в ходе непрерывного отжига - около 760-900°С.

Кроме того, на полученный упомянутым выше способом холоднокатаный стальной лист может быть нанесен слой покрытия. Например, поверхность стального листа может быть подвергнута оцинковке для образования цинкового покрытия или после цинкования может быть подвергнута легирующей обработке для образования железоцинкового легированного слоя. Кроме того, слой покрытия может быть получен электролитическим осаждением, например, сплава Zn-Ni или другого подобного.

Примеры

Пример 1

Непрерывной разливкой был изготовлен стальной сляб толщиной 270 мм, имеющий химическую композицию, представленную в таблице 1. Затем сляб был подвергнут чистовой прокатке при показанной в таблице 2 температуре и последующей намотке в рулон при температуре, показанной в таблице 2, для получения горячекатаного стального листа толщиной 2,8 мм. Затем стальной лист был подвергнут травлению для удаления с поверхности окалины, холодной прокатке с обжатием 65% и непрерывному отжигу при температуре 780-860°С. Кроме того, часть стального листа погружалась в ванну для цинкования (0,1% Al-Zn) при 480°С для образования слоя цинкового покрытия плотностью 45 г/м² (на обеих поверхностях) и после этого подвергнута легирующей обработке при 520°С для получения легированного слоя.

Были выполнены испытания на растяжение на образце, вырезанном из стального листа, полученного, как упомянуто выше.

Кроме того, описанным далее образом были оценены тип, средняя величина частиц и объемная доля карбосульфида.

(i) Исследование осажденных фаз

Тонкая фольга, приготовленная из данного холоднокатаного стального листа, изучалась под просвечивающим электронным микроскопом (ТЕМ) и сканирующим электронным микроскопом (SEM) при увеличении 10000-260000 для определения типа содержащего Ti карбосульфида.

Кроме того, согласно вышеупомянутым способам были измерены средняя величина частиц и объемная доля содержащего Ti карбосульфида соответственно.

(ii) Испытания на растяжение

Образец для испытаний на растяжение JIS No.5 (JIS Z2201), при котором направление растяжения является параллельным направлению прокатки, был получен из данного стального листа и подвергнут испытаниям на растяжение согласно способу, определенному в JIS Z2241, для измерения прочности при растяжении. Кроме того, в диапазоне деформаций от 0,05 до 0,25 была вычислена n-величина, представляющая показатель степени деформационного упрочнения.

Считается, что когда n-величина не ниже 0,20, штампуемость является превосходной.

Полученные таким образом результаты также представлены в таблице 2.

Как видно из Таблицы 2, все стальные листы, полученные согласно изобретению, имеют n-величину не менее 0,20 и обладают превосходной штампуемостью.

Как видно из таблицы 2, все стальные листы, полученные согласно изобретению, имеют n-величину не менее 0,20 и обладают превосходной штампуемостью.