Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕОЦИНКОВАННОЙ ПОЛОСЫ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячеоцинкованной полосы повышенной прочности, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.

Одним из определяющих качеств автолиста является его способность к вытяжке при штамповке деталей автомобиля. Холоднокатаные полосы с повышенной прочностью и высокой способностью к вытяжке в зависимости от класса прочности должны соответствовать определенному комплексу механических свойств (например, согласно таблице 1):

Известен способ производства стали, содержащей не более 0,007% углерода и 0,006% азота, включающий нагрев слябов при температурах 1000-1160°C, горячую прокатку в полосы с температурой конца прокатки 620-720°C, смотку в рулоны при температурах 600-680°C, холодную прокатку с обжатиями не менее 70%, отжиг при температурах 650-900°C и дрессировку. Выдержку при отжиге холоднокатаной стали проводят в течение 5-18 минут при температурах 750-900°C в проходных печах, а выдержку в течение 11-34 часов при температурах 650-750°C в колпаковых печах [Патент РФ №2258749, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, 20.08.2005 г.].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 180 до 300.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий выплавку стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%:

разливку, горячую прокатку, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг с нанесением цинкового покрытия и дрессировку, горячую прокатку заканчивают при температуре, определяемой из соотношения Т_кп≥7300/(3,0-lg[Nb][C])-253, где Т_кп - температура конца прокатки, °С; [Nb] и [С] - содержание ниобия и углерода в стали, %; а рекристаллизационный отжиг осуществляют в проходной печи при температуре, назначаемой в зависимости от содержания ниобия в стали в соответствии с уравнением T_oтж=(750+1850[Nb]±20, где Т_отж - температура термической обработки, °C, [Nb] - содержание ниобия в стали, мас.% [Патент РФ №2255989, МПК C21D 8/04, C22C 38/04, 10.07.2005 г. - прототип].

Недостатки известного способа состоят в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 180 до 300.

Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик стали с сохранением высокой пластичности для обеспечения глубокой штамповки. Для повышения прочностных характеристик в сталь добавляют марганец и фосфор. Для сохранения высокой пластичности выплавляют сталь типа IF без элементов внедрения, таких как углерод, азот, сера. Для связывания этих элементов производят микролегирование титаном и/или ниобием.

Технический результат, заключающийся в повышении уровня механических свойств проката - прочностных характеристик, достигается тем, что в предлагаемых вариантах способов производства горячеоцинкованной полосы, включающих выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг, нанесение цинкового покрытия и дрессировку, выплавляют сталь, содержащую углерод 0,001-0,006%, кремний не более 0,15%, марганец 0,25-1,60%, фосфор не более 0,12%, хром не более 0,15%, никель не более 0,15%, медь не более 0,15%, ванадий не более 0,010%, молибден не более 0,015%, алюминий 0,01-0,09%, азот не более 0,007%, сера не более 0,018%, железо и неизбежные примеси - остальное. При этом в первом варианте способа сталь содержит 0,01-0,09% титана и не более 0,010% ниобия при выполнении соотношения Ti≥4C + 3,43N + 1,5S, а во втором варианте предлагаемого способа сталь содержит 0,01-0,07% титана и 0,01-0,07% ниобия при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75С, где Ti, С, N, S, Nb - содержание титана, углерода, азота, серы, ниобия с условием выполнения соотношения: Cr+Ni+Cu≤0,25%, где Cr, Ni, Cu - содержание хрома, никеля и меди. Горячую прокатку полос в заявляемых способах производства заканчивают при температуре 830-910°С, смотку полос ведут при температуре 530-730°С, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 750-900°С, а дрессировку полос производят с обжатием 0,5-2,5%. Сталь дополнительно может содержать 0,0005-0,005% бора и/или 0,0003-0,001% кальция. Углеродный эквивалент стали определяют из соотношения: C_экв=C+(Mn+Si)/6≤0,28.

Сущность предлагаемой группы изобретений состоит в следующем. На механические свойства холоднокатаной листовой стали влияют как химический состав стали так и режимы деформационно-термической обработки.

Углерод - один из упрочняющих элементов. Увеличение содержания углерода более 0,006% приводит к снижению пластичности, ухудшению штампуемости.

Кремний в стали применен как раскислитель. При увеличении кремния более 0,15% имеет место охрупчивание стали, снижается пластичность, ухудшается штампуемость.

Марганец обеспечивает получение заданного комплекса механических свойств. При содержании марганца менее 0,25% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 1,60% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.

Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности с высокой пластичностью углеродный эквивалент стали должен быть регламентирован в соответствии с выражением:

При запредельном значении углеродного эквивалента более 0,28 ухудшается пластичность.

Фосфор упрочняет сталь, повышает твердость феррита и усиливает выделение дисперсных карбидных включений. Увеличение содержания фосфора более 0,12% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее штампуемость.

Хром, никель, медь упрочняют ферритную матрицу. При содержании каждого из этих элементов более 0,15% снижается пластичность стали, ухудшается ее штампуемость.

Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности с высокой пластичностью суммарное содержание хрома, никеля и меди должно быть регламентировано в соответствии с выражением Cr+Ni+Cu≤0,25%. В противном случае ухудшается пластичность.

Титан и ниобий применены как легирующие элементы. Микролегирование титаном (по первому варианту) или титаном и ниобием (по второму варианту) обеспечивает удаление из твердого раствора примесей внедрения (углерода, азота и серы). Минимальное содержание титана и ниобия определяется требованием достаточного удаления из твердого раствора примесей внедрения. Увеличение содержания титана более 0,09% и ниобия более 0,07% нецелесообразно вследствие чрезмерного упрочнения стали, из-за удорожания стали.

При легировании титаном по первому варианту изобретения должно выполняться соотношение:

При легировании титаном и ниобием по второму варианту изобретения должны выполняться соотношения:

Ванадий и молибден упрочняют ферритную матрицу. При содержании ванадия более 0,010% и молибдена более 0,015% ухудшается штампуемость и увеличивается себестоимость стали.

Алюминий введен в сталь как раскислитель. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность стали, сталь становится склонной к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,09% приводит к ухудшению штампуемости.

Азот является элементом, упрочняющим сталь. Увеличение содержания азота более 0,007% приводит к снижению пластичности и способствует старению стали.

Сера является примесным элементом и упрочняет ферритную матрицу за счет образования сульфидов марганца. Увеличение содержания серы более 0,018% приводит к ухудшению штампуемости.

Горячая прокатка с температурами конца прокатки 830-910°С и смотки 530-730°С обеспечивает формирование оптимальной текстуры металла, которая после холодной прокатки и термообработки по предложенным режимам трансформируется в текстуру с преобладающей кристаллографической ориентировкой <111>, а также микроструктуры с высокой стабильностью и равномерностью. Ниже и выше заявленных температурных пределов технический результат не достигался, а именно сталь приобретала структуру с неблагоприятной для холодной штамповки текстурой и неравномерную микроструктуру ферритной матрицы.

В результате рекристаллизационного отжига при температуре 750-900°С формируется однородная микроструктура. Снижение температуры отжига ниже 750°С или увеличение температуры выше 900°С в проходных печах не обеспечивает получение необходимого уровня механических свойств, либо ухудшается пластичность, либо не достигается необходимая прочность на прокате.

Окончательно механические свойства формируются при дрессировке. Дрессировка полос с обжатием 0,5-2,5% обеспечивает оптимальный уровень механических свойств. Обжатие менее 0,5% приводит к появлению площадки текучести на диаграмме растяжения при испытании на разрыв, а значит, старению. Дрессировка с обжатием более 2,5% ограничена техническими возможностями дрессировочного стана.

Примеры реализации способа.

В кислородном конвертере выплавили низколегированные стали, химический состав которых приведен в таблице 2.

Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,5-3,5 мм. Температура полос на выходе из последней клети стана регламентирована. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой до определенных температур и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-ти клетевом стане до толщины 1,0-2,0 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в проходных печах с нанесением цинкового покрытия. Отожженные полосы дрессировали с заданным обжатием.

В таблице 3 приведены значения углеродного эквивалента опытных плавок согласно зависимости (1).

В таблице 4 указано необходимое минимальное содержание титана и ниобия согласно зависимостям (2)-(4).

В таблице 5 приведены варианты реализации способа производства горячеоцинкованного проката, а также показатели механических свойств.

Из таблиц 2-4 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы №2-9) и выполнения зависимостей (1)-(3) достигаются механические свойства с классами прочности от 180 до 260. При запредельных значениях заявленных параметров (составы №1 и №10) и использовании способа-прототипа (состав №11) классы прочности от 180 до 300 не достигаются либо по прочности, либо по пластичности: для составов №1 и №11 классу прочности 180 не соответствует предел текучести; для состава №10 классу прочности 300 не соответствует предел текучести и относительное удлинение.