Результат интеллектуальной деятельности: АВТОЛИСТОВАЯ ХОЛОДНОКАТАНАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ШТАМПОВКИ

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве холоднокатаной листовой стали для изготовления штампованных лицевых деталей корпуса легковых автомобилей.

Такая сталь содержит относительно малое количество углерода и другие элементы, в том числе - алюминий. Эта сталь должна обладать определенными механическими свойствами (временное сопротивление - σ_в, предел текучести - σ_т и относительное удлинение δ₄), обеспечивающими ее способность к сложной и весьма особо сложной вытяжке при холодной штамповке. Классификация автолистовой стали (08Ю, 08кп, пс) приведена, например, в справочнике В.Н.Журавлева и О.И.Николаевой «Машиностроительные стали». М.: Машиностроение, 1981, с.170…171.

Известна сталь повышенной износостойкости при ударноабразивном изнашивании, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, азот и железо, причем, содержание углерода в ней составляет 0,8…1,0 вес.%. (см. а.с. СССР №969779, кл. C22C 38/38, опубл. в БИ №40, 1982 г.) Однако эта сталь непригодна для производства автолиста из-за недостаточной ее штампуемости.

Наиболее близким аналогом к заявляемой автолистовой стали является холоднокатаная сталь для глубокой вытяжки (Патент РФ №2034088, C22C 38/50).

Эта сталь с заданными механическими свойствами содержит углерод, марганец, серу, фосфор, кремний, хром, никель, медь, азот, алюминий, титан, ниобий и железо.

Недостатком такой стали являются относительно невысокие ее потребительские свойства, в особенности - при штамповке автомобильных корпусных деталей.

Технической задачей настоящего изобретения является улучшение потребительских свойств автолистовой стали.

Для решения этой задачи предлагаемая автолистовая холоднокатаная сталь для глубокой штамповки, содержащая углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, хром, никель, медь, азот, алюминий, титан, ниобий и железо, отличается тем, что она содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:

где (S), (N), (С) - содержание в стали серы, азота и углерода, и имеет временное сопротивление σ_в=270…350 Н/мм², предел текучести σ_т≤180 Н/мм², относительное удлинение δ₄≥38%, и коэффициент пластической анизотропии r₉₀≥1,8 и показатель деформационного упрочнения n₉₀≥0,22.

Определение r₉₀ и n₉₀ дается, например, в обзорной информации «Анализ современных методов оценки штампуемости низкоуглеродистой листовой стали», бюллетень ЦНИИТИ, серия «Прокатное производство», вып.3. М., 1989, с.11 и 13: r₉₀ - отношение деформации по площади сечения образца к деформации по его толщине; n₉₀ - коэффициент упрочнения: чем он меньше, тем раньше наступает пластическая деформация.

Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации химсостава и механических характеристик супернизкоуглеродистой холоднокатаной стали (С от более 0,007 до 0,009), в результате чего обеспечиваются высокие потребительские свойства автолиста. Это обусловлено наличием в стали азота, титана и ниобия, присутствие которых компенсирует весьма низкое содержание в ней углерода и благоприятно влияет на ее микроструктуру. Регламентируемость показателей r₉₀ и n₉₀ гарантирует возможность получения весьма особо сложной вытяжки при глубокой штамповке.

Опытную проверку предлагаемой стали осуществляли в ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». С этой целью при выплавке стали варьировали ее химсостав, а горячую и холодную деформацию (прокатку) вели с одинаковыми режимами, оценивая результаты (при испытаниях образцов) по выходу автолиста с рекомендуемыми показателями, влияющими на способность его к вытяжке при штамповке.

Наилучшие результаты (выход листов категории ВОСВ - 99,8%, остальное - ОСВ) получены с использованием заявляемой стали. Отклонения от предлагаемых химсостава, мехсвойств и пластических характеристик ухудшали достигнутые показатели.

Важнейшими примесями, определяющими прочностные, пластические и технологические свойства, являются углерод, азот, кремний, марганец, фосфор и сера. При повышении содержания C, Si, P, S и Cr в стали возрастали величины σ_в и σ_т, с одновременным снижением величины δ₄, что уменьшало и величину r₉₀, в результате чего выход листов категории ВОСВ не превысил 98,0%. Ni - обеспечивает показатель анизотропии, повышение его содержания более 0,03% и содержания Cu более 0,04% приводило к увеличению количества дисперсного перлита, что ухудшало пластические свойства стали. Увеличение содержания Mn, который вводится для связывания серы, на 0,1% повышало прочность на ~5,0 Н/мм² с ухудшением пластических свойств, при соотношении Mn/S≤10 ухудшались условия горячей прокатки из-за образования на боковых кромках трещин.

Увеличение содержания в прокате хрома и титана приводило к росту величин σ_в и σ_т, а так же к повышению отношения σ_т/σ_в, и к уменьшению величины r₉₀ (<1,8), n₉₀ (<0,22). Это ухудшало штампуемость стали и давало выход листов категории ВОСВ не более 98,2%. Увеличение содержания азота более 0,006% повышало склонность к старению, повышая тем самым временное сопротивление при растяжении и предел текучести.

Уменьшение же содержания в стали элементов, особенно С, Si, Ni, Ti, и Nb, приводило к повышению δ₄, снижению σ_в и σ_т, что вызывало появление при штамповке линий скольжения (Людерса). Снижение содержания Mn менее 0,1% ухудшает условия горячей прокатки из-за образования на боковых кромках трещин.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.

Технико-экономический анализ показал, что использование предлагаемой холоднокатаной автолистовой стали с улучшенными потребительскими свойствами повысит прибыль от реализации тонколистового проката не менее чем на 7%, а выход качественной автолистовой стали не менее чем на 5%.

Пример конкретного выполнения

Низкоуглеродистая холоднокатаная листовая сталь толщиной 1,8 мм содержащая компоненты в следующем соотношении:

С=0,008 мас.%, Mn=0,14%, Si=0,015%, S=0,01%, P=0,01%, Cr=0,02%, Ni=0,02%, Cu=0,035%, N=0,006%, Al=0,045%;

Ti=2,4S+3,43N+0,015%=2,4*0,01+3,43*0,006+0,015=0,245%, a

Nb=7,75C+0,01%=7,75*0,05+0,01=0,4% остальное железо.

выплавлялась конверторным способом, прокатывалась на широкополосном стане горячей прокатки при Тк.п=860-850°С, Тсм=640-660°С. Холодная прокатка производилась на 4-клетевом стане 2500 с подката 3,8 мм (обжатие - 52,6%), отжигалась в колпаковых печах с азотоводородной защитной атмосферой, дрессировалась с обжатием 0,8±0,1%.

Мехсвойства стали: σ_в=310 Н/мм², σ_т=165 Н/мм², δ₄=40%. Величина r₉₀=2,0, показатель n₉₀=0,25.