Холоднокатаная сталь для глубокой вытяжки

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно, к химическому составу низкоуглеродистых холоднокатаных сталей, предназначенных для изготовления изделий сложной конфигурации, преимущественно деталей автомобиля. Основной технический результат изобретения состоит в повышении относительного удлинения, коэффициента нормальной пластической анизотропии, а также обеспечении хорошей адгезии защитных покрытий к стальной полосе. Это достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, алюминий, хром, никель, медь, азот, ниобий, железо, дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,003-0,15; кремний 0,005-0,02; марганец 0,05-0,2; сера 0,004-0,012; алюминий 0,015-0,06; хром 0,005-0,04; никель 0,004-0,03; медь 0,006-0,05; азот 0,001-0,006; ниобий 0,01-0,015; фосфор (0,005-0,015) или (0,05-0,1) 1,5 сера + 3,43 азот + 6 углерод < титан < 1,5 сера + 3,43 азот + 10 углерод, железо - остальное. Сталь дополнительно содержит бор 0,0005 - 0,005. 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к химическому составу низкоуглеродистых холоднокатаных сталей, предназначенных для изготовления изделий сложной конфигурации, деталей автомобилей, в том числе с защитными покрытиями.

Известна сталь для сверхглубокой вытяжки, содержащая 0,005% С, ≅ 0,8% Si, ≅0,1% P, ≅ 1% Mn, 0,01-0,1% Al, ≅ 0,005% N, бор, титан, ниобий [1] Недостатками этой стали являются ее низкая пластичность вследствие высокого содержания кремния и марганца, плохая адгезия и фосфатируемость наносимых защитных покрытий.

Известна также холоднокатаная листовая сталь, обладающая хорошим комплексом механических свойств, содержащая, ≅0,0040 С, ≅ 0,40 Mn, 0,008-0,090 Al, 0,0010-0,0050 N, 0,0005-0,0050 B [2] Недостатками данной стали является отсутствие необходимой текстуры, что ухудшает параметры штампуемости.

Наиболее близкой по химическому составу является холоднокатаная листовая сталь, содержащая, 0,001-0,015 C, 0,01-1,20 Mn, ≅ 0,10 Al, 0,0005-0,0060 N, 0,01-0,15 Nb, 0,06-0,10 P, 0,05-1,00 Cr, 0,05-1,00 Ni, 0,005-1,00 Cu, 0,10-2,00 Si [3] Недостатками данной стали являются ее высокая прочность и соответственно недостаточная пластичность и штампуемость стали при невысоком уровне качества покрытия.

Требуемый технический результат, а именно повышение относительного удлинения, коэффициента нормальной пластической анизотропии (штампуемости), обеспечение хорошей адгезии защитных покрытий к стальной полосе при исключении склонности к старению достигается тем, что в сталь дополнительно вводят титан, бор, ограничивают содержание кремния, никеля и фосфора.

Сущность предполагаемого изобретения заключается в регулировании микроструктуры холоднокатаной стали как за счет химического состава, так и режимов прокатного передела, что обеспечивает высокое относительное общее и равномерное удлинение, высокое качество поверхности и минимальную склонность к деформационному старению. В качестве критерия склонности стали к деформационному старению, а, следовательно, к способности образовывать дефекты в виде полос линий скольжения, использовали наличие зуба и площадки текучести, а также ее длину.

Известно, что ответственными за деформационное старение являются находящиеся в твердом растворе атомы внедрения (углерод, азот). Атомам азота принадлежит одна из главных ролей в инициировании склонности к естественному старению. Поэтому, чтобы сделать сталь нестареющей, необходимо азот вывести из твердого раствора. Для этого с одной стороны, требуется ограничить его содержание в металле, а с другой связать дополнительно нитридообразующими элементами, прежде всего титаном, бором.

Учитывая сложный характер вытяжки деталей, металл должен обладать достаточно низкой прочностью, что вынуждает ограничивать содержание кремния и марганца, а также высокой пластичностью и отсутствием охрупчивания по границам зерен при штамповке.

Верхний предел по содержанию кремния (0,020%) ограничен твердорастворным упрочнением металла, а также способностью кремния к эффекту Санделина, связанного с ухудшением процесса нанесения защитных покрытий за счет химических реакций в поверхностных слоях металла. Нижний предел по содержанию кремния (0,005% ) определяется практическим устранением вредного влияния кремния при значительных затратах для его дальнейшего снижения.

Содержание фосфора следует ограничивать диапазоном 0,005-0,015% что связано со следующим. При его содержании до 0,015% и соответственно низких концентрациях углерода и соответственно низких концентрациях углерода в металле удается обеспечить минимальное охрупчивание по границам зерен; получение содержания фосфора менее 0,005% нецелесообразно, т.к. охрупчивание по границам зерен практически отсутствует, но резко возрастают затраты на получение сверхнизкого содержания фосфора.

Учитывая, что важнейшим показателем штампуемости является коэффициент нормальной пластической анизотропии R, провели исследования по влиянию содержания фосфора на этот показатель. В результате исследования было подтверждено положительное влияние введения определенного количества фосфора на стабилизацию результатов по получению высоких значений показателя R. Наиболее эффективно для достижения максимальных значений R оказалось содержание фосфора в пределах 0,05-0,10% При содержании фосфора более 0,10% не наблюдалось четкой взаимосвязи с коэффициентом R, однако при этом возникала необходимость увеличения расхода дорогостоящих сплавов с фосфором. При содержании фосфора менее 0,05% эффект по влиянию на R полностью перекрывался ухудшением штампуемости за счет охрупчивания по границам зерен.

Содержание бора в пределах 0,0005-0,005% выбрано с одной стороны (не менее 0,0005%) отсутствием его положительного влияния на предотвращение охрупчивания по границам зерен в твердом растворе и нитридообразование, а с другой стороны, при содержании бора более 0,005% проявляется его отрицательное влияние на микроструктуру литого металла, что может приводить к межкристаллитной хрупкости.

Важнейшим элементом предполагаемого химического состава стали является титан, который по сродству к углероду и азоту, прочности и стойкости карбидов и нитридов, их устойчивости к распаду в ряду переходных металлов стоит за гафнием и цирконием. Однако, помимо ярко выраженной склонности титана к образованию нитридов и карбидов некоторое количество титана связывается в сульфиды. Наличие необходимого количества титана в стали определяется по формуле (1): 1,2-2,5 (1) При содержании титана, приводящем к значению левой части в выражении (1) менее 1,2 не наблюдается эффективного связывания атомов внедрения, что значительно ухудшает показатель штампуемости стали, при значениях левой части более 2,5 за счет большого количества титана в стали ухудшается ее разливаемость, увеличивается заметно количество неметаллических включений, что в конечном итоге отражается на ее штампуемости.

Минимальное количество углерода и азота в твердом α-растворе достигается введением в сталь, как указывалось выше, микролегирующих элементов титана и ниобия, однако введение большого количества связующих элементов неэкономично, поэтому следует ограничивать общее содержание углерода и азота в стали.

Ограничение содержания никеля обусловлено тем, что при его содержании больше 0,030% наблюдается снижение коэффициента деформационного упрочнения, получение никеля менее 0,004% экономически не оправдано.

Реализацию предполагаемого изобретения осуществляли следующим образом: выплавляли металл в вакуумно-индукционной печи емкостью 40 кг типа "Бальцерс". Раскисление и легирование металла проводили в инертной атмосфере аргона путем требуемого количества раскислителей и легирующих материалов через шлюзовую камеру. Металл разливали в изложницы с защитой струи от вторичного окисления и деазотации. Химический состав выплавляемой стали приведен в табл. 1.

Горячую прокатку осуществляли на толщину 3,0 мм. Температура конца прокатки составляла 880-900^оС, температура смотки 740-750^оС. Холодную прокатку осуществляли на конечную толщину 0,76 мм, затем полосу отжигали. Обжатие при дрессировке составляло 0,9-1,1% В качестве покрытия стальной полосы использовали "Бонацинк" толщиной 14-18 мкм.

Механические свойства холоднокатаной стали и качество поверхности представлены в табл. 1, где n показатель деформационного упрочнения.

Анализ полученных данных (табл. 1) показал, что соблюдение заявленных параметров химического состава стали обеспечивает повышение общего относительного удлинения, коэффициента нормальной пластической анизотропии, хорошую адгезию защитных покрытий к стальному листу.

Формула изобретения

1. ХОЛОДНОКАТАНАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ВЫТЯЖКИ, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, алюминий, хром, никель, медь, азот, ниобий, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,003 0,015 Кремний 0,005 0,02 Марганец 0,05 0,20 Сера 0,004 0,012 Фосфор 0,005 0,015 или 0,05 0,1 Алюминий 0,015 0,06
Хром 0,005 0,04
Никель 0,004 0,03
Медь 0,006 0,05
Азот 0,001 0,006
Ниобий 0,01 0,15
1,5 · Сера + 3,43 · Азот + 6 · Углерод < Титан < 1,5 · Сера + 3,43 · Азот + 10 · Углерод
Железо Остальное
2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бор 0,0005 0,005 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2