Низкоуглеродистая холоднокатаная тонколистовая сталь

Изобретение относится к металлургии, в частности к сталям, используемым в автомобилестроении. Предлагаемая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, серу, фосфор, никель, медь и железо, в мас.%: С - 0,02...0,05; Si - до 0,02; Mn - 0,15...0,19; фосфор - до 0,015; сера - до 0,02; хром - до 0,03; никель - до 0,06; медь - до 0,06; остальное железо, при этом микроструктура стали в готовом виде имеет структурно-свободный цементит не более второго балла, а сталь соответствует весьма глубокой и сложной категориям вытяжки. Технический результат - повышение потребительских свойств холоднокатаной низкоуглеродистой тонколистовой стали за счет улучшения ее штампуемости.

 

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве холоднокатаной тонколистовой стали для автомобилестроения.

Такая сталь, толщиной до 3,0 мм подвергаемая холодной штамповке, чаще всего - низкоуглеродистая, например, марок 08Ю, 08пс, 08Фкп, и 08кп. Основные требования и выбор листовой стали для холодной штамповки приведены, например, в справочнике В.Н.Журавлева и О.И.Николаевой "Машиностроительные стали", 3-е изд., М., "Машиностроение", 1981, с.165-168. На способность холоднокатаной стали к штамповке большое влияние оказывают включения в ее микроструктуре структурно-свободного цементита, которые могут вызвать разрывы листов при их вытяжке. Поэтому структурно-свободный цементит оценивается по шкале "1" ГОСТ 5640 в баллах с указанием максимально-допустимой величины балла.

Известна полосовая углеродистая сталь, преимущественно для профилирования, содержащая углерод, кремний, марганец и др. компоненты в заданном соотношении, у которой механические характеристики (временное сопротивление, предел текучести и др.) находятся в определенных пределах (см.пат. РФ № 2200206 от 4. 05.2001 г.). Однако эта сталь непригодна для изготовления автолиста из-за малой ее способности к глубокой вытяжке при штамповке.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является низкоуглеродистая тонколистовая холоднокатаная сталь 08Ю, химсостав и микроструктура которой регламентируется ГОСТ 9045-93.

Эта сталь содержит углерод, кремний, марганец и др. компоненты (элементы) в заданных количествах и характеризуется содержанием в ней металлического алюминия в пределах 0,02...0,07%, а величина балла структурно-свободного цементита в ее структуре должна быть не более трех для категорий вытяжек ВГ (весьма глубокая) и СВ (сложная). Недостатком такой стали является несколько повышенное содержание в ней основных компонентов и третий балл цементита в ее микроструктуре, что в ряде случаев вызывает появление дефектов (в основном - трещин и разрывов) при штамповке автомобильных деталей.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение потребительских свойств низкоуглеродистой холоднокатаной тонколистовой стали, используемой преимущественно в автомобилестроении, за счет улучшения ее штампуемости.

Для решения этой задачи указанная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, медь и железо с заданной величиной балла цементита в ее микроструктуре, содержит компоненты в следующем соотношении в мас.%:

углерод	0,02...0,05
кремний	до 0,02
марганец	0,15...0,19
фосфор	до 0,015
сера	до 0,02
хром	до 0,03
никель	до 0,06
медь	до 0,06
железо	остальное,

при этом микроструктура стали в готовом виде имеет структурно-свободный цементит не более 2 балла, а сталь соответствует весьма глубокой и сложной категориям вытяжки.

Верхние пределы содержания углерода, кремния и марганца связаны с необходимостью ограничить твердорастворное упрочнение стали, отрицательно влияющее на штампуемость. Ограничение нижнего предела содержания марганца в основном диктуется экономическими соображениями, так как дальнейшее снижение его содержания не приводит к повышению потребительских свойств стали и улучшению штампуемости.

Ограничение верхнего предела фосфора связано с тем, что при повышенном его содержании в стали может происходить охрупчивание границ зерен, что приводит к уменьшению пластичности и ухудшению штампуемости.

При содержании углерода ниже 0,02 получается крупное зерно феррита, что способствует возникновению дефекта «апельсиновая корка» и снижению удлинения, следовательно, ухудшению штампуемости.

Верхние пределы серы, хрома, никеля и меди связаны с необходимостью ограничить упрочнение стали и повысить потребительские свойства за счет улучшения штампуемости.

Сущность заявленного технического решения состоит в оптимизации содержания отдельных компонентов и номера балла структурно-свободного цементита, отклонение которого в любую сторону ухудшает показатели штампуемости листовой стали.

Действительно, сравнение содержания компонентов в предлагаемой и известной сталях показывает, что их содержание в заявляемой стали меньше (за исключением Ni и Cu), а рекомендуемый балл цементита (для одинаковых категорий вытяжек) - также меньше. Это и приводит к увеличению ресурса пластичности металла при штамповке.

Желаемые свойства стали указанного химсостава обеспечиваются параметрами технологии ее холодной прокатки, отжига и дрессировки, приведенными, например, в справочнике /Под ред. В.И.Зюзина и А.В.Третьякова "Технология прокатного производства", кн. 2, М., "Металлургия", 1991, табл.Y1. 7 на с.643, табл.Y1. 21 на с.685 и с.694-698.

Предлагаемая тонколистовая сталь получается путем выплавки (предпочтительнее - конверторным способом), последующей ее разливки в слябы (например, непрерывнолитые), горячей прокатки на непрерывном широкополосном стане до конечных толщин 3...6 мм, травлении, холодной прокатки до толщин 0,7...3,0 мм, отжига и дрессировки. Химсостав стали контролируется в процессе ее выплавки, а балл структурно-свободного цементита - микроструктуре образцов готового листового проката.

Пригодность полученных листов для весьма глубокой и сложной вытяжек определяется обычно по параметрам лунки на образцах, испытываемых по методике Эриксена (на глубину выдавливания колпака - см., например, книгу Вл. Дедека "Полосовая сталь для глубокой вытяжки", М., "Металлургия", 1970, с.167-170).

Опытную проверку заявляемого технического решения производили при изготовлении автолистовой холоднокатаной стали толщиной 0,9...1,2 мм в листопрокатном цехе №5 ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат", а испытание образцов от полученных листов осуществляли в Центральной лаборатории контроля этого комбината.

Наилучшие результаты (соответствие 98,0...99,5% образцов металла категориям вытяжек ВГ и СВ по ГОСТ 9045-93) получены для предлагаемой стали. Отклонения от вышеприведенных пределов содержания отдельных компонентов и более высокий (3...4) балл структурно-свободного цементита в стали ухудшали пластические свойства стали.

Например, отклонения от рекомендуемого содержания в стали С, Si, Mn, P, S и Cr снижали выход металла категорий вытяжек ВГ и СВ до 83...87%, а при 3...4 балле цементита этот показатель снижался до 76%. Сталь же 08Ю, изготовленная в соответствие с требованиями ГОСТ 9045 (см. выше), дала выход листов вышеназванных категорий вытяжки не более 93%.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость заявляемого технического решения для достижения поставленной цели и его преимущества перед известным объектом, выбранным в качестве ближайшего аналога.

По данным Центральной лаборатории контроля ОАО "ММК" использование предлагаемой стали для производства автолиста позволит повысить прибыль от его реализации за счет улучшения потребительских свойств проката ориентировочно на 5%.

Пример конкретного выполнения
	С	Si	Mn	Р	S	Cr	Ni	Cu	Fe	Выход листов категории вытяжек ВГ и СВ, %
1	0,02	0,01	0,15	0,01	0,01	0,01	0,04	0,04	Остальное	98
2	0,05	0,02	0,19	0,015	0,02	0,03	0,06	0,06	Остальное	98,5
3	0,07	0,025	0,2	0,02	0,03	0,04	0,07	0,07	Остальное	93
4	0,01	0,01	0,1	0,01	0,01	0,01	0,04	0,04	Остальное	93,5

Низкоуглеродистая холоднокатаная тонколистовая сталь, преимущественно для автомобилестроения, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, медь и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод	0,02...0,05
Кремний	До 0,02
Марганец	0,15...0,19
Фосфор	До 0,015
Сера	До 0,02
Хром	До 0,03
Никель	До 0,06
Медь	До 0,06
Железо	Остальное

при этом микроструктура стали в готовом виде имеет структурно-свободный цементит не более второго балла, а сталь соответствует весьма глубокой и сложной категориям вытяжки.