Способ производства изделия из стали
Изобретение относится к области производства стального листа или стальной полосы. Для обеспечения высокого предела текучести, изотропной деформируемости и пластичности при низких температурах способ включает получение сляба из стали, содержащей, мас.%: С: <1,00, Mn: 7,00-30,00, Al: - 1,00-10,00, Si: >2,50-8,00, Al+Si: >3,50-12,00, В: <0,01, Ni: <8,00, Cu: <3,00, N: <0,60, Nb: <0,30, Ti: <0,30, V: <0,30, Р: <0,01 железо и неизбежные примеси - остальное, нагрев сляба, как минимум, до 1100°С и горячую прокатку, конечная температура которой составляет минимум 800°С, смотку горячекатаной полосы при температуре от 450 до 700°С, холодную прокатку горячекатаного листа со степенью деформации от 30 до 75% в холоднокатаный лист, рекристаллизационный отжиг при температуре от 600 до 1100°С и холодную деформацию со степенью деформации от 2,5 до 25%. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение касается способа производства изделия из стали, имеющего высокий предел текучести. Изделие согласно изобретению является, в частности, стальным листом или стальной полосой.
Для производства деталей кузовов автомобилей и применения в низкотемпературных условиях из документа DE 19727759 C2 известна легкая конструкционная сталь, содержащая наряду с железом от 10 до 30% марганца, от 1 до 8% алюминия и от 1 до 6% кремния, причем сумма содержаний алюминия и кремния не превосходит 12%. В этой известной стали углерод содержится на уровне примеси.
В известной из документа DE 19900199 A1 легкой конструкционной стали углерод предусмотрен как опциональный легирующий элемент. Известная легкая сталь содержит от 7 до 27% марганца, от 1 до 10% алюминия, от 0,7 до 4% кремния, менее 0,5% углерода, менее 10% хрома, менее 10% никеля и менее 0,3% меди. Кроме того, в стали могут содержаться азот, ванадий, ниобий, титан и фосфор, причем сумма этих элементов не превышает 2%.
Стали представленного выше вида обладают TWIP-свойствами ("TWIP" = "Twinning Induced Plasticity"). Это значит, что они обладают высокой пластичностью при, одновременно, хорошей прочности и незначительном весе. В соответствии с этим из легкой конструкционной TWIP-стали может изготавливаться изделие с крайне высокими пределами прочности и растяжения. У стального листа, произведенного из известной легкой конструкционной TWIP-стали, минимальный предел текучести лежит, как правило, в диапазоне от 260 до 330 МПа.
Еще более высокие характеристики текучести при одновременно хорошей деформируемости могут достигаться, например, у сталей с TRIP-эффектом ("TRIP" = "Transformation Induced Plasticity") или у сталей, которые обладают TWIP- и TRIP-свойствами. Однако все варианты известных листовых сталей, произведенных из легкой конструкционной стали указанного вида, имеют характерные недостатки при пределе текучести более 330 МПа. Так, например, могут встречаться разбросы температуры от вязкого разрушения к хрупкому, сильное изменение свойств в зависимости от температуры и анизотропный характер деформации.
Поэтому задача изобретения состояла в том, чтобы предложить способ, который обеспечивает надежное производство стальных изделий из легкой конструкционной стали, при котором достигается изотропный характер при наличии высокого предела текучести и обеспечивается пластичность при низких температурах.
Эта задача решается в способе производства стального изделия, в частности листа или полосы из стали,
- при котором полосу или лист производят из стали, содержащей, мас.%:
углерод менее 1,00
марганец 7,00-30,00,
алюминий 1,00-10,00,
кремний более 2,50-8,00,
алюминий + кремний более 3,50-12,00,
бор менее 0,01,
никель менее 8,00,
медь менее 3,00,
азот менее 0,60,
ниобий менее 0,30,
титан менее 0,30,
ванадий менее 0,30,
фосфор менее 0,01
и в качестве остатка - железо и неизбежные примеси,
и затем для производства готового стального изделия предусмотрена деформация в холодном состоянии со степенью деформации от 2 до 25%.
Согласно изобретению высокие пределы текучести готовых стальных изделий устанавливаются в процессе деформации в холодном состоянии, которому подвергается стальная полоса, после того, как она проходит обыкновенные этапы производства стальной полосы. При использовании легкой конструкционной стали заявленного согласно изобретению состава в способе можно производить изделия, которые обладают высоким пределом текучести при одновременно хорошей деформируемости как из горячекатаной полосы, так и из холоднокатаной полосы. Существенно при этом, что деформация в холодном состоянии проводится с достаточными степенями деформации по окончании производства горячей или холодной полосы.
Согласно изобретению деформация в холодном состоянии может проводиться, к примеру, последующей прокаткой или правкой с растяжением и гибкой листовой стали или стальной полосы. В этих случаях произведенным согласно изобретению изделием является лист или полоса, предел текучести которой лежит выше 330 МПа.
Этого минимального значения, а также уверенно получаемых пределов текучести можно достигать также посредством того, что проведенная согласно изобретению деформация в холодном состоянии является частью технологии производства готовой конструктивной формы детали. Таким образом, можно проводить на последнем этапе соответствующего изобретению способа конечную деформацию в холодном состоянии, к примеру, также глубокой вытяжкой, обтяжкой или гидроформингом. Существенным является при этом лишь то, что достигается достаточная степень деформации, которая лежит выше получаемой при обычном традиционном формовании степени деформации.
Неожиданно выяснилось, что исходя из использованного согласно изобретению сплава стали посредством деформации в холодном состоянии, проведенной к окончанию способа производства без следующего повторного прокаливания, происходит отчетливое повышение предела текучести без ухудшения изотропии или пластичности материала. Таким образом, произведенные согласно изобретению изделия, в частности лист или полоса, отличаются оптимальной комбинацией из предельного относительного удлинения при разрыве и предела текучести. Дополнительно они обладают TWIP-свойствами. Они отчетливо превосходят подобные, традиционно производимые изделия из легкой конструкционной стали. С помощью способа согласно изобретению возможно простым способом производить изделия из легкой стали с наибольшими пределами текучести, которые отличаются хорошей деформируемостью при незначительном весе.
Надежность, с которой достигается согласно изобретению возможный производственный результат, можно повысить посредством того, что степень деформации в холодном состоянии составляет не более 15%, в частности не более 10%.
Как исходный продукт для производства стальных продуктов согласно изобретению можно использовать горяче- или холоднокатаные полосы. При этом производство горячекатаной полосы может включать обыкновенные технологические этапы. Таким образом, сталь с составом согласно изобретению может отливаться в слябы, тонкие слябы или литые полосы. Эти полупродукты затем прокатывают в горячекатаную полосу, которую сматывают в рулоны.
После смотки полученная горячекатаная лента может быть деформирована в холодном состоянии соответствующим изобретению способом непосредственно в изделие. Альтернативно горячекатаная лента может быть сначала прокатана в холодном состоянии в холоднокатаную полосу, которая затем подвергается рекристаллизационному отжигу, прежде чем она на последнем этапе способа согласно изобретению снова подвергается деформации в холодном состоянии со степенью холодной деформации, составляющей от 2 до 25%.
Если, в частности, при применении слябов перед горячей прокаткой требуется повторный нагрев, то температура повторного нагрева не должна лежать ниже 1100°C. В противоположных случаях, в которых исходный продукт в непрерывном технологическом процессе после разливки подводится к горячей прокатке, она может происходить также без промежуточного повторного нагрева, горячим садом. Когда горячая лента согласно изобретению при температурах горячей прокатки, составляющих минимум 800°C, подвергается горячей прокатке и сматывается при низких температурах, то положительное действие углерода, поскольку он присутствует, и, в частности бора, используется в полном объеме. Таким образом, бор и углерод в листовых сталях при горячей прокатке в этой области обеспечивают достижение более высоких значений предела прочности и предела текучести при по-прежнему приемлемых значениях относительного удлинения при разрыве. С возрастающей температурой горячей прокатки предел прочности и предел текучести снижаются, в то время как значение удлинения увеличивается. Вариацией температур прокатки в заявленных изобретением рамках можно, таким образом, целенаправленно и простым способом обеспечивать желаемые качества полученных листов.
Ограничением температуры смотки до значения не более 700°C уверенно предотвращают возникновение хрупкости материала. Было зафиксировано, что при более высоких температурах смотки могут образовываться хрупкие фазы, которые вызывают, к примеру, расслаивания материала и затрудняют или даже делают невозможной дальнейшую обработку.
Если стальной продукт производится из холоднокатаной полосы, то степень деформации в холодном состоянии при предшествующей рекристаллизационному отжигу холодной прокатке лежит, предпочтительно, в диапазоне от 30 до 75%, чтобы надежно достигать оптимальных характеристик деформации и механических свойств готового стального изделия.
Температура нагрева при рекристаллизационном отжиге лежит, предпочтительно, между 600 и 1100°C. При этом отжиг может проводиться в кожухе в области температур от 600 до 750°C или в методической печи для отжига при температурах от 750 до 1100°C.
Вследствие содержания кремния 2,50 мас.%, предпочтительно выше 2,70 мас.%, листовая сталь согласно изобретению хорошо поддается холодной прокатке, в отличие от легких листовых сталей или жести, которые обладают более незначительными содержаниями кремния. Высокая добавка кремния обеспечивает более равномерные значения пределов текучести и прочности, а также более высокое относительное удлинение при разрыве и степень равномерности растяжения. Кремний в стали согласно изобретению ведет исходя из этого к более высоким значениям r и n, а также к изотропному распределению механических качеств. Предел суммарного содержания алюминия и кремния лежит при 12%, так как превышающая эту границу сумма содержаний алюминия и кремния привела бы к опасности возникновения хрупкости.
Неожиданно выявилось, что целенаправленное добавление бора в сталь согласно изобретению может вести к улучшению и воспроизводимости свойств. Поэтому предусмотрено согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, чтобы сталь содержала бор. Поскольку бор добавляется для улучшения согласования пределов текучести и деформируемости, содержание бора может лежать для этого в диапазоне от 0,002 до 0,01 мас.%, в частности от 0,003 до 0,008 мас.%.
Благоприятные влияния сплава на механико-технологические качества соответствующей изобретению листовой стали могут достигаться при минимальном содержании углерода 0,10 мас.% в стали согласно изобретению.
За счет особенного спектра свойств изделий, произведенных способом согласно изобретению, в частности холоднокатаной полосы, их используют для изготовления несущих, а также устойчивых к повреждениям деталей кузова для транспортных средств. Они могут использоваться при незначительном весе, к примеру, для особенно эффективной защиты пассажиров транспортного средства. Произведенные, согласно изобретению продукты отличаются в этой связи особенно высокой энергопоглощающей способностью при внезапно появляющихся нагрузках.
Незначительный вес при, одновременно, хорошей деформируемости и прочности делает возможным производить колеса для транспортных средств, в частности грузовых автомобилей, из произведенных согласно изобретению изделий.
Также можно производить из произведенных согласно изобретению изделий детали, которые используются в области техники низких температур. Благоприятный спектр свойств произведенной согласно изобретению холоднокатаной ленты сохраняется также при низких, в области криотехники, и обычных температурах.
Достигнутые в способе производства согласно изобретению хорошие энергопоглощающие способности, исходя из этого, делают способ согласно изобретению, особенно подходящим для производства изделий, которые используются в качестве защитных элементов, предназначенных для защиты от возникающих импульсных нагрузок.
Далее изобретение поясняется при помощи примеров изготовления.
Легкая сталь (указания в мас.%) с 0,0070% углерода, 25,9% марганца, 0,013% фосфора, 0,0006% серы, 2,83% кремния, 2,72% алюминия, 0,0045% азота и, остаток, железо, а также неизбежные примеси, к которым относятся, к примеру, незначительные содержания меди, хрома, никеля, мышьяка, олова, титана, ванадия, ниобия, брома и магния, отливалась в слябы.
Стальные слябы после повторного нагрева до 1150°C подвергались горячей прокатке при 850°C в горячекатаную полосу, которая затем сматывалась при температуре смотки 500°C. Затем горячекатаная полоса прокатывалась в холодном состоянии в холоднокатаную полосу толщиной 1 мм при степени деформации до 65%. После прокатки в холодном состоянии холоднокатаная полоса при температуре 950°C подвергалась рекристаллизационному отжигу.
В этом состоянии холоднокатаная полоса была изотропной. Ее установленные, соответственно, в продольном направлении механические качества занесены в таблицу (степень деформации в холодном состоянии = 0%).
| Степень деформации | Rp0,2 | Rm | Ag | A80 | n коэффициент упрочнения | r перпендикулярная анизотропия |
| [%] | [МПа] | [МПа] | [%] | [%] | ||
| 0 | 326 | 657 | 52,8 | 58,8 | 0,373 | 0,93 |
| 2,5 | 400 | 675 | 47,5 | 53,4 | 0,307 | 0,90 |
| 5 | 464 | 699 | 41,8 | 48,2 | 0,257 | 0,85 |
| 10 | 568 | 748 | 30,9 | 40,5 | 0,199 | 0,80 |
| 30 | 870 | 1039 | 3,0 | 12,1 | - | - |
| 50 | 1051 | 1225 | 2,9 | 5,4 | - | - |
Для доказательства результата изобретения после рекристаллизационного отжига образцы холоднокатаной ленты были прокатаны в холодном состоянии со степенью деформации в 2,5%, 5%, 10%, 30% и, соответственно, 50%. Установленные механические свойства для каждого из образцов, соответственно, в продольном направлении также занесены в таблицу.
Выяснилось, что у полученного - после последующей прокатки в холодном состоянии - холоднокатаного изделия оптимальная комбинация из пределов растяжения и текучести достигаются тогда, когда при последующей прокатке в холодном состоянии устанавливалась степень деформации в холодном состоянии в 10%. Так, предел текучести Rp0,2 поднялся при степени деформации в холодном состоянии в 10% более чем на 70%, а предел прочности Rm улучшился более чем на 10%. При этом среднее значение удлинения Ag и значение удлинения A80, значения r и n оставались на уровне, который лежит далеко поверх того, чего достигают при обычной стали со сравнимым пределом текучести. Только при степени деформации в холодном состоянии от 30% наблюдалось падение свойств удлинения.
В другом эксперименте была произведена следующая холоднокатаная полоса того же состава и с совпадающим до окончания рекристаллизационного отжига режимом обработки. Из отрезка этой холоднокатаной полосы затем было произведено - без деформации в холодном состоянии - профилированное полое испытательное тело. Другой образец подвергнутой рекристаллизационному отжигу холоднокатаной полосы был, напротив, подвергнут последующей прокатке в холодном состоянии в соответствии со способом согласно изобретению со степенью деформации в холодном состоянии 7%. Из таким образом произведенного согласно изобретению холоднокатаного продукта затем также было произведено профилированное полое испытательное тело.
Оба испытательных тела весом примерно 150 кг затем в эксперименте с падением, при котором они попадали на препятствие со скоростью падения в 50 км/ч, были исследованы относительно их способности поглощать энергию. Выяснилось, что произведенное из подвергнутой согласно изобретению последующей прокатке в холодном состоянии холоднокатаной ленты испытательное тело, вопреки тому, что толщина его стенок при дополнительной деформации в холодном состоянии была уменьшена против той же у другого испытательного тела, обладало лучшей энергопоглощающей способностью.
В третьем эксперименте производилась, наконец, подвергнутая рекристаллизационному отжигу холоднокатаная лента вышеуказанного состава и при применении уже описанных этапов способа. Произведенная таким образом холоднокатаная лента затем была деформирована в холодном состоянии посредством обтяжки соответствующим изобретению способом. При этом достигнутая степень деформации в холодном состоянии составляла снова 10%. Предел текучести на уровне 320 МПа после рекристаллизационного отжига за счет деформации увеличился до 520 МПа этой деформацией в холодном состоянии на 520 МПа после следующей за рекристаллизационным отжигом деформации в холодном состоянии. Предел прочности также возрос с 640 до 710 МПа. Значение r практически не изменилось. Значение удлинения, правда, уменьшалось при возрастании степени деформации от 60% на примерно 50% и значения n - от 0,39 до 0,27. Тем не менее, эти значения также лежали намного выше удлинения и n-значений, которые могут фиксироваться у обычно производимой стали с таким же классом твердости и сопоставимым пределом текучести. Изделие, полученное при деформации в холодном состоянии холодной ленты посредством обтяжки имело, таким образом, оптимальную комбинацию значений пределов текучести и удлинения.
1. Способ производства листа с высоким пределом текучести, включающий получение горячекатаного листа из сляба, изготовленного из стали, содержащей, мас.%:
| углерод | менее 1,00 |
| марганец | 7,00-30,00 |
| алюминий | 1,00-10,00 |
| кремний | 2,50-8,00 |
| сумма алюминий и кремний более | 3,50-12,00 |
| бор | менее 0,01 |
| никель | менее 8,00 |
| медь | менее 3,00 |
| азот | менее 0,60 |
| ниобий | менее 0,30 |
| титан | менее 0,30 |
| ванадий | менее 0,30 |
| фосфор | менее 0,01 |
| железо и неизбежные примеси | - остальное, |
холодную прокатку горячекатаного листа в холоднокатаный лист, отличающийся тем, что лист подвергают холодной деформации со степенью
деформации от 2,5 до 25%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что холодную деформацию проводят со степенью деформации не более 15%.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что холодную деформацию проводят со степенью деформации не более 10%.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячекатаный лист получают путем горячей прокатки сляба в горячекатаный лист, проводят смотку горячекатаного листа, холодную прокатку горячекатаного листа в холоднокатаный лист.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что сляб нагревают перед горячей прокаткой, как минимум, до 1100°С.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что горячей прокатке подвергают сляб с температурой, составляющей минимум 1100°С.
7. Способ по п.4, отличающийся тем, что конечная температура горячей прокатки составляет минимум 800°С.
8. Способ по п.4, отличающийся тем, что температура смотки составляет от 450 до 700°С.
9. Способ по п.4, отличающийся тем, что холоднокатаный лист после холодной прокатки подвергают рекристаллизационному отжигу, а затем проводят холодную деформацию.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что рекристаллизационный отжиг проводят при температуре от 600 до 1100°С.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что отжиг проводят под кожухом при температуре от 600 до 750°С.
12. Способ по п.10, отличающийся тем, что отжиг проводят при непрерывном движении листа при температуре от 750 до 1100°С.
13. Способ по п.9, отличающийся тем, что холодную прокатку проводят со степенью деформации от 30 до 75%.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь содержит более 2,70 кремния, мас.%.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь содержит от 0,002 до 0,01 бора, мас.%.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что сталь содержит от 0,003 до 0,008 бора, мас.%.
17.Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь содержит от 0,1 до 1,0 мас.% углерода.
18. Лист, изготовленный из стали, отличающийся тем, что он получен способом по любому из пп.1-17.
