Способная к эмалированию с обеих сторон горячекатаная лента или лист из стали, в частности из стали if
Изобретение относится к области производства горячекатаной ленты, способной к эмалированию с обеих сторон, в частности, из стали безусадочной пористости IF. Для повышения способности к эмалированию или стойкости против образования «рыбьей чешуи» горячекатаной ленты из стали IF толщиной до 10 мм, ее получают из стали, содержащей, мас.%: С max 0,010, Si max 0,030, Mn max 0,80, P max 0,020, S min 0,030, Al 0,020-0,060, Cu≤3x[P], Nb(0,6-1,0)×(93/12)×[C], В (0,5-1,5)×(11/14)×[N], Ti min 48/14×([N]-14/18×[B]+48/32×[S]+48/12×([C]-12/93×[Nb]) max 0,15, остальное железо с неизбежными примесями, обусловленными плавкой. Способ включает непрерывную разливку стали в слябы, резку сляба на мерные длины, нагрев сляба, прокатку в горячем состоянии до получения ленты или листа, намотку и последующее охлаждение на воздухе, при этом нагрев сляба ведут до температуры ≥1050°С, прокатку осуществляют в горячем состоянии до получения ленты или листа при конечной температуре прокатки свыше температуры Ar3 превращения и намотку - при температуре выше 630°С. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к способной к эмалированию с обеих сторон горячекатаной ленте или листу из стали, в частности из стали IF (IF: interstitial free - без усадочной пористости).
Из-за требуемых показателей прочности при сжатии для эмалирования, например, бункеров или крупных емкостей применяются горячекатаные стальные листы толщиной до 10 мм. При этом наряду с хорошей способностью к эмалированию предъявляются также высокие требования и к деформируемости, свариваемости и прочности до эмалирования и после него.
Большое значение имеет также, в частности, стойкость эмалированной ленты или листа к образованию "рыбьей чешуи". "Рыбья чешуя" - это дефекты эмалевого покрытия, из-за которых не обеспечивается сплошная защита стальной подложки.
Причиной образования "рыбьей чешуи" считается то, что во время процесса эмалирования на стальную поверхность попадает влага из атмосферы печи и эмалевого шликера.
В результате реакции между водой и (углеродом) стальной поверхностью образуется атомарный водород, который диффундирует внутрь стали во время обжига.
После обжига эмали и последующего охлаждения растворимость водорода в стали снижается, водород вытесняется из стали и по границе раздела "сталь/эмаль" происходит его рекомбинация с образованием молекулярного водорода. Такая реакция сопровождается увеличением объема, при этом локально может создаваться настолько высокое конечное давление, что оно превысит силу сцепления между эмалью и сталью и произойдут полукруглые отскакивания эмали ("рыбья чешуя") после ее затвердевания.
Из уровня техники известна группа сталей для получения холоднокатаных листов, характеризующихся стойкостью против образования "рыбьей чешуи". Вследствие неоднократно предъявлявшихся требований к обеспечению особых свойств при глубокой вытяжке такие стали были разработаны большей частью как стали IF и основаны на концепции сплавов, при которой стойкость против образования "рыбьей чешуи" достигается измельчаемыми при холодной прокатке выделениями цементита (водородными ловушками) по границам зерен, к которым присоединяется атомарный водород и тем самым предупреждает образование "рыбьей чешуи".
Эмалированные с обеих сторон горячекатаные листы отличаются особой склонностью к образованию "рыбьей чешуи", так как после затвердевания эмали обе стороны листа оказываются заделанными и следовательно исключается свободная диффузия водорода из стали.
Проблема, связанная с недостаточной стойкостью эмалированных с обеих сторон горячекатаных листов против образования "рыбьей чешуи", является общеизвестной (см., например, "Влияние микроструктуры на диффузию водорода в горячекатаных низкоуглеродистых сталях при эмалировании", доклад на конференции по технологии эмалирования Германского союза эмалировщиков, 19-21 мая 2003 года в г.Мюнстер ("Einfluß der Mikrostruktur auf die Wasserstoffdiffusion in warmgewalzten Low-Carbon-Stählen für die Emaillierung").
Следовательно, хорошая стойкость против образования "рыбьей чешуи" связана с низкой растворимостью водорода в α-железе, диффузией водорода и сцеплением эмалевого покрытия. Риск образования "рыбьей чешуи" снижается в том случае, если может быть повышена способность стальной подложки к поглощению водорода во время обжига эмали. Это имеет место в том случае, когда в стали присутствует достаточное количество водородных ловушек.
В целях повышения способности к эмалированию или стойкости против образования "рыбьей чешуи" горячекатаной ленты из низкоуглеродистых сталей (сталей IF), пригодных для эмалирования в холоднокатаном состоянии, предложена дополнительная последующая холодная прокатка с деформированием до 10% для инициирования образования водородных ловушек.
После такой дополнительной обработки отмечено заметное повышение стойкости горячекатаной стали против образования "рыбьей чешуи" во время эмалирования, правда, за счет заметного снижения механических свойств.
В других известных способах стойкость покрываемых эмалью с обеих сторон горячекатаных листов против образования "рыбьей чешуи" достигается по сравнению с холоднокатаными листами целенаправленным образованием гетерогенных выделений в стали. Для этой цели предлагаются гетерогенные выделения нитридов, карбонитридов, карбидов и пр., или оксидные включения в структуре стали (см. также Памятку №414 "Эмалирование стальных листов", 1-е изд., 1999 г., Информационный центр по стали, г.Дюссельдорф (Merkblatt 414 "Emaillieren von Stahlblech", 1. Auflage 1999, Stahl-Informationszentrum Dusseldorf).
Согласно результатам другого исследования для повышения стойкости против образования "рыбьей чешуи" предложены добавки титана и серы для формирования выделений типа TiC, TiS или Ti4С2S2 (Abeloos, С. и др. "New Developments of Hot-Rolled Products for Double-Face Vitreous Enameling"; 41st Mechanical Working and Steel Processing Conf. Proc., Iron & Steel Soc., т.XXXVII, г.Балтимор, MD, 24-27 октября 1999 г., стр.891-903).
В патенте США №4348229 предложен состав сплава для эмалируемых с обеих сторон горяче- и холоднокатаных лент, в который входят для образования указанных выделений наряду с содержанием С 0,003-0,010% также В≤025% и N 0,002-0,025% для повышения стойкости против образования "рыбьей чешуи".
Для получения горячекатаной ленты из такой марки стали применили технологию прокатки, при которой слябы нагреваются до температуры 1100-1300°С и прокатываются при конечной температуре прокатки 900°С.
Однако проблема недостаточной стойкости против образования "рыбьей чешуи" горячекатаных сталей с двухсторонним эмалированном до настоящего времени не решена или решена неудовлетворительно при применении известных концепций сплавов и технологий прокатки. По этой причине горячекатаные стали до настоящего времени подвергаются, как правило, лишь одностороннему эмалированию.
Наряду с этим в производственной практике при горячей прокатке тонких лент из известных сталей IF нельзя исключить явление, при котором температура прокатки снижается ниже температуры аустенитно-ферритного превращения (температура А3).
Способность к эмалированию (и следовательно стойкость против образования "рыбьей чешуи") таких известных из уровня техники сталей является чувствительной к снижению температуры прокатки в области феррита, что проявляется в низкой стойкости сталей против образования "рыбьей чешуи".
Задачей настоящего изобретения является получение способной к эмалированию с обеих сторон горячекатаной, стойкой против образования "рыбьей чешуи" ленты или листа из стали, в частности, из стали IF, и создание способа их получения, при котором стойкость против образования "рыбьей чешуи" гарантирована также во время горячей прокатки в области феррита.
Указанная задача решается в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения в сочетании с приведенными в нем отличительными признаками. Оптимальные варианты развития представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с техническим решением изобретения предлагается способная к эмалированию с обеих сторон горячекатаная лента или лист из сплава на основе железа следующего состава:
С: max 0,010%,
Si: max 0,030%,
Mn: max 0,80%,
P: max 0,020%,
S: min 0,030%,
Al: 0,020-0,060%
Nb: (0,6-1,0)×(93/12)×[С],
В: (0,5-1,5)×(11/14)×[N],
Ti: min 48/14×([N]-14/18×[В]+48/32×[S]+48/12×([С]-12/93×[Nb])
max 0,15%,
остальное: железо с неизбежными примесями, обусловленными плавкой.
Для данного сплава на основе железа существенным моментом с точки зрения изобретения является то, что благодаря комбинированным добавкам S, N и микролегирующих элементов Ti, Nb и В, образующих гетерогенные выделения, а также благодаря образованию соответственно большого количества водородных ловушек достигается очень заметное повышение стойкости способной к эмалированию с обеих сторон горячекатаной ленты против образования "рыбьей чешуи" также и при горячей прокатке в области феррита.
При использовании стали предложенного состава оптимально достигается как во время прокатки в области аустенита, так и во время непредусмотренной или предусмотренной прокатки в области феррита высокая и хорошо воспроизводимая стойкость против образования "рыбьей чешуи" при двустороннем эмалировании.
Для получения стали со свойствами стали IF в нее добавляют, согласно изобретению, Ti, Nb и В в таких количествах, чтобы наряду с S и N полностью связывался также углерод и чтобы кроме того при этом оставалось свободное остаточное содержание Ti и Nb, придающих стали свойства стали IF.
Согласно другому оптимальному признаку свободное остаточное содержание Ti и Nb в стали со свойствами стали IF составляет не менее 0,02%.
Для обеспечения достаточного сцепления эмали со стальной поверхностью горячекатаную ленту подвергают травлению перед эмалированием. Съем металла со стальной поверхности при травлении зависит, в числе прочего, от соотношения Cu/Р в подвергаемой травлению стали.
Исследования показали, что при соотношении Cu/Р≤3 во время травления обеспечивается достаточный съем металла и, следовательно, достигается хорошее сцепление эмали со стальной поверхностью.
В нижеследующей таблице приведены примеры для исследованных сплавов IF на основе железа с учетом повышения стойкости против образования "рыбьей чешуи" при двустороннем эмалировании.
| Сталь | С | Mn | Si | S | Р*) | N | Al | В | Ti | Nb | O |
| 1 | 0,0020 | 0,30 | 0,007 | 0,003 | 0,011 | 0,0025 | 0,039 | 0,0002 | 0,047 | 0,002 | - |
| 2 | 0,0019 | 0,37 | 0,008 | 0,002 | 0,011 | 0,0020 | 0,034 | <0,0001 | 0,035 | 0,029 | - |
| 3 | 0,0021 | 0,24 | 0,008 | 0,027 | 0,010 | 0,0008 | 0,019 | <0,0001 | 0,077 | 0,026 | - |
| 4 | 0,0062 | 0,25 | 0,014 | 0,001 | 0,012 | 0,0057 | 0,048 | 0,0065 | <0,001 | 0,033 | - |
| 5 | 0,0041 | 0,26 | 0,009 | 0,040 | 0,011 | 0,0074 | 0,040 | 0,0081 | 0,094 | 0,032 | - |
| 6 | 0,0045 | 0,27 | 0,007 | 0,004 | 0,011 | 0,0063 | 0,002 | 0,0117 | <0,001 | 0,029 | 0,0153 |
| 7 | 0,0036 | 0,32 | 0,009 | 0,017 | 0,012 | 0,0018 | 0,065 | <0,0001 | 0,076 | 0,001 | - |
| *) добавка [Cu]≤3×[Р]. |
Сначала стали прокатали в области аустенита при начальной температуре прокатки 1200°С, конечной температуре прокатки 910°С и температуре намотки 720°С, затем их травили.
Стойкость против образования "рыбьей чешуи" определяли с помощью стандартных образцов размером 100 мм×100 мм с применением контрольной эмали Ferro 2290, при этом пробные листы эмалировали с обеих сторон.
В ходе этих исследований только сталь 5 не обнаружила "рыбьей чешуи" после длительного вылеживания, составившего свыше 1 года.
После этого сталь 5 прокатали в области феррита при начальной температуре прокатки 1050°С или 1150°С, конечной температуре прокатки 780°С и температуре намотки 720°С, затем провели травление.
После двустороннего покрытия эмалью и последующего вылеживания прокатанная в области феррита сталь после вылеживания в течение 3/4 года также не обнаружила "рыбьей чешуи".
Стойкость стали, согласно изобретению, против образования "рыбьей чешуи" обусловлена комбинацией образующихся в структуре стали гетерогенных выделений нитридов, карбонитридов, карбосульфидов и пр., причем эти выделения как по расположению, так и по своей форме, во-первых, достаточны для обеспечения стойкости против образования "рыбьей чешуи" и, во-вторых, не вызывают значительного снижения свойств деформируемости.
Согласно еще одному оптимальному признаку с помощью комбинированного легирования элементами S, N и микролегирующими элементами Ti, Nb и В стойкость против образования "рыбьей чешуи" может достигаться не только в сталях IF.
Благодаря концепции сплавов, согласно изобретению, стойкость против образования "рыбьей чешуи" при двустороннем эмалировании может достигаться для широкого набора марок сталей, начиная от мягких нелегированных сталей, предназначенных для непосредственного холодного деформирования согласно стандарту DIN EN 10111 и кончая более твердыми сталями согласно стандарту DIN EN 10149. В этом случае механические свойства у высокотвердых сталей задаются выбором повышающих прочность элементов, таких, как, например, В, Mn, Si, и соответствующим режимом прокатки на стане горячей прокатки.
Еще одним преимуществом по сравнению с известной горячекатаной стальной лентой является возможность отказа от дополнительной последующей холодной прокатки горячекатаной ленты, связанной с указанными недостатками.
При конечной прокатке в области аустенита сталь при непрерывном литье сначала отливают в слябы для листов, которые после резки на мерные отрезки и нагрева до температуры больше или равной 1200°С прокатывают в горячем состоянии до получения лент или листов. При конечной температуре прокатки свыше температуры А3 превращение оказалось оптимальным для образования дополнительных гетерогенных выделений карбидов ниобия поддерживать температуру намотки свыше 630°С и проводить последующее охлаждение на воздухе.
При конечной прокатке в области феррита сталь при непрерывном литье сначала отливают в слябы для брамм, которые после резки на мерные отрезки и нагрева до температуры, больше или равной 1050°С, прокатывают в горячем состоянии до получения лент или листов. При конечной температуре прокатки ниже температуры А3 превращения для образования карбида ниобия температуру намотки также поддерживают выше 630°С и проводят последующее охлаждение на воздухе.
1. Горячекатаные лента или лист, способные к эмалированию с обеих сторон, выполненные толщиной до 10 мм из стали без усадочной пористости (IF), содержащей, мас.%:
| С | max 0,010 |
| Si | max 0,030 |
| Mn | max 0,80 |
| P | max 0,020 |
| S | min 0,030 |
| Al | 0,020-0,060 |
| Cu | ≤3x[P] |
| Nb | (0,6-1,0)×(93/12)×[C] |
| В | (0,5-1,5)×(11/14)×[N] |
| Ti | min 48/14×([N]-14/18×[B]+48/32×[S]+48/12×([C]-12/93×[Nb]) |
| max | 0,15 |
| железо с неизбежными | |
| примесями, обусловленными плавкой | остальное |
2. Горячекатаные лента или лист по п.1, отличающиеся тем, что используют сталь IF, в которой после связывания углерода, серы и азота остается свободное остаточное содержание титана и/или ниобия, по меньшей мере, 0,02 мас.%.
3. Способ изготовления горячекатаных ленты или листа, способных к эмалированию с обеих сторон толщиной до 10 мм из стали, включающий непрерывную разливку стали в слябы, резку сляба на мерные длины, нагрев сляба, прокатку в горячем состоянии до получения ленты или листа, намотку и последующее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что ленту или лист получают из стали по п.1, нагрев сляба ведут до температуры ≥1050°С, прокатку осуществляют в горячем состоянии до получения ленты или листа при конечной температуре прокатки свыше температуры Ar3 превращения и намотку - при температуре выше 630°С.
4. Способ изготовления горячекатаных ленты или листа, способных к эмалированию с обеих сторон толщиной до 10 мм из стали, включающий непрерывную разливку стали в слябы, резку сляба на мерные длины, нагрев сляба, прокатку в горячем состоянии до получения ленты или листа и последующее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что ленту или лист получают из стали по п.1, нагрев сляба ведут до температуры ≥1050°С, прокатку осуществляют в горячем состоянии до получения ленты или листа при конечной температуре прокатки ниже температуры Ar3 превращения и намотку - при температуре выше 630°С.
