Способ изготовления холоднокатаной полосы из двухфазной стали с ферритно-мартенситной структурой и полученная полоса
Изобретение относится к изготовлению холоднокатаной полосы из двухфазной стали с ферритно-мартенситной структурой. Для повышения штампуемости полосы и механических свойств получают сляб из стали, содержащей, мас.%: 0,010≤С≤0,100, 0,050≤Mn≤1,0, 0,010≤Cr≤1,0, 0,010≤Si≤0,50, 0,001≤Р≤0,20, 0,010≤Al≤0,10, N≤0,010, при этом остальную часть составляют железо и примеси, образующиеся при получении стали. В дальнейшем осуществляют следующие этапы: горячую прокатку сляба в полосу, смотку полученной полосы в горячем виде в рулон при температуре, находящейся в пределах от 550 до 850°С, холодную прокатку с коэффициентом обжатия, находящемся в пределах от 60 до 90%, непрерывный отжиг в межкритической температурной области, охлаждение до температуры окружающей среды в один или несколько этапов, причем скорость охлаждения от 600°С до температуры окружающей среды составляет от 100°С/с до 1500°С/с; в случае необходимости производят отпуск полосы при температуре ниже 300°С. При этом операции отжига и охлаждения осуществляют таким образом, чтобы в конечном итоге полоса содержала от 1 до 15% мартенсита. Кроме того, изобретение касается изготовленной при помощи этого способа полосы. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу изготовления холоднокатаной полосы из двухфазной стали с ферритно-мартенситной структурой и касается также полосы, которая может быть изготовлена при помощи этого способа и которая, в частности, предназначена для изготовления деталей автомобиля путем глубокой штамповки.
Уровень техники
В последние годы были разработаны виды высокопрочных сталей, например, для удовлетворения потребностей автомобильной промышленности, которые, в частности, позволяют снизить вес и, следовательно, толщину деталей, повысить безопасность, которая обеспечивается усталостной прочностью и ударной прочностью деталей. Кроме того, эти улучшения не должны ухудшать способность к деформации листов, используемых для изготовления деталей.
Таким образом, были разработаны стали, называемые двухфазными и имеющие ферритно-мартенситную структуру, которые позволяют получить сопротивление растяжению Rm более 400 МПа, но не обладают хорошей способностью к деформации штамповкой, так как их средний коэффициент анизотропии t приближается к 1. Кроме того, они характеризуются плохой способностью к цинкованию, так как содержат значительные количества кремния и других элементов, мешающих хорошему смачиванию поверхности полосы расплавленным цинком.
Кроме того, известны стали с монофазной структурой, которые имеют повышенный средний коэффициент анизотропии r, но обладают средними механическими характеристиками с сопротивлением растяжению Rm, не превышающим 400 МПа.
В качестве примеров можно указать стали с низкой межфазной областью или стали, раскисленные алюминием и рефосфорированные.
Попытки усилить классические механизмы повышения прочности этих типов сталей не позволяют существенно улучшить их механические качества. Кроме того, эта сталь должна обладать способностью к цинкованию.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков сталей из предшествующего уровня техники путем создания стальной полосы, обладающей способностью к глубокой штамповке и характеризующейся одновременно отличными механическими характеристиками и отличными характеристиками анизотропии.
В этой связи первым объектом настоящего изобретения является способ изготовления холоднокатаной полосы из двухфазной стали с ферритно-мартенситной структурой, отличающийся тем, что осуществляют горячую прокатку сляба, в химический состав которого входят, мас.%:
0,010≤С≤0,100
0,050≤Mn≤1,0
0,010≤Cr≤1,0
0,010≤Si≤0,50
0,001≤Р≤0,20
0,010≤Al≤0,10
N≤0,010,
при этом остальную часть составляют примеси, образующиеся при производстве, при этом упомянутый способ содержит в дальнейшем следующие этапы:
- полученную полосу в горячем виде сматывают в рулон при температуре, находящейся в пределах от 550 до 850°С;
- полосу подвергают холодной прокатке с коэффициентом обжатия, находящимся в пределах от 60 до 90%;
- затем полосу подвергают непрерывному отжигу в межкритической температурной области;
- полосу охлаждают до температуры окружающей среды в один или несколько этапов, причем скорость охлаждения от 600°С до температуры окружающей среды составляет от 100°С/с до 1500°С/с;
- и в случае необходимости ее подвергают отпуску при температуре ниже 300°С, при этом операции отжига и охлаждения осуществляют таким образом, что в конечном итоге полоса содержит от 1 д 15% мартенсита.
В предпочтительном варианте выполнения химический состав содержит, мас.%:
0,020≤С≤0,060
0,300≤Mn≤0,500
0,010≤Cr≤1,0
0,010≤Si≤0,50
0,001≤P≤0,100
0,010≤Al≤0,10
N≤0,010,
при этом остальную часть составляют примеси, образующиеся при производстве.
Способ в соответствии с настоящим изобретением может также характеризоваться следующими отличительными признаками, отдельно или в комбинации:
- полосу подвергают горячей прокатке при температуре, превышающей 850°С;
- полосу в горячем виде сматывают в рулон при температуре, находящейся в пределах от 550 до 750°С;
- полосу подвергают холодной прокатке с коэффициентом обжатия, составляющим от 70 до 80%;
- непрерывный отжиг полосы после холодной прокатки содержит фазу повышения температуры, затем фазу выдержки при заранее определенной температуре;
- температура выдержки составляет от Ac1 до 900°С;
- температура выдержки составляет от 750 до 850°С;
- охлаждение до температуры окружающей среды содержит первое медленное охлаждение от температуры выдержки до 600°С, во время которого скорость охлаждения меньше 50°С/с, затем второе охлаждение с более высокой скоростью, составляющей от 100°С/с до 1500°С/с, до температуры окружающей среды.
Объектом настоящего изобретения является также холоднокатаная полоса из двухфазной стали с ферритно-мартенситной структурой, химический состав которой содержит, мас.%:
0,010≤С≤0,100
0,050≤Mn≤1,0
0,010≤Cr≤1,0
0,010≤Si≤0,50
0,001≤Р≤0,20
0,010≤Al≤0,10
N≤0,010,
при этом остальную часть составляют примеси, образующиеся при производстве, при этом полоса содержит от 1% до 15% мартенсита.
В предпочтительном варианте выполнения состав полосы в мас.% является следующим:
0,020≤С≤0,060
0,300≤Mn≤0,500
0,010≤Cr≤1,0
0,010≤Si≤0,50
0,001≤Р≤0,100
0,010≤Al≤0,10
N≤0,010,
при этом остальную часть составляют примеси, образующиеся при производстве.
Полоса в соответствии с настоящим изобретением может также характеризоваться следующими отличительными признаками, отдельно или в комбинации:
- она имеет сопротивление растяжению Rm, превышающее 450 МПа;
- она имеет сопротивление растяжению Rm, превышающее 500 МПа;
- она имеет сопротивление растяжению Rm, превышающее 600 МПа;
- она имеет средний коэффициент анизотропии r, превышающий 1,1;
- она имеет средний коэффициент анизотропии r, превышающий 1,3;
- она содержит от 1% до 10% мартенсита;
- она содержит от 5% до 8% мартенсита.
Наконец, третьим объектом настоящего изобретения является использование стальной полосы в соответствии с настоящим изобретением для изготовления деталей для автомобиля при помощи глубокой штамповки.
Осуществление изобретения
Способ в соответствии с настоящим изобретением состоит в горячей прокатке сляба специального состава, затем в сматывании в рулон полосы в горячем состоянии, полученной при температуре, находящейся в пределах от 550 до 850°С.
Эта намотка в рулон при повышенной температуре по существу способствует улучшению того, что называют строением, то есть анизотропной структурой. Такая намотка способствует осаждению цементита Fe3C и сокращению количества углерода, переходящего в раствор во время отжига и отрицательно влияющего на развитие рекристаллизационной текстуры.
После этого осуществляют холодную прокатку полосы с коэффициентом обжатия от 60% до 90%, затем непрерывный отжиг полосы в межкритической температурной области.
Отжиг в межкритической области позволяет повторно растворить науглероженные фазы, образовавшиеся во время намотки в рулон после рекристаллизации. Поскольку аустенизация и растворение науглероженных фаз происходят после рекристаллизации, это позволяет сохранить оставшийся при рекристаллизации углерод и высвободить его после развития рекристаллизованной ферритной текстуры. Таким образом, углерод в твердом растворе не влияет на текстуру, как в случае намотки в рулон при низкой температуре, и на текстуру влияет только изотропный характер образовавшегося мартенсита.
После этого охлаждают полосу до температуры окружающей среды в один или несколько этапов, причем скорость охлаждения от 600°С до температуры окружающей среды составляет от 100°С/с до 1500°С/с, и в случае необходимости ее отпускают при температуре ниже 300°С.
Фаза быстрого охлаждения позволяет сформировать мартенсит в структуре стали, что обеспечивает получение очень хороших механических характеристик. Однако следует избегать чрезмерного формирования мартенсита, так как он является изотропным и, следовательно, снижает средний коэффициент анизотропии r.
Закалка в воде позволяет сформировать значительное количество науглероженных фаз по сравнению с рассматриваемым анализом. Можно снизить фракцию сформировавшей мартенситной фазы, понижая температуру выдержки до более низких значений в межкритической области или осуществляя медленное охлаждение перед закалкой.
Можно также снизить разность твердости между ферритной структурой и мартенситной фазой, охлаждая более медленно полосу или осуществляя короткий отпуск в течение примерно одной минуты мартенситной фазы, сформировавшейся после закалки в воде.
Необходимо отметить, что этот отпуск ни в коем случае не является искусственным сверхстарением, как это происходит в известных технических решениях. Действительно, при искусственном сверхстарении (или overaging на английском языке), которое обычно осуществляют при температурах от 300 до 500°С, в частности происходит уничтожение мартенсита, который является существенным элементом настоящего изобретения. Отпуск, осуществляемый в случае необходимости в соответствии с настоящим изобретением, состоит в осаждении части углерода в виде твердого раствора, оставшегося в мартенсите, без снижения содержания этого мартенсита. Максимальная температура этого отпуска составляет 300°С, предпочтительно 250°С и еще предпочтительнее 200°С.
Композиция в соответствии с настоящим изобретением содержит углерод в количестве от 0,010% до 0,100%. Этот элемент имеет большое значение для достижения хороших механических характеристик, но не должен присутствовать в слишком больших количествах, так как он может способствовать образованию слишком большого количества мартенситной фазы.
Она также содержит марганец с содержанием от 0,050% до 1,0%. Марганец повышает предел упругости стали, значительно снижая при этом ее ковкость, поэтому его содержание ограничивают.
Композиция содержит также хром с содержанием от 0,010% до 1,0%, способствующий необходимому формированию мартенсита.
Композиция содержит также кремний с содержанием от 0,010% до 0,50%. Он значительно повышает предел упругости стали, незначительно снижая при этом ее ковкость и ухудшая ее способность к нанесению покрытия.
Композиция содержит также фосфор с содержанием от 0,001% до 0,20%, повышающий твердость микроструктуры, не ухудшая при этом ее текстуры.
Композиция содержит также алюминий с содержанием от 0,010% до 0,10%, мешающий старению путем связывания азота.
Пример
В качестве не ограничительных примеров и для лучшего понимания настоящего изобретения были произведены две марки стали. Их состав в тысячных долях процента приведен в следующей таблице:
| С | Mn | Cr | Si | Р | Al | N | |
| А | 60 | 600 | 70 | 70 | 20 | 56 | 5 |
| В | 43 | 373 | 76 | 13 | 22 | 56 | 5,7 |
Остальную часть состава образуют железо и неизбежные при производстве примеси.
Используемые сокращения:
Re - предел упругости в МПа;
Rm - сопротивление растяжению в МПа;
R - коэффициент анизотропии;
Р - ступень
%m - содержание мартенсита.
После производства две марки были аустенизированы при 1250°С в течение одного часа для растворения нитридов алюминия. После этого слябы были подвергнуты горячей прокатке таким образом, чтобы температура в конце прокатки превышала 900°С и достигла значения температуры намотки в рулон. Марку А сматывали в рулон при 720°С, тогда как один образец марки В был намотан в рулон при 550°С, а другой - при 720°С.
После этого разные образцы были подвергнуты холодной прокатке до получения коэффициента обжатия в 75%, затем прошли обработку отжигом при температуре выдержки 750°С для некоторых образцов и 800°С для других образцов. После этого осуществили охлаждение до температуры окружающей среды со скоростью порядка 25°С/с при помощи закалки в воде.
После этого измерили механические характеристики и анизотропию полученных сталей.
Результаты приведены в следующей таблице:
| Марка | Т намотки (°С) | Т выдержки (°С) | Направление | Re (МПа) | Rm (МПа) | Р (%) | r | r средний | %m |
| А | 720 | 800 | Т | 420 | 711 | 0 | 1,10 | 0,98 | 14 |
| L | 405 | 713 | 0 | 1,11 | |||||
| 45° | 425 | 720 | 0 | 0,85 | |||||
| 750 | Т | 443 | 713 | 0 | 1,26 | 1,02 | 12 | ||
| L | 438 | 717 | 0 | 1,13 | |||||
| 45° | 451 | 736 | 0 | 0,84 | |||||
| В | 720 | 800 | Т | 432 | 656 | 0 | 1,46 | 1,27 | 8 |
| L | 430 | 697 | 0 | 1,60 | |||||
| 45° | 436 | 668 | 0 | 1,01 | |||||
| 750 | Т | 454 | 662 | 0 | 2,04 | 1,37 | 7 | ||
| L | 457 | 690 | 0 | 1,41 | |||||
| 45° | 461 | 677 | 0 | 1,01 | |||||
| 550 | 800 | Т | 455 | 677 | 0 | 1,47 | 1,21 | 6 | |
| L | 446 | 667 | 0 | 1,44 | |||||
| 45° | 472 | 687 | 0 | 0,97 | |||||
| 750 | Т | 475 | 680 | 0,3 | 1,46 | 1,09 | 5 | ||
| L | 463 | 668 | 0,4 | 1,25 | |||||
| 45° | 482 | 697 | 0,3 | 0,83 |
Общая анизотропия стали определяется средним коэффициентом нормальной анизотропии r:
где:
rT - значение r, измеренное в поперечном направлении по ходу прокатки полосы;
rL - значение r, измеренное в продольном направлении по ходу прокатки полосы;
r45° - значение r, измеренное под углом 45° относительно направления прокатки полосы.
Для температуры намотки в рулон 720°С на фиг.1 показано соотношение между средним коэффициентом r и уровнем содержания образовавшегося мартенсита %m для марок А и В. Отмечается, что чем выше уровень содержания мартенсита, тем более изотропной является сталь.
Кроме того, отмечается, что чем выше уровень содержания мартенсита, тем выше механические характеристики.
В качестве иллюстрации на фиг.2 показана микроструктура стали, полученная для марки А, намотанной в рулон при 720°С, затем прошедшей через отжиг при 750°С с получением в конечном итоге 12% мартенсита. На фигуре четко виден феррит и образовавшийся мартенсит.
1. Способ изготовления холоднокатаной полосы из двухфазной стали с ферритно-мартенситной структурой, характеризующийся тем, что получают сляб из стали содержащей, мас.%:
0,010≤С≤0,100
0,050≤Mn≤1,0
0,010≤Cr≤1,0
0,010≤Si≤0,50
0,001≤Р≤0,20
0,010≤Al≤0,10
N≤0,010
железо и примеси, образующиеся при производстве остальное,
производят горячую прокатку сляба, полученную полосу в горячем виде сматывают в рулон при температуре от 550 до 850°С, полосу подвергают холодной прокатке с коэффициентом обжатия от 60 до 90%, затем полосу подвергают непрерывному отжигу в межкритической температурной области, охлаждают до температуры окружающей среды в один или несколько этапов, причем скорость охлаждения от 600°С до температуры окружающей среды составляет от 100 до 1500°С/с и, в случае необходимости, ее подвергают отпуску при температуре ниже 300°С, при этом операции отжига и охлаждения осуществляют до достижения в конечном итоге в полосе от 1 до 15% мартенсита.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что сталь содержит, мас.%:
0,020≤С≤0,060
0,300≤Mn≤0,500
0,010≤Cr≤1,0
0,010≤Si≤0,50
0,001≤Р≤0,100
0,010≤Al≤0,10
N≤0,010
железо и примеси, образующиеся
при производстве остальное
3. Способ по любому из пп.1 и 2, характеризующийся тем, что полосу подвергают горячей прокатке при температуре, превышающей 850°С.
4. Способ по любому из пп.1 и 2, характеризующийся тем, что полосу в горячем виде сматывают в рулон при температуре, находящейся в пределах от 550 до 750°С.
5. Способ по любому из пп.1 и 2, характеризующийся тем, что полосу подвергают холодной прокатке с коэффициентом обжатия от 70 до 80%.
6. Способ по любому из пп.1 и 2, характеризующийся тем, что непрерывный отжиг холоднокатаной полосы включает этап повышения температуры, а затем этап выдержки при заданной температуре.
7. Способ по п.6, характеризующийся тем, что температура выдержки составляет от Ac1 до 900°С.
8. Способ по п.7, характеризующийся тем, что температура выдержки составляет от 750 до 850°С.
9. Способ по любому из пп.1 и 2, характеризующийся тем, что охлаждение включает первый этап медленного охлаждения от температуры выдержки до 600°С со скоростью охлаждения меньше 50°С/с, затем второй этап охлаждения с более высокой скоростью, составляющей от 100 до 1500°С/с до температуры окружающей среды.
10. Способ по п.9, характеризующийся тем, что второй этап охлаждения осуществляют в воде.
11. Способ по любому из пп.1 и 2, характеризующийся тем, что охлаждение до температуры окружающей среды осуществляют в один этап при скорости охлаждения от 100 до 1500°С/с.
12. Способ по п.11, характеризующийся тем, что охлаждение осуществляют в воде.
13. Стальная холоднокатаная полоса из двухфазной стали с ферритно-мартенситной структурой, характеризующаяся тем, что полоса выполнена из стали, содержащей, мас.%:
0,010≤С≤0,100
0,050≤Mn≤1,0
0,010≤Cr≤1,0
0,010≤Si≤0,50
0,001≤Р≤0,20
0,010≤Al≤0,10
N≤0,010
железо и примеси, образующиеся
при производстве остальное
при этом полоса содержит от 1 до 15% мартенсита.
14. Стальная полоса по п.13, характеризующаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей, мас.%:
0,020≤С≤0,060
,300≤Mn≤0,500
0,010≤Cr≤1,0
0,010≤Si≤0,50
0,001≤Р≤0,100
0,010≤Al≤0,10
N≤0,010
железо и примеси, образующиеся
при производстве остальное
15. Стальная полоса по любому из пп.13 и 14, характеризующаяся тем, что она имеет сопротивление растяжению Rm, превышающее 450 МПа.
16. Стальная полоса по п.15, характеризующаяся тем, что она имеет сопротивление растяжению Rm, превышающее 500 МПа.
17. Стальная полоса по п.16, характеризующаяся тем, что она имеет сопротивление растяжению Rm, превышающее 600 МПа.
18. Стальная полоса по любому из пп.13 и 14, характеризующаяся тем, что она имеет средний коэффициент анизотропии r, превышающий 1,1.
19. Стальная полоса по п.18, характеризующаяся тем, что она имеет средний коэффициент анизотропии r, превышающий 1,3.
20. Стальная полоса по любому из пп.13 и 14, характеризующаяся тем, что она содержит от 1 до 10% мартенсита.
21. Стальная полоса по п.20, характеризующаяся тем, что она содержит от 5 до 8% мартенсита.
22. Применение стальной полосы по любому из пп.13-21 для изготовления деталей для автомобиля при помощи глубокой штамповки.
