Способ производства горячекатаного проката повышенной прочности
Владельцы патента RU 2361932:
Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU)
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячекатаной полосы повышенной прочности из низколегированной стали для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. Для повышения прочностных характеристик стали и сохранения штампуемости осуществляют выплавку стали, содержащую, мас.%: 0,04-0,09 углерода; не более 0,30 кремния; 0,41-0,70 марганца; 0,04-0,12 фосфора; 0,01-0,08 алюминия; не более 0,009 азота, железо и неизбежные примеси - остальное, разливку слябов, горячую прокатку слябов в полосы с температурой конца прокатки 800-890°С, охлаждение водой, смотку полос в рулоны при температуре 500-610°С и травление полос. Сталь дополнительно содержит, мас.%: 0,01-0,03 титана; 0,0008-0,0030 бора. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячекатаного проката повышенной прочности из низколегированной стали, предназначенного для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.
Одним из определяющих качеств автолиста является его способность к вытяжке при штамповке деталей автомобиля при определенном уровне механических свойств.
Известен способ производства горячекатаных полос из стали с содержанием углерода до 0,1 вес.%, в котором при горячей прокатке температуру конца прокатки принимают равной 860-890°С, душирование полос начинают через 7...9 с после конца прокатки, а температуру смотки принимают равной 640…700°С, при этом дрессировку полос для получения их матовой поверхности осуществляют в валках с высотой микронеровностей бочек Ra=2,2-2,7 мкм и для получения шероховатостей поверхности - с Ra=2,9-4,0 мкм [Патент РФ №2255990, МПК С21D 8/04, опубл. 10.07.2005].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.
Известен способ производства горячекатаных полос, включающий выплавку сверхнизкоуглеродистой стали с примесями серы и азота, легированной титаном с содержанием элементов, удовлетворяющим соотношению Ti/4·C+3,43·N+1,5·S=1÷1,5, при котором горячую прокатку завершают при температуре 885-915°С, охлаждение ведут до температуры 685-715°С, затем полосы подвергают дрессировке с обжатием 0,8-1,2% [Патент РФ №2202630, МПК С21D 8/04, опубл. 20.04.2003].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает получения горячекатаного проката со стабильными механическими свойствами с повышенным уровнем прочности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства горячекатаных полос из стали с содержанием углерода в пределах 0,01-0,1%, в котором при горячей прокатке температуру конца прокатки принимают равной 780-800°С, охлаждение до температуры смотки ведут со скоростью 9-13 град/с, травление ведут при 60-80°С, а дрессировку проводят с относительным обжатием 0,5-1,0% [Патент РФ №2164248, МПК С21D 8/04, С21D 9/46, опубл. 20.03.2001 - прототип].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает получения требуемого уровня механических свойств.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении горячекатаного проката со стабильными механическими свойствами с повышенным уровнем прочности, предназначенного для холодной штамповки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение прочностных характеристик стали при сохранении штампуемости.
Указанный результат достигается тем, что в способе производства горячекатаной полосы для холодной штамповки, включающем выплавку стали, разливку слябов, горячую прокатку слябов в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, согласно изобретению выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
| Углерод | 0,04-0,09 |
| Кремний | не более 0,30 |
| Марганец | 0,41-0,70 |
| Фосфор | 0,04-0,12 |
| Алюминий | 0,01-0,08 |
| Азот | не более 0,009 |
| Железо и неизбежные примеси | остальное, |
горячую прокатку проводят с температурой конца прокатки 800-890°С, смотку горячекатаных полос ведут при температуре 500-610°С.Сталь дополнительно содержит 0,01-0,03 мас.% титана и/или 0,0008-0,0030 мас.% бора.
Сущность изобретения состоит в следующем. На механические свойства горячекатаного проката влияют как химический состав стали, так и режимы деформационно-термической обработки.
Углерод - один из упрочняющих элементов. При содержании углерода менее 0,04% прочностные свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,09% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.
Кремний в стали применен как раскислитель и легирующий элемент. При содержании кремния более 0,30% резко снижается пластичность, имеет место охрупчивание стали.
Марганец обеспечивает получение заданных механических свойств. При содержании марганца менее 0,41% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 0,70% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.
Упрочнение стали создает фосфор, который повышает твердость феррита и усиливает выделение дисперсных карбидных включений. Одновременно фосфор улучшает пластичность и штампуемость стали. При содержании фосфора менее 0,04% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания фосфора более 0,12% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.
Алюминий введен в сталь как раскислитель. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность стали, сталь становится склонной к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,08% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.
Азот упрочняет сталь. При содержании азота более 0,009% сталь становится склонной к старению.
Наличие в стали бора в пределах 0,0008-0,0030% исключает сегрегацию фосфора и предотвращает попадание фосфора на границы ферритных зерен, тем самым способствует упрочнению стали.
Титан упрочняет сталь, при содержании титана менее 0,01% не достигается требуемый уровень прочности, а при его содержании свыше 0,03% происходит чрезмерное упрочнение металла, что ухудшает его пластичность.
Горячая прокатка с температурами конца прокатки 800-890°С и смотки 500-610°С обеспечивает формирование оптимальной текстуры металла с преобладающей кристаллографической ориентировкой <111>, а также микроструктуры с высокой стабильностью и равномерностью. Ниже и выше заявленных температурных пределов технический результат не достигался, а именно сталь приобретала структуру с неблагоприятной для холодной штамповки текстурой и неравномерную микроструктуру ферритной матрицы.
Примеры реализации способа
В кислородном конвертере осуществляли выплавку стали, химический состав которой приведен в таблице 1.
Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280-1350 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи с шагающими балками до температуры 1250°С в течение 2,5-3,5 часа и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,5-3,5 мм. Температура полос на выходе из последней клети стана регламентирована. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой до определенных температур и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали соляно-кислотному травлению в непрерывном травильном агрегате.
В таблицах 1-2 приведены химический состав, технологические параметры и механические свойства предложенного способа (плавки 2-4), способа при запредельных значениях заявленных параметров (плавки 1 и 5) и способа-прототипа (плавка 6).
В случае реализации предложенного способа (плавки 2-4) достигаются механические свойства с повышенным уровнем прочности (с пределом текучести σт более 340 Н/мм2, пределом прочности σв более 440 Н/мм2, относительным удлинением δ5 не менее 30%). При запредельных значениях заявленных параметров (плавка 1) и использовании способа-прототипа (плавка 6) механические свойства с повышенным уровнем прочности не достигаются. При запредельных значениях заявленных параметров (плавка 5) полученный горячекатаный прокат имеет низкую пластичность, при которой металл плохо штампуется.
| Таблица 1 | |||||||||
| Химический состав опытных плавок | |||||||||
| №плавок | Содержание элементов, мас.% | ||||||||
| С | Si | Мп | Р | Аl | N | В | Ti | Fe и неизбежные примеси | |
| 1 | 0,03 | 0,03 | 0,35 | 0,035 | 0,01 | 0,006 | 0,0003 | 0,002 | Остальное |
| 2 | 0,04 | 0,10 | 0,41 | 0,040 | 0,01 | 0,005 | 0,0002 | 0,010 | Остальное |
| 3 | 0,07 | 0,02 | 0,55 | 0,080 | 0,04 | 0,005 | 0,0008 | 0,030 | Остальное |
| 4 | 0,09 | 0,30 | 0,70 | 0,120 | 0,08 | 0,009 | 0,0030 | 0,003 | Остальное |
| 5 | 0,10 | 0,35 | 0,75 | 0,125 | 0,09 | 0,010 | 0,0035 | 0,035 | Остальное |
| 6 (прототип) | 0,05 | - | - | - | - | - | - | - | Остальное |
| Примечание: 1. Содержание Ti от 0,002 до 0,003% и В от 0,0002 до 0,0003% - неизбежные примеси | |||||||||
| Таблица 2 | |||||
| Технологические параметры на прокатных переделах и механические свойства | |||||
| №плавок | Температура конца прокатки Ткп, °С | Температура смотки при г/п Тсм, °С | Предел текучести σТ (RеН), Н/мм2 | Предел прочности σв, Н/мм2 | Относительное удлинение δ5, % |
| 1 | 895 | 615 | 325 | 350 | 29 |
| 2 | 890 | 610 | 345 | 450 | 33 |
| 3 | 845 | 560 | 370 | 455 | 30 |
| 4 | 800 | 500 | 385 | 460 | 26 |
| 5 | 790 | 495 | 420 | 475 | 13 (низкое значение) |
| 6 (прототип) | 790 | 700 | 170 | 300 | δ439 |
1. Способ производства горячекатаной полосы повышенной прочности из низколегированной стали для холодной штамповки, включающий выплавку стали, разливку в слябы, горячую прокатку слябов в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление полос, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
| углерод | 0,04-0,09 |
| кремний | не более 0,30 |
| марганец | 0,41-0,70 |
| фосфор | 0,04-0,12 |
| алюминий | 0,01-0,08 |
| азот | не более 0,009 |
| железо и неизбежные примеси | остальное |
горячую прокатку полос проводят с температурой конца прокатки 800-890°С, смотку горячекатаных полос ведут при температуре 500-610°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит 0,01-0,03 мас.% титана.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит 0,0008-0,0030 мас.% бора.
