Низкоуглеродистая холоднокатаная автолистовая сталь для глубокой штамповки

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к низкоуглеродистой холоднокатаной листовой стали для штампованных деталей корпуса автомобилей. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, хром, никель, медь, азот, алюминий, титан, ниобий и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод ≤0,007, марганец 0,15÷0,25, кремний ≤0,02, сера ≤0,013, фосфор 0,012÷0,015, хром ≤0,03, никель ≤0,03, медь ≤0,05, азот ≤0,007, алюминий 0,03÷0,06, титан (2,4S+3,43N)÷(2,4S+3,43N)+0,03, ниобий 7,75С÷7,75С+0,02, железо остальное, где (S), (N) и (С) - содержание в стали серы, азота и углерода. Сталь имеет временное сопротивление σ_в=270÷350 Н/мм², предел текучести σ_Т≤210 Н/мм², относительное удлинение δ₄≥38%, коэффициент пластической анизотропии r₉₀≥1,4 и показатель деформационного упрочнения n₉₀≥0,18. Улучшаются потребительские свойства стали.

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве холоднокатаной листовой стали для изготовления штампованных лицевых деталей корпуса легковых автомобилей.

Такая сталь содержит относительно небольшое количество углерода и другие элементы, в том числе - алюминий. Сталь указанного назначения должна обладать определенными механическими свойствами (временное сопротивление - σ_В, предел текучести - σ_Т и относительное удлинение δ₄), быть приемлемой для глубокой штамповки и хорошо удерживать лакокрасочное покрытие. Классификация автолистовой стали (08Ю, 08Фкп, 08кп, пс) приведена, например, в справочнике В.Н.Журавлева и О.И.Николаевой «Машиностроительные стали». М.: Машиностроение, 1981, с.170…171.

Известна сталь повышенной износостойкости при ударно-абразивном изнашивании, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, азот и железо, причем содержание углерода в ней составляет 0,8…1,0 вес.%. (см. а.с. СССР№969779, кл. С22С 38/38, опубл. в БИ №40, 1982 г.) Однако эта сталь непригодна для производства автолиста из-за недостаточной ее штамппуемости.

Наиболее близким аналогом к заявляемой автолистовой стали является тонколистовая холоднокатаная низкоуглеродистая сталь 08Ю для глубокой штамповки по ГОСТ 9045 - 93.

Эта сталь с заданными механическими свойствами содержит углерод, марганец, серу, фосфор, кремний, хром, никель, медь и железо и характеризуется тем, что она содержит металлический алюминий, а указанные компоненты - в соотношении: С≤0,07 мас.%, Mn=0,20…0,35%, S≤0,025%, P≤0,02%, Si=0,01…0,03%, Cr=0,03…0,04%, Ni≤0,6%, Cu≤0,06%, Al≤0,02…0,07%, при этом величины σ_B=260…360 Н/мм² и σ_T≤210 или 200 Н/мм² (в зависимости от категории вытяжки), δ₄≥36…44% (в зависимости от толщины листов h=0,7…3,0 мм). Недостатком такой стали являются относительно невысокие ее потребительские свойства, в особенности - при использовании для лицевых деталей автомобильного корпуса.

Технической задачей настоящего изобретения является улучшение потребительских свойств автолистовой стали.

Для решения этой задачи предлагаемая низкоуглеродистая холоднокатаная автолистовая сталь для глубокой штамповки, содержащая углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, хром, никель, медь, азот, алюминий, титан, ниобий и железо, отличается тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод	≤0,007
марганец	0,15…0,25
кремний	≤0,02
сера	≤0,013
фосфор	0,012…0,015
хром	≤0,03
никель	≤0,03
медь	≤0,05
азот	≤0,007
алюминий	0,03…0,06
титан	(2,4S+3,43N)…(2,4S+3,43N)+0,03
ниобий	7,75С…7,75С+0,02
железо	остальное,

где (S), (N) и (С) - содержание в стали серы, азота и углерода, и имеет временное сопротивление стали σ_B=270…350 Н/мм², предел текучести σ_T≤210 Н/мм², относительное удлинение δ₄≥38%, коэффициент пластической анизотропии r₉₀≥1,4 и показатель деформационного упрочнения n₉₀≥0,18.

Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации химсостава и механических характеристик супернизкоуглеродистой холоднокатаной стали, что обеспечивает получение требуемых свойств листового проката, предназначенного для изготовления лицевых деталей корпуса автомобиля.

Опытную проверку предлагаемой стали осуществляли в ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

С этой целью при выплавке стали варьировали содержание в ней компонентов (при постоянстве режимов горячей и холодной прокатки) т.е. получали автолист с различными механическими характеристиками. Результаты опытов оценивали по выходу листовой стали категорий вытяжек ОСВ и СВ по ГОСТ 9045 - 93 толщиной 0,5…2,5 мм.

Наилучшие результаты (выход листов категории ОСВ - 99,8%, остальное - СВ) получены с использованием заявляемой стали. Отклонения от рекомендуемых ее параметров ухудшали достигнутые показатели.

Например, каждое увеличение содержания С на 0,001% повышало значение предела прочности отожженных холоднокатаных листов на ~3,0 Н/мм², с одновременным увеличением предела текучести и уменьшением удлинения. При повышении содержания Si, P, S и Cr в стали возрастали величины σ_B и σ_T, с одновременным снижением величины δ₄, что уменьшало и величину r₉₀, в результате чего выход листов категории ОСВ не превысил 98,0%. Ni - обеспечивает показатель анизотропии, повышение его содержания и содержания Cu более 0,05% приводило к увеличению количества дисперсного перлита, что ухудшало пластические свойства стали. Увеличение содержания Mn, которое вводится для связывания серы, на 0,1% повышало прочность на ~5,0 Н/мм с ухудшением пластических свойств, при соотношении Mn/S≤10 ухудшались условия горячей прокатки из-за образования на боковых кромках трещин.

Увеличение содержания в прокате хрома и титана приводило к росту величин σ_B и σ_T, а также к повышению отношения σ_T/σ_B и к уменьшению величины r₉₀ (≤1,6), n₉₀ (<0,18), в том числе - для листов толщиной более 2 мм (r₉₀<1,4). Это ухудшало штампуемость стали и давало выход листов категории ОСВ не более 98,2%.

Уменьшение содержания компонентов в стали снижало прочностные характеристики проката, что в сочетании с увеличением коэффициента r₉₀ до 1,61 (для листов толщиной более 2 мм - до 1,45) и показателя n₉₀ до 0,22 приводило к появлению линий текучести (линий Людерса) на штампованных образцах и к отсортировке до 5% готового проката.

Контрольные испытания холоднокатаной стали, выбранной в качестве ближайшего аналога, дали выход листов категории ОСВ не более 99,0%. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.

Технико-экономические исследования, выполненные в Центральной лаборатории ОАО «ММК», показали, что реализация настоящего изобретения на комбинате повысит выход качественной автолистовой стали не менее чем на 6% с соответствующим ростом прибыли от реализации.

Пример конкретного выполнения

Низкоуглеродистая холоднокатаная листовая сталь толщиной 2,2 мм содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%: С=0,005, Mn=0,2, Si=0,015, S=0,01, P=0,012, Cr=0,02, Ni=0,025, Cu=0,04, N=0,005, Al=0,04; Ti=2,4S+3,43N+0,01=2,4·0,01+3,43·0,005+0,01=0,05, a Nb=7,75C+0,01=7,75·0,005+0,01≈0,05.

выплавлялась конверторным способом, прокатывалась на широкополосном стане горячей прокатки при Тк.п=860-850°С, Тсм=660-680°С. Холодная прокатка производилась на 4-клетевом стане 2500 с подката 4,2 мм (обжатие - 47%), отжигалась в колпаковых печах с азотоводородной защитной атмосферой, дрессировалась с обжатием 0,8±0,1%.

Мехсвойства стали: σ_В=310 Н/мм², σ_Т=190 Н/мм², δ₄=41%. Коэффициент r₉₀=1,6, показатель n₉₀=0,2.

Низкоуглеродистая холоднокатаная автолистовая сталь для глубокой штамповки, содержащая углерод, марганец, кремний, серу, фосфор, хром, никель, медь, азот, алюминий, титан, ниобий и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод	≤0,007
марганец	0,15÷0,25
кремний	≤0,02
сера	≤0,013
фосфор	≤0,012÷0,015
хром	≤0,03
никель	≤0,03
медь	≤0,05
азот	≤0,007
алюминий	0,03÷0,06
титан	(2,4S+3,43N)÷(2,4S+3,43N)+0,03
ниобий	7,75С÷7,75С+0,02
железо	остальное,

где (S), (N) и (С) - содержание в стали серы, азота и углерода, и имеет временное сопротивление σ_B=270÷350 Н/мм², предел текучести σ_T≤210 Н/мм², относительное удлинение δ₄≥38%, коэффициент пластической анизотропии r₉₀≥1,4 и показатель деформационного упрочнения n₉₀≥0,18.