Способ производства холоднокатаной полосы (варианты)
Владельцы патента RU 2433192:
Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU)
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаной полосы, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. Для повышения прочностных характеристик полосы с сохранением высокой пластичности, обеспечения глубокой штамповки осуществляют выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах и дрессировку, при этом выплавляют сталь, содержащую, мас.%: углерод 0,001-0,006, кремний не более 0,30, марганец 0,26-1,60, фосфор не более 0,12, хром не более 0,15, никель не более 0,15, медь не более 0,50, ванадий не более 0,010, молибден не более 0,015, алюминий 0,01-0,09, азот не более 0,007, сера не более 0,018, железо и неизбежные примеси - остальное, в первом варианте сталь содержит титана 0,01-0,09 и ниобия не более 0,010 при выполнении соотношений Ti≥4C+3,43N+1,5S, во втором варианте сталь содержит титана 0,01-0,07 и ниобия 0,01-0,07 при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75C. Горячую прокатку заканчивают при 810-910°С, смотку полос ведут при 510-710°С, холодную прокатку - с суммарным обжатием 40-95%, рекристаллизационный отжиг осуществляют при 600-750°С с выдержкой 8-35 часов, а дрессировку полос производят с обжатием 0,4-2,5%. Сталь дополнительно содержит 0,0005-0,005 мас.% бора и/или 0,0003-0,001 мас.% кальция. Углеродный эквивалент стали определяют соотношением Сэкв=С+(Мn+Si)/6≤0,28. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаной полосы повышенной прочности, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.
Одним из определяющих качеств автолиста является его способность к вытяжке при штамповке деталей автомобиля. Холоднокатаные полосы с повышенной прочностью и высокой способностью к вытяжке в зависимости от класса прочности должны соответствовать определенному комплексу механических свойств (например, согласно таблице 1):
Известен способ производства стали, содержащей не более 0,007% углерода и 0,006% азота, включающий нагрев слябов при температурах 1000-1160°С, горячую прокатку в полосы с температурой конца прокатки 620-720°С, смотку в рулоны при температурах 600-680°С, холодную прокатку с обжатиями не менее 70%, отжиг при температурах 650-900°С и дрессировку. Выдержку при отжиге холоднокатаной стали проводят в течение 5-18 минут при температурах 750-900°С в проходных печах, а выдержку в течение 11-34 часов при температурах 650-750°С в колпаковых печах [Патент РФ №2258749, МПК С21D 8/04, C21D 9/48, 20.08.2005 г.].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 180 до 260.
Известен способ производства листовой стали, включающий разливку слябов из стали, содержащей, масс. %:
| Углерод | 0,002-0,007 |
| Кремний | 0,005-0,050 |
| Марганец | 0,08-0,16 |
| Алюминий | 0,0-0,05 |
| Титан | 0,05-0,12 |
| Фосфор | не более 0,015 |
| Сера | 0,003-0,010 |
| Хром | не более 0,04 |
| Никель | не более 0,04 |
| Медь | не более 0,04 |
| Азот | не более 0,006 |
| Железо | остальное, |
нагрев слябов до 1150-1240°С, горячую прокатку с температурой конца прокатки не ниже 870°С, охлаждение водой до 550-730°С, смотку в рулоны, холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 70%, отжиг при 700-750°С с выдержкой при этой температуре в течение 11-34 часов, дрессировку с обжатием 0,4-1,2% [Патент РФ №2197542, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, 28.06.2001 г.].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств классов прочности от 180 до 260.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий разливку слябов из стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, масс. %:
| Углерод | 0,001-0,006 |
| Кремний | 0,005-0,04 |
| Марганец | 0,05-0,25 |
| Алюминий | 0,01-0,08 |
| Титан | 0,01-0,09 |
| Ниобий | не более 0,05 (может его не быть) |
| Бор | не более 0,001 |
| Хром | не более 0,06 |
| Никель | не более 0,06 |
| Медь | не более 0,06 |
| Сера | не более 0,012 |
| Фосфор | не более 0,10 |
| Азот | не более 0,006 |
| Железо | остальное |
горячую прокатку с температурой конца прокатки 850-910°С, охлаждение водой до 540-730°С, смотку в рулоны, холодную прокатку с суммарным обжатием 65-88%, отжиг при 700-750°С с выдержкой при этой температуре в течение 10-25 часов, дрессировку устанавливают с обжатием 0,2-0,6% при соотношении Ti/(4C+3,43N+1,5S)>1; а при соотношении меньше единицы - равным 0,61-1,2%. При наличии ниобия и соотношениях Ti/3,43N>1 и Nb/7,75C>1 обжатие при дрессировке устанавливают равным 0,20-0,60%, а при соотношении меньше единицы - равным 0,61-1,2% [Патент РФ №2277594, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, 30.03.2005 г. - прототип].
Недостатки известного способа состоят в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 180 до 260.
Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик стали с сохранением высокой пластичности для обеспечения глубокой штамповки. Для повышения прочностных характеристик в сталь добавляют марганец и фосфор. Для сохранения высокой пластичности выплавляют сталь типа IF без элементов внедрения, таких углерод, азот, сера. Для связывания этих элементов производят микролегирование титаном и/или ниобием.
Технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаной полосы, включающем выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах и дрессировку, выплавляют сталь, содержащую углерод 0,001-0,006%, кремний не более 0,30%, марганец 0,26-1,60%, фосфор не более 0,12%, хром не более 0,15%, никель не более 0,15%, медь не более 0,50%, ванадий не более 0,010%, молибден не более 0,015%, алюминий 0,01-0,09%, азот не более 0,007%, сера не более 0,018%, железо и неизбежные примеси - остальное, в первом варианте сталь содержит титана 0,01-0,09% и ниобия не более 0,010% при выполнении соотношений Ti≥4C+3,43N+1,5S, во втором варианте сталь содержит титана 0,01-0,07% и ниобия 0,01-0,07% при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75С, где Ti, С, N, S, Nb - содержание титана, углерода, азота, серы, ниобия, горячую прокатку заканчивают при температуре 810-910°С, смотку полос ведут при температуре 510-710°С, холодную прокатку с суммарным обжатием 40-95%, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 600-750°С с выдержкой при этой температуре 8-35 часов, а дрессировку полос производят с обжатием 0,4-2,5%. Сталь может дополнительно содержать 0,0005-0,005% бора и/или 0,0003-0,001% кальция. Углеродный эквивалент стали может определяться соотношением Сэкв=С+(Мn+Si)/6≤0,28.
Сущность изобретения состоит в следующем. На механические свойства холоднокатаной листовой стали влияют как химический состав стали, так и режимы деформационно-термической обработки.
Углерод - один из упрочняющих элементов. Увеличение содержания углерода более 0,006% приводит к снижению пластичности, ухудшению штампуемости.
Кремний в стали применен как раскислитель. При увеличении кремния более 0,30% имеет место охрупчивание стали, снижается пластичность, ухудшается штампуемость.
Марганец обеспечивает получение заданного комплекса механических свойств. При содержании марганца менее 0,26% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 1,60% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.
Фосфор упрочняет сталь, повышает твердость феррита и усиливает выделение дисперсных карбидных включений. Увеличение содержания фосфора более 0,12% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее штампуемость.
Хром, никель, медь упрочняют ферритную матрицу. При содержании хрома, никеля более 0,15% каждого и меди более 0,50% снижается пластичность стали, ухудшается ее штампуемость.
Титан и ниобий применены как легирующие элементы. Микролегирование титаном (по первому варианту) или титаном и ниобием (по второму варианту) обеспечивает удаление из твердого раствора примесей внедрения (углерода, азота и серы). Минимальное содержание титана и ниобия определяется требованием достаточного удаления из твердого раствора примесей внедрения. Увеличение содержания титана более 0,09% и ниобия более 0,07% нецелесообразно вследствие чрезмерного упрочнения стали, из-за удорожания стали.
При легировании титаном должно выполняться соотношение:
При легировании титаном и ниобием должны выполняться соотношения:
Ванадий и молибден упрочняют ферритную матрицу. При содержании ванадия более 0,010% и молибдена более 0,015% ухудшается штампуемость и увеличивается себестоимость стали.
Алюминий введен в сталь как раскислитель. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность стали, сталь становится склонной к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,09% приводит к ухудшению штампуемости.
Азот является элементом, упрочняющим сталь. Увеличение содержания азота более 0,007% приводит к снижению пластичности и способствует старению стали.
Сера является примесным элементом и упрочняет ферритную матрицу за счет образования сульфидов марганца. Увеличение содержания серы более 0,018% приводит к ухудшению штампуемости.
Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности с высокой пластичностью углеродный эквивалент стали должен быть регламентирован в соответствии с выражением:
При запредельном значении углеродного эквивалента более 0,28 ухудшается пластичность.
Горячая прокатка с температурами конца прокатки 810-910°С и смотки 510-710°С обеспечивает формирование оптимальной текстуры металла, которая после холодной прокатки и термообработки по предложенным режимам трансформируется в текстуру с преобладающей кристаллографической ориентировкой <111>, а также микроструктуру с высокой стабильностью и равномерностью. Ниже и выше заявленных температурных пределов сталь приобретает структуру с неблагоприятной для холодной штамповки текстурой и неравномерную микроструктуру ферритной матрицы.
Холодная прокатка с суммарным обжатием 40-95% обеспечивает однородную микроструктуру и текстуру с преобладанием кристаллографической ориентировки <111>, благоприятной для штамповки. При запредельных значениях суммарного обжатия менее 40% и более 95% сталь приобретает структуру с неблагоприятной для холодной штамповки текстурой и неравномерную микроструктуру ферритной матрицы.
В результате рекристаллизационного отжига при температуре 600-750°С с выдержкой при этой температуре 8-35 часов формируется однородная микроструктура. Снижение температуры отжига ниже 600°С или увеличение температуры выше 750°С в колпаковых печах не обеспечивает получение необходимого уровня механических свойств, либо ухудшается пластичность, либо не достигается необходимая прочность на прокате. При выдержке менее 8 часов формируется неравномерная микроструктура. Выдержка более 35 часов приводит к необоснованным энергозатратам.
Окончательно механические свойства формируются при дрессировке. Дрессировка полос с обжатием 0,4-2,5% обеспечивает оптимальный уровень механических свойств. Обжатие менее 0,4% приводит к появлению площадки текучести на диаграмме растяжения при испытании металла на разрыв, а значит к его старению. Дрессировка с обжатием более 2,5% ограничена техническими возможностями дрессировочного стана.
Примеры реализации способа.
В кислородном конвертере выплавили низколегированные стали, химический состав которых приведен в таблице 2.
Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000. 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 солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-клетевом стане до толщины 0,5-3,2 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в колпаковых печах. Отожженные полосы дрессировали с заданным обжатием.
В таблице 3 указано необходимое минимальное содержание титана и ниобия согласно зависимостям (1)-(3).
В таблице 4 приведены значения углеродного эквивалента опытных плавок согласно зависимости (4).
В таблице 5 приведены варианты реализации способа производства холоднокатаной полосы, а также показатели механических свойств.
Из таблиц 2-5 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы №2-9) и выполнении зависимостей (1)-(4) достигаются механические свойства с классами прочности от 180 до 260. При запредельных значениях заявленных параметров (составы №1 и №10) и использовании способа-прототипа (составы №11-12) классы прочности от 180 до 260 не достигаются либо по прочности, либо по пластичности: для составов №1 и №11-12 классу прочности 180 не соответствует предел текучести; для состава №10 классу прочности 270 не соответствует предел текучести и относительное удлинение.
1. Способ производства холоднокатаной полосы, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
| углерод | 0,001-0,006 |
| кремний не более | 0,30 |
| марганец | 0,26-1,60 |
| фосфор не более | 0,12 |
| хром не более | 0,15 |
| никель не более | 0,15 |
| медь не более | 0,50 |
| титан | 0,01-0,09 |
| ниобий не более | 0,010 |
| ванадий не более | 0,010 |
| молибден не более | 0,015 |
| алюминий | 0,01-0,09 |
| азот не более | 0,007 |
| сера не более | 0,018 |
| железо и | |
| неизбежные примеси | остальное, |
при выполнении соотношений Ti≥4C+3,43N+l,5S, где Ti, С, N, S - содержание титана, углерода, азота, серы, причем горячую прокатку заканчивают при температуре 810-910°С, смотку полос ведут при температуре 510-710°С, холодную прокатку - с суммарным обжатием 40-95%, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 600-750°С с выдержкой при этой температуре 8-35 ч, а дрессировку полос производят с обжатием 0,4-2,5%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит, мас.%: бор 0,0005-0,005 и/или кальций 0,0003-0,001.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что углеродный эквивалент стали определяют из соотношения: Cэкв=C+(Mn+Si)/6≤0,28.
4. Способ производства холоднокатаной полосы, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
| углерод | 0,001-0,006 |
| кремний не более | 0,30 |
| марганец | 0,26-1,60 |
| фосфор не более | 0,12 |
| хром не более | 0,15 |
| никель не более | 0,15 |
| медь не более | 0,50 |
| титан | 0,01-0,07 |
| ниобий | 0,01-0,07 |
| ванадий не более | 0,010 |
| молибден не более | 0,015 |
| алюминий | 0,01-0,09 |
| азот не более | 0,007 |
| сера не более | 0,018 |
| железо и | |
| неизбежные примеси | остальное, |
при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75C, где Ti, N, Nb, С, - содержание титана, азота, ниобия, углерода, причем горячую прокатку заканчивают при температуре 810-910°С, смотку полос ведут при температуре 510-710°С, холодную прокатку - с суммарным обжатием 40-95%, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 600-750°С с выдержкой при этой температуре 8-35 часов, а дрессировку полос производят с обжатием 0,4-2,5%.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит, мас.%: бор 0,0005-0,005 и/или кальций 0,0003-0,001.
6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что углеродный эквивалент стали определяют из соотношения: Cэкв=C+(Mn+Si)/6≤0,28.
