Сталь и изделие, выполненное из нее

Группа изобретений относится к области металлургии, а именно к низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. Изделие выполнено из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении: углерод 0,016-0,12%, кремний 0,001-0,50%, марганец 0,05-1,90%, фосфор 0,003-0,12%, хром 0,01-0,40%, никель 0,01-0,40%, медь 0,01-0,50%, алюминий 0,01-0,15%, азот не более 0,015%, титан 0,001-0,09%, ниобий 0,001-0,09%, ванадий 0,001-0,09%, молибден 0,001-0,09%, сера не более 0,03%, олово до 0,03%, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом суммарное содержание титана, ниобия, ванадия не превышает 0,22%, суммарное содержание углерода и фосфора не превышает 0,22%, отношение содержаний марганца и серы составляет [Mn]/[S]≥4,8. Сталь дополнительно может содержать 0,0005-0,005% бора и/или 0,0005-0,005% кальция, содержание химических компонентов может быть связано с требуемым минимальным пределом текучести (классом прочности Кпр) зависимостями: [Mn]+[Si]≥(0,003·Kпp-A), [Nb]+[Ti]+[V]+[Mo]≥(0,0002·Kпр-0,026), [С]+[Р]≥(0,0002·Кпр+0,06), а улеродный эквивалент стали определяется зависимостью: Cэкв=C+(Mn+Si)/6≤0,35. Техническим результатом является повышение потребительских свойств проката за счет улучшения штампуемости при сохранении заданных прочностных свойств проката. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к составу низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.

Одним из определяющих качеств стального проката для штамповки является способность к вытяжке, сочетание прочностных и пластических характеристик. Прокат с хорошей штампуемостью в зависимости от класса прочности должен соответствовать определенному комплексу механических свойств, например, согласно требований стандартов ГОСТ 9045, SEW 093, SEW 094, EN 10268, EN 10292, EN 10149 и других (класс прочности соответствует по числовому значению минимальному пределу текучести) - таблица 1.

Примечание: Для марки 08Ю класс прочности установлен условно по среднему получаемому пределу текучести.

Известна высокопрочная сталь для глубокой вытяжки, содержащая углерод 0,002-0,007%; кремний 0,005-0,05%; марганец 0,5-1,7%; сера 0,005-0,015%; фосфор 0,005-0,015% или 0,05-0,15%; алюминий 0,005-0,07%; никель 0,005-0,3%; медь 0,005-0,3%; титан 0,02-0,15%; азот 0,001-0,007%; хром 0,005-0,3%; железо - остальное [Патент РФ №2061782, МПК С22С 38/50, С22С 38/54, 10.06.1996].

Недостатком известной стали является повышенная ее себестоимость из-за необходимости вакуумирования стали при выплавке с целью обеспечения низкого содержания углерода и низкого уровня прочностных свойств, а также повышенный уровень отсортировки по дефектам сталеплавильного происхождения (по плене и неметаллическим включениям).

Известна сталь, содержащая углерод 0,02-0,08%; кремний 0,003-0,40%; марганец 0,20-1,20%; хром 0,01-4,0%; никель 0,01-0,60%; медь 0,01-0,50%; титан 0,002-0,22%; алюминий 0,02-0,15%; серу 0,005-0,025%; фосфор 0,003-0,020%; азот 0,002-0,018%; кальций 0,0001-0,02%; железо - остальное [Патент РФ №2186145, МПК С22С 38/50, 27.07.2002].

Недостатком известной стали является низкая пластичность и высокая себестоимость стали из-за высокого содержания дорогостоящего титана, а также повышенный уровень отсортировки по дефектам сталеплавильного происхождения (по плене и неметаллическим включениям).

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является сталь, содержащая углерод 0,01-0,1%; марганец 0,1-0,9%; кремний 0,01-0,50%; медь 0,01-0,1%; алюминий 0,02-0,07%; бор 0,0001-0,005%; кальций 0,0005-0,004%; титан 0,001-0,03%; азот 0,002-0,01%; фосфор 0,005-0,12%; ванадий 0,001-0,08%; ниобий 0,001-0,05%; хром 0,01-0,1%; никель 0,0l-0,l%; железо и неизбежные примеси - остальное [Патент РФ №2190685, МПК С22С 38/54, 10.10.2002 - прототип].

Недостатком известной стали является отсутствие регламентации содержания химических компонентов для сталей различных классов прочности; механические свойства представлены только величинами r90 и n90 (коэффициентами пластической анизотропии и деформационного упрочнения), нет данных по пределу текучести, прочности и относительному удлинению, что не дает четкого представления, к какому классу прочности относится известная сталь.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение потребительских свойств проката за счет улучшения штампуемости при сохранении заданных прочностных свойств проката путем регламентации содержания химических компонентов в стали.

Технический результат достигается тем, что сталь содержит компоненты в следующем соотношении: углерод 0,016-0,12%; кремний 0,001-0,50%; марганец 0,05-1,90%; фосфор 0,003-0,12%; хром 0,01-0,40%; никель 0,01-0,40%; медь 0,01-0,50%; алюминий 0,01-0,15%; азот не более 0,015%; титан 0,001-0,09%; ниобий 0,001-0,09%; ванадий 0,001-0,09%; молибден 0,001-0,09%; сера не более 0,03%; олово до 0,03%; железо и неизбежные примеси - остальное, при этом суммарное содержание титана, ниобия, ванадия не превышает 0,22%, суммарное содержание углерода и фосфора не превышает 0,22%, отношение содержаний марганца и серы составляет [Mn]/[S]≥4,8. Сталь дополнительно содержит 0,0005-0,005% бора и/или 0,0005-0,005% кальция. Согласно изобретению суммарное содержание химических компонентов (марганца, кремния, ниобия, титана, ванадия, молибдена, углерода и фосфора) связано с требуемым минимальным пределом текучести (классом прочности Кпр) зависимостями:

где [Mn], [Si], [Nb], [Ti], [V], [Мо], [С], [Р] - содержание марганца, кремния, ниобия, титана, ванадия, молибдена, углерода, фосфора, %; Кпр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести; 0,003; 0,0002; 0,026; 0,06 - эмпирические коэффициенты (%); А - эмпирический коэффициент (%), причем А=0,40% - для холоднокатаного проката без покрытия; А=0,65% - для холоднокатаного проката с покрытием.

Углеродный эквивалент стали определяется зависимостью:

.

Технический результат достигается также тем, что изделие выполнено из стали указанного состава.

Сущность изобретения состоит в следующем. Прочностные и пластические свойства проката, предназначенного для штамповки, зависят от химического состава стали.

Углерод - один из упрочняющих элементов. При содержании углерода менее 0,016% прочностные свойства проката ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,12% приводит к снижению пластичности проката.

Кремний в стали применяется как раскислитель и легирующий элемент. При содержании кремния менее 0,001% прочностные свойства проката ниже допустимого уровня. При содержании кремния более 0,50% резко снижается пластичность, имеет место охрупчивание.

Марганец и фосфор упрочняют ферритную матрицу, за счет чего обеспечивается получение заданной прочности. При содержании марганца менее 0,05% и фосфора менее 0,003% прочность проката ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 1,90% и фосфора более 0,12% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее штампуемость, увеличивает стоимость проката.

Хром, никель, медь упрочняют ферритную матрицу. При содержании каждого из них менее 0,01% прочность проката ниже допустимой. Содержание хрома, никеля более 0,40% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает пластичность проката.

Алюминий раскисляет сталь, предотвращает ее старение. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность проката, и он становятся склонным к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,15% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.

Азот воздействует на свойства проката аналогично углероду. Мелкодисперсные частицы карбонитридов легирующих элементов, таких как титан, ниобий, ванадий, молибден упрочняют ферритную матрицу за счет дисперсионного твердения. Увеличение содержания азота более 0,015% приводит к снижению пластичности проката, а также повышает его склонность к старению.

Титан, ниобий, ванадий, молибден обеспечивают получение необходимых прочностных свойств. Они образуют поликарбонитриды и упрочняют ферритную матрицу за счет дисперсионного твердения. При содержании этих элементов менее 0,001% прочность проката ниже допустимой. Содержание этих элементов более 0,09% каждого нецелесообразно вследствие удорожания стали и ухудшения штампуемости проката.

Сера является примесным элементом и упрочняет ферритную матрицу за счет образования сульфидов марганца. Увеличение содержания серы более 0,03% приводит к снижению пластичности и штампуемости проката.

Сера интенсивно связывается с марганцем с образованием сравнительно тугоплавких сульфидов марганца MnS. Включения MnS могут служить центрами зарождения других фаз (нитридных, карбидных). При повышенном содержании серы и пониженном содержании марганца сера находится в стали в виде сернистого железа FeS, которое образует с железом легкоплавкую эвтектику, располагающуюся по границам зерен, что приводит к образованию трещин при прокатке. Чтобы этого избежать, содержание марганца и серы связано зависимостью: [Mn]/[S]≥4,8.

Кальций в пределах от 0,0005 до 0,005% применяют для повышения эффективности раскисляющего действия алюминия и для улучшения формы включений окислов алюминия, их глобуляризации.

Бор препятствует чрезмерному росту ферритных зерен, гомогенизирует микроструктуру. Наличие бора предотвращает образование сегрегаций фосфора по границам зерен. При содержании бора менее 0,0005% прочностные свойства проката ниже допустимого уровня. Увеличение содержания бора более 0,005% приводит к снижению пластичности проката.

Олово является примесным элементом, оно упрочняет сталь. Увеличение содержания олова более 0,03% приводит к снижению пластичности проката.

Экспериментально установлено, что для получения механических свойств с определенным уровнем прочности (классом прочности Кпр) содержание легирующих элементов должно быть регламентировано в соответствии с зависимостями: [Mn]+[Si]≥(0,003·Кпр-А)%, где А - эмпирический коэффициент, численно равный 0,40 или 0,65% в зависимости от вида проката; [Nb]+[Ti]+[V]+[Мо]≥(0,0002·Кпр-0,026)%, [С]+[Р]≥(0,0002·Кпр+0,06)%.

Экспериментально установлено, что суммарное содержание титана, ниобия, ванадия не должно превышать 0,22%, а суммарное содержание углерода и фосфора не должно превышать 0,22%.

Установлено, что для обеспечения пластичности проката углеродный эквивалент стали должен определяться зависимостью Cэкв=C+(Mn+Si)/6≤0,35.

Примеры реализации.

В кислородном конвертере выплавили 16 плавок стали. Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1020-1630 мм. Слябы прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,0-5,5 мм. Затем полосы прокатывали на 4- и 5-клетевом стане до толщины 0,5-3,2 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в колпаковых печах или в агрегате непрерывного отжига. Отожженные полосы дрессировали с заданным обжатием.

В таблице 2 приведен химический состав холоднокатаных полос. Плавки №2-14 из предложенной стали. Плавки №1, 15, 16 с запредельным химическим составом стали. Плавки №17-18 с химическим составом стали по прототипу. Примеры реализации зависимостей (1)-(4) приведены в таблицах 3-4. Механические свойства проката опытных плавок приведены в таблице 4.

Из таблиц 2-4 видно, что в случае реализации предложенного химического состава стали достигаются механические свойства проката классов прочности от 150 до 600 согласно требований стандартов (например, ГОСТ 9045, SEW 093, SEW 094, EN 10268, EN 10292). При запредельных значениях заявленного состава получаются механические свойства либо с недостаточной прочностью (предел текучести и предел прочности имеют низкое значение), либо с недостаточной пластичностью (относительное удлинение имеет низкое значение).

При выполнении условия, что суммарное содержание титана, ниобия и ванадия не должно превышать 0,22% (таблица 2, плавки 2-14) достигаются механические свойства без отклонений от требований стандартов. При запредельных значениях суммарного содержания титана, ниобия и ванадия более 0,22% (таблица 2, плавка 15) получаются механические свойства с недостаточной пластичностью (таблица 4).

При выполнении условия, что суммарное содержание углерода и фосфора не должно превышать 0,22% (таблица 2, плавки 2-14), достигаются механические свойства без отклонений от требований стандартов. При запредельных значениях суммарного содержания углерода и фосфора более 0,22% (таблица 2, плавка 16) получаются механические свойства с недостаточной пластичностью (таблица 4).

При выполнении условия, что отношение содержаний [Mn]/[S]≥4,8, на прокате отсутствовали трещины (таблица 2, плавки 2-16). При значении отношения [Mn]/[S]<4,8 на прокате по кромке были обнаружены трещины, что привело к повышенной отсортировке по качеству поверхности (таблица 2, плавка 1).

При выполнении условия, что углеродный эквивалент Cэкв=C+(Mn+Si)/6≤0,35 (таблица 4 плавки 2-14), достигаются механические свойства без отклонений от требований стандартов. При запредельных значениях углеродного эквивалента более 0,35 (таблица 4 плавка 16) получаются механические свойства с недостаточной пластичностью.

Из проката, изготовленного из стали предложенного состава, производили штамповку деталей автомобиля, в том числе высоконагруженные детали. У различных потребителей были получены хорошие результаты, замечаний по штамповке не было.

Таблица 4
Углеродный эквивалент согласно зависимости Сэкв=С+(Мn+Si)/6≤0,35 и механические свойства холоднокатаных полос
№№ плавок С Si Mn Cэкв=C+(Mn+Si)/6≤0,35 Класс прочности Предел текучести σт, Н/мм2 Предел прочности σв, H/мм2 Относительное удлинение δ80, %
Факт. Соответст
вие зависимости
1 0,015 0,0005 0,04 0,021 да 150 145 (низкое значение) 250 (на нижнем пределе) 46
2 0,016 0,001 0,05 0,025 да 150 155 300 45
3 0,03 0,02 0,12 0,053 да 160 170 310 42
4 0,07 0,10 0,35 0,145 да 240 260 350 29
5 0,09 0,20 0,55 0,215 да 340 335 430 18
6 0,075 0,05 1,60 0,350 да 420 430 470 22
7 0,065 0,25 0,25 0,148 да 220 210 (низкое значение) 335 29
8 0,05 0,04 0,25 0,098 да 220 240 350 35
9 0,05 0,05 0,35 0,117 да 260 275 390 33
10 0,09 0,05 0,60 0,198 да 300 320 400 31
11 0,05 0,01 0,25 0,093 да 260 280 380 30
12 0,07 0,02 0,35 0,132 да 300 340 400 28
13 0,08 0,03 0,55 0,177 да 380 410 460 23
14 0,12 0,50 0,60 0,303 да 420 430 470 20
15 0,13 0,30 0,70 0,297 да 420 480 550 14 (низкое значение)
16 0,10 0,55 1,65 0,467 нет 600 660 700 9 (низкое значение)
Примечание: Технологические параметры плавок №1,15,16 являются запредельными.

1. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, хром, никель, медь, алюминий, азот, титан, ниобий, ванадий, молибден, серу, олово, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод 0,016-0,12
кремний 0,001-0,50
марганец 0,05-1,90
фосфор 0,003-0,12
хром 0,01-0,40
никель 0,01-0,40
медь 0,01-0,50
алюминий 0,01-0,15
азот не более 0,015
титан 0,001-0,09
ниобий 0,001-0,09
ванадий 0,001-0,09
молибден 0,001-0,09
сера не более 0,03
олово до 0,03
железо и неизбежные примеси остальное,

при этом суммарное содержание титана, ниобия, ванадия не превышает 0,22%, суммарное содержание углерода и фосфора не превышает 0,22%, отношение содержаний марганца и серы составляет [Mn]/[S]≥4,8.

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,0005-0,005% бора и/или 0,0005-0,005% кальция.

3. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что суммарное содержание марганца и кремния связано зависимостью с классом прочности (Кпр):
[Mn]+[Si]≥(0,003·Kпр-A),
где [Mn] - содержание марганца, %;
[Si] - содержание кремния, %;
Кпр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести;
0,003 - эмпирический коэффициент, %;
А - эмпирический коэффициент %, причем
А=0,40% - для холоднокатаного проката без покрытия,
А=0,65% - для холоднокатаного проката с покрытием.

4. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что суммарное содержание ниобия, титана, ванадия и молибдена связано зависимостью с классом прочности:
[Nb]+[Ti]+[V]+[Mo]≥(0,0002·Kпр-0,026),
где [Nb] - содержание ниобия, %;
[Ti] - содержание титана, %;
[V] - содержание ванадия, %;
[Мо] - содержание молибдена, %;
Кпр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести;
0,0002 и 0,026 - эмпирические коэффициенты, %.

5. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что для сталей с содержанием фосфора более 0,03% суммарное содержание углерода и фосфора связано зависимостью с классом прочности:
[С]+[Р]≥(0,0002·Кпр+0,06),
где [С] - содержание углерода, %;
[Р] - содержание фосфора, %;
Кпр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести;
0,0002 и 0,06 - эмпирические коэффициенты, %.

6. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что углеродный эквивалент стали определяется зависимостью: Cэкв=C+(Mn+Si)/6≤0,35.

7. Изделие, выполненное из стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по любому из пп.1-6.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочной стали, предназначенной для изготовления массивных деталей. .
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к прокатному производству. .
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении толстых листов и штрипсов с применением контролируемой прокатки. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, закаливающимся на воздухе, используемым в термоупрочненных конструкциях и крупногабаритных изделиях, а также для минимизации изменений формы и размеров изделий при термообработке.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу аустенитной нержавеющей стали и изделиям, полученным с ее использованием. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитной нержавеющей стали, имеющей низкое содержание никеля и молибдена. .

Изобретение относится к конструкционным материалам, применяемым для изготовления элементов устройств, работающих в условиях среды, содержащей кислород и/или водород, и/или фтористоводородную кислоту.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным сплавам, используемым при производстве систем нагревателей подземных углеводородсодержащих пластов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к трубе UOE, предназначенной для трубопроводов, установленных в регионах холодного климата и сейсмоопасных регионах

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству штрипса из стали класса прочности К65-К70 толщиной до 35 мм для труб магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению нефтегазопромысловой бесшовной трубы из мартенситной нержавеющей стали, обладающей прочностью с пределом текучести YS на уровне 95 кфунт/кв.дюйм (665-758 МПа) и повышенной низкотемпературной ударной прочностью

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству холоднокатаных и отожженных листов из двухфазной стали, обладающей высокой прочностью и пластичностью
Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой при производстве сварочной проволоки

Изобретение относится к области металлургии, в частности производству горячекатаного стального листа, который преимущественно используют в качестве исходного материала для высокопрочной сварной стальной трубы марки Х65 или выше, а также способ производства толстостенного высокопрочного горячекатаного стального листа
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката в прутках, круглого, диаметром 100 мм, из рессорно-пружинной стали

Изобретение относится к области металлургии, а именно к рельсам из перлитной стали, используемым на грузовых железных дорогах
Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитным метастабильным сталям, используемым для изготовления изделий, работающих в условиях интенсивного абразивного воздействия или подвергаемых значительным ударным нагрузкам, в том числе для изготовления горнодобывающего и дробильного оборудования, ковшей экскаваторов, траков гусеничных машин, шнеков, бил молотковых дробилок, деталей землеройных и почвообрабатывающих машин

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к составу низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки

Наверх