Способ получения изделий из горячекатаного стального листа горячей штамповкой

Изобретение относится к области черной металлургии. Для изготовления изделий сложной формы разной категорией прочности с высокими показателями временного сопротивления, предела текучести, хладостойкости, коррозионной стойкости, высокой пластичности и свариваемости горячекатаный стальной лист нагревают до 900-960°C со скоростью не более 7°C/с, выдерживают в течение 4-5 мин, штампуют и охлаждают в штампе со скоростью 30-80°C/с для получения горячештампованого изделия, имеющего временное сопротивление до 2200 Н/мм2, при этом стальной лист получают из борсодержащей стали, легированной Si-Mn-Cr и микролегированной Ti-Nb-V или построенной по принципу низкоуглеродистой мартенситной стали, легированной Si-Mn-Cr-Ni и микролегированной Mo-Ti-Nb-V. Изделие имеет временное сопротивление 800-1300 Н/мм2. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам изготовления высокопрочных стальных деталей сложной формы горячей штамповкой и может быть использовано, в частности, при производстве элементов деталей транспортной, строительной, горнодобывающей и других видов техники.

Использование таких сталей, кроме возможности создания принципиально новых объектов техники различного назначения, позволяет существенно снизить стоимость, металлоемкость и массу, увеличить коррозионную стойкость, эксплуатационную надежность и ресурс работы изделий, особенно в сложных природно-климатических условиях, что становится все более актуальным в связи с реализацией широкомасштабных мероприятий по освоению северных широт. Благодаря штамповке при повышенных температурах, получаемой мартенситной микроструктуре, уменьшенному упругому последействию из горячекатаного проката могут быть изготовлены более тонкие и более сложные детали с высокой удельной прочностью и геометрической точностью.

Известен способ получения стального листа для горячей штамповки и способ получения высокопрочной детали. Способ получения стального листа для горячей штамповки включает горячую прокатку сляба с химическим составом, мас. %: C 0,05-0,40, Si 0,001-0,02, Mn 0,1-3, Al 0,0002-0,005, Ti 0,0005-0,01, O 0,003-0,03, один или оба из Cr и Mo в сумме 0,005-2, остальное Fe и неизбежные примеси. Средний диаметр частиц композитных оксидов на основе Fe-Mn, распределенных в стальном листе, составляет 0,1-15 мкм. Горячая прокатка включает черновую и чистовую прокатки сляба, проводимые со степенью обжатия 70% или выше. Способ дополнительно включает травление горячекатаного стального листа и холодную прокатку со степенью обжатия 30% или выше. Затем способ дополнительно включает отжиг холоднокатаного стального листа. Способ получения высокопрочной детали из стального листа для горячей штамповки включает нагрев стального листа, полученного любым вышеуказанным методом до температуры аустенитной области Ас3 или выше и деформирование стального листа посредством матрицы и пуансона с последующей закалкой стального листа в матрице после формования. Обеспечиваются высокие прочность и сопротивление замедленному разрушению детали после горячей штамповки.

(Патент RU 2557114, МПК С22С 38/38, С22С 38/22, В2B 3/02, B21D 22/20, опубл. 20.01.2015).

Недостаток этого способа - отсутствие возможности управления прочностными свойствами.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ изготовления горячештампованного листа, включающий нагрев сляба, имеющего состав стали, содержащий, мас. %: от 0,002 до 0,1 C, от 0,01 до 0,5 Si, от 0,5 до менее 1,0 Mn+Cr, 0,1 или менее P, 0,01 или менее S, 0,05 или менее Al, 0,005 или менее N, при необходимости от 0,0005 до 0,004 В, Fe и неизбежные примеси - остальное, до температуры его поверхности от Ar3 до 1400°C, горячую прокатку, при которой нагретый сляб подвергают чистовой прокатке с общей степенью обжатия в выходной клети и непосредственно предшествующей клети перед выходной клетью 40% или более при температуре поверхности сляба от Ar3 до 1400°C, с последующим охлаждением в пределах одной секунды после чистовой прокатки для получения горячекатаного стального листа, который затем наматывают в температурном диапазоне 650°C или ниже, и горячую штамповку с использованием пресс-формы в состоянии, в котором стальной лист нагрет до температуры Ас3 или выше с последующим охлаждением в пресс-форме при скорости охлаждения, превышающей 100°C/с для получения горячештампованного листа, имеющего микроструктуру, состоящую из, в соотношении по площади, 0% или более и менее 90% мартенсита, не менее 10% бейнита и менее 0,5% феррита и перлита, или микроструктуру, состоящую из, в соотношении по площади, не менее 99,5% бейнитного феррита и менее 0,5% феррита и перлита. Лист имеет предел прочности на растяжение менее 940 МПа и превосходную локальную деформируемость. (Патент RU 2562654, МПК С22С 38/18, С22С 38/32, C21D 8/02, опубликован 10.09.2015 - прототип).

Недостаток прототипа заключается в том, что имеет предел прочности на растяжение менее 940 МПа.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, - изготовление изделий сложной формы разной категорией прочности методом горячей штамповки, совмещенной с закалкой металла, из горячекатаного проката с получением технического результата, обеспечивающего высокие показатели временного сопротивления, предела текучести, хладостойкости, коррозионной стойкости, высокой пластичности и свариваемости.

Технический результат настоящего изобретения достигается тем, что в способе получения изделия из горячекатаного стального листа горячей штамповкой, включающем нагрев листа до температуры 900-960°C, согласно изобретению, нагрев листа ведут со скоростью не более 7°C/с, выдерживают в течение 4-5 мин и охлаждают в штампе со скоростью 30-80°C/с для получения горячештампованого изделия, имеющего временное сопротивление до 2200 Н/мм2, при этом стальной лист получают из борсодержащей стали, легированной Si-Mn-Cr и микролегированной Ti-Nb-V или построенной по принципу низкоуглеродистой мартенситной стали, легированной Si-Mn-Cr-Ni и микролегированной Mo-Ti-Nb-V. Изделие имеет временное сопротивление 800-1300 Н/мм2. Изделие имеет временное сопротивление 1300-1800 Н/мм2. Изделие имеет временное сопротивление 1800-2200 Н/мм2.

Сущность изобретения заключается в том, что производство изделий сложной формы методом горячей штамповки из горячекатаного проката и обеспечение высоких показателей прочностных характеристик достигается благодаря превращению ферритно-перлитной микроструктуры исходного проката в аустенит, усреднение концентрации углерода и других компонентов по объему образовавшихся аустенитных зерен, растворение и формирование новых выделений разных типов избыточных фаз, рост зерна аустенита, формирование мартенситной микроструктуры и объемной системы наноразмерных выделений избыточных фаз при горячей штамповке.

Лист перед горячей штамповкой нагревают со скоростями не более 7°C/с до температуры 900-960°C с выдержкой в течении 4-5 минут, обеспечивая усреднение температуры и образование зерен аустенита перед деформацией и закалкой на мартенситную структуру при горячей штамповке. Этот режим обеспечивает протекание превращения ферритно-перлитной смеси в аустенит из сталей с содержанием углерода от 0,08 до 0,30% для получения требуемых показателей структурного состояния и комплекса свойств металла готовых изделий. При повышении температуры аустенизации до 960°C имеет место рост предела текучести и временного сопротивления, дальнейшее повышение температуры сопровождается снижением прочностных характеристик изделий.

С целью предупреждения нежелательного интенсивного роста зерна аустенита для сталей целесообразным является использование температур аустенизации закономерно уменьшающихся от величин порядка 960°C для низкоуглеродистых (0,08-0,14% С) до значений около 900°C для сталей с высоким содержанием 0,22-0,30% углерода. При изотермической выдержке при любой температуре аустенизации первоначально происходит быстрый рост размера зерна аустенита, который постепенно замедляется и практически становится постоянным. Повышение температуры аустенизации до 960°C увеличивает скорость превращения ферритно-перлитной смеси в аустенит и однородность распределения компонентов по его объему. В результате возрастает доля мартенсита, образующегося при закалке, а также, возможно, количество формирующихся фазовых выделений, что стимулирует повышение прочностных характеристик, при снижении пластичности. Дальнейшее повышение температуры приводит к интенсивному росту зерна, что при близкой или эквивалентной доле мартенсита в металле после закалки приводит к существенному снижению степени ее дисперсности. Кроме того, может снижаться количество наноразмерных карбонитридных и других типов фазовых выделений в результате более полного растворения их части, присутствующей в исходном прокате. В результате прочностные характеристики металла после закалки несколько снижаются, при возможном некотором повышении пластичности. Повышение прочности при переходе от температуры аустенизации 900 к 960°C, во всех случаях сопровождается снижением ударной вязкости, а затем несколько возрастает или остаются примерно на эквивалентном уровне. Установленные закономерности изменения структурного состояния и свойств проката в зависимости от температуры аустенизации обусловлены суперпозицией процессов, протекающих при горячей штамповке, прежде всего: фазового превращения ферритно-перлитной смеси в аустенит, выравнивание (усреднение) концентраций углерода и других компонентов по объему аустенитных зерен, превращения аустенита в мартенсит и формирования системы наноразмерных карбонитридных и других типов выделений при закалке стали.

При использовании скоростей охлаждения 30-80°C/с при закалке, соответствующих в настоящее время всему возможному диапазону функционирования штампов по изготовлению изделий методами горячей штамповки, для металла готовых изделий получен высокий комплекс прочностных свойств относительного удлинения и ударной вязкости. При увеличении скорости охлаждения в диапазоне 30-80°C/с при закалке прочностные характеристики возрастают, а относительное удлинение и ударная вязкость, напротив, снижаются, благодаря увеличению доли мартенсита, а затем остаются на постоянном уровне. Наличие деформации, предшествующей закалке, приводит к значительному (более чем на 200 МПа) повышению прочностных характеристик стали, что обусловлено формированием объемной системы наноразмерных карбонитридных и других типов выделений, вносящей существенный вклад в прочностные характеристики стали. При более медленном охлаждении менее 30°C/с при закалке, наличие деформации не приводит к приросту прочностных свойств проката. Если при скорости охлаждения 30°C/с они остаются практически на том же уровне, что и при более высоких скоростях охлаждения, то при более медленном охлаждении происходит существенное (до 300 МПа) уменьшение показателей прочностных характеристик металла готовых изделий из-за снижения доли мартенсита в его структуре.

Для получения изделий разных категорий прочности (временного сопротивления 800-1300 Н/мм2,, 1300-1800 Н/мм2 и 1800-2200 Н/мм2) целесообразным является деление сталей на три группы по содержанию углерода (мас. %): низкоуглеродистые - 0,08-0,14; со средним - 0,14-0,22 и высоким содержанием углерода - 0,22-0,30, а также по типам легирования на борсодержащие и построенные по принципу низкоуглеродистых мартенситных сталей.

Основными компонентами, контролирующими свойства как исходного проката, так и металла готовых изделия, являются C, Mn, Cr, Ni, Mo, В, в основном, ответственные за получение мартенситной структуры при закалке и Ti, Nb, V, участвующие в диспергировании микроструктуры и формировании объемной системы наноразмерных карбонитридных выделений. Учет влияния концентрации углерода выражается в принятой системе деления сталей на три группы. Содержание бора строго ограничено величиной 0,003% из-за эффективности его действия только в состоянии твердого раствора, а при избыточной концентрации могут образовываться неблагоприятные карбобориды. Оптимальные концентрации микролегирующих элементов Ti, Nb, V главным образом определяются концентрациями углерода и азота и эффективного их использования должны обеспечивать полное растворение образующихся карбонитридов ниобия и ванадия при определенных температурах.

Для двух разработанных типов стали с разным содержанием углерода найдены оптимальные диапазоны значений параметров горячей штамповки: скорости нагрева - 7°C/с, температуры и продолжительности интервала времени аустенизации проката, скорости охлаждения при закалке после деформации - 40-80°C/с при низком (0,08-0,14%) и 30-80°C/с при более высоком содержании углерода. Для обоих типов разработанных сталей с низким содержанием углерода оптимальной является температура, Та -960°C и продолжительность выдержки ta - 5 минут при аустенизации, а с высоком содержанием углерода - 900°C и 4 минуты соответственно. В случае среднего содержания углерода оптимальные значения для проката из борсодержащих сталей Та - 920°C, ta - 5 минут, а из построенных по принципу низкоуглеродистых мартенситных сталей - Та - 910°C, ta - 4 минуты.

Примеры конкретного исполнения изобретения

В качестве примеров представлены результаты испытания десяти вариантов сталей, составы которых указаны в таблице 1.

Выплавку стали производили в основной индукционной ИСТ-0,01 печи с емкостью тигля 30 кг. Нагрев заготовок под прокатку осуществляли в камерной нагревательной электрической печи. Прокатку заготовок проводили на лабораторном прокатном стане ДУО 300.

Из полученных образцов горячекатаного проката изготавливали 10 образцов разного вида и подвергали термической обработке, имитирующей горячую штамповку. Для этого образцы нагревали до температуры 900-950°C со скоростью не более 7°C/с, выдерживали при этой температуре 4-5 минуты и закаливали в потоке воздуха со скоростью охлаждения 30-80°C/с. Из полученных образцов изделий отбирали пробы для проведения механических испытаний по ГОСТ 1497-84, ГОСТ 9454-78, ГОСТ 9651-84 и содержания неметаллических включений по ГОСТ 1778-70, для оценки стойкости металла изделий против локальной и других видов коррозии «Методика определения стойкости углеродистых и низколегированных сталей против локальной коррозии» Стандарт организации СТО 00190242-001-2008.

Таким образом, из металла выполненных 10 плавок двух типов сталей, закаливаемых при штамповке из горячекатаного проката, получено 10 экспериментальных образцов изделий. Экспериментальные образцы изделий: борсодержащие стали составов №№1, 3, 5, 7, 9 и построенные по принципу низкоуглеродистых мартенситных стали составов №№2, 4, 6, 8, 10.

Таким образом, показано, что режимы горячей штамповки, в пределах, указанных в формуле изобретения, обеспечивают получение изделий с показателями чистоты по неметаллическим включениям, технологических, служебных свойств изделий из горячекатаного проката из обоих типов сталей.

1. Способ получения горячештампованого изделия из горячекатаного стального листа, включающий нагрев листа до температуры 900-960°C, горячую штамповку листа и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев листа ведут со скоростью не более 7°C/с, выдерживают в течение 4-5 минут и охлаждают в штампе со скоростью 30-80°C/с с получением горячештампованого изделия, имеющего временное сопротивление до 2200 Н/мм2.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что штампуют лист из борсодержащей стали, легированной Si-Mn-Cr и микролегированной Ti-Nb-V.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что штампуют лист из изкоуглеродистой мартенситной стали, легированной Si-Mn-Cr-Ni и микролегированной Mo-Ti-Nb-V.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают изделие с временным сопротивлением 800-1300 Н/мм2.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают изделие с временным сопротивлением 1300-1800 Н/мм2.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают изделие с временным сопротивлением 1800-2200 Н/мм2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к износоустойчивой толстолистовой стали. Сталь имеет химическую композицию, содержащую, мас.%: С: от 0,10 до менее 0,20, Si: от 0,05 до 0,5, Mn: от 0,5 до 1,5, Cr: от 0,05 до 1,20, Nb: от 0,01 до 0,08, В: от 0,0005 до 0,003, Al: от 0,01 до 0,08, N: от 0,0005 до 0,008, Р: не более 0,05, S: не более 0,005, О: не более 0,008, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстому листу из износостойкой стали. Сталь содержит, мас.%: С: от 0,20 до 0,30, Si: 0,05 до 0,5, Mn: от 0,5 до 1,5, Cr: от 0,05 до 1,20, Nb: от 0,01 до 0,08, В: от 0,0005 до 0,003, Al: от 0,01 до 0,08, N: от 0,0005 до 0,008, Р: не более 0,05, S: не более 0,005 и О: не более 0,008, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной коррозионно-стойкой плакированной стали, используемой для изготовления сварных конструкций и оборудования, применяемых в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, используемому в машиностроении. Лист выполнен из стали, содержащей, мас.%: С от 0,20 до 0,42, Si от 0,06 до 0,5, Mn от 0,2 до 2,2, Cr от 0,1 до 2,5, В от 0,0005 до 0,01, О от 0,0020 до 0,020, Al от 0,001 до 0,03, Ti от 0,001 до 0,05, N 0,1 или менее, Р 0,03 или менее, S 0,02 или менее, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области черной металлургии и касается составов сталей, используемых для изготовления различного режущего инструмента. Быстрорежущая сталь содержит, мас.%: углерод 1,4-1,6, кремний 0,3-0,4, марганец 0,25-0,35, ванадий 5,5-6,5, молибден 5,0-5,5, хром 4,5-5,5, медь 1,8-2,1, цирконий 0,15-0,35, рений 0,08-0,12, гафний 7,0-8,0, ниобий 1,0-2,0, бор 0,2-0,5, железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к порошковым проволокам для нанесения покрытий, и может быть использовано для защиты поверхности деталей, работающих в условиях воздействия частиц абразива и высоких температур.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, которые могут быть использованы для изготовления деталей тепловых агрегатов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к холоднокатаному и отожженному листу толщиной 0,5-2,6 мм, состоящему из стальной подложки для термической обработки и предварительного металлического покрытия, нанесенного на по меньшей мере две основные поверхности стальной подложки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной бесшовной стальной трубе, пригодной для применения в нефтяных скважинах. Бесшовная стальная труба выполнена из стали, содержащей в мас.%: С 0,15-0,50, Si 0,1-1,0, Μn 0,3- 1,0, Р 0,015 или менее, S 0,005 или менее, Al 0,01-0,1, N 0,01 или менее, Cr 0,1-1,7, Mo от 0,40-1,1, V от 0,01-0,12, Nb 0,01-0,08, Ti 0,03 или менее, В 0,0005-0,003, Fe и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу жаропрочной хромистой стали мартенситного класса, применяемой для изготовления элементов, в том числе котлов, труб паропроводов электростанций.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению горячекатаной полосы из высокопрочной коррозионностойкой стали, предназначенной для применения в сооружениях и конструкциях различного назначения в Арктике и Антарктике.

Изобретение относится к области металлургии. Способ производства текстурированного листа из электротехнической стали включает нагревание сляба, содержащего, мас.%: C от 0,0005 до 0,005, Si от 2,0 до 4,5, Mn от 0,005 до 0,3, S и/или Se (в сумме) 0,05 или менее, растворенный Al от 0,010 до 0,04, N 0,005 или менее, остальное - Fe и неизбежные примеси, горячую прокатку сляба с получением горячекатаного листа, при необходимости, отжиг горячекатаного листа в горячей зоне, холодную прокатку горячекатаного листа в один, два или большее число проходов с промежуточным отжигом между ними и с получением холоднокатаного листа конечной толщины, отжиг холоднокатаного листа на первичную рекристаллизацию и отжиг на вторичную рекристаллизацию, при этом индекс ИС старения стального листа перед проведением конечной холодной прокатки устанавливают равным 70 МПа или менее для эффективного роста зерен с ориентацией Госса с обеспечением в результате текстурированного листа из электротехнической стали с хорошими магнитными свойствами, без ограничения содержания C в относительно большом количестве.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению листа из текстурированной электротехнической стали. Лист имеет стальную подложку, основную пленку форстерита, сформированную на поверхности стальной подложки, и изоляционное покрытие, сформированное на основной пленке форстерита и создающее натяжение на поверхности стальной подложки.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения устойчивости к водородному растрескиванию поверхности магистральной трубы, используемой для высокосернистого газа, имеющей толщину 20 мм или более и прочность на разрыв 560 МПа или более, труба выполнена из стали, содержащей химическую композицию С, Si, Mn, Р, S, Al, Nb, Са, N и О, а также один или более компонентов, выбираемых из Cu, Ni, Cr, Mo, V и Ti, в качестве необязательных компонентов, и остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения стойкости к водородному растрескиванию магистральной трубы с толщиной стенки 20 мм или больше и пределом прочности при растяжении, равным 560 МПа или выше, ее выполняют из стали, содержащей С, Si, Mn, Р, S, Al, Nb, Ca, N и О, один или несколько компонентов, выбранных из Cu, Ni, Cr, Mo, V и Ti, Fe и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения предела прочности на растяжение YS 450 МПа или более и стойкости к разупрочнению в течение продолжительного периода времени в интервале промежуточных температур стальную трубу изготавливают с помощью электросварки сопротивлением из горячекатаного стального листа.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения равномерного нагрева листа из холоднокатаной электротехнической стали, улучшения качества формы листа стали и его магнитных свойств в линии непрерывного отжига листов стали, содержащей зону нагрева, зону выдержки и зону охлаждения, последовательно в передней половине зоны нагрева расположены два или более устройств индукционного нагрева, а в температурной зоне, где температура листа стали между двумя или более устройствами индукционного нагрева составляет от 250°C до 600°C, выполнена область остановки нагрева длиной 1-30 м или область медленного нагрева со скоростью от более 0°C/с до 10°C/с.

Изобретение относится к высокопрочной многофазной стали с минимальной устойчивостью на разрыв 580 МПа преимущественно с двухфазной структурой для холодно- или горячекатаной стальной полосы с улучшенными формовочными свойствами, в частности для производства легковесных конструкций для транспортных средств, состоящей из элементов, мас.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству на реверсивном стане толстых листов из низколегированной стали класса прочности К-65 для изготовления труб магистральных газопроводов высокого давления.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстостенным стальным трубам, которые могут быть использованы для бурения или транспортировки нефти и природного газа.

Изобретение относится к области черной металлургии. Для повышения прочности, ударной вязкости и относительного сужения в направлении толщины проката при низких температурах получают горячекатаный прокат толщиной 8-50 мм с повышенным уровнем хладостойкости, выплавляют сталь, содержащую, мас.

Изобретение относится к области черной металлургии. Для изготовления изделий сложной формы разной категорией прочности с высокими показателями временного сопротивления, предела текучести, хладостойкости, коррозионной стойкости, высокой пластичности и свариваемости горячекатаный стальной лист нагревают до 900-960°C со скоростью не более 7°Cс, выдерживают в течение 4-5 мин, штампуют и охлаждают в штампе со скоростью 30-80°Cс для получения горячештампованого изделия, имеющего временное сопротивление до 2200 Нмм2, при этом стальной лист получают из борсодержащей стали, легированной Si-Mn-Cr и микролегированной Ti-Nb-V или построенной по принципу низкоуглеродистой мартенситной стали, легированной Si-Mn-Cr-Ni и микролегированной Mo-Ti-Nb-V. Изделие имеет временное сопротивление 800-1300 Нмм2. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Наверх