Способ производства подвергнутой восстановительному отжигу стальной подложки с покрытием для упаковочных применений и изделие из упаковочной стали, полученное с его помощью


 


Владельцы патента RU 2633125:

ТАТА СТИЛ ЭЙМЕЙДЕН БВ (NL)

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости стального листа способ включает получение сляба из стали, содержащей, мас.%: С 0,05 или менее, N 0,004 или менее, Mn от 0,05 до 0,5, P 0,02 или менее, Si 0,02 или менее, S 0,03 или менее, Al 0,1 или менее, при необходимости один или более элементов из: Nb от 0,001 до 0,1, Ti от 0,001 до 0,15, V от 0,001 до 0,2, Zr от 0,001 до 0,1, B от 5 до 50 ppm, Fe и неизбежные примеси - остальное, горячую прокатку при конечной температуре, большей или равной температуре превращения Ar3, однократную холодную прокатку с получением подложки, электроосаждение слоя олова на одну или обе стороны подложки с получением луженого стального листа для упаковочных применений, причем масса покрытия слоя олова или слоев составляет не более 1000 мг/м2, отжиг луженого упаковочного стального листа путем его нагрева со скоростью более 300°С/с до температуры Ta от 513°C до 645°C с выдержкой в течение времени ta с преобразованием слоя олова в слой железо-оловянного сплава, содержащего, по меньшей мере, 90, предпочтительно 95 мас.% FeSn с 50 ат.% Fe и 50 ат.% Sn, и охлаждение со скоростью по меньшей мере 100°С/с. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Настоящее изобретение относится к способу производства подвергнутой восстановительному отжигу стальной подложки с покрытием для упаковочных применений, а также к изделию из упаковочной стали, полученному с его помощью.

Упаковочная сталь обычно производится как продукт однократной или двукратной прокатки на жестепрокатном стане с толщиной от 0,14 до 0,49 мм. Продукт однократной прокатки (SR) на жестепрокатном стане подвергают холодной прокатке непосредственно до окончательного размера, а затем рекристаллизационному отжигу. Рекристаллизация вызывается непрерывным отжигом или периодическим отжигом холоднокатаного материала. После отжига материал обычно дрессируют, обычно с уменьшением толщины на 1-2%, чтобы улучшить свойства материала. Продукт двойной прокатки (DR) на жестепрокатном стане подвергают первому холодному обжатию до достижения промежуточного размера, рекристаллизационному отжигу, а затем второму холодному обжатию до достижения окончательного размера. Получающийся продукт двойной прокатки является более жестким, более твердым и более прочным, чем продукт однократной прокатки, позволяя потребителям использовать по своему назначению более легкую сталь меньшей толщины. Эти непокрытые, холоднокатаные, подвергнутые рекристаллизационному отжигу и необязательно дрессированные упаковочные стали однократной и двойной прокатки называют жестью. Первое и второе холодные обжатия могут быть выполнены в виде холодной прокатки на тандемном стане холодной прокатки, обычно включающем в себя множество (обычно 4 или 5) прокатных клетей.

Восстановительный отжиг (RA) является эффективным в плане затрат способом получения упаковочных сталей с уровнем прочности, сравнимым с сортами двойной прокатки (DR), но с лучшей формуемостью и заметными значениями относительного удлинения. В процессе отжига имеются три стадии, первая из которых является фазой восстановления (возврата), которая приводит к смягчению металла за счет частичного удаления дефектов кристаллической решетки (основным типом которых являются дислокации), а также к уменьшению запасенной энергии, введенной во время деформирования. Фаза восстановления покрывает все явления отжига, которые происходят перед появлением новых зерен без деформаций. Вторая фаза - рекристаллизация, при которой зарождаются и растут новые зерна с большеугловыми границами за счет зерен с высокой запасенной энергией. Этого необходимо избежать в способе и продукте в соответствии с изобретением, потому что это приводит к внезапному и резкому уменьшению свойств прочности при растяжении и к увеличению значений относительного удлинения. Третья стадия является стадией роста зерен после рекристаллизации.

К сожалению, недостатком восстановительного отжига является то, что механические свойства обычно неоднородны вдоль длины полосы, а также от полосы к полосе. Эти изменения в механических свойствах являются последствиями слишком динамичного ответа этого сорта и/или колебания температуры отжиговой печи.

Задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить лучшее управление условиями восстановительного отжига.

Также задача изобретения заключается в том, чтобы предложить подвергнутый восстановительному отжигу материал с воспроизводимыми свойствами.

Также задача изобретения заключается в том, чтобы предложить более экономичную высокопрочную сталь для упаковочных назначений, которая имела бы коррозионно-стойкую наружную поверхность.

Одна или более из этих задач решается способом производства подвергнутой восстановительному отжигу стальной подложки с покрытием для упаковочных применений, включающим в себя этапы:

обеспечения стальных сляба или полосы, подходящих для получения низкоуглеродистой, супернизкоуглеродистой или ультранизкоуглеродистой горячекатаной полосы, для получения упаковочной стали горячей прокаткой при конечной температуре, большей или равной температуре превращения Ar3;

холодной прокатки полученной стальной полосы с получением стальной подложки однократной прокатки;

электроосаждения слоя олова на одной или обеих сторонах стальной подложки однократной прокатки с получением луженой стальной подложки, причем масса покрытия слоя или слоев олова на одной или обеих сторонах подложки составляет самое большее 1000 мг/м2;

отжига луженой стальной подложки при температуре Ta по меньшей мере 513°C с продолжительностью отжига ta:

- чтобы преобразовать слой олова в слой железо-оловянного сплава, который содержит по меньшей мере 80 массовых процентов (мас.%) FeSn (50 ат.% железа и 50 ат.% олова), и

- чтобы одновременно получить восстановленную микроструктуру и при этом не произошла рекристаллизация подложки однократной прокатки (т.е. восстановительный отжиг);

быстрого охлаждения отожженной подложки при скорости охлаждения по меньшей мере 100°C/с.

Преобразование слоя олова в слой железо-оловянного сплава, который содержит по меньшей мере 80 массовых процентов (мас.%) FeSn (50 ат.% железа и 50 ат.% олова), подразумевает, что на подложке больше не остается нелегированного олова.

Изобретение также воплощается в изделии из упаковочной стали, таком как жестяная банка, крышка жестяной банки или дно жестяной банки, включающем в себя подложку из низкоуглеродистой, супернизкоуглеродистой или ультранизкоуглеродистой стали, снабженную на одной или обеих сторонах слоем железо-оловянного сплава, который содержит по меньшей мере 80 массовых процентов (мас.%) FeSn (50 ат.% железа и 50 ат.% олова), причем этот слой железо-оловянного сплава был получен путем снабжения подложки на упомянутых одной или обеих сторонах слоем олова с последующим этапом отжига при температуре Ta по меньшей мере 513°C при продолжительности отжига ta с тем, чтобы сформировать слой железо-оловянного сплава, и при этом этап отжига одновременно обеспечивает подвергнутую восстановительному отжигу подложку, с последующим быстрым охлаждением отожженной подложки.

Предпочтительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В способе в соответствии с изобретением обеспечивают стальной сляб или стальную полосу, подходящие для получения низкоуглеродистой, супернизкоуглеродистой или ультранизкоуглеродистой горячекатаной полосы для получения упаковочной стали горячей прокаткой при конечной температуре, большей или равной температуре превращения Ar3. Низкоуглеродистая сталь в контексте настоящего изобретения имеет содержание углерода самое большее 0,05%, супернизкоуглеродистая сталь имеет содержание углерода самое большее 0,02%, а ультранизкоуглеродистая сталь имеет содержание углерода самое большее 0,003%. В одном варианте осуществления изобретения сталь является сталью без атомов внедрения, предпочтительно ультранизкоуглеродистой. В этих сталях элементы внедрения - углерод и азот - связаны с такими элементами, как ниобий.

Горячекатаную сталь подвергают холодной прокатке для того, чтобы получить стальную подложку однократной прокатки (SR).

На холоднокатаные подложки полной твердости затем наносят слой олова. Подложки называются подложками полной твердости потому, что подложка SR не подвергалась рекристаллизационному отжигу после этапа холодной прокатки. Поэтому микроструктура подложки остается сильно деформированной.

После покрытия оловом луженую стальную подложку отжигают при температуре Ta по меньшей мере 513°C при продолжительности отжига ta, чтобы преобразовать слой олова в слой железо-оловянного сплава, который содержит по меньшей мере 80 массовых процентов (мас.%) FeSn (50 ат.% железа и 50 ат.% олова), и одновременно получить восстановленную микроструктуру и при этом не произошла рекристаллизация подложки однократной прокатки (т.е. восстановительный отжиг). После этого комбинированного диффузионно-восстановительного отжига отожженную подложку резко охлаждают.

Температура Ta и продолжительность отжига ta являются относительно высокой и короткой, так что диффузионный отжиг происходит одновременно с восстановительным отжигом подложки. Уменьшение предела прочности и предела текучести при растяжении остается ограниченным из-за малой продолжительности отжига, но эффект восстановления (возврата) дает значительное увеличение значений относительного удлинения. Параметры процесса контролируются очень тщательно, потому что технологическое окно по времени и температуре диффузионного отжига является критичным с точки зрения получения желаемого количества FeSn (50:50) в слое диффузионного сплава. Поскольку именно этот слой обеспечивает защиту от коррозии, управление этими параметрами является критичным. Эта степень контроля температурно-временного (T-t) профиля также гарантирует, что процесс возврата, который является термически активируемым процессом, воспроизводим как по длине и ширине полосы, так и от полосы к полосе.

Термин «восстановленная микроструктура» следует понимать как означающий термически обработанную холоднокатаную микроструктуру, которая демонстрирует минимальную или вообще отсутствующую рекристаллизацию, причем такая возможная рекристаллизация ограничена лишь локализованными областями, такими как края полосы. Предпочтительно, микроструктура полностью нерекристаллизована. Следовательно, микроструктура упаковочной стали является практически или полностью нерекристаллизованной. Эта восстановленная микроструктура придает стали значительно увеличенную способность к деформации за счет ограниченного уменьшения прочности.

Авторы изобретения обнаружили, что для того, чтобы получить желаемый слой железо-оловянного покрытия, необходимо проводить диффузионный отжиг покрытой оловом стальной подложки при температуре (Ta) по меньшей мере 513°C. Продолжительность диффузионного отжига (ta) при температуре диффузионного отжига Ta выбирается таким образом, чтобы получалось преобразование слоя олова в железо-оловянный слой. Преобладающим и предпочтительно единственным компонентом железо-оловянного сплава в железо-оловянном слое является FeSn (то есть 50 атомных процентов (ат.%) железа и 50 ат.% олова). Следует отметить, что сочетание продолжительности и температуры диффузионного отжига являются до некоторой степени взаимозаменяемыми. Высокая Ta и короткая ta приведут к образованию того же самого слоя железо-оловянного сплава, что и более низкая Ta и более длительная ta. Минимальная Ta в 513°C обязательна, потому что при более низких температурах желаемый слой FeSn (50:50) не образуется. Также диффузионный отжиг не должен продолжаться при неизменной температуре, но температурный профиль может также быть таким, при котором достигается пиковая температура. Важно, чтобы минимальная температура, равная 513°C, поддерживалась в течение достаточно длительного времени для того, чтобы достичь желаемого количества FeSn в диффузионном железо-оловянном слое. Таким образом, диффузионный отжиг может иметь место при постоянной температуре Ta в течение определенного периода времени, или же диффузионный отжиг может, например, предусматривать пиковую температуру металла Ta. В последнем случае температура диффузионного отжига не является постоянной. Было установлено, что предпочтительно использовать температуру диффузионного отжига Ta в диапазоне от 513°C до 645°C, предпочтительно от 513°C до 625°C. При более низкой Ta процесс возврата протекает более медленно. Максимальная температура ограничивается окном образования FeSn и температурой рекристаллизации деформированной подложки.

В одном варианте осуществления изобретения максимальная температура отжига ограничена 625°C, а предпочтительно максимальная температура отжига ограничена 615°C.

Авторы изобретения установили, что самое высокое содержание FeSn в слое железо-оловянного сплава было получено, когда температуру отжига выбрали составляющей по меньшей мере 550°C.

В предпочтительном варианте осуществления предлагается способ производства подложки с покрытием для упаковки, в котором время при Ta составляет самое большее 4 секунды, предпочтительно самое большее 2 секунды, а более предпочтительно - в котором вообще нет никакого времени выдержки при Ta. В последнем случае диффузионный отжиг происходит при нагреве подложки до пиковой температуры металла Ta, после достижения которой подложка охлаждается. Короткое время выдержки при Ta позволяет получать слой железо-оловянного сплава на соответственно модифицированной обычной производственной линии лужения. Тщательное управление этими параметрами гарантирует воспроизводимость процесса восстановительного отжига.

Механические свойства подвергнутой восстановительному отжигу стали зависят от состава сорта стали, степени обжима при холодной прокатке и разницы между температурой восстановительного отжига и температурой рекристаллизации. Следовательно, окончательными механическими свойствами можно в принципе управлять, ограничивая высвобождение запасенной энергии путем выбора правильного цикла отжига. Более конкретно, у стальных листов, изготовленных из одного и того же сорта стали и имеющих одну и ту же историю обработки (горячей прокатки и холодной прокатки) и эквивалентные циклы отжига, высвобождение запасенной энергии может быть оценено с использованием следующей формулы:

M=(Ta+273)(log ta+20)×10-3,

где Ta дана в °C. Стальные листы со сходным коэффициентом М будут иметь похожие механические свойства. Путем выбора правильных значений Ta и ta могут быть определены желаемые свойства подвергнутой восстановительному отжигу подложки и слоя железо-оловянного сплава.

В предпочтительном варианте осуществления слой железо-оловянного сплава содержит по меньшей мере 85 мас.% FeSn, предпочтительно по меньшей мере 90 мас.%, а более предпочтительно по меньшей мере 95 мас.%. Слой FeSn является слоем, полностью покрывающим поверхность подложки. Чем выше доля FeSn, тем лучше будет защита подложки от коррозии. Хотя в идеале слой железо-оловянного сплава состоит только из FeSn, на практике затруднительно предотвратить присутствие очень малых долей других соединений, таких как α-олово, β-олово, Fe3Sn или оксиды. Однако было установлено, что эти малые доли других соединений не оказывают какого-либо влияния на характеристики изделия. Следует отметить, что кроме слоя FeSn на подложке нет никаких других слоев FexSny. Также на подложке не остается нелегированного олова.

Время при Ta не должно превышать критического времени для того, чтобы избежать начала рекристаллизации. В предпочтительном варианте осуществления предлагается способ производства подложки с покрытием для упаковки, в котором время при Ta составляет самое большее 4 секунды, предпочтительно самое большее 2 секунды, а более предпочтительно - в котором вообще нет никакого времени выдержки при Ta. В последнем случае диффузионный отжиг происходит при нагреве подложки до пиковой температуры металла Ta, после достижения которой подложка охлаждается. Короткое время выдержки при Ta позволяет получать слой железо-оловянного сплава при восстановленной подложке на соответственно модифицированной обычной производственной линии лужения, и, кроме того, предотвращается рекристаллизация деформированной подложки.

В одном варианте осуществления изобретения слой или слои железо-оловянного сплава снабжают слоем покрытия из металлического хрома - оксида хрома, получаемого при помощи процесса электроосаждения трехвалентного хрома, как описано в совместно поданной заявке (EP12162415.9).

В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ, в котором отжиг выполняют в атмосфере восстановительного газа, такого как HNX, при выдержке подложки с покрытием в атмосфере восстановительного или инертного газа перед охлаждением с использованием неокисляющей или мягко окисляющей охлаждающей среды с тем, чтобы получить прочный, устойчивый поверхностный оксид.

В одном варианте осуществления изобретения быстрое охлаждение после диффузионно-восстановительного отжига достигается посредством закалки в воде, причем вода, используемая для закалки, имеет температуру между комнатной температурой и ее температурой кипения. Важно поддерживать равномерную скорость охлаждения по ширине полосы во время охлаждения для того, чтобы устранить риски деформирования полосы из-за коробления при охлаждении. Это может быть достигнуто путем нанесения охлаждающей воды посредством (погружной) системы распыления, которая предназначена для создания равномерного поля охлаждения на поверхности полосы. Для того чтобы гарантировать равномерную скорость охлаждения во время распыления, предпочтительно использовать охлаждающую воду с температурой между комнатной температурой и 60°C с тем, чтобы предотвратить достижение водой температуры кипения при контакте с горячей стальной полосой. Закипание воды может привести к появлению локализованных (нестабильных) пленочных эффектов кипения, которые могут привести к неодинаковым скоростям охлаждения на поверхности стальной полосы, потенциально приводя к образованию коробления при охлаждении.

В одном варианте осуществления изобретения процесс отжига включает в себя i) использование нагревательного устройства, способного вызывать скорость нагрева, предпочтительно превышающую 300°C/с, такого как устройство индуктивного нагрева, в водородсодержащей атмосфере, такой как HNX, и/или ii) последующую термовыдержку при температуре отжига для того, чтобы сделать распределение температуры по ширине полосы равномерным, и/или iii) предпочтительное выполнение охлаждения в атмосфере восстановительного газа, такой как атмосфера HNX, и/или iv) предпочтительное выполнение охлаждения посредством закалки в воде, путем использования (погруженных) распылительных сопел, причем вода, используемая для закалки, имеет минимальное содержание растворенного кислорода и имеет температуру между комнатной температурой и 60°C, предохраняя подложку со слоем (слоями) железо-оловянного сплава от контакта с кислородом путем поддержания атмосферы инертного или восстановительного газа, такого как HNX, перед закалкой.

В одном варианте осуществления изобретения масса покрытия слоя или слоев олова на одной или обеих сторонах подложки составляет по меньшей мере 100 мг/м2 и/или самое большее 600 мг/м2 поверхности подложки.

В одном варианте осуществления изобретения сталь включает (в массовых процентах):

содержание углерода 0,05% или менее, и/или

содержание азота 0,004% или менее, и/или

содержание марганца от 0,05 до 0,5%, и/или

содержание фосфора 0,02% или менее, и/или

содержание кремния 0,02% или менее, и/или

содержание серы 0,03% или менее, и/или

содержание алюминия 0,1% или менее, и/или

необязательно, одно или более из содержания ниобия от 0,001% до 0,1%, содержания титана от 0,001% до 0,15%, содержания ванадия от 0,001% до 0,2%, содержания циркония от 0,001% до 0,1% и содержания бора от 5 до 50 миллионных долей, и/или

остаток составляют железо и неизбежные примеси.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения содержание углерода составляет самое большее 0,02%, предпочтительно самое большее 0,003%, и/или содержание ниобия составляет по меньшей мере 0,02 и/или самое большее 0,08%, и/или содержание марганца составляет по меньшей мере 0,2 и/или самое большее 0,4%. Предпочтительно, содержание ниобия составляет по меньшей мере 0,03 и/или самое большее 0,06%.

При выборе содержания углерода 0,003 или менее и соответственно высокого содержания ниобия сталь становится свободной от атомов внедрения, что означает, что присутствующие в стали углерод и азот становятся связанными с ниобием. Это дает сталь, на свойства которой не влияет явление старения. Атомы внедрения, такие как углерод и азот, оказывают значительное влияние на характер деформирования стали. Прерывистое пластическое течение стали напрямую связано с включениями и может привести к полосам Людерса, которые портят внешний вид поверхности, и может также способствовать преждевременному разрушению во время формования или неоднородной упругой отдаче после деформирования. Для того чтобы бороться с негативными эффектами частиц включений, стали без атомов внедрения по существу освобождаются от растворенных углерода и азота. Эти "стали без атомов внедрения" преимущественно полагаются на твердофазное выделение карбидов, нитридов и карбосульфидов для того, чтобы уменьшить содержание атомов внедрения. Дополнительно к этому, общие содержания углерода и азота уменьшаются до чрезвычайно низких уровней, обычно меньше чем 0,003 массового процента углерода и меньше чем 0,006 массового процента азота, с помощью современных методов производства стали.

В одном варианте осуществления подложку с покрытием дополнительно снабжают органическим покрытием, состоящим либо из термореактивного органического покрытия, либо из термопластичного однослойного покрытия, либо из термопластичного многослойного полимерного покрытия.

В предпочтительном варианте осуществления термопластичное полимерное покрытие является системой полимерного покрытия, включающей в себя один или более слоев, использующих термопластические смолы, такие как сложные полиэфиры или полиолефины, но может также включать в себя акриловые смолы, полиамиды, поливинилхлорид, фторуглеродные полимеры, поликарбонаты, смолы стирольного типа, акрилонитрилбутадиенстирольные (АБС) смолы, хлорированные простые полиэфиры, иономеры, уретановые смолы и функционализированные полимеры. Для уточнения:

- Сложный полиэфир представляет собой полимер, составленный из дикарбоновой кислоты и гликоля. Примеры подходящих дикарбоновых кислот включают терефталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталиндикарбоновую кислоту и циклогександикарбоновую кислоту. Примеры подходящих гликолей включают этиленгликоль, пропандиол, бутандиол, гександиол, циклогександиол, циклогександиметанол, неопентилгликоль и т.д. Более чем два вида дикарбоновой кислоты или гликоля могут использоваться вместе.

- Полиолефины включают, например, полимеры или сополимеры этилена, пропилена, 1-бутена, 1-пентена, 1-гексена или 1-октена.

- Акриловые смолы включают, например, полимеры или сополимеры акриловой кислоты, метакриловой кислоты, сложного эфира акриловой кислоты, сложного эфира метакриловой кислоты или акриламида.

- Полиамидные смолы включают, например, так называемый Нейлон 6, Нейлон 66, Нейлон 46, Нейлон 610 и Нейлон 11.

- Поливинилхлорид включает гомополимеры и сополимеры, например, с этиленом или винилацетатом.

- Фторуглеродные полимеры включают, например, тетрафторированный полиэтилен, трифторированный монохлорированный полиэтилен, гексафторированную этилен-пропиленовую смолу, поливинилфторид и поливинилиденфторид.

- Функционализированные полимеры, например, функционализированные посредством привитой сополимеризации малеинового ангидрида, включают, например, модифицированные полиэтилены, модифицированные полипропилены, модифицированные сополимеры этилена-акрилата и модифицированные сополимеры этилена и винилацетата.

Могут использоваться смеси двух или более смол. Кроме того, смола может быть смешана с антиоксидантом, термостабилизатором, поглотителем ультрафиолетового излучения, пластификатором, пигментом, зародышеобразователем, антистатиком, разделительным средством, препятствующим слипанию агентом и т.д. Использование таких термопластичных систем полимерного покрытия показало, что они могут обеспечить превосходные характеристики при изготовлении и применении жестяных банок, такие как срок годности.

В соответствии со вторым аспектом предлагается упаковочная сталь, которая включает в себя подложку из низкоуглеродистой, супернизкоуглеродистой или ультранизкоуглеродистой стали, снабженную на одной или обеих сторонах слоем железо-оловянного сплава, который содержит по меньшей мере 80 массовых процентов (мас.%) FeSn (50 ат.% железа и 50 ат.% олова), причем слой железо-оловянного сплава получен путем снабжения подложки на упомянутых одной или обеих сторонах слоем олова с последующим этапом отжига при температуре Ta по меньшей мере 513°C при продолжительности отжига ta, чтобы сформировать слой железо-оловянного сплава, и при этом этап отжига одновременно обеспечивает подвергнутую восстановительному отжигу подложку, с последующим быстрым охлаждением отожженной подложки.

Эта сталь снабжена как коррозионно-стойким покрытием в виде слоя сплава железа/олова, так и хорошим соотношением прочности/удлинения в результате подвергнутой восстановительному отжигу холоднокатаной (однократной прокатки) стальной подложки полной твердости.

В одном варианте осуществления изобретения предлагается изделие из упаковочной стали, в котором стальная подложка включает в себя (в массовых процентах):

- 0,05% или менее C,

- 0,004% или менее N,

- от 0,05% до 0,5% Mn,

- 0,02% или менее P,

- 0,02% или менее Si,

- 0,03% или менее S,

- 0,1% или менее Al,

- необязательно, одно или более из от 0,001% до 0,1% Nb, от 0,001% до 0,15% Ti, от 0,001% до 0,2% V, от 0,001% до 0,1% Zr, от 5 до 50 миллионных долей B,

- остаток составляют железо и неизбежные примеси.

В предпочтительном варианте осуществления предлагается изделие из упаковочной стали, в котором:

- содержание углерода составляет самое большее 0,02%, и/или

- содержание ниобия составляет по меньшей мере 0,02 и/или самое большее 0,08%, предпочтительно по меньшей мере 0,03 и/или самое большее 0,06, и/или

- содержание марганца составляет по меньшей мере 0,2 и/или самое большее 0,4%.

Предпочтительно, содержание углерода в стали в соответствии с изобретением составляет самое большее 0,003%. Более предпочтительно, стальная подложка является сталью без атомов внедрения.

При стали без атомов внедрения после процесса восстановительного отжига не ожидают возникновения проблем с формой полосы. На плоскостность полосы влияют внутренние напряжения, которые, в свою очередь, происходят от неоднородной микроструктуры из-за изменения температуры отжига. Изменение механических свойств у сорта ниобийсодержащей стали без атомов внедрения очень мало. При изменении температуры отжига изменение в механических свойствах относительно мало (например, 35 МПа для разницы в температуре 50°C), тогда как у низкоуглеродистой стали изменение ожидается равным примерно 70 МПа для Rp и Rm, для подвергнутой восстановительному отжигу низкоуглеродистой стали. Таким образом, низкоуглеродистые (LC) стали являются более критичными в производстве, чем сорта стали без атомов внедрения.

Однако, если форма полосы или текстура поверхности (например, шероховатость) требуют некоторых незначительных корректировок или если изделие должно поставляться с условием, что предел текучести подавлен, тогда изобретение также воплощается в способе, в котором покрытую и отожженную подложку дрессируют или подвергают выравниванию напряжений, причем обжатие подложки составляет от 0,5% до 3% при дрессировке или эквивалентное обжатие при выравнивании напряжений. Стали без атомов внедрения не стареют в результате отсутствия свободных включений, и поэтому единственной причиной дрессировки стали без атомов внедрения является исправление формы или поверхностной текстуры. Дрессировка также может быть выполнена после того, как подложка покрыта термореактивным органическим покрытием, или термопластичным однослойным покрытием, или термопластичным многослойным полимерным покрытием. Дрессированная подложка однократной прокатки не рассматривается как подложка двукратной прокатки.

Далее изобретение будет дополнительно объяснено с помощью следующих неограничивающих примеров.

Таблица 1
Состав стали в 1/1000 мас.%
C Mn Nb N Alраств S P Si Ti
LC 32 180 След. 3,7 52 6 14 3 След.
Nb40 3 350 43 2,5 60 5 4 32 След.
Ti108 12 210 След. 3,0 53 6 6 12 108
Nb-LC 58 400 14 4,0 63 6 7 34 След.
ULC 2 270 След. 3,0 12 9 9 60 След.

След.=следы, только примесь.

Таблица 2
Механические свойства до и после восстановительного отжига
TS FH
(МПа)
A-FH
(%)
TS RA
(МПа)
A-RA
(%)
LC 780 2,0 670 4,5
Nb40 834 1,5 688 4,5
Ti108 730 1,0 700 4,0
Nb-LC 870 0,5 830 3,0
ULC 400 2,0 350 4,0

При выбранной продолжительности отжига окно восстановительного отжига находится между температурой начала рекристаллизации и температурой, с которой материал считается ведущим себя как полностью твердый. Температура, с которой сталь считается ведущей себя как полностью твердый материал, оценена составляющей на 200°C ниже температуры начала рекристаллизации. Температура начала рекристаллизации для сорта стали Nb40 определена равной 710°C из анализа микроструктуры и механических свойств, при котором полностью твердые (FH) испытываемые образцы обрабатывали при различных температурах в течение 60 с. Следовательно, диапазон восстановительного отжига для сорта стали Nb40 оценочно составляет от 710°C до 510°C. В принципе, любая температура выше 510°C может использоваться для того, чтобы получить подвергнутую восстановительному отжигу сталь сорта Nb40. Однако минимальная температура для получения желаемого слоя железо-оловянного сплава составляет по меньшей мере 513°C. Чтобы сохранить продолжительность отжига небольшой, предпочтительно проводить отжиг при температуре по меньшей мере 550°C. Эксперименты также были выполнены при самой высокой допустимой температуре 625°C в течение 4 с. В соответствии с вышеприведенной формулой эти условия соответствуют отжигу при 576°C в течение 60 с на стандартной линии непрерывного отжига.

Использовавшиеся параметры отжига: скорость нагрева до Ta: 300°С/с, Ta от 550°C до 625°C, ta от 4 с до 60 с, скорость охлаждения после отжига 100ºC/с (Таблица 3).

Таблица 3
Значения Rp, Rm и A% образцов стали Nb40 (FH и 100% Rex являются сравнительными значениями)
Rp
(МПа)
Rm
(МПа)
A
(%)
Ta
(°С)
ta
(с)
FH 815 834 1,5 -- -- Сравнительный
RA-4с 612 688 4,5 620 4 По изобретению
RA-10с 640 708 4,7 629 10 По изобретению
RA-60с 649 715 4,7 600 60 По изобретению
RA-26с 572 647 4,4 622 26 По изобретению
100% Rex 216 377 20 720 36 Сравнительный

Сорт Nb40 является сортом без атомов внедрения. Следовательно, после процесса восстановительного отжига не ожидают возникновения проблем с формой полосы.

УТОЧНЕННАЯ ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ,

ПРЕДЛОЖЕННАЯ ЗАЯВИТЕЛЕМ ДЛЯ РАССМОТРЕНИЯ

1. Способ изготовления стального листа с покрытием для упаковочных применений, включающий получение сляба или полосы из стали, содержащей, мас.%:

углерод 0,05 или менее,

азот 0,004 или менее,

марганец от 0,05 до 0,5,

фосфор 0,02 или менее,

кремний 0,02 или менее,

серу 0,03 или менее,

алюминий 0,1 или менее,

а также, необязательно, содержащей один или более элементов из, мас.%:

ниобия от 0,001 до 0,1,

титана от 0,001 до 0,15,

ванадия от 0,001 до 0,2,

циркония от 0,001 до 0,1,

бора от 5 до 50 миллионных долей,

железо и

неизбежные примеси - остальное,

горячую прокатку сляба или полосы при конечной температуре, большей или равной температуре превращения Ar3, с получением горячекатаной полосы,

однократную холодную прокатку горячекатаной стальной полосы с получением холоднокатаной стальной подложки,

электроосаждение слоя олова на одну или обе стороны холоднокатаной стальной подложки с получением луженого стального листа для упаковочных применений, причем масса покрытия слоя или слоев олова на одной или обеих сторонах листа составляет не более 1000 мг/м2,

отжиг луженого стального листа для упаковочных применений путем его нагрева со скоростью, превышающей 300°C/с, до температуры Ta от 513°C до 645°C с выдержкой при Ta в течение времени ta с преобразованием слоя олова в слой железо-оловянного сплава, который содержит по меньшей мере 90, предпочтительно 95 мас.% FeSn с 50 ат.% железа и 50 ат.% олова, и одновременным получением восстановленной микроструктуры холоднокатаной стальной подложки при отсутствии её рекристаллизации,

быстрое охлаждение отожженного стального листа для упаковочных применений со скоростью по меньшей мере 100°C/с.

2. Способ по п. 1, в котором время выдержки ta при отжиге составляет не более 4 с.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором отжиг осуществляют при выдержке луженого стального листа для упаковочных применений в водородсодержащей атмосфере в виде HNX или инертной газовой атмосфере перед охлаждением с использованием неокислительной или слабоокислительной охлаждающей среды и с получением на поверхности стального листа прочного стабильного оксида.

4. Способ по п. 1 или 2, в котором быстрое охлаждение осуществляют водой с температурой в диапазоне от комнатной температуры до 80°C, предпочтительно от комнатной температуры до 60°C, при этом охлаждение проводят с обеспечением равномерной скорости охлаждения по ширине листа.

5. Способ по п. 1 или 2, в котором отжиг луженого стального листа для упаковочных применений включает

нагрев со скоростью, превышающей 300°C/с, в водородсодержащей атмосфере в виде HNX, с использованием индукционного нагревательного устройства, и/или

выдержку при температуре отжига для равномерного распределения температуры по ширине листа, и/или

охлаждение, которое предпочтительно выполняют в восстановительной газовой атмосфере в виде HNX, и/или

охлаждение, которое предпочтительно выполняют водой, при использовании распылительных форсунок, причем вода, используемая для охлаждения, имеет минимальное содержание растворенного кислорода и/или имеет температуру в диапазоне от комнатной температуры до 60°C для предохранения стального листа со слоем или слоями железо-оловянного сплава от контакта с кислородом за счет поддержания инертной или восстановительной газовой атмосферы в виде HNX перед охлаждением водой.

6. Способ по п. 1 или 2, в котором масса покрытия слоя или слоев олова на одной или обеих сторонах стального листа составляет по меньшей мере 100 и/или не более 600 мг/м2 поверхности листа.

7. Способ по п. 1 или 2, в котором сталь содержит, мас.%: углерод не более 0,02, предпочтительно не более 0,003, и/или ниобий по меньшей мере 0,02 и/или не более 0,08, предпочтительно по меньшей мере 0,03 и/или не более 0,06, и/или марганец по меньшей мере 0,2 и/или не более 0,4.

8. Способ по п. 1 или 2, в котором луженый стальной лист для упаковочных применений дополнительно снабжают органическим покрытием, состоящим из термореактивного или термопластичного однослойного или многослойного полимерного покрытия, при этом термопластичное полимерное покрытие выполняют в виде системы полимерного покрытия, включающей один или более слоев термопластичных смол в виде сложных полиэфиров или полиолефинов, акриловых смол, полиамидов, поливинилхлорида, фторуглеродных полимеров, поликарбонатов, смол стирольного типа, акрилонитрилбутадиенстирольных смол, хлорированных простых полиэфиров, иономеров, уретановых смол и функционализированных полимеров, и/или их сополимеров и/или их смесей.

9. Способ по п. 1 или 2, в котором луженый стальной лист для упаковочных применений подвергают дрессировке.

10. Стальной лист с покрытием для упаковочных применений, полученный способом по любому из пп. 1-9.

11. Стальной лист по п. 10, в котором сталь содержит, мас.%: углерод не более 0,02, предпочтительно не более 0,003, и/или ниобий по меньшей мере 0,02 и/или не более 0,08, предпочтительно по меньшей мере 0,03 и/или не более 0,06, и/или марганец по меньшей мере 0,2 и/или не более 0,4.

12. Стальной лист по п. 10 или 11, при этом стальной лист дополнительно снабжен органическим покрытием, состоящим из термореактивного или термопластичного однослойного или многослойного полимерного покрытия, при этом термопластичное полимерное покрытие выполнено в виде системы полимерного покрытия, включающей один или более слоев термопластичных смол в виде сложных полиэфиров или полиолефинов, акриловых смол, полиамидов, поливинилхлорида, фторуглеродных полимеров, поликарбонатов, смол

стирольного типа, акрилонитрилбутадиенстирольных смол, хлорированных простых полиэфиров, иономеров, уретановых смол и функционализированных полимеров, и/или их сополимеров и/или их смесей.

По доверенности



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости упаковочной ленты способ включает получение сляба из стали, содержащей, мас.%: C 0,003 или менее, N 0,004 или менее, Mn от 0,05 до 0,5, P 0,02 или менее, Si 0,02 или менее, S 0,03 или менее, Al 0,1 или менее, железо и неизбежные примеси - остальное, горячую прокатку сляба при конечной температуре выше или равной температуре фазового перехода Ar3, однократную или двукратную холодную прокатку ленты, причем при двукратной холодной прокатке проводят рекристаллизационный отжиг между стадиями холодной прокатки, электроосаждение слоя олова по меньшей мере на одну сторону ленты, причем масса покрытия слоя олова или слоев на одной или обеих сторонах ленты составляет не более 1000 мг/м2; отжиг ленты с покрытием путем ее нагрева со скоростью, превышающей 300°C/с, до температуры Та от 513 до 645°C с выдержкой при Та в течение времени ta с обеспечением преобразования слоя олова в слой сплава железо-олово, который содержит по меньшей мере 90 мас.%, предпочтительно 95 мас.% FeSn с 50 ат.% железа и 50 ат.% олова, с получением восстановленной микроструктуры стали при отсутствии рекристаллизации стальной ленты, подвергнутой холодной прокатке, и быстрое охлаждение ленты с покрытием со скоростью по меньшей мере 100°C/с.

Изобретение относится к покрытию деталей турбины, а именно к гидрофобному эрозионно-стойкому покрытию, нанесенному на деталь аксиально вращающегося механизма, используемую под воздействием насыщенного водой газа, и к способу нанесения этого покрытия.

Изобретение относится к способу получения слоя сплава железо-олово на подложке тароупаковочной стали, требующего малого количества олова, к подложке, снабженной упомянутым слоем, в которой одну и обе стороны подложки из SR- или DR-черной жести покрыты слоем сплава железо-олово, который содержит, по меньшей мере, 80 вес.% FeSn (50 ат.% олова и 50 ат.% железа), и к устройству для получения покрытия из сплава железо-олово.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной промышленности. Способ изготовления теплового барьера, содержащего слой керамического покрытия, покрывающего по меньшей мере одну часть поверхности подложки, включает катодное электроосаждение слоя покрытия на подложку, причем подложка выполнена из материала с электронной проводимостью и образует катод.
На передний выступ ствольной коробки наносят никелевое покрытие. Подвергают передний выступ ствольной коробки термической обработке с нагревом и дальнейшим охлаждением в вакууме.

Изобретение относится к области металлургии, в частности получению стального компонента с металлическим покрытием, который используют в качестве материала для кузовов транспортных средств.

Изобретение относится к электролитическому осаждению твердых износостойких покрытий, а именно композиционных электрохимических покрытий на основе железа с металлокерамическими частицами, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.
Изобретение относится к технологии обработки деталей с гальваническими покрытиями для повышения износостойкости покрытий. .
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения комбинированных покрытий для защиты от коррозии деталей из низко- и среднелегированных сталей различной прочности.

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к способам получения изделий с гальваническими покрытиями, и может быть использовано в промышленности в качестве твердого износостойкого покрытия с целью замены твердого хромирования, вредного на сегодняшний день.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости упаковочной ленты способ включает получение сляба из стали, содержащей, мас.%: C 0,003 или менее, N 0,004 или менее, Mn от 0,05 до 0,5, P 0,02 или менее, Si 0,02 или менее, S 0,03 или менее, Al 0,1 или менее, железо и неизбежные примеси - остальное, горячую прокатку сляба при конечной температуре выше или равной температуре фазового перехода Ar3, однократную или двукратную холодную прокатку ленты, причем при двукратной холодной прокатке проводят рекристаллизационный отжиг между стадиями холодной прокатки, электроосаждение слоя олова по меньшей мере на одну сторону ленты, причем масса покрытия слоя олова или слоев на одной или обеих сторонах ленты составляет не более 1000 мг/м2; отжиг ленты с покрытием путем ее нагрева со скоростью, превышающей 300°C/с, до температуры Та от 513 до 645°C с выдержкой при Та в течение времени ta с обеспечением преобразования слоя олова в слой сплава железо-олово, который содержит по меньшей мере 90 мас.%, предпочтительно 95 мас.% FeSn с 50 ат.% железа и 50 ат.% олова, с получением восстановленной микроструктуры стали при отсутствии рекристаллизации стальной ленты, подвергнутой холодной прокатке, и быстрое охлаждение ленты с покрытием со скоростью по меньшей мере 100°C/с.

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 устройству для производства отожженного стального штрипса и способам его производства. Устройство для производства отожженного стального штрипса содержит зону нагрева, включающую секцию нагрева, включающую первую нагревательную установку или индукционную печь для нагрева от 400 до 600°С и вторую нагревательную установку для дополнительного нагрева стального штрипса от 500°С до 1000°С, секцию выдержки до 120 с включительно, секцию охлаждения, включающую зону медленного охлаждения от температуры отжига до температуры начала быстрого охлаждения, зона быстрого охлаждения предназначена от температуры начала быстрого охлаждения до температуры остановки охлаждения, примерно до 300°С, третью зону охлаждения от температуры остановки второго охлаждения до температуры между температурой окружающего воздуха и 100°С, необязательную зону повторного нагрева, необязательную зону отжига для локальной термической обработки одного или более участков поверхностей в продольном направлении отожженного штрипса для получения заданных свойств в продольном направлении на одном или более участках поверхностей отожженного штрипса, зону заключительного охлаждения отожженного штрипса, зону нанесения покрытия на поверхность отожженного штрипса, включающую, по меньшей мере, секцию электролитического нанесения покрытия поверхности отожженного штрипса, и намоточное устройство для наматывания отожженного штрипса.

Изобретение относится к нанесению металлического покрытия на стальную ленту (1). Для повышения коррозионной стойкости покрытия проводят оплавление покрытия посредством индукционного нагрева с помощью по меньшей мере одной катушки (2) индуктивности при максимальной температуре (ПТМ), превышающей температуру плавления (Ts) материала покрытия, затем в охлаждающем устройстве (3) охлаждают до температуры (ТА) быстрого охлаждения, лежащей ниже температуры плавления, при этом покрытие в течение времени (th) выдерживают при температуре, превышающей температуру плавления (TS), и что время выдержки (th) посредством перемещения по меньшей мере одной катушки (2) индуктивности относительно охлаждающего устройства (3) согласуют с максимальной температурой (ПТМ) и толщиной покрытия, чтобы полностью расплавить покрытие на всю его толщину вплоть до слоя, граничащего со стальной лентой.

Изобретение относится к области индукционного нагрева. .

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов. .

Изобретение относится к оборудованию для термической обработки металлов и может быть использовано в технологических процессах, требующих ускоренного нагрева и замедленного охлаждения с заданной скоростью, в частности для сфероидизирующего и рекристаллизационного отжига калиброванной стали в бунтах.

Изобретение относится к оборудованию для термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано преимущественно для отжига, нормализации калиброванной стали из межкритического интервала температур (МКИ) и термоулучшения (закалки и отпуска) калиброванной стали, предназначенной для изготовления высокопрочных крепежных изделий методом холодной объемной штамповки (ХОШ).

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению стальных листов с требуемой микроструктурой и свойствами. Листы изготовлены из стали, имеющей заданный состав, содержащий следующие элементы, в мас.%: 0,15-0,5 углерода, 1-4 марганца; 2 или менее кремния, алюминия или их комбинации; 0,5 или менее молибдена; 0,05 или менее ниобия; остальное - железо и другие случайные примеси.
Наверх