CZ321999A3

CZ321999A3 - Způsob výroby pásové oceli s vysokou pevností a dobrou tvárností

Info

Publication number: CZ321999A3
Application number: CZ19993219A
Authority: CZ
Inventors: Bernhard Dr.-Ing. Engl; Günter Dipl.-Ing. Stich
Original assignee: Thyssen Krupp Stahl Ag
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 2000-07-12
Also published as: CN1252105A; WO1998040522A1; CZ290944B6; PL335639A1; EP0966547A1; DE59801637D1; PL186831B1; DE19710125A1; AR010130A1; CA2284124A1; ZA982115B; ATE206472T1; CN1082549C; ES2165157T3; EP0966547B1

Description

Způsob výroby pásové oceli s vysokou pevností a dobrou tvárností

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby pásové oceli s vysokou pevností nejméně 900 MPa a dobrou tvárností.

Dosavadní stav techniky

Požadavek na snížení spotřeby pohonných hmot u vozidel přináší potřebu použití lehkých konstrukcí. Lehkých konstrukcí může být dosaženo zmenšením tlouštek plechů. Ke kompenzaci takto podmíněných ztrát na pevnosti konstrukčních dílů musí být zvýšena pevnost materiálu. Zvyšování pevnosti představuje v normálním případě zmenšování tvárnosti. Plechy používané při stavbě vozidel musí být do konečné formy podmíněné designovými a funkčními požadavky zpracovány tvářením. Je-li zvyšování pevnosti a s tím spojené zhoršování tvárnosti příliš vysoké, dochází při tváření k selhání vzhledem k místním seškrcením a prasklinám. Z tohoto důvodu je zvyšování pevnosti omezeno.

Vývoj ocelí se na zlepšování poměru tvárnost/pevnost stále zaměřuje.

V oblasti pevnosti pod 500 MPa byly již dosaženy zaznamenatelné úspěchy co se týče snížení tloušťky plechů a • · • « • · φ · • · · φ Φ· ·* ·· Φ· « · φ · • φ · ·

to použitím ocelí legovaných fosforem nebo mikrolegovaných ocelí. Ještě lepších výsledků bylo dosaženo u vytvrzovaných ocelí. V oblasti pevnosti mezi 500 a 800 MPa byly získány dobré hodnoty tvárnosti vývojem dvoufázových a takzvaných TRIP (Transformátion-induced plasticity) ocelí.

Charakteristické hodnoty pro tváření mohou být ve velké míře získány pro praxi z tahové zkoušky. Zejména tažnost a n-hodnota (míra pro schopnost vytvrzování) představují důležité údaje. N-hodnota je charakteristická pro tvárnost při namáhání přetahováním. Toto je u většiny plechových dílů vozidla převládající způsob tváření. N-hodnota je v poměrně dobrém souladu s poměrem meze průtažnosti, což rovněž představuje použitelnou míru pro praxí pro schopnost vytvrzování materiálu.

Aby mohla být výhoda zvýšení pevnosti k redukci tloušťky plechu co nejvíce využita, je usilováno o co možná vysoké hodnoty tažnosti (A) a vytvrzení (n-hodnota).

Ocele s velmi vysokou pevnosti nad 800 MPa mohou být velmi efektivně použity k optimalizaci hmotnosti dílů s eventuelním zmačkáním jako jsou nárazníky. K tomu však musí být tloušťka plechu snížena z hodnoty nad 2,0 mm na tloušťku pod 2,0 mm, na zhruba 1,5 mm. Takovéto vysocepevné ocelové výrobky mohly být v minulosti dány k dispozici pouze jako za studená válcované plechy.

Především v oblasti nejvyšších pevností nad 800 MPa při použití obvyklých materiálových koncepcí k výrobě ocelového pásu válcovaného za tepla nebo za studená nejsou tvářecí schopnosti postačující k přetváření plechu do potřebných • 0 • 0

000 000 dílů. Vysoké pevnosti je přitom dosaženo vytvořením martenzitických struktur. Meze průtažnosti jsou ale u takovýchto ocelí rovněž velmi vysoké. Z toho odvozené hodnoty pro poměr meze průtažnosti popřípadě vytvrzení jsou odpovídajícím způsobem nízké. Toto vede vedle nepatrné tvárnosti k vysokým hodnotám odpružení, takže výlisky lze jen obtížně nebo vůbec ne vyrobit v požadovaném tvaru.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je vyvinout pásovou ocel, která by měla vysokou schopnost vytvrzení, spolu s dobrou tvárností a vysokou pevností.

K řešení tohoto úkolu je podle vynálezu navržen způsob,

při němž je	ocel,	sestávající z (v % hmotnostních):
0,10 až	0, 20	% C
0,30 až	0, 60	% Si
1,50 až	2,00	% Mn
max	0, 08	% P
0,30 až	0, 80	% Cr
až	0, 40	% Mo
až	0,20	% Ti a/nebo Zr
až	0, 08	% Nb
zbytek	železe	i a nevyhnutelné nečistoty,

roztavena, odlita do bramy a následně za tepla válcována do tvaru pásu, přičemž válcovací teplota leží nad 880° C, rychlost ochlazování na výstupním válečkovém dopravníku obnáší nejméně 30° C/s a navíjecí teplota činí 300 až 600° C.

Stanovené vytvoření velmi jemných mikrostuktur, sestávajících z měkkých a tvrdých fází vedle sebe, v kombinaci s rozptýlením nej jemnějších vyloučenin, skýtá možnost získání atraktivních, dosud neznámých zpracovatelských a užitných vlastností. Vytvrzení struktury díky vícefázovosti ve spojení s tvrzením prostřednictvím jemného zrna a jemných částic jsou příčinou multiplexního vytvrzovacího pochodu.

Obzvláštní hospodářský význam způsobu podle vynálezu spočívá v možnosti výroby pásové oceli válcované za tepla v tloušťkách pod 2,0 mm, například 1,5 mm. Výrobní postup nevyžaduje takto bezpodmínečně nákladný výrobní proces výroby pásu válcovaného za studená s přídavnými kroky válcování za studená a závěrečným žíháním.

Předkládaný způsob zahrnuje také možnost povrchového zušlechtění. Takto mohou být například naneseny elektrolyticky vyloučené zinkové vrstvy. Enormní zlepšení korozní ochrany prostřednictvím zinkové vrstvy je jako známá skutečnost předpokládáno. Dále je známo, že vysocepevné ocele mají díky přijímání vodíku při elektrolytickém pozinkování sklon ke zkřehnutí. Bylo prokázáno, že u pásové ocele podle vynálezu k těmto obávaným problémům nedochází.

Dále je popsán význam jednotlivých legujících prvků a jejich výrobní parametry.

Uhlík je nutný k vytvrzení struktury a k vytvoření jemných vyloučenin. Z důvodu svařitelnosti má být jeho obsah omezen na 0,1 až 0,2 %.

• · • · · ·

’ 5

Křemík zvyšuje tvrdost směsných krystalů, k čemuž je ho zapotřebí nejméně 0,3 %. Z důvodu svařitelnosti a k zamezení vzniku nežádoucích okují je jeho obsah omezen na 0,6 %.

Mangan při obsahu nejméně 1,5 % zpomaluje přeměnu a způsobuje tvoření tvrdých produktů přeměny. K zamezení nepřípustně silných mikrosegregací je jeho obsah omezen na maximálně 2,0 %.

Fosfor může být přidáván k dalšímu zvyšování vytvrzování směsných krystalů, z důvodu svařitelnosti by však jeho obsah neměl převýšit 0,08 %.

Chrom podporuje při nejméně 0,3 % tvoření konečné struktury bohaté na bainit. Aby nedocházelo k přílišnému zpomalování proměny, měl by být jeho obsah omezen na maximálně 0,08 %.

Titan nebo zinek se nechají použít k vytvoření jemných vyloučenin s vytvrzujícím účinkem. Při obsahu nad 0,2 % tento účinek zřetelně klesá. Proto je maximální hodnota obsahu stanovena na 0,2 %.

Niob se přidává rovněž k vytvrzení vyloučenin. Výhodně by měl být přidán v nejmenším množství 0,04 %. Z důvodu účinnosti je jeho maximální obsah stanoven na 0,08 %.

Bor v rozmezí obsahu 0,0005 až 0,005 % zlepšuje kalitelnost. K tomu je do ocelí s martenzitickou přeměnou přidáván. Překvapujícím způsobem se ukázalo, že bor vyvolává také v předkládaném případě v bainitické základní struktuře signifikantní zvýšení pevnosti při nepatrném snížení tvárnosti.

• · • · · · · · ·· ·· ······ ·· β

Konečná válcovací teplota by měla ležet v oblasti homogenního austenitu, což znamená ne pod 800° C, aby byl zaručen dostatečně nízký odpor proti tvarovým změnám a aby se možnost vzniku jiných vyloučenin díky přeměně udržela malá.

Ochlazovaci podmínky jsou voleny tak, že přeměna na perlit je vyloučena a probíhá dále do bainitického stupně. Podíly martenzitu mohou přispívat k dalšímu zpevňování. Dále má být dosaženo vytvrzení vylučováním nejjemnějšleh částeček. Za tím účelem je potřebné ochlazování z konečné válcovací teploty s ochlazovaci rychlostí nejméně 30° C/s. Tento ochlazovaci postup je ukončen při teplotě pod 600° C, zatímco pás je navíjen na naviják a potom ochlazen.

Příklady provedeni vynálezu

Vynález je dále popsán s pomocí uvedených příkladů.

V tabulce 1 jsou uvedena chemická složení pásových ocelí 1 a 2. vyrobených podle vynálezu a martenzitické srovnávací oceli 3.

V tabulce 2 jsou uvedeny význačné mechanické vlastnosti pásových ocelí 1 a 2 vyrobených podle vynálezu a srovnávací oceli 3, které byly dodatečným tepelným zpracováním popuštěny na hodnoty uvedené v tabulce 2.

Srovnání vlastností vykazuje jasně značné přednosti pásové oceli vyrobené podle vynálezu. Vykazuje vyšší tažnost a' lepší poměr meze průtažnosti jakožto míry pro vytvrzení.

9 9 · 9 ···· > 9 99 9 9 9 999999

999· ·· · ·

Tabulka 3 ukazuje vliv nízké navíjecí teploty a následného tepelného zpracování na vlastnosti ocelového pásu vyrobeného podle vynálezu se složením oceli 1 v tabulce 1. Prostřednictvím nízké navíjecí teploty, výhodně 330° C, může být dosaženo zřetelných zvýšení pevnostních vlastností, viz příklad 4 v tabulce 3.

Další předmět vynálezu spočívá v dosažení výhodného působení následného tepelného zpracování. Překvapujícím způsobem se ukázalo, že tepelným zpracováním pásové oceli vyrobené podle vynálezu v teplotním rozmezí 500 až 850° C mohou být ještě dále zvýšeny přetvářné schopnosti.

Příklady 4, 5 a 6 v tabulce 3 ukazují působení takovéhoto tepelného zpracování na ocel 1 se složením podle tabulky 1. Takto je dosaženo takového stavu materiálu, který skýtá výhody pro konstrukční díly, které musí vykazovat vysokou pevnost, především mez průtažnosti, při dobré tvárnosti. Tento souhrn vlastností se nabízí pro výrobu za studená tvářených dílů s vysokými energetickými náklady (příklad 5a) . Volbou vyšších žíhacích teplot může být dosaženo vysokých pevností při mimořádně nízkých poměrech meze průtažnosti popřípadě stejně významně vysokého zpevnění při dobrých hodnotách tažnosti (příklady 5b, 6a až 6c) .

Hodně za tepla válcovaných výrobků vykazuje tu nevýhodu, že jejich výhodné vlastnosti se ztrácejí, když jsou nakonec válcovány za studená a rekrystalizačně žíhány. U pásové oceli vyrobené podle vynálezu bylo shledáno, že po následném válcování za studená a žíhání vykazuje rovněž výhodné vlastnosti. Tak příklad 7 v tabulce 3 ukazuje, že pásová ocel 1 vyrobená podle vynálezu po válcování za studená s 50 % • · · • · · «

• · * · ·· • * ·· ·· tvářecím stupněm a následném žíhání dosahuje rovněž vysokých pevností při dále zlepšeném poměru meze průtažnosti oproti ocelovým pásům 1 a 2 pouze válcovaným za tepla.

Tabulka 1 (Hmot. %)

Ocel	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Cr	Mo	Ti
1	0, 14	0, 47	1, 83	0, 007	0, 002	0, 025	0, 004	0, 34	0, 12	0, 15
2a	0, 19	0, 43	1, 67	0, 013	0, 007	0, 032	0, 007	0, 49	0, 30	0, 18
2b	0, 17	0, 53	1, 82	0, 013	0, 012	0, 049	0, 012	0, 77	0, 02	0, 18
3*	0, 15	0, 01	1, 75	0, 011	0, 003	0, 020	0, 004	0, 55	0, 01	0, 003

*) martenzitická srovnávací ocel

Tabulka 2

Ocel	Poloha zkoušky	R_e N/mm²	Rm N/mm²	Re/Rm	Ag %	a₅ %	Αθο %	WET ⁰ C	HT ⁰ C
1	podél	653	1065	0, 61	8	18	11	910	530
	napříč	652	1098	0, 59	8	17	12
2a	podél	670	1115	0, 60	7	16	10	880	550
2b	podél	680	1140	0, 60	7	15	9	880	550
3*	podél	1050	1096	0, 96	2	10	5	880	280

*) srovnávací ocel

Ag

A5

R_e - mez průtažnosti

R_m - pevnost v tahu poměrné prodloužení tažnost • · • · · ·

Ago - tažnost

WET - konečná válcovací teplota

HT - navíjecí teplota

Tabulka 3

Příklad	Žíhání	R_e N/W	Rm N/mm²	R_e/R_m	Aeo	WET °C	HT °C
°C	min
4	%	%	1203	1395	0, 86	3	910	330
5a	600	120	1040	1070	0, 97	9	910	330
5b	750	1	690	1190	0, 58	7	910	330
6a	750	1	620	1095	0, 58	6	910	530
6b	800	1	600	1086	0, 55	10	910	530
6c	850	1	492	913	0, 54	14	910	530
7a	800	1	627	1149	0, 55	8	910	530
7b	850	1	446	959	0, 47	12	910	530

*) válcováno za studená s 50

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby pásové oceli s vysokou pevností nejméně 900 Mpa a dobrou tvárností, obsahující (v % hmotnostních):

0, 10 V az 0,20 O, Ό c 0, 30 až 0, 60 O, Ό Si 1,50 až 2,00 O. Ό Mn max 0,08 O. O P 0,30 až 0,80 O, Ό Cr až 0,40 O. O Mo až 0,20 O, Ό Ti a/nebo Zr a 5 n. os O.

zbytek železo a nevyhnutelné nečistoty, která je roztavena, odlita do bramy a následně za tepla válcována do tvaru pásu, přičemž válcovací teplota leží nad 880° C, rychlost ochlazování na výstupním válečkovém dopravníku obnáší nejméně 30° C/s a navíjecí teplota činí 300 až 600° C.
2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že pásová ocel válcovaná za tepla je navíjena při teplotě maximálně 550° C.
3. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že pásová ocel válcovaná za tepla je navíjena při teplotě maximálně 350° C.
4. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že pásová ocel válcovaná za tepla není navíjena pod teplotou 330° C.

• 9 · 9 « ·

99 99 r 9 9 9 • 9 9 9

999 999

9 9

9 9 9 9
5. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 4 vyznačující se tím, že pásová ocel je válcována za tepla na konečnou tloušťku maximálně 2,0 mm.
6. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 5 vyznačující se tím, že pásová ocel válcovaná za tepla je vyhlazena.
7. Způsob podle jednoho nebo více vyznačující se tím, že mořen a opatřen kovovým povlakem.

z nároků 1 až 6 ocelový pás je
8. Způsob vyznačuj ící nanesen elektrolyticky.

podle se tím, nároku že kovový povlak je
9. Způsob vyznačuj ící podle se tím, nároku že kovový povlak je nanesen pokovením ponorem.

10. Způsob podle j ednoho nebo více z nároků «, 'w' 1 az 6 vyznačuj z z 1 C 1 se t í m , že ocelový pás je žíhán v rozmezí teplot 500 až 850° C. 11. Způsob podle j ednoho nebo více z nároků Ί ^v 1 az 6 vyznačuj ící se t í m , že po válcování za

tepla probíhá válcování za studená z nejméně 30 % a průběžné žíhání při teplotách 700 až 900° C.
12. Způsob podle jednoho vyznačující se legována maximálně 0,15 % Mo.

z nároků 1 až 11 že ocel je přídavně tím * ·· ·· «· · · « ♦ · · · · φ · ··· ··· • · · • · · ♦· * · • * • *

13. Způsob podle j ednoho nebo více z nároků 1 až 12 vyznačuj ící se t í m , že ocel je přídavně legována nejméně 0,04 % Ti a/nebo Zr. 14. Způsob podle j ednoho nebo více z nároků 1 až 13 vyznačuj ící se t í m , že ocel je přídavně legována 0,0005 až 0,005 % B.
15. Způsob podle vyznačuj ící legována nejméně 0,04 % Nb.

jednoho nebo více se tím, že z nároků ocel je

1 až 14 přídavně