RU2445380C1

RU2445380C1 - Способ производства горячеоцинкованной полосы (варианты)

Info

Publication number: RU2445380C1
Application number: RU2010134066/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Валентинович Кузнецов (RU); Виктор Валентинович Кузнецов; Игорь Николаевич Щелкунов (RU); Игорь Николаевич Щелкунов; Ольга Вениаминовна Долгих (RU); Ольга Вениаминовна Долгих; Дмитрий Иванович Никитин (RU); Дмитрий Иванович Никитин; Сергей Владимирович Серов (RU); Сергей Владимирович Серов; Светлана Андреевна Сушкова (RU); Светлана Андреевна Сушкова; Людмила Михайловна Струнина (RU); Людмила Михайловна Струнина
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Северсталь-Проект"(ООО "Северсталь-Проект")
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2012-03-20

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячеоцинкованной полосы повышенной прочности, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. Для повышения прочностных характеристик полосы с сохранением высокой пластичности и обеспечением глубокой штамповки производят выплавку стали, содержащей, мас.%: C 0,001-0,006, Si не более 0,15, Mn 0,25-1,60, P не более 0,12, Cr не более 0,15, Ni не более 0,15, Cu не более 0,15, V не более 0,010, Mo не более 0,015, Al 0,01-0,09, N не более 0,007, S не более 0,018, железо и неизбежные примеси - остальное, в первом варианте сталь содержит Ti 0,01-0,09 и Nb не более 0,010 при выполнении соотношений Ti≥(4C+3,43N+1,5S), во втором варианте сталь содержит Ti 0,01-0,07 и Nb 0,01-0,07 при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75C, (Cr+Ni+Cu)≤0,25, разливку стали, горячую прокатку, которую заканчивают при температуре 830-910°C, охлаждение полосы водой, смотку полосы в рулон при температуре 530-730°C, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг при температуре 750-900°C, нанесение цинкового покрытия и дрессировку полос с обжатием 0,5-2,5%. Сталь может дополнительно содержать, мас.%: 0,0005-0,005 В и/или 0,0003-0,001 Са. Углеродный эквивалент стали может определяться соотношением С_экв=C+(Mn+Si)/6≤0,28. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 табл.

Description

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячеоцинкованной полосы повышенной прочности, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.

Одним из определяющих качеств автолиста является его способность к вытяжке при штамповке деталей автомобиля. Холоднокатаные полосы с повышенной прочностью и высокой способностью к вытяжке в зависимости от класса прочности должны соответствовать определенному комплексу механических свойств (например, согласно таблице 1):

Таблица 1
Стандарт	Класс прочности (К_пр)*	Марка	Предел текучести σ_0,2 (R_el), Н/мм²	Временное сопротивление σ_в (R_m), Н/мм²	Относительное удлинение δ₈₀, %, не менее	Коэффициент пластической деформации, не менее r	Коэффициент деформацион. упрочнения, не менее n
EN 10292	180	HX180YD	180-240	340-400	34	1,7	0,18
	220	HX220YD	220-280	340-410	32	1,5	0,17
	260	HX260YD	260-320	380-440	30	1,4	0,16
EN 10346	180	HX180YD	180-240	330-390	34	1,7	0,18
	220	HX220YD	220-280	340-420	32	1,5	0,17
	260	HX260YD	260-320	380-440	30	1,4	0,16
	300	HX300YD	300-360	390-470	27	1,3	0,15
GMW3032	180	180IF	180-240	Min 330	36	1,3	0,20
	210	210IF	210-270	Min 340	34	1,3	0,19
	240	240IF	240-300	Min 360	32	1,1	0,17
HYUNDAI-KIA 2008	180	SGRC340E	180-260	Min 340	38	-	-
HYUNDAI-KIA 2008	270	SGRC440E	270-400	Min 440	32	-	-
RENAULT 11-04-804	220	Е220Р	220-260	340-420	32	1,7	0,19
RENAULT 11-04-804	260	Е260Р	260-310	370-440	30	1,5	0,17
Примечание: *Числовое значение класса прочности соответствует минимальному пределу текучести

Известен способ производства стали, содержащей не более 0,007% углерода и 0,006% азота, включающий нагрев слябов при температурах 1000-1160°C, горячую прокатку в полосы с температурой конца прокатки 620-720°C, смотку в рулоны при температурах 600-680°C, холодную прокатку с обжатиями не менее 70%, отжиг при температурах 650-900°C и дрессировку. Выдержку при отжиге холоднокатаной стали проводят в течение 5-18 минут при температурах 750-900°C в проходных печах, а выдержку в течение 11-34 часов при температурах 650-750°C в колпаковых печах [Патент РФ №2258749, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, 20.08.2005 г.].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 180 до 300.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий выплавку стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод	0,002-0,008
Кремний	0,005-0,025
Марганец	0,050-0,20
Фосфор	0,005-0,025
Сера	0,003-0,012
Алюминий	0,02-0,07
Азот	0,002-0,007
Титан	0,02-0,05
Ниобий	0,001-0,080
Железо и неизбежные примеси	Остальное

разливку, горячую прокатку, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг с нанесением цинкового покрытия и дрессировку, горячую прокатку заканчивают при температуре, определяемой из соотношения Т_кп≥7300/(3,0-lg[Nb][C])-253, где Т_кп - температура конца прокатки, °С; [Nb] и [С] - содержание ниобия и углерода в стали, %; а рекристаллизационный отжиг осуществляют в проходной печи при температуре, назначаемой в зависимости от содержания ниобия в стали в соответствии с уравнением T_oтж=(750+1850[Nb]±20, где Т_отж - температура термической обработки, °C, [Nb] - содержание ниобия в стали, мас.% [Патент РФ №2255989, МПК C21D 8/04, C22C 38/04, 10.07.2005 г. - прототип].

Недостатки известного способа состоят в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 180 до 300.

Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик стали с сохранением высокой пластичности для обеспечения глубокой штамповки. Для повышения прочностных характеристик в сталь добавляют марганец и фосфор. Для сохранения высокой пластичности выплавляют сталь типа IF без элементов внедрения, таких как углерод, азот, сера. Для связывания этих элементов производят микролегирование титаном и/или ниобием.

Технический результат, заключающийся в повышении уровня механических свойств проката - прочностных характеристик, достигается тем, что в предлагаемых вариантах способов производства горячеоцинкованной полосы, включающих выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг, нанесение цинкового покрытия и дрессировку, выплавляют сталь, содержащую углерод 0,001-0,006%, кремний не более 0,15%, марганец 0,25-1,60%, фосфор не более 0,12%, хром не более 0,15%, никель не более 0,15%, медь не более 0,15%, ванадий не более 0,010%, молибден не более 0,015%, алюминий 0,01-0,09%, азот не более 0,007%, сера не более 0,018%, железо и неизбежные примеси - остальное. При этом в первом варианте способа сталь содержит 0,01-0,09% титана и не более 0,010% ниобия при выполнении соотношения Ti≥4C + 3,43N + 1,5S, а во втором варианте предлагаемого способа сталь содержит 0,01-0,07% титана и 0,01-0,07% ниобия при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75С, где Ti, С, N, S, Nb - содержание титана, углерода, азота, серы, ниобия с условием выполнения соотношения: Cr+Ni+Cu≤0,25%, где Cr, Ni, Cu - содержание хрома, никеля и меди. Горячую прокатку полос в заявляемых способах производства заканчивают при температуре 830-910°С, смотку полос ведут при температуре 530-730°С, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 750-900°С, а дрессировку полос производят с обжатием 0,5-2,5%. Сталь дополнительно может содержать 0,0005-0,005% бора и/или 0,0003-0,001% кальция. Углеродный эквивалент стали определяют из соотношения: C_экв=C+(Mn+Si)/6≤0,28.

Сущность предлагаемой группы изобретений состоит в следующем. На механические свойства холоднокатаной листовой стали влияют как химический состав стали так и режимы деформационно-термической обработки.

Углерод - один из упрочняющих элементов. Увеличение содержания углерода более 0,006% приводит к снижению пластичности, ухудшению штампуемости.

Кремний в стали применен как раскислитель. При увеличении кремния более 0,15% имеет место охрупчивание стали, снижается пластичность, ухудшается штампуемость.

Марганец обеспечивает получение заданного комплекса механических свойств. При содержании марганца менее 0,25% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 1,60% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.

Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности с высокой пластичностью углеродный эквивалент стали должен быть регламентирован в соответствии с выражением:

При запредельном значении углеродного эквивалента более 0,28 ухудшается пластичность.

Фосфор упрочняет сталь, повышает твердость феррита и усиливает выделение дисперсных карбидных включений. Увеличение содержания фосфора более 0,12% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее штампуемость.

Хром, никель, медь упрочняют ферритную матрицу. При содержании каждого из этих элементов более 0,15% снижается пластичность стали, ухудшается ее штампуемость.

Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности с высокой пластичностью суммарное содержание хрома, никеля и меди должно быть регламентировано в соответствии с выражением Cr+Ni+Cu≤0,25%. В противном случае ухудшается пластичность.

Титан и ниобий применены как легирующие элементы. Микролегирование титаном (по первому варианту) или титаном и ниобием (по второму варианту) обеспечивает удаление из твердого раствора примесей внедрения (углерода, азота и серы). Минимальное содержание титана и ниобия определяется требованием достаточного удаления из твердого раствора примесей внедрения. Увеличение содержания титана более 0,09% и ниобия более 0,07% нецелесообразно вследствие чрезмерного упрочнения стали, из-за удорожания стали.

При легировании титаном по первому варианту изобретения должно выполняться соотношение:

При легировании титаном и ниобием по второму варианту изобретения должны выполняться соотношения:

Ванадий и молибден упрочняют ферритную матрицу. При содержании ванадия более 0,010% и молибдена более 0,015% ухудшается штампуемость и увеличивается себестоимость стали.

Алюминий введен в сталь как раскислитель. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность стали, сталь становится склонной к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,09% приводит к ухудшению штампуемости.

Азот является элементом, упрочняющим сталь. Увеличение содержания азота более 0,007% приводит к снижению пластичности и способствует старению стали.

Сера является примесным элементом и упрочняет ферритную матрицу за счет образования сульфидов марганца. Увеличение содержания серы более 0,018% приводит к ухудшению штампуемости.

Горячая прокатка с температурами конца прокатки 830-910°С и смотки 530-730°С обеспечивает формирование оптимальной текстуры металла, которая после холодной прокатки и термообработки по предложенным режимам трансформируется в текстуру с преобладающей кристаллографической ориентировкой <111>, а также микроструктуры с высокой стабильностью и равномерностью. Ниже и выше заявленных температурных пределов технический результат не достигался, а именно сталь приобретала структуру с неблагоприятной для холодной штамповки текстурой и неравномерную микроструктуру ферритной матрицы.

В результате рекристаллизационного отжига при температуре 750-900°С формируется однородная микроструктура. Снижение температуры отжига ниже 750°С или увеличение температуры выше 900°С в проходных печах не обеспечивает получение необходимого уровня механических свойств, либо ухудшается пластичность, либо не достигается необходимая прочность на прокате.

Окончательно механические свойства формируются при дрессировке. Дрессировка полос с обжатием 0,5-2,5% обеспечивает оптимальный уровень механических свойств. Обжатие менее 0,5% приводит к появлению площадки текучести на диаграмме растяжения при испытании на разрыв, а значит, старению. Дрессировка с обжатием более 2,5% ограничена техническими возможностями дрессировочного стана.

Примеры реализации способа.

В кислородном конвертере выплавили низколегированные стали, химический состав которых приведен в таблице 2.

Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,5-3,5 мм. Температура полос на выходе из последней клети стана регламентирована. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой до определенных температур и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-ти клетевом стане до толщины 1,0-2,0 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в проходных печах с нанесением цинкового покрытия. Отожженные полосы дрессировали с заданным обжатием.

В таблице 3 приведены значения углеродного эквивалента опытных плавок согласно зависимости (1).

В таблице 4 указано необходимое минимальное содержание титана и ниобия согласно зависимостям (2)-(4).

В таблице 5 приведены варианты реализации способа производства горячеоцинкованного проката, а также показатели механических свойств.

Из таблиц 2-4 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы №2-9) и выполнения зависимостей (1)-(3) достигаются механические свойства с классами прочности от 180 до 260. При запредельных значениях заявленных параметров (составы №1 и №10) и использовании способа-прототипа (состав №11) классы прочности от 180 до 300 не достигаются либо по прочности, либо по пластичности: для составов №1 и №11 классу прочности 180 не соответствует предел текучести; для состава №10 классу прочности 300 не соответствует предел текучести и относительное удлинение.

Таблица 3
Углеродный эквивалент стали на опытных плавках согласно соотношению C_экв=C+(Mn+Si)/6≤0,28 (мас.%)
	№ состава	С	Si	Mn	Максимальное значение углеродного эквивалента согласно соотношению (1) С_экв=С+(Мn+Si)/6≤0,28	Соответствие соотношению (1)
Запредельные	1	0,0005	0,01	0,20	0,04	Соответствует
По способу производства п.1 формулы изобретения	2	0,001	0,05	0,25	0,05	Соответствует
	3	0,002	0,07	0,30	0,06	Соответствует
	4	0,005	0,15	0,80	0,16	Соответствует
	5	0,006	0,06	1,60	0,28	Соответствует
По способу производства п.2 формулы изобретения	6	0,001	0,03	0,25	0,05	Соответствует
	7	0,004	0,13	0,65	0,13	Соответствует
	8	0,005	0,15	0,90	0,18	Соответствует
	9	0,006	0,06	1,60	0,28	Соответствует
Запредельные	10	0,007	0,16	1,65	0,31	Не соответствует
Прототип	11	0,005	0,014	0,15	0,03	Соответствует

Claims

1. Способ производства горячеоцинкованной полосы, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг, нанесение цинкового покрытия и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
углерод 0,001-0,006 кремний не более 0,15 марганец 0,25-1,60 фосфор не более 0,12 хром не более 0,15 никель не более 0,15 медь не более 0,15 титан 0,01-0,09 ниобий не более 0,010 ванадий не более 0,010 молибден не более 0,015 алюминий 0,01-0,09 азот не более 0,007 сера не более 0,018 железо и неизбежные примеси остальное,

при выполнении соотношений Ti≥(4C+3,43N+1,5S), где Ti, С, N, S - содержание титана, углерода, азота, серы, и (Cr+Ni+Cu)≤0,25, где Cr, Ni, Cu - содержание хрома, никеля и меди, при этом горячую прокатку заканчивают при температуре 830-910°C, смотку полос ведут при температуре 530-730°C, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 750-900°C, а дрессировку полос производят с обжатием 0,5-2,5%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит, мас.%: 0,0005-0,005 бора и/или 0,0003-0,001 кальция.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что углеродный эквивалент стали определяется из соотношения: C_экв=[C+(Mn+Si)/6]≤0,28.

4. Способ производства горячеоцинкованной полосы, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг, нанесение цинкового покрытия и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
углерод 0,001-0,006 кремний не более 0,15 марганец 0,25-1,60 фосфор не более 0,12 хром не более 0,15 никель не более 0,15 медь не более 0,15 титан 0,01-0,07 ниобий 0,01-0,07 ванадий не более 0,010 молибден не более 0,015 алюминий 0,01-0,09 азот не более 0,007 сера не более 0,018 железо и неизбежные примеси остальное,

при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75C, где Ti, N, Nb, С, - содержание титана, азота, ниобия, углерода, (Cr+Ni+Cu)≤0,25, где Cr, Ni, Cu - содержание хрома, никеля и меди, при этом горячую прокатку заканчивают при температуре 830-910°C, смотку полос ведут при температуре 530-730°C, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 750-900°C, а дрессировку полос производят с обжатием 0,5-2,5%.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит, мас.%: 0,0005-0,005 бора и/или 0,0003-0,001 кальция.

6. Способ по любому из пп.4 и 5, отличающийся тем, что углеродный эквивалент стали определяется из соотношения: C_экв=[C+(Mn+Si)/6]≤0,28.