СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОГО ПРОКАТА ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ Российский патент 2009 года по МПК C21D8/04 C21D9/48 C22C38/04 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячекатаного проката повышенной прочности из низколегированной стали, предназначенного для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.

Одним из определяющих качеств автолиста является его способность к вытяжке при штамповке деталей автомобиля при определенном уровне механических свойств.

Известен способ производства горячекатаных полос из стали с содержанием углерода до 0,1 вес.%, в котором при горячей прокатке температуру конца прокатки принимают равной 860-890°С, душирование полос начинают через 7...9 с после конца прокатки, а температуру смотки принимают равной 640…700°С, при этом дрессировку полос для получения их матовой поверхности осуществляют в валках с высотой микронеровностей бочек Ra=2,2-2,7 мкм и для получения шероховатостей поверхности - с Ra=2,9-4,0 мкм [Патент РФ №2255990, МПК С21D 8/04, опубл. 10.07.2005].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.

Известен способ производства горячекатаных полос, включающий выплавку сверхнизкоуглеродистой стали с примесями серы и азота, легированной титаном с содержанием элементов, удовлетворяющим соотношению Ti/4·C+3,43·N+1,5·S=1÷1,5, при котором горячую прокатку завершают при температуре 885-915°С, охлаждение ведут до температуры 685-715°С, затем полосы подвергают дрессировке с обжатием 0,8-1,2% [Патент РФ №2202630, МПК С21D 8/04, опубл. 20.04.2003].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает получения горячекатаного проката со стабильными механическими свойствами с повышенным уровнем прочности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства горячекатаных полос из стали с содержанием углерода в пределах 0,01-0,1%, в котором при горячей прокатке температуру конца прокатки принимают равной 780-800°С, охлаждение до температуры смотки ведут со скоростью 9-13 град/с, травление ведут при 60-80°С, а дрессировку проводят с относительным обжатием 0,5-1,0% [Патент РФ №2164248, МПК С21D 8/04, С21D 9/46, опубл. 20.03.2001 - прототип].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает получения требуемого уровня механических свойств.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении горячекатаного проката со стабильными механическими свойствами с повышенным уровнем прочности, предназначенного для холодной штамповки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение прочностных характеристик стали при сохранении штампуемости.

Указанный результат достигается тем, что в способе производства горячекатаной полосы для холодной штамповки, включающем выплавку стали, разливку слябов, горячую прокатку слябов в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, согласно изобретению выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:

Углерод 0,04-0,09 Кремний не более 0,30 Марганец 0,41-0,70 Фосфор 0,04-0,12 Алюминий 0,01-0,08 Азот не более 0,009 Железо и неизбежные примеси остальное,

горячую прокатку проводят с температурой конца прокатки 800-890°С, смотку горячекатаных полос ведут при температуре 500-610°С.Сталь дополнительно содержит 0,01-0,03 мас.% титана и/или 0,0008-0,0030 мас.% бора.

Сущность изобретения состоит в следующем. На механические свойства горячекатаного проката влияют как химический состав стали, так и режимы деформационно-термической обработки.

Углерод - один из упрочняющих элементов. При содержании углерода менее 0,04% прочностные свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,09% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.

Кремний в стали применен как раскислитель и легирующий элемент. При содержании кремния более 0,30% резко снижается пластичность, имеет место охрупчивание стали.

Марганец обеспечивает получение заданных механических свойств. При содержании марганца менее 0,41% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 0,70% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.

Упрочнение стали создает фосфор, который повышает твердость феррита и усиливает выделение дисперсных карбидных включений. Одновременно фосфор улучшает пластичность и штампуемость стали. При содержании фосфора менее 0,04% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания фосфора более 0,12% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.

Алюминий введен в сталь как раскислитель. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность стали, сталь становится склонной к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,08% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.

Азот упрочняет сталь. При содержании азота более 0,009% сталь становится склонной к старению.

Наличие в стали бора в пределах 0,0008-0,0030% исключает сегрегацию фосфора и предотвращает попадание фосфора на границы ферритных зерен, тем самым способствует упрочнению стали.

Титан упрочняет сталь, при содержании титана менее 0,01% не достигается требуемый уровень прочности, а при его содержании свыше 0,03% происходит чрезмерное упрочнение металла, что ухудшает его пластичность.

Горячая прокатка с температурами конца прокатки 800-890°С и смотки 500-610°С обеспечивает формирование оптимальной текстуры металла 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.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере осуществляли выплавку стали, химический состав которой приведен в таблице 1.

Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280-1350 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи с шагающими балками до температуры 1250°С в течение 2,5-3,5 часа 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 соляно-кислотному травлению в непрерывном травильном агрегате.

В таблицах 1-2 приведены химический состав, технологические параметры и механические свойства предложенного способа (плавки 2-4), способа при запредельных значениях заявленных параметров (плавки 1 и 5) и способа-прототипа (плавка 6).

В случае реализации предложенного способа (плавки 2-4) достигаются механические свойства с повышенным уровнем прочности (с пределом текучести σ_т более 340 Н/мм², пределом прочности σ_в более 440 Н/мм², относительным удлинением δ₅ не менее 30%). При запредельных значениях заявленных параметров (плавка 1) и использовании способа-прототипа (плавка 6) механические свойства с повышенным уровнем прочности не достигаются. При запредельных значениях заявленных параметров (плавка 5) полученный горячекатаный прокат имеет низкую пластичность, при которой металл плохо штампуется.

Таблица 1 Химический состав опытных плавок №плавок Содержание элементов, мас.% С Si Мп Р Аl N В Ti Fe и неизбежные примеси 1 0,03 0,03 0,35 0,035 0,01 0,006 0,0003 0,002 Остальное 2 0,04 0,10 0,41 0,040 0,01 0,005 0,0002 0,010 Остальное 3 0,07 0,02 0,55 0,080 0,04 0,005 0,0008 0,030 Остальное 4 0,09 0,30 0,70 0,120 0,08 0,009 0,0030 0,003 Остальное 5 0,10 0,35 0,75 0,125 0,09 0,010 0,0035 0,035 Остальное 6 (прототип) 0,05 - - - - - - - Остальное Примечание: 1. Содержание Ti от 0,002 до 0,003% и В от 0,0002 до 0,0003% - неизбежные примеси  

Таблица 2 Технологические параметры на прокатных переделах и механические свойства №плавок Температура конца прокатки Ткп, °С Температура смотки при г/п Тсм, °С Предел текучести σ_Т (R_еН), Н/мм² Предел прочности σ_в, Н/мм² Относительное удлинение δ₅, % 1 895 615 325 350 29 2 890 610 345 450 33 3 845 560 370 455 30 4 800 500 385 460 26 5 790 495 420 475 13 (низкое значение) 6 (прототип) 790 700 170 300 δ₄39

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячекатаной полосы повышенной прочности из низколегированной стали для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. Для повышения прочностных характеристик стали и сохранения штампуемости осуществляют выплавку стали, содержащую, мас.%: 0,04-0,09 углерода; не более 0,30 кремния; 0,41-0,70 марганца; 0,04-0,12 фосфора; 0,01-0,08 алюминия; не более 0,009 азота, железо и неизбежные примеси - остальное, разливку слябов, горячую прокатку слябов в полосы с температурой конца прокатки 800-890°С, охлаждение водой, смотку полос в рулоны при температуре 500-610°С и травление полос. Сталь дополнительно содержит, мас.%: 0,01-0,03 титана; 0,0008-0,0030 бора. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ производства горячекатаной полосы повышенной прочности из низколегированной стали для холодной штамповки, включающий выплавку стали, разливку в слябы, горячую прокатку слябов в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление полос, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
углерод 0,04-0,09 кремний не более 0,30 марганец 0,41-0,70 фосфор 0,04-0,12 алюминий 0,01-0,08 азот не более 0,009 железо и неизбежные примеси остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит 0,01-0,03 мас.% титана.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит 0,0008-0,0030 мас.% бора.