СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧИМ ЦИНКОВАНИЕМ МЕТОДОМ ПОГРУЖЕНИЯ СТАЛЬНОГО ЛИСТА, ОБЛАДАЮЩЕГО ПРЕКРАСНЫМИ ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬЮ, ВЫКРАШИВАЕМОСТЬЮ И СКОЛЬЗКОСТЬЮ Российский патент 2010 года по МПК C23C2/02 C23C2/06 C23C2/26 C23C28/00 C21D9/46 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу производства горячим цинкованием методом погружения стального листа, обладающего прекрасными обрабатываемостью, выкрашиваемостью и скользкостью.

Уровень техники

В последние годы стальной лист, производимый горячим цинкованием методом погружения, применяется в больших количествах для автомобилей и т.д. Для получения стального листа горячим цинкованием методом погружения обычно используют способ Сендзимира или способ неокислительной печи, однако после холодной прокатки лист должен быть нагрет до высокой температуры, близкой к 800°С, но не на слишком длительное время, как это имеет место на линии непрерывного отжига после нанесения гальванического покрытия. По этой причине в случае мягкой низкоуглеродистой стали, раскисленной алюминием, или борсодержащей низкоуглеродистой стали, раскисленной алюминием, растворенный углерод остается в большом количестве. В этом случае, по сравнению с холоднокатаным стальным листом, изготовленным в процессе холодной прокатки с последующим непрерывным отжигом, предел текучести является высоким, легко достигается соответствующее пределу текучести удлинение и само удлинение не велико. Иными словами, обрабатываемость неизбежным образом ухудшается. Более конкретно, если производить оценку с позиций удлинения, происходит ухудшение на 4% или более.

С другой стороны, в патенте JP 2783452 раскрывается способ производства стального листа, производимого горячим цинкованием методом погружения, включающим предварительное никелирование, после которого следует быстрый нагрев до температуры от 430 до 500°С, цинкование и легирование. В случае применения этого способа, даже при высокой температуре, в процессе легирования достаточно лишь поднять температуру до приблизительно 550°С. В качестве исходного листа может быть использован холоднокатаный стальной лист, изготовленный в процессе холодной прокатки с последующим непрерывным отжигом. Однако, в случае холоднокатаного стального листа для того, чтобы предотвратить появление полосчатого рисунка, называемого разрывом рулона, и выправить форму, обычно прибегают к выполнению дрессировки при степени удлинения приблизительно от 0,6 до 1,5%. Когда холоднокатаный стальной лист низкоуглеродистой стали, раскисленной алюминием, прошедший дрессировку с указанной степенью удлинения, подвергается операции цинкования с использованием названного выше предварительного никелирования, растворенный углерод пристает к подвижным дислокациям во время подъема температуры, что ведет к ухудшению обрабатываемости вследствие «явления деформационного старения».

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является способ производства оцинкованного стального листа с помощью горячего цинкования методом погружения, обладающего прекрасной обрабатываемостью по сравнению со стальным листом, изготовляемым с помощью способа Сендзимира или способа неокислительной печи, а также прекрасными выкрашиваемостью и скользкостью. Авторы изобретения исследовали способ производства оцинкованного стального листа горячим цинкованием методом погружения и установили, что, не проводя дрессировку между операцией холодной прокатки-непрерывного отжига и цинкованием с предварительным никелированием или осуществляя эту дрессировку при степени удлинения 0,4% или меньше, можно получить прекрасный стальной лист, изготовленный горячим цинкованием методом погружения с незначительным ухудшением обрабатываемости и сохранением при этом выкрашиваемости и скользкости, если поддерживать в определенных условиях профиль изменения температуры во время легирования. Суть настоящего изобретения состоит в следующем:

(1) Способ производства горячим цинкованием методом погружения стального листа, обладающего прекрасными обрабатываемостью, выкрашиваемостью и скользкостью, отличающийся тем, что сляб, содержащий в мас.%: С: от 0,01 до 0,12, Mn: от 0,05 до 0,6, Si: от 0,002 до 0,1, Р: 0,05 или меньше, S: 0,03 или меньше, растворенный Al: от 0,005 до 0,1 и N: 0,01 или меньше и Fe и неизбежные примеси, остальное, обрабатывают горячей прокаткой, травлением и холодной прокаткой с последующими отжигом при температуре от 650 до 900°С, охлаждением до температуры от 250 до 450°С, выдерживанием при этой температуре в течение 120 мин или более, с дальнейшим охлаждением до комнатной температуры, травлением, предварительным покрытием Ni или Ni-Fe без дрессировки, нагревом со скоростью 5°С/сек или более до температуры от 430 до 500°С, цинкованием в гальванической ванне, осушкой, нагревом со скоростью подъема температуры 20°С/сек или более до температуры от 460 до 550°С без выдержки или с выдержкой в течение менее 5 сек, охлаждением со скоростью 3°С/сек или более, и заключительной дрессировкой при степени удлинения от 0,4 до 2%.

(2) Способ производства горячим цинкованием методом погружения стального листа, обладающего прекрасными обрабатываемостью, выкрашиваемостью и скользкостью, согласно пункту (1), отличающийся тем, что сляб содержит в мас.%: В: 0,005% или меньше.

(3) Способ производства горячим цинкованием методом погружения стального листа, обладающего прекрасными обрабатываемостью, выкрашиваемостью и скользкостью, согласно пункту (1) или (2), отличающийся дрессировкой со степенью удлинения 0,4% или меньше перед упомянутым предварительным нанесением покрытия.

Краткое описание чертежей

На чертеже изображен график для измерения потери степени удлинения (удлинение холоднокатаного стального листа - удлинение стального листа с гальваническим покрытием) для разных стальных листов с гальваническим покрытием, полученных согласно настоящему изобретению, минус степень удлинения промежуточной дрессировки и холоднокатаного стального листа до промежуточной стадии и построение зависимости средних значений от степени удлинения при промежуточной дрессировке. При этом частота возникновения разрывов рулона стального листа с гальваническим покрытием при степени удлинения промежуточной дрессировки показана как «удовлетворительная» (легкий разрыв рулона), «хорошая» (очень легкий разрыв рулона) и «очень хорошая» (отсутствие разрыва рулона).

Осуществление изобретения

Прежде всего, будут объяснены причины ограничения значения количества ингредиентов и диапазоны ингредиентов стального листа с покрытием согласно настоящему изобретению. Отметим, что «мас.%» в составе будут указываться просто как «%».

С является упрочняющим элементом и обладает преимуществами для обрабатываемости в малых количествах, но когда это количество меньше 0,01%, деформационное старение возрастает, в результате чего такое количество не является привлекательным. Если же количество С становится большим, сталь становится слишком твердой и в случае превышения 0,12% обрабатываемость ухудшается. В результате этого используемое количество С лежит в пределах от 0,01 до 0,12%.

Mn является элементом, необходимым для улучшения ударной вязкости. Необходимым является количество 0,05% или более. При этом, если количество Mn становится больше, обрабатываемость ухудшается, по причине чего верхний предел устанавливают равным 0,6%.

Si добавляют в качестве раскисляющего элемента стали, но если его количество становится слишком большим, обрабатываемость или химическая конвертируемость ухудшаются, по причине чего устанавливают пределы от 0,002 до 0,1%.

Р содержится в качестве неизбежной примеси и оказывает отрицательный эффект на удлинение, по причине чего верхний предел устанавливают равным 0,05%.

S, если ее количество слишком велико, становится причиной горячей хрупкости и, кроме того, ухудшает обрабатываемость, по причине чего верхний предел устанавливают равным 0,03%.

Al добавляют в качестве раскисляющего агента стали. Однако Al приводит к осаждению растворенного в стали N в виде AlN и является важным элементом для снижения уровня растворенного N. По этой причине необходимы 0,005% или более растворенного Al. С другой стороны, с увеличением количества Al, улучшается удлинение, но если это количество превышает 0,1%, ухудшается обрабатываемость, по причине чего устанавливают пределы от 0,005 до 0,1%.

N содержится в качестве неизбежной примеси, но будучи растворенным N, он становится причиной разрывов рулона. Его можно осадить добавлением Al или В, но если количество N велико, это приводит к ухудшению обрабатываемости, по причине чего верхний предел устанавливают равным 0,01%.

В заставляет N осаждаться в стали в виде BN, являясь, таким образом, важным элементом для снижения уровня растворенного N. Однако с повышением количества В увеличение количества растворенного В приводит к ухудшению материала, по причине чего В можно добавлять, в зависимости от потребности, в пределах от 0,005% или ниже.

Далее способ настоящего изобретения для производства стального листа горячим цинкованием методом погружения описывается более детально. Расплавленную сталь производят с помощью обычного доменного процесса. Может быть также использован в большом количестве металлолом в процессе с использованием электропечи. Сляб может быть также изготовлен с использованием обычного процесса непрерывной отливки или процесса отливки тонких слябов. Сляб может быть подвергнут однократному охлаждению, затем нагрет в нагревательной печи и затем подвергнут горячей прокатке или же загружен в нагревательную печь при высокой температуре в середине операции охлаждения. Иными словами, возможны как так называемый процесс HCR, так и так называемый процесс DR.

Горячую прокатку проводят в обычных условиях производства холоднокатаного стального листа с указанными выше ингредиентами. Могут быть также использованы способ прокатки полосы с применением промежуточного перемоточного устройства и выдержка грубых заготовок после грубой прокатки. Возможны, кроме того, также соединение и прокатка грубых заготовок перед размоткой смотанных грубых заготовок, т.е. так называемая непрерывная горячая прокатка.

Травление и холодную прокатку также осуществляют в условиях обычного производства на холоднокатаном стальном листе с указанными выше ингредиентами. В условиях операции непрерывного отжига после холодной прокатки сталь вначале подвергают рекристаллизации и отжигу при температуре от 650 дл 900°С. Если температура ниже 650°С, рекристаллизация в достаточной мере не происходит, что приводит к ухудшению обрабатываемости. Если же температура превышает 900°С, из-за аномального роста зерен ухудшается состояние поверхности. Время выдержки при этом составляет от 30 до 200 сек.

Затем сталь охлаждают до температуры от 250 до 450°С и выдерживают в этом температурном интервале в течение 120 сек или более с целью расширенного старения для снижения уровня растворенного С. В случае применения температуры вне указанного интервала и при более короткой выдержке затрудняется осаждение цементита и уровень растворенного С снижается в недостаточной степени. При этом профиль охлаждения после рекристаллизационного отжига в особой степени не ограничен, но предпочтительна скорость охлаждения 50°С/сек или более при 600°С или ниже. Температурный профиль расширенного старения также в особой степени не ограничен, но возможна выдержка вблизи конца охлаждения с последующим постепенным охлаждением ниже этой температуры. В целях снижения уровня С предпочтительна следующая схема: охлаждение до примерно 250°С, нагрев до примерно 450°С и затем постепенное охлаждение. Для удаления же образовавшейся в процессе непрерывного отжига окалины после непрерывного отжига необходимо вновь проводить травление.

Дрессировка после непрерывного отжига является наиболее важным пунктом настоящего изобретения. Как следует из фиг.1, если степень удлинения при дрессировке равна 0, т.е. если прокатка не производится вообще, ухудшение качества, связанное с удлинением, почти отсутствует. По этой причине устраняется и последующее ухудшение качества при старении. Однако в этом случае имеет место легкий разрыв рулона, обусловленный изгибом, производимым валками, перед подъемом температуры на стадии цинкования и сохраняющийся даже после нанесения покрытия. Это не имеет значения в случае применений, в которых разрыв рулона не является неприемлемым, но становится проблемой в случае наружных панелей автомобилей и других материалов, когда внешний вид является первостепенным фактором. В последнем случае предпочтительна дрессировка при степени удлинения 0,4% или менее. Чем больше степень удлинения, тем хуже обрабатываемость стального листа с покрытием, но ухудшение качества может быть уменьшено до примерно 2%. При этом может быть одновременно достигнуто предотвращение разрыва рулона. Соответственным образом, необходимо определить, следует ли проводить дрессировку на этой промежуточной стадии со степенью удлинения, соответствующей применению конечного продукта, исходя из баланса между обрабатываемостью и состоянием поверхности.

В процессе цинкования, прежде всего, для того чтобы обеспечить адгезию покрытия, наносят предварительное покрытие из Ni или сплава Ni-Fe. Предпочтительно количество покрытия составляет приблизительно от 0,2 до 2 г/м². Способом нанесения предварительного покрытия может быть любой из следующих: электроосаждение, нанесение покрытия методом погружения, нанесение покрытия распылением. После этого для нанесения покрытия лист нагревают со скоростью 5°С/сек или более до 430-500°С.При скорости подъема температуры менее 5°С/сек растворенный С становится очень подвижным, что приводит к ухудшению обрабатываемости. Чтобы еще больше уменьшить это ухудшение, предпочтительно поднимать температуру со скоростью 30°С/сек или больше. Если температура нагрева ниже 430°С, часто возникают дефекты, обусловленные непокрытыми участками, в то время как при превышении 500°С снижается коррозионностойкость обработанных деталей. Далее лист оцинковывают в гальванической ванне, осушают, нагревают при скорости подъема температуры 20°С/сек или более до 460-550°С, после чего либо не подвергают выдержке, либо выдерживают в течение менее 5 сек и затем охлаждают со скоростью 3°С/сек или более. При скорости подъема температуры менее 20°С/сек ухудшается скользкость. При температуре нагрева ниже 460°С имеет место неудовлетворительное легирование, в связи с чем ухудшается скользкость, в то время как при температуре выше 550°С усугубляется ухудшение обрабатываемости. Если время выдержи больше 5 сек или скорость охлаждения оказывается ниже 3°С/сек, легирование становится слишком обильным и ухудшается выкрашивание.

После операции цинкования проводится заключительная дрессировка для конечной корректировки формы и устранения удлинения до предела текучести. Если степень удлинения при этой дрессировке меньше 0,4%, удлинение, соответствующее пределу текучести, не исчезнет, в то время как, если степень удлинения превышает 2%, происходит упрочнение и удлинение при этом резко уменьшается. Соответственным образом, степень удлинения устанавливают в пределах от 0,4 до 2%.

Операции, осуществляемые после указанной горячей прокатки, т.е. травление, холодная прокатка, непрерывный отжиг, дрессировка (промежуточная), нанесение предварительного покрытия, цинкование (включая легирование) и дрессировка (заключительная), могут быть взаимно независимыми операциями, либо же могут быть частично непрерывными операциями. С точки зрения эффективности производства, было бы идеальным сделать их все непрерывными.

Пример 1

Слябы толщиной 250 мм, полученные непрерывной отливкой, составы ингредиентов которых приведены в таблице 1, нагревают повторно до 1200°С, затем подвергают грубой прокатке, заключительной прокатке при 900°С, дающей в конце толщину 2,8 мм, и затем сматывают в рулоны при 600°С на действующей линии непрерывной горячей прокатки. Полученные горячекатаные рулоны непрерывно подвергают травлению - холодной прокатке - непрерывному отжигу - дрессировке на действующей линии, получая холоднокатаные стальные листы. Эти листы подвергают холодной прокатке до толщины листа 0,8 мм, отжигают в течение 60 сек при 730°С, охлаждают до 650°С при 2°С/сек и от 650 до 400°С при 100°С/сек, выдерживают 240 сек при 350-400°С, после чего охлаждают до комнатной температуры и протравливают. Далее производят отбор образцов без дрессировки, после чего образцы обрабатывают в лаборатории. Дрессировку либо не проводят вообще, либо ее проводят при степени удлинения 1% или менее. После этого стальные листы предварительно покрывают никелем до 0,5 г/м² на одной стороне, нагревают до 470°С при 30°С/сек, цинкуют в гальванической ванне, нагревают до 500°С при 30°С/сек, охлаждают до комнатной температуры при 5°С/сек или более и подвергают заключительной дрессировке при степени удлинения 0,8%. Материал стальных листов подвергают испытаниям на растяжение, используя для растяжения тест-образцы в соответствии с JIS № 5. Результаты оценки материалов и разрыва рулона представлены в таблице 2. В таблице 2, кроме того, для сравнения показаны результаты оценки материалов и разрыва рулона холоднокатаных стальных листов непосредственно с промежуточной стадии и стальных листов горячего цинкования методом погружения с теми же ингредиентами, изготовленных с помощью способа Сендзимира.

Таблица 1 (мас.%) Тип стали С Mn Si P S раств. Al N В А 0,07 0,40 0,010 0,015 0,006 0,05 0,0050 - В 0,04 0,15 0,005 0,012 0,004 0,03 0,0025 0,0025

Таблица 2 Тип стали Класс Степень удлинения операции дрессировки, % Предел текучести (МПа) Прочность на растяжение (МПа) Удлине
ние (%) ΔEL (%) Оценка разрыва рулона А Холоднокатаный стальной лист - 270 376 41,5 - Очень хорошо Примеры изобретения 0 273 373 41,3 2 Удовл-но 0,1 276 375 40,9 0,6 Хорошо 0,4 284 372 39,7 1,8 Очень хорошо Сравнительные примеры 0,6 298 375 37,4 4,1 Очень хорошо Способ Сендзимира - 293 371 37,9 3,6 Очень хорошо В Холоднокатаный стальной лист - 201 335 45,6 - Очень хорошо Примеры изобретения 0 203 338 45,3 0,3 Удовл-но 0,1 208 340 44,8 0,8 Хорошо 0,4 213 333 43,6 2,0 Очень хорошо Сравнительные примеры 0,6 230 336 41,2 4,4 Очень хорошо Способ Сендзимира - 227 339 41,5 4,1 Очень хорошо Примечание 1: ΔEL обозначает величину ухудшения удлинения по сравнению с холоднокатаным стальным листом как таковым Примечание 2: Разрыв рулона оценивается как «удовлетворительно» (легкий разрыв рулона), «хорошо» (очень легкий разрыв рулона) и «очень хорошо» (отсутствие разрыва рулона)

Как следует из таблицы 2, величину ухудшения удлинения по сравнению с холоднокатаным стальным листом как таковым (ΔEL) в примерах изобретения можно понизить в пределах 2%. В отличие от этого, в сравнительных примерах и в способе Сендзимира ухудшение удлинения является большим.

Пример 2

Уже изготовленные холоднокатаные стальные листы из стали типа А примера 1 подвергают дрессировке при степени удлинения 0,4% и предварительной никелировке до 0,5 г/м² на каждой стороне. Нагревают стальные листы до 470°С при 30°С/сек, выдерживают 3 сек в гальванической ванне (концентрация Al 0,15%), в которой поддерживается температура 450°С, затем вытирают для доводки веса покрытия и легируют при заданных скоростях подъема температуры и температурах непосредственно над температурой вытирания. Без выдержки при этих температурах или после выдержки листы охлаждают, начиная с охлаждения охладительным газом в течение 15 сек с последующим охлаждением с помощью воздушно-водного опрыскивания до комнатной температуры. После этого листы подвергают заключительной дрессировке при степени удлинения 0,8%.

Технические характеристики оцениваются не только испытаниями на растяжение, как в примере 1, но также и на покрытия следующим путем. Результаты оценки представлены в таблице 3.

(a) Выкрашивание: образцы, покрытые антикоррозионным маслом, вытягивают в условиях степени вытяжки 2,0 до цилиндров с диаметром 40 мм, снимают с боковых сторон покровный слой и оценивают степень разрыва рулона. Образцы со степенью разрыва рулона от 0 до менее 10% оценивают как «очень хорошие», образцы от 10 до менее 20% как «хорошие», образцы от 20 до менее 30% как «удовлетворительные» и образцы со степенью разрыва рулона 30% или более как «плохие».

(b) Скользкость: образцы, покрытые антикоррозионным маслом, используют для тестов на непрерывное скольжение на плоском листе. Для пяти непрерывно проводимых операций скольжения используют компрессионную нагрузку 500 кгс. Для оценки используют пятые коэффициенты трения. Образцы с коэффициентом трения ниже 0,13 оценивают как «очень хорошие», образцы от 0,13 до ниже 0,16 как «хорошие», образцы от 0,16 до ниже 0,2 как «удовлетворительные» и образцы с коэффициентом трения 0,2 или выше как «плохие».

Таблица 3 Тип Скорость подъема температуры (°С/сек) Пиковая температура (°С) Выдержка (сек) Скорость первичного охлаждения (°С/сек) Оценка выкрашивания Оценка скользкости ΔEL (%) Приме
ры изобретения 20 460 0 5 Оч. хорошо Оч. хорошо 1,5 30 500 0 5 Оч. хорошо Оч. хорошо 1,7 50 530 2 3 Оч. хорошо Оч. хорошо 1,8 80 540 0 10 Оч. хорошо Оч. хорошо 1,6 30 550 4 5 Оч. хорошо Оч. хорошо 2,0 30 480 0 5 Оч. хорошо Оч. хорошо 1,8 Сравни
тельные примеры 10 500 0 5 Оч. хорошо Удовлетворительно 1,6 30 440 0 8 Оч. хорошо Удовлетворительно 1,3 50 570 3 6 Оч. хорошо Оч. хорошо 3,2 20 520 10 5 Хорошо Оч. хорошо 2,0 40 540 1 2 Удовлетворительно Оч. хорошо 1,9 Примечание 1: ΔEL обозначает величину ухудшения удлинения по сравнению с холоднокатаным стальным листом, как таковым

Как следует из таблицы 3, выкрашивание и скользкость в примерах изобретения превосходные и при этом степень ухудшения удлинения по сравнению со свежехолоднокатаным листом стали выдерживается в пределах 2%. В отличие от этого в сравнительных примерах выкрашивание или скользкость ухудшается или возрастает величина ухудшения удлинения.

Согласно настоящему изобретению, используя способ горячего цинкования методом погружения, можно получать стальной лист, обладающий прекрасной обрабатываемостью по сравнению со способом Сендзимира или способом неокислительной печи, а также прекрасными характеристиками выкрашиваемости и скользкости, что дает способу большие преимущества в промышленности.

Изобретение относится к производству горячеоцинкованного стального листа, обладающего улучшенной обрабатываемостью, выкрашиваемостью и скользкостью. В способе сляб, содержащий в мас.%: С от 0,01 до 0,12, Мn от 0,05 до 0,6, Si от 0,002 до 0,1, Р 0,05 или меньше, S 0,03 или меньше, растворенный Аl от 0,005 до 0,1, N 0,01 или меньше, Fe и неизбежные примеси - остальное, обрабатывают горячей прокаткой, травлением и холодной прокаткой с последующими отжигом листа при температуре от 650 до 900°С, охлаждением до температуры от 250 до 450°С, выдерживанием при этой температуре в течение 120 мин или более, с дальнейшим охлаждением до комнатной температуры, травлением, предварительным покрытием Ni или Ni-Fe без промежуточной дрессировки, нагревом со скоростью 5°С/сек или более до температуры от 430 до 500°С, цинкованием в гальванической ванне, осушкой, нагревом со скоростью подъема температуры 20°С/сек или более до температуры от 460 до 550°С без выдержки или с выдержкой в течение менее 5 сек, охлаждением со скоростью 3°С/сек или более и заключительной дрессировкой при степени удлинения от 0,4 до 2%. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ производства горячим цинкованием методом погружения стального листа, обладающего улучшенной обрабатываемостью, выкрашиваемостью и скользкостью, отличающийся тем, что сляб, содержащий, мас.%: С от 0,01 до 0,12, Mn от 0,05 до 0,6, Si от 0,002 до 0,1, Р 0,05 или меньше, S 0,03 или меньше, растворенный Al от 0,005 до 0,1, N 0,01 или меньше, Fe и неизбежные примеси - остальное, обрабатывают горячей прокаткой, травлением и холодной прокаткой с последующими отжигом листа при температуре от 650 до 900°С, охлаждением до температуры от 250 до 450°С, выдерживанием при этой температуре в течение 120 мин или более, с дальнейшим охлаждением до комнатной температуры, травлением, предварительным покрытием Ni или Ni-Fe без промежуточной дрессировки, нагревом со скоростью 5°С/с или более до температуры от 430 до 500°С, цинкованием в гальванической ванне, осушкой, нагревом со скоростью подъема температуры 20°С/с или более до температуры от 460 до 550°С без выдержки или с выдержкой в течение менее 5 с, охлаждением со скоростью 3°С/с или более и заключительной дрессировкой при степени удлинения от 0,4 до 2%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сляб содержит В 0,005 мас.% или меньше.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед упомянутым предварительным нанесением покрытия проводят дрессировку листа со степенью удлинения 0,4% или меньше.