Способ изготовления высокопрочного стального листа с покрытием или без покрытия и полученный стальной лист Российский патент 2018 года по МПК C21D8/02 C22C38/00 C23C2/06 C21D9/46 

Настоящее изобретение относится к изготовлению высокопрочного стального листа с покрытием или без покрытия, имеющего повышенный предел прочности и улучшенное общее удлинение, и листам, полученным этим способом.

Для изготовления различного оборудования, такого как детали каркаса кузова и панелей кузова для автомобильных транспортных средств в настоящее время обычно используют непокрытые электрооцинкованные, оцинкованные или оцинкованные с отжигом листы из DP (двухфазной) стали, многофазные или мартенситные стали.

Например, высокопрочная многофазная сталь может включать бейнитно-мартенситную структуру с/без некоторого количества остаточного аустенита и содержать около 0,2% С, около 2% Мn, около 1,5% Si, которая приводит к пределу текучести около 750 МПа, пределу прочности около 980 МПа, относительному удлинению около 10%. Эти листы изготавливают на линии непрерывного отжига путем закалки от температуры отжига выше температуры превращения Ас3 до температуры перестаривания выше точки превращения Ms и выдержки листа при температуре в течение заданного времени. Необязательно лист является оцинкованным или оцинкованным и отожженным.

Для снижения массы автомобильных деталей с целью повышения эффективности использования топлива с учетом охраны глобальной окружающей среды, желательно иметь листы с улучшенным балансом прочность-пластичность. Но такие листы должны также иметь подходящую формуемость.

В связи с этим было предложено изготавливать листы, из стали с использованием так называемого процесса закалки и перераспределения с улучшенными механическими свойствами и подходящей формуемостью. Искомыми являются листы с покрытием или без покрытия (непокрытые), имеющие предел прочности TS около 1470 МПа и общее удлинение по меньшей мере 19%.

Таким образом, целью настоящего изобретения является такой лист и способ его изготовления.

Для этой цели настоящее изобретение относится к способу изготовления холоднокатаного стального листа, имеющего предел прочности TS по меньшей мере 1470 МПа и общее удлинение ТЕ по меньшей мере 19%, причем способ включает последовательные стадии:

- отжига при температуре отжига AT холоднокатаного стального листа из стали с химическим составом, содержащим в % масс:

0,34% ≤ С ≤ 0,40%

1,50% ≤ Mn ≤ 2,30%

1,50 ≤ Si ≤ 2,40%

0% < Cr ≤ 0,5%

0% < Мо ≤ 0,3%

0,01% ≤ AI ≤ 0,08%

остальное Fe и неизбежные примеси, температура отжига AT равна или выше температуры превращения стали Ас3, чтобы получить отожженный стальной лист,

- закалки отожженного стального листа его охлаждением до температуры закалки QT ниже температуры превращения стали Ms, обычно между 150°С и 250°С, чтобы получить закаленный стальной лист, и,

- выполнения перераспределяющей обработки повторным нагревом закаленного стального листа при температуре перераспределения РТ между 350°С и 450°С и выдержкой стального листа при этой температуре в течение времени перераспределения Pt между 15 секундами и 150 секундами.

Предпочтительно температура отжига AT составляет между 870°С и 930°С.

В двух осуществлениях после перераспределения стальной лист охлаждают до комнатной температуры, чтобы получить стальной лист без покрытия:

В первом осуществлении состав стали таков, что 0,36% ≤ С ≤ 0,40%, Cr ≤ 0,05% и Мо ≤ 0,05%, температура закалки составляет между 190°С и 210°С, и время перераспределения Pt составляет между 90 секундами и 110 секундами.

Во втором осуществлении состав стали таков, что 0,34% ≤ С ≤ 0,37%, 0,35% ≤ Cr ≤ 0,45% и 0,07% ≤ Мо ≤ 0,20%, температура закалки составляет между 200°С и 230°С и время перераспределения Pt составляет между 25 секундами и 120 секундами.

Предпочтительно холоднокатаную сталь без покрытия затем подвергают электролитическому цинкованию.

В одном осуществлении после перераспределения стальной лист оцинковывают, затем охлаждают до комнатной температуры, чтобы получить стальной лист с покрытием, состав стали таков, что 0,34% ≤ С ≤ 0,37%, 0,35% ≤ Cr ≤ 0,45% и 0,07% ≤ Мо ≤ 0,20%, температура закалки составляет между 200°С и 230°С и время перераспределения Pt составляет между 25 секундами и 55 секундами.

Изобретение также относится к стальному листу с покрытием или без покрытия, из стали с химическим составом в массовых %:

0,34% ≤ С ≤ 0,40%

1,50% ≤ Mn ≤ 2,30%

1,50 ≤ Si ≤ 2,40%

0% < Cr ≤ 0,5%

0% < Mo ≤ 0,3%

0,01% ≤ Al ≤ 0,08%

остальное Fe и неизбежные примеси, структура включает по меньшей мере 60% мартенсита и между 12% и 15% остаточного аустенита, предел прочности составляет по меньшей мере 1470 МПа и общее удлинение по меньшей мере 19%.

В конкретном осуществлении стальной лист без покрытия, состав стали такой, что 0 < Cr < 0,05% и 0 < Мо < 0,05%, и предел текучести выше 1150 МПа.

В другом осуществлении стальной лист без покрытия, состав стали такой, что 0,35 < Cr < 0,45% и 0,07 < Мо < 0,20%, и предел текучести выше 880 МПа, предел прочности выше 1520 МПа и общее удлинение составляет по меньшей мере 20%.

В другом осуществлении стальной лист является оцинкованным, состав стали такой, что 0,35% ≤ Cr ≤ 0,45% и 0,07% ≤ Мо ≤ 0,20%, предел прочности выше 1510 МПа и общее удлинение составляет по меньшей мере 20%.

Изобретение далее будет описано в деталях, но без введения ограничений. В соответствии с изобретением лист получают термообработкой горячекатаного или предпочтительно холоднокатаного необработанного стального листа, изготовленного из стали, химический состав которой включает в массовых %:

- 0,34% - 0,40% углерода, чтобы обеспечить удовлетворительную прочность и улучшить стабильность остаточного аустенита. Это необходимо для получения достаточного относительного удлинения. Если содержание углерода слишком высоко, горячекатаный лист слишком твердый для холодной прокатки и свариваемость является недостаточной.

- 1,50% - 2,40% кремния, чтобы стабилизировать аустенит, чтобы обеспечить твердо-растворное упрочнение и задерживать формирование карбидов во время перераспределения с соответствующими рабочими операциями, чтобы предотвратить формирование оксидов кремния на поверхности листа, которые ухудшают покрываемость.

- 1,50% - 2,30% марганца, чтобы иметь достаточную прокаливаемость для того, чтобы получить структуру, содержащую по меньшей мере 60% мартенсита, предел прочности более 1470 МПа и, чтобы избежать проблем, вызываемых сегрегацией, которые ухудшают пластичность.

- 0% - 0,3% молибдена и 0% - 0,5% хрома, чтобы увеличить прокаливаемость и для стабилизации остаточного аустенита, чтобы значительно уменьшить разложение аустенита в процессе перераспределения. Абсолютное нулевое значение исключается из-за остаточных количеств. Когда стальной лист без покрытия, молибден и хром могут быть исключены, и их содержание может оставаться менее 0,05% каждого. Когда стальной лист покрыт путем электролитического цинкования, содержание молибдена предпочтительно составляет между 0,07% и 0,20%, и содержание хрома предпочтительно составляет между 0,35% и 0,45%.

- 0,01% - 0,08% предпочтительно алюминия, который обычно добавляют к жидкой стали с целью раскисления.

Остальное железо и остаточные элементы или неизбежные примеси, возникающие при изготовлении стали. В этом отношении Ni, Cu, V, Ti, В, S, Р и N по меньшей мере рассматриваются как остаточные элементы, которые являются неизбежными примесями. Поэтому, как правило, их содержание менее 0,05% для Ni, 0,05 для Cu, 0,007% для V, 0,001% для В, 0,005% для S, 0,02% для Р и 0,010% для N. Добавление микролегирующих элементов, таких как Nb 0-0,05% и/или Ti 0-0,1% может быть использовано для получения искомой микроструктуры и оптимального сочетания свойств продукта.

Необработанной стальной лист представляет собой холоднокатаный лист, полученный в соответствии с методами, известными специалистам в данной области техники.

После прокатки листы протравливают кислотой или очищают, затем подвергают термообработке и необязательно покрывают методом погружения.

Термообработка, которую предпочтительно выполняют непрерывным отжигом, когда лист не покрыт, и на линии покрытия методом погружения, когда стальной лист покрывают, включает следующие последовательные стадии:

- отжига холоднокатаного листа при температуре отжига равной или выше температура превращения стали Ас3 и предпочтительно выше Ас3 + 15°С, для получения отожженного стального листа, имеющего полностью аустенитную структуру, но ниже 1000°С, чтобы не слишком укрупнять аустенитное зерно. Обычно температура выше 870°С достаточна для стали в соответствии с изобретением, и эта температура не должна быть выше 930°С. Затем стальной лист выдерживают при этой температуре, т.е. выдержкой между AT - 5°С и при AT + 10°С, в течение времени, достаточного для выравнивания температуры стали. Предпочтительно это время больше 30 секунд, но не должно быть более 300 секунд. Для того, чтобы нагреть до температуры отжига, холоднокатаный стальной лист, например, сначала нагревают до температуры около 600°С со скоростью, как правило, ниже 20°С/с, затем снова нагревают до температуры около 800°С со скоростью, как правило, ниже 10°С/с, и в конечном счете нагревают до температуры отжига при скорости нагрева ниже 5°С/с. В этом случае лист выдерживают при температуре отжига в течение времени 40-150 секунд.

- закалки отожженного листа охлаждением до температуры закалки QT ниже температуры превращения Ms между 150°С и 250°С при достаточно быстрой скорости охлаждения, чтобы избежать формирования феррита при охлаждении предпочтительно более 35°С/сек, чтобы получить закаленный лист, имеющий структуру, состоящую из мартенсита и аустенита, в этом случае конечная структура содержит по меньшей мере 60% мартенсита и между 12% и 15% аустенита. Если сталь содержит менее 0,05% молибдена и менее 0,05% хрома, температура закалки предпочтительно составляет между 190°С и 210°С. Когда стальной лист необходимо оцинковать и когда химический состав стали таков, что 0,34% ≤ С ≤ 0,37%, 0,35% ≤ Cr ≤ 0,45% и 0,07% ≤ Мо ≤ 0,20%, то температура закалки предпочтительно составляет между 200°С и 230°С.

- повторного нагрева закаленного листа до температуры перераспределения РТ между 350°С и 450°С. Скорость нагрева предпочтительно составляет по меньшей мере 30°С/с.

- выдержки листа при температуре перераспределения РТ в течение времени перераспределения Pt между 15 сек и 150 сек. Во время стадии перераспределения углерод распределяется, т.е. диффундирует из мартенсита в аустенит, который таким образом обогащается.

- необязательно охлаждения листа до комнатной температуры, если отсутствует покрытие или нагрева листа до температуры нанесения покрытия погружением листа и его охлаждения до комнатной температуры, если необходимо покрытие. Покрытие погружением представляет собой, например, цинкование и температура покрытия составляет около 460°С, как известно в данной области техники. Нагрев до температуры покрытия предпочтительно выполняют со скоростью нагрева по меньшей мере 30°С/с, и покрытие занимает от 2 до 10 секунд.

С нанесением покрытия или без нанесения, скорость охлаждения до комнатной температуры предпочтительно составляет от 3 до 20°С/с.

Когда лист не покрыт и сталь содержит предпочтительно менее 0,05% хрома и менее 0,05% молибдена, время перераспределения предпочтительно составляет между 90 сек и 110 сек. С помощью такой обработки можно получить листы, имеющие предел текучести более 1150 МПа, предел прочности более 1470 МПа и общее удлинение более 19%.

Когда лист не покрыт и сталь содержит между 0,35% и 0,45% хрома и между 0,07% и 0,20% молибдена, время перераспределения предпочтительно составляет между 15 сек и 120 сек. С помощью такой обработки можно получить листы, имеющие предел текучести более 880 МПа, предел прочности более 1520 МПа и общее удлинение более 20%.

Когда лист покрыт, сталь предпочтительно содержит между 0,35% и 0,45% хрома и между 0,07% и 0,20% молибдена, и время перераспределения Pt предпочтительно составляет между 25 секундами и 55 секундами. В этих условиях даже можно получить стальной лист с покрытием, имеющий предел прочности выше 1510 МПа и общее удлинение по меньшей мере 20%.

В качестве примеров и сравнения были изготовлены листы из сталей, массовый состав которых и характеристические температуры, такие как Ас3 и Ms, приведены в таблице I.

Листы были холоднокатаными, отожженными, закаленными, разделенными и охлажденными до комнатной температуры или оцинкованными после перераспределения, затем охлажденными до комнатной температуры.

Механические свойства определены в поперечном направлении по отношению к направлению прокатки. Как хорошо известно в данной области техники, уровень пластичности в направлении прокатки немного лучше, чем в поперечном направлении, для такой высокопрочной стали. Измеренными свойствами являются коэффициент раздачи отверстия HER, измеренный в соответствии со стандартом ISO 16630:2009, предел прочности YS, предел прочности на растяжение TS, однородное удлинение UE и общее удлинение ТЕ.

Условия обработки и механические свойства приведены в таблице II для листов без покрытия и в таблице III, для листов с покрытием.

В этих таблицах AT является температурой отжига, QT температурой закалки, РТ температурой перераспределения. В таблице II, Gl является температурой цинкования.

Примеры 1-14 показывают, что только со сталью S181, которая не содержит ни хрома, ни молибден, и сталью S80, которая содержит и хром и молибден, можно достичь искомых свойств, т.е. TS ≥ 1470 МПа и ТЕ ≥ 19%. Для сплава S181 искомые свойства достигаются при температуре закалки QT 200°С и времени перераспределения 100 секунд. В этом случае предел прочности выше 1150 МРа.

Для сплава S80, который содержит хром и молибден, искомые свойства достигаются при температуре закалки QT 220°С и времени перераспределения между 30 и 100 секундами (примеры 7-10). В этом случае предел прочности выше 1520 МПа и общее удлинение составляет более 20%. Кроме того, стоит отметить, что все примеры, содержащие Cr и Мо (7-14) имеют предел прочности значительно ниже, чем примеры 1-6, относящиеся к стали без Cr и Мо.

Примеры 15-33, показывают, что только примеры, соответствующие сталям, содержащим Cr и Мо, способны достичь искомых свойств, когда листы оцинкованы (примеры 27 и 28). Для стали S80 температура закалки должна быть 220°С и разделение в течение 10 секунд слишком короткое время, в то время как разделение 100 секунд слишком длительное. Когда сталь не содержит Cr и не содержит Мо, предел прочности всегда остается ниже 1470 МПа.

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения баланса прочность-пластичность и формуемости получают холоднокатаный стальной лист, имеющий предел прочности ≥ 1470 МПа и общее удлинение ТЕ ≥ 19%, при этом способ включает стадии отжига при температуре отжига AT ≥ Ас₃ необработанного стального листа, химический состав которого содержит, мас. %: 0,34 ≤ С ≤ 0,40, 1,50 ≤ Mn ≤ 2,30, 1,50 ≤ Si ≤ 2,40, 0 < Cr ≤ 0,5, 0 < Мо ≤ 0,3, 0,01 ≤ Al ≤ 0,07, остальное Fe и неизбежные примеси, закалки отожженного стального листа его охлаждением до температуры закалки QT < температуры превращения Ms и между 150°С и 250°С, и выполнения перераспределяющей обработки повторным нагревом закаленного стального листа до температуры перераспределения РТ между 350°С и 420°С и выдержки стального листа при этой температуре в течение времени перераспределения Pt между 15 секундами и 120 секундами. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ изготовления холоднокатаного стального листа, имеющего предел прочности TS по меньшей мере 1470 МПа и общее удлинение ТЕ по меньшей мере 19%, включающий последовательные стадии:

получение холоднокатаного стального листа из стали, содержащей химический состав, мас.%:

0,34 ≤ C ≤ 0,40

1,50 ≤ Mn ≤ 2,30

1,50 ≤ Si ≤ 2,40

0,35 ≤ Cr ≤ 0,45

0,07 ≤ Mo ≤ 0,20

0,01 ≤ Al ≤ 0,08

Fe и неизбежные примеси - остальное,

нагрев холоднокатаного стального листа до температуры АТ выше температуры превращения стали Ac₃ и меньше 1000°С, выдержку холоднокатаного стального листа при этой температуре в течение времени 30-300 с,

охлаждение стального листа до температуры QT, более низкой, чем температура превращения стали Ms и составляющей 200-230°C, при скорости охлаждения, достаточной для исключения образования феррита при охлаждении,

повторный нагрев стального листа до температуры РТ от 350°С до 450°С и выдержку при этой температуре РТ в течение времени Pt от 15 до 120 секунд,

и охлаждение стального листа после выдержки до комнатной температуры для получения стального листа, имеющего структуру, содержащую по меньшей мере 60% мартенсита и 12-15% остаточного аустенита.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что температура АТ составляет 870-930°С.

3. Способ изготовления холоднокатаного стального листа, имеющего предел прочности TS по меньшей мере 1470 МПа и общее удлинение ТЕ по меньшей мере 19%, включающий последовательные стадии:

получение холоднокатаного стального листа из стали, содержащей химический состав, мас.%:

0,34 ≤ C ≤ 0,40

1,50 ≤ Mn ≤ 2,30

1,50 ≤ Si ≤ 2,40

0,35 ≤ Cr ≤ 0,45

0,07 ≤ Mo ≤ 0,20

0,01 ≤ Al ≤ 0,08

Fe и неизбежные примеси - остальное,

нагрев холоднокатаного стального листа до температуры АТ выше температуры превращения стали Ac₃ и меньше 1000°С, выдержку холоднокатаного стального листа при этой температуре в течение времени 30-300 с,

охлаждение стального листа до температуры QT, более низкой, чем температура превращения стали Ms и составляющей 200-230°C, при скорости охлаждения, достаточной для исключения образования феррита при охлаждении,

повторный нагрев стального листа до температуры РТ от 350°С до 450°С и выдержку при этой температуре РТ в течение времени Pt от 25 до 55 секунд,

нанесение цинкового покрытия на стальной лист и охлаждение стального листа до комнатной температуры для получения оцинкованного стального листа, имеющего структуру, содержащую по меньшей мере 60% мартенсита и 12-15% остаточного аустенита.

4. Стальной лист, полученный из стали, имеющей химический состав, мас. %:

0,34 ≤ С ≤ 0,40

1,50 ≤ Mn ≤ 2,30

1,50 ≤ Si ≤2,40

0,35 ≤ Cr ≤ 0,45

0,07 ≤ Mo ≤ 0,20

0,01 ≤Al ≤0,08

Fe и неизбежные

примеси - остальное,

при этом стальной лист имеет структуру, включающую по меньшей мере 60% мартенсита и 12-15% остаточного аустенита, причем стальной лист имеет предел текучести более 880 МПа, предел прочности более 1520 МПа и общее удлинение по меньшей мере 20%.

5. Оцинкованный стальной лист, полученный из стали, имеющей химический состав, мас. %:

0,34 ≤ С ≤ 0,40

1,50 ≤ Mn ≤ 2,30

1,50 ≤ Si ≤2,40

0,35 ≤ Cr ≤ 0,45

0,07 ≤ Mo ≤ 0,20

0,01 ≤Al ≤0,08

Fe и неизбежные

примеси - остальное,

при этом стальной лист имеет структуру, включающую по меньшей мере 60% мартенсита и 12-15% остаточного аустенита, причем стальной лист имеет предел прочности более 1510 МПа и общее удлинение по меньшей мере 20%.