СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОГО НЕПРЕРЫВНО ОТОЖЖЕННОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ IF-СТАЛИ Российский патент 2021 года по МПК C21D1/26 C21D8/04 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам производства холоднокатаного проката из сверхнизкоуглеродистых IF-сталей (сталей без элементов внедрения), который может быть использовано для изготовления штампованных изделий особо сложной формы. Такие стали, отличаются высокими показателями пластичности, а также штампуемости (низкими значениями предела текучести и высокими значениями коэффициента нормальной пластической анизотропии r₉₀ и коэффициента деформационного упрочнения n₉₀). Холоднокатаный прокат из таких сталей имеет благоприятное сочетание механических характеристик после отжига в агрегатах непрерывного отжига (АНО).

В настоящее время все более востребованной становится холоднокатаная автолистовая сталь марки типа DC07 по EN 10130, требования к свойствам которой представлены в таблице 1.

Видно, что сталь отличается низким значением предела текучести, при очень высоких показателях r₉₀ и n₉₀. В то же время уровень требований к пластичности такого проката сравнительно низкий. Все больше потребителей заказывают прокат с более высокими требованиями к значению относительного удлинения - не менее 48 или 50% То есть обеспечение высоких значений относительного удлинения является актуальной задачей. Учитывая большие объемы потребления таких стали, очевидно, что они должны быть достаточно экономичными за счет ограниченного содержания микролегирующих элементов. Учитывая, что данный прокат используется без нанесения цинкового покрытия, целесообразно также предусмотреть технологические приемы, направленные на повышение его стойкости против атмосферной коррозии.

Известен способ производства полосового проката из сверхнизкоуглеродистой стали для последующей штамповки, включающий выплавку стали с содержанием <0,01% углерода с микродобавками титана и ниобия, разливку в слябы, нагрев слябов до температуры 1100-1200°С, горячую прокатку с температурой конца прокатки 890-910°С, смотку полос в рулоны, травление полос, холодную прокатку, отжиг в агрегате непрерывного отжига и дрессировку с обжатием менее 1%, при этом смотку полос в рулоны ведут при температуре, определяемой по зависимости

T_см=-0.19k²-0.013k+729.95,

где Т_см - температура смотки, °С: k - коэффициент, характеризующий степень стабилизации стали, равный

где Nb, Ti, N, S и С - содержание ниобия, титана, азота, серы и углерода в стали, мас. %.

Готовая полоса имеет условный предел текучести σ_0.2=168 МПа (площадка текучести отсутствует); предел прочности σ_в=260-320 МПа; относительное удлинение δ=40%; коэффициент нормальной плоскостной анизотропии r_m>2,0, что обеспечивает получение категории вытяжки ВОСВ и ВОСВ-Т (Патент RU2212456, МПК C21D 8/04, опубликован 20.09.2003).

Однако известным способом невозможно производство холоднокатаного проката с гарантированным значением относительного удлинения не менее 48%, при значениях остальных механических характеристик в соответствии с требованиями EN 10130 к стали DC07. Кроме того, микролегирование стали титаном совместно с ниобием неизбежно приводит к удорожанию стали по сравнению со сталью, микролегированной только титаном.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ производства холоднокатаного листового проката из IF-стали, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку, травление, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в агрегате непрерывного отжига и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь унифицированного химического состава, содержащую, мас. %: С 0,002-0,006, Si 0,005-0,02, Mn - 0,08-0,13, Al - 0,03-0,06, Ti - 0,03-0,08, Fe и неизбежные примеси - остальное, температуру конца горячей прокатки назначают в интервале 900-930°С, температуру рекристаллизационного отжига назначают в интервале 830-840°С для проката с минимальным значением относительного удлинения 39-40% и 850-860°С для проката с минимальным значением относительного удлинения 42-44%, температуру начала перестаривания назначают в соответствии с зависимостью (1)

где Тп.н. - температура начала перестаривания, °С, δтр. - требуемая минимальная величина относительного удлинения, %; 920 и 12,5 - эмпирические коэффициенты(Патент RU 2721681, МПК C21D 8/14, С22С 38/14 опубликован 22.05.2020 - прототип).

Данный способ позволяет получать из стали унифицированного химического состава прокат с уровнем свойств, соответствующим сталям марок DC05, DC06 hDC07. В то же время данным способом невозможно производство холоднокатаного проката с гарантированным значением относительного удлинения не менее 48%. Кроме того, при использовании данного способа уровень прочностных характеристик не является стабильным - предел текучести изменяется от 110 до 150 МПа, предел прочности - от 250 до 310 МПа. Кроме того, стойкость такого проката против атмосферной коррозии может быть недостаточной, что приведет к возникновению на поверхности коррозионных поражений при хранении проката или в дальнейшем, при эксплуатации изделий из него.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение пластичности холоднокатаного проката, стабильности его прочностных характеристик, а также коррозионной стойкости, при сохранении высоких показателей штампуемости. Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаной полосы из IF-стали, включающим выплавку стали, разливку, горячую прокатку с получением полос, травление, смотку полос в рулоны, холодную прокатку полос, рекристаллизационный отжиг в агрегате непрерывного отжига и дрессировку, согласно изобретению, выплавляют сталь, содержащую, мас. %: С 0,002-0,005, Si 0,01-0,020, Mn - 0,06-0,15, Al - 0,02-0,05, Ti - 0,04-0,07, Fe и неизбежные примеси остальное, горячую прокатку заканчивают при температуре 900-920°С, а рекристаллизационный отжиг холоднокатаной полосы про водят при температуре 850-870°С, причем скорость движения полосы в агрегате непрерывного отжига составляет не более 90 м/мин.

Сущность изобретения заключается в том, что обеспечение необходимого комплекса механических свойств холоднокатаного проката сверхнизкоуглеродистой стали, включающего предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, коэффициенты r₉₀ и n₉₀ достигается использованием определенного химического состава, и способа получения проката. Необходимым условием обеспечения требуемого комплекса свойств является соблюдение определенного содержания основных элементов, влияющих на свойства, мас. %: С 0,002-0,005, Si 0,01-0,02, Mn - 0,06-0,15, Al - 0,02-0,05, Ti - 0,04-0,07, остальное - железо и неизбежные примеси.

Нижний предел содержания таких элементов, как углерод, марганец, и кремний определяется необходимостью обеспечения требуемой прочности. Превышение верхнего предела содержания указанных элементов, а также алюминия и титана приводит к снижению пластичности.

Обеспечение содержания алюминия в стали не менее 0,02% гарантирует высокую степень раскисленности стали. Обеспечение содержания титана в стали не менее 0,04% необходимо для полного связывания азота, серы и углерода в стойкие соединения.

Для получения высоких показателей пластичности и штампуемости необходимо формирование однородного ферритного зерна, предупреждение повышенной разнозернистости. Одним из условий этого является окончание прокатки в температурном интервале 900-920°С. Окончание прокатки при более высоких температурах приводит к повышенной разнозернистости из-за развития собирательной рекристаллизации. Окончание прокатки при более низких температурах также приводит к повышенной разнозернистости из-за формирования на заключительных стадиях прокатки феррита, которое может происходить неравномерно по объему металла.

Повышение температуры отжига металла в АНО до 850-870°С приводит к снижению прочностных характеристик, а также к повышению пластичности и показателей штампуемости (коэффициентов r и n) за счет более полного протекания рекристаллизационных процессов, а также из-за укрупнения наноразмерных выделений карбида титана. Отжиг при более высоких температурах приведет к повышению растворимости углерода и к его частичному переходу в твердый раствор с его последующим участием в процессах старения с соответствующим снижением показателей пластичности и штампуемости. Отжиг при более низких температурах также не обеспечит требуемых показателей пластичности и штампуемости из-за присутствия в металле наноразмерных выделений карбида титана, вызывающих дисперсионное твердение, а также из-за недостаточно полного протекания рекристаллизационных процессов.

Другим обязательным условием получения низкого значения предела текучести и высоких показателей пластичности и штампуемости, а также коррозионной стойкости, является подавление процессов старения - формирования сегрегаций на дислокациях при перестаривании. Одним из способов этого является снижение содержания углерода в твердом растворе перед началом перестаривания, что достигается ограничением верхнего предела температуры отжига уровнем 870°С. При более высоких температурах увеличивается равновесное содержание углерода в феррите. Другим обязательным условием полного связывания углерода в стойкие выделения карбонитрида титана в процессе отжига является ограничение скорости движения полосы в агрегате не более 90 м/мин. При более высоких скоростях движения полосы время пребывания металла при температурах отжига недостаточно для полного удаления углерода из твердого раствора и формирования выделений карбонитрида титана по всей толщине проката. Очевидно, что при увеличении толщины проката для формирования таких выделений требуется больше времени. С этим связана необходимость большего ограничения скорости движения полосы при увеличении ее толщины. Подавление процессов старения приведет к получению высоких значений относительного удлинения (48% и более) более стабильных значений предела текучести (120-140 МПа) и предела прочности (270-290 МПа), чем диапазоны, представленные в таблице 1, высоких значенийкоэффициентов нормальной пластической анизотропиигод (2,5 и более) и деформационного упрочнения пдо (0,24 и более),а также обеспечит более высокую стойкость холоднокатаной стали против атмосферной коррозии.

Примеры реализации изобретения

Сталь двух химических составов была получена при лабораторной выплавке в вакуумной индукционной печи. В таблице 2 приведено содержание основных химических элементов.

Горячую прокатку полученных слитков на толщину 4 мм производили по режиму: температура нагрева 1150°С, температура окончания прокатки представлена в табл. 3. После окончания прокатки полосу охлаждали до температуры Тсм=690°С и далее выдерживали в печи, нагретой до такой же температуры, в течение 1 ч с последующим охлаждением с печью (имитация охлаждения смотанного рулона).

Полученные горячекатаные полосы подвергали травлению для удаления окалины и холодной прокатки на толщину 1,5 мм (суммарное обжатие 62,5%).

Из полученных холоднокатаных полос изготавливали образцы для проведения моделирующей термической обработки на исследовательском комплексе Gleebl 3800. Термическая обработка заключалась в нагреве до температуры отжига, представлена в табл. 3. Скорость движения полосы (Vд.п.) в агрегате непрерывного отжига представлена в табл. 3.

С цельюопределения коррозионной стойкости стали, на базе стандарта ASTM G 44-80 [Standard ASTM G 44-80 AlternateImmersionStresscorrosionTestingin 3,5% Sodiumchloridesolution], использовалиразработанный ускоренный метод их определения, так называемый метод переменного погружения [Шаповалов Э.Т., Родионова И.Г., Зайцев А.И. и др. Факторы, определяющие коррозионную стойкость и другие потребительские свойства холоднокатаного проката // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2009. №3. С. 68-76].

Он состоит в циклическом погружении образцов металла в водный 3,5% раствор NaCl, 10-минутной выдержке в растворе и последующей 50-минутной экспозиции на воздухе с последующей оценкой изменения массы образца на единицу площади рабочей поверхности. Коррозионную стойкость стали оценивают по удельному привесу (увеличению массы) образцов за время испытаний, значения которого характеризуют количество продуктов коррозии, образовавшихся за время испытаний. Более высокие значения удельного привеса соответствуют более низкой коррозионной стойкости стали. По результатам предыдущих исследований показано, что скорость коррозии стального проката в атмосферных условиях для предупреждения появления коррозионных поражений на поверхности при хранении проката или при эксплуатации изделий из него не должны превышать 0,1 мм/год.

Результаты механических и коррозионных испытаний стали после моделирования отжига по различным режимам, соответствующим и не соответствующим формуле изобретения, с целью проверки возможности обеспечения уровня свойств соответствующим стали марки DC07 по предъявляемым требованиям приведены в таблице 3. В таблице приведены также диапазоны значений параметров Ткп, Тотж и Vд.п., соответствующие формуле изобретения, и предъявляемым требованиям к свойствам проката указанных марок сталей. Выделены значения технологических параметров, не соответствующих формуле изобретения. Кроме того в таблице выделены неудовлетворительные значения механических свойств - относительное удлинение менее 48%, несоответствие предела текучести и предела прочности интервалам 120-140 МПа и 270-290 МПа, значения коэффициентов нормальной пластической анизотропии год и деформационного упрочнения n₉₀ менее 2,5 и 0,24, соответственно. За неудовлетворительный показатель коррозионной стойкости принимали скорость коррозии более 0,1 мм/год.

Для стали состава А, имеющей повышенное содержание углерода и марганца, при прочих равных условиях (близких температурных параметрах обработки) получены более низкие значения пластичности и штампуемости, не соответствующие представленным выше требованиям (режимы А1-А6).

Показатели прочности, пластичности, штампуемости и коррозионной стойкости, соответствующие предъявляемым требованиям, достигаются при обработке образцов стали варианта Б по режиму, соответствующему формуле изобретения (режим Б1).

Понижение, как и повышение температуры Ткп (режимы Б2, Б3), приводит к снижению показателей пластичности и штампуемости (коэффициента нормальной пластической анизотропии r₉₀ и коэффициента деформационного упрочнения n₉₀) ниже предъявляемых требований.

Понижение температуры Тотж (режим Б4), приводит к снижению показателей пластичности и штампуемости ниже предъявляемых требований. Повышение температуры Тотж (режим Б5), приводит к понижению прочностных характеристик ниже предъявляемых требований.

Для проката стали марки DC07 при использовании скорости движения полосы выше 90 м/мин, наблюдается некоторое повышение предела текучести, и при этом снижается пластичность и штампуемость (режим Б6).

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам производства холоднокатаного проката из сверхнизкоуглеродистых IF-сталей, который может быть использован в автомобильной промышленности. Способ производства холоднокатаной полосы из IF-стали включает выплавку стали, разливку, горячую прокатку с получением полос, травление, смотку полос в рулоны, холодную прокатку полос, рекристаллизационный отжиг в агрегате непрерывного отжига и дрессировку. Выплавляют сталь, содержащую, мас. %: С 0,002-0,005, Si 0,01-0,020, Mn 0,06-0,15, Al 0,02-0,05, Ti 0,04-0,07, Fe и неизбежные примеси остальное, горячую прокатку заканчивают при температуре 900-920°С, а рекристаллизационный отжиг холоднокатаной полосы проводят при температуре 850-870°С, причем скорость движения полосы в агрегате непрерывного отжига составляет не более 90 м/мин. Обеспечивается повышение пластичности холоднокатаного проката, стабильности его прочностных характеристик, а также коррозионной стойкости при сохранении высоких показателей штампуемости. 3 табл., 2 пр.

Способ производства холоднокатаной полосы из IF-стали, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку с получением полос, травление, смотку полос в рулоны, холодную прокатку полос, рекристаллизационный отжиг в агрегате непрерывного отжига и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую, мас. %: С 0,002-0,005, Si 0,01-0,020, Mn 0,06-0,15, Al 0,02-0,05, Ti 0,04-0,07, Fe и неизбежные примеси остальное, горячую прокатку заканчивают при температуре 900-920°С, а рекристаллизационный отжиг холоднокатаной полосы проводят при температуре 850-870°С, причем скорость движения полосы в агрегате непрерывного отжига составляет не более 90 м/мин.