Способ производства высокопрочной особонизкоуглеродистой холоднокатаной стали с отжигом в периодических печах Российский патент 2021 года по МПК C21D8/04 C22C38/58 C22C38/50 

Изобретение относится к металлургии, конкретно технологии производства холоднокатаной полосы, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. Данная сталь должна иметь повышенные прочностные характеристики с сохранением высокой пластичности.

Известен способ производства стали, содержащей не более 0,007% углерода и 0,006% азота, включающий нагрев слябов при температурах 1000-1160°С, горячую прокатку в полосы с температурой конца прокатки 620-720°С, смотку в рулоны при температурах 600-680°С, холодную прокатку с обжатиями не менее 70%, отжиг при температурах 650-900°С и дрессировку. Выдержку при отжиге холоднокатаной стали проводят в течение 5-18 минут при температурах 750-900°С в проходных печах, и выдержку в течение 11-34 часов при температурах 650-750°С при отжиге в периодических (колпаковых) печах (по пат. RU 2258749, С21 2005). Сталь, обработанная по этому способу, отличается нестабильностью механических свойств и зачастую не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ производства холоднокатаной полосы (по пат.2433192 С21 2010), включающий разливку слябов из стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод 0,001-0,006

кремний не более 0,30

марганец 0,26-1,60

фосфор не более 0,12

хром не более 0,15

никель не более 0,15

медь не более 0,50

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,

горячую прокатку с температурой конца прокатки 810-910°С, смотку полос при температуре 510-710°С, холодную прокатку - с суммарным обжатием 40-95%, рекристаллизационный отжиг при температуре 600-750°С с выдержкой при этой температуре 8-35 ч, и дрессировку полос с обжатием 0,4-2,5%). Данный способ предусматривает выполнение соотношений Ti≥4C+3,43N+l,5S, либо Ti≥3,43N, Nb≥7,75C, где Ti, С, N, S, Nb - содержание титана, углерода, азота, серы, ниобия.

Недостатком данного способа является то, что сталь, обработанная по нему, отличается нестабильностью механических свойств и зачастую не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката. Кроме того, указанные способы не позволяют прогнозировать конечные свойства и выбирать режим обработки для достижения требуемого диапазона механических свойств проката.

Одним из условий получения требуемого диапазона механических свойств высокопрочной особонизкоуглеродистой холоднокатаной стали с высокой пластичностью является формирование оптимальной микроструктуры. Общеизвестным фактом является зависимость уровня пластических свойств стали от наличия разнозернистости. Кинетика прохождения рекристаллизации при отжиге в периодических (колпаковых) печах и конечная сформировавшаяся структура в значительной степени определяются параметрами термообработки.

Температура нагрева в значительной мере определяет скорость прохождения рекристаллизации, параметры растворения и коагуляции включений и условия однородного роста зерна. Длительность выдержки обеспечивает полноту прохождения рекристаллизации и способствует гомогенизации структуры. Совокупность данных параметров обеспечивает достижение заданных механических свойств в определенных диапазонах в высокопрочной особонизкоуглеродистой холоднокатаной стали с высокой пластичностью при отжиге в колпаковых печах.

Предлагаемое техническое решение направлено на решение задачи по прогнозированию конечных свойств и выбору режима обработки для достижения требуемого диапазона механических свойств проката.

Указанный результат достигается при обработке по способу, включающему следующие технологические операции: выплавка, разливка, горячая прокатка, травление, холодная прокатка на конечную толщину, рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах и дрессировка. При этом сталь содержит:

углерод 0,001-0,006%,

кремний не более 0,3%,

марганец 0,3-1,6%,

фосфор не более 0,1%,

алюминий не более 0,1%,

титан не более 0,12%,

ниобий не более 0,02%,

сера не более 0,012%,

азот не более 0,012%,

хром не более 0,07%,

никель не более 0,07%,

медь не более 0,07%,

железо и неизбежные примеси остальное.

Ограничения по содержанию углерода связано с необходимостью исключения его содержания в твердом растворе феррита для обеспечения высоких показателей пластичности стали.

Кремний является эффективным элементом для повышения прочностных характеристик стали за счет образования твердого раствора в феррите, ограничение его содержания до уровня не более 0,3% связано с необходимостью получения высоких пластических характеристик стали и избегания чрезмерного упрочнения, а также возможности свариваемости изделий.

Легирование марганцем необходимо для получения конечных механических свойств стали.

Фосфор является одним из элементов применяющихся для повышения прочностных характеристик стали. Ограничение его содержания не выше 0,1% связано с исключением возможности его перехода из твердого раствора с образованием нежелательных включений при длительной выдержке.

Титан добавляют для эффективного связывания углерода в процессе горячей прокатки и последующего охлаждения, и исключения его перехода при последующем отжиге в твердый раствор.

Легирование алюминием необходимо для раскисления жидкой стали.

Легирование ниобием осуществляется для наиболее полного связывания углерода с образованием мелкодисперсных карбидов и карбонитридов, которые способствуют закреплению на них дислокаций, что обеспечивает повышение как прочностных, так и пластических свойств стали. При этом содержание ниобия в стали не должно превышать 0,02% для предотвращения чрезмерного измельчения зерен феррита и упрочнения стали.

Ограничение содержания серы и азота связано с возможным образованием сложных карбосульфидов титана и крупных включений нитрида титана которые способны ухудшить свойства стали.

Хром, никель, медь, как элементы, упрочняющие сталь, могут увеличить прочностные характеристики проката, при этом снизить способность к глубокой вытяжке.

Холодную прокатку проводят с суммарным обжатием 65-90%. Снижение суммарного обжатия менее 65% приведет к существенной разнобальности конечной микроструктуры, что снизит относительное удлинение. Повышение суммарного обжатия более 90% приведет перегрузкам основного технологического оборудования.

Рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах проводят с достижением температуры в интервале 720-780°С. При нагреве до указанных температур создаются оптимальные условия для получения достаточного количества центров рекристаллизации их развития и скорейшего прохождения рекристаллизации.

Для обеспечения гомогенизации структуры при сохранении прочностных и пластических свойств стали, длительность выдержки выбирают по формуле

t=40,201-0,1337σ_т,

где, t - длительность выдержки, ч,

σ_т - требуемый уровень предела текучести, МПа.

Допускается отклонение от полученного времени ±1 час.

Дрессировку проката осуществляют со степенью обжатия 0,4-1,2%, что способствует получению высоких пластических свойств стали и устранения зуба и площадки текучести.

Пример 1

В кислородном конвертере выплавляли сталь с содержанием: 0,003% С; 0,02% Si; 0,61% Mn; 0,005% S; 0,069% Р; 0,039% Al; 0,03% Cr; 0,01% Ni; 0,02% Cu; 0,07% Ti; 0,003% N; остальное - железо и неизбежные примеси. Слябы получали путем непрерывной разливки, горячую прокатку осуществляли на непрерывном широкополосном стане, горячекатаные рулоны обрабатывали на непрерывном травильном агрегате, далее проводили холодную прокатку, отжиг и дрессировку со степенью 0,5%. Параметры отжига, а также результаты механических испытаний приведены в таблице 1.

Пример 2

В кислородном конвертере выплавляли сталь с содержанием: 0,005% С; 0,014% Si; 0,61% Mn; 0,007% S; 0,073% Р; 0,036% Al; 0,02% Cr; 0,01% Ni; 0,02% Cu; 0,076% Ti; 0,004% N; 0,001% Nb; остальное - железо и неизбежные примеси. Слябы получали путем непрерывной разливки, горячую прокатку осуществляли на непрерывном широкополосном стане, горячекатаные рулоны обрабатывали на непрерывном травильном агрегате, далее проводили холодную прокатку, отжиг и дрессировку со степенью 0,58%. Параметры отжига, а также результаты механических испытаний приведены в таблице 2.

Пример 3

В кислородном конвертере выплавляли сталь с содержанием: 0,006% С; 0,015% Si; 0,6% Mn; 0,007% S; 0,068% Р; 0,047% Al; 0,02% Cr; 0,01% Ni; 0,02% Cu; 0,049% Ti; 0,006% N; 0,005% Nb; остальное - железо и неизбежные примеси. Слябы получали путем непрерывной разливки, горячую прокатку осуществляли на непрерывном широкополосном стане, горячекатаные рулоны обрабатывали на непрерывном травильном агрегате, далее проводили холодную прокатку, отжиг и дрессировку со степенью 0,75%. Параметры отжига, а также результаты механических испытаний приведены в таблице 3.

Таким образом, разработанный способ производства высокопрочной особонизкоуглеродистой холоднокатаной стали с высокой пластичностью позволяет решить задачу по выбору режима термообработки и обеспечивает получение заданного комплекса механических свойств в требуемом диапазоне.

Исследование научно-технической литературы показало отсутствие аналогичных технических решений, т.е. изобретение соответствует критерию - «Новизна».

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии производства холоднокатаной полосы, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. Выплавляют сталь, содержащую в мас.%: углерод 0,001-0,006, кремний не более 0,3, марганец 0,3-1,6, фосфор не более 0,1, алюминий не более 0,1, титан 0,02-0,12, ниобий не более 0,02, сера не более 0,012, азот не более 0,012, хром не более 0,01, никель не более 0,07, медь не более 0,01, железо и неизбежные примеси остальное. Осуществляют разливку на слябы, горячую прокатку, смотку, травление, холодную прокатку с суммарным обжатием 65-90% с получением полосы, рекристаллизационный отжиг полосы в колпаковой печи и ее дрессировку. Рекристаллизационный отжиг полосы проводят в интервале температур 720-780°С, а длительность выдержки полосы при рекристаллизационном отжиге рассчитывают по выражению: t=40,201-0,1337σ_т, где t - длительность выдержки, ч, σ_т - требуемый уровень предела текучести, МПа. Дрессировку проводят со степенью обжатия 0,4-1,2%. Обеспечивается получение повышенных прочностных характеристик с сохранением высокой пластичности. 3 табл., 3 пр.

Способ производства холоднокатаной полосы из высокопрочной особонизкоуглеродистой стали, включающий выплавку стали, разливку на слябы, горячую прокатку, смотку, травление, холодную прокатку с суммарным обжатием 65-90% с получением полосы, рекристаллизационный отжиг полосы в колпаковой печи и ее дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую в мас.%:

углерод 0,001-0,006,

кремний не более 0,3,

марганец 0,3-1,6,

фосфор не более 0,1,

алюминий не более 0,1,

титан 0,02-0,12,

ниобий не более 0,02,

сера не более 0,012,

азот не более 0,012,

хром не более 0,01,

никель не более 0,07,

медь не более 0,01,

железо и неизбежные примеси остальное,

рекристаллизационный отжиг полосы проводят в интервале температур 720-780°С, а дрессировку проводят со степенью обжатия 0,4-1,2%, при этом длительность выдержки полосы при рекристаллизационном отжиге рассчитывают по выражению:

t=40,201-0,1337σ_т,

где t - длительность выдержки, ч,

σ_т - требуемый уровень предела текучести, МПа.