Способ производства горячекатаного травленого проката Российский патент 2023 года по МПК B21B1/26 C22C38/00 C21D7/13 C22C38/42 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве горячекатаного травленого проката толщиной 2,0-6,0 мм, предназначенного для изготовления дисков колес.

Известен способ производства горячекатаной стали для холодной штамповки, включающий выплавку низкоуглеродистой стали, разливку, горячую прокатку, смотку полос в рулоны, согласно которому выплавляют сталь, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,002-0,015, кремний 0,005-0,050, марганец 0,05-0,50, фосфор 0,005-0,09, сера 0,003-0,020, медь 0,1-0,6, алюминий 0,02-0,07, азот 0,002-0,007, титан 0,0005-0,0040, ниобий не более 0,060, железо и неизбежные примеси – остальное, при выполнении условий:

Сэф.=[С]-CTi-СNb≥0,0006% и Сэф+0,05[Р]≥0,003%,

где Сэф. - эффективное содержание углерода, не связанного титаном или ниобием;

[С] - общее содержание углерода в стали;

СTi - содержание углерода, связанного титаном, причем СTi=0 при [Ti]/[N]<3,43 и СTi=([Ti]-3,43N)/4 при [Ti]/[N]≥3,43;

CNb - содержание углерода, связанного ниобием, CNb=Nb/7,74;

[Р] - содержание фосфора в стали,

а после смотки полосы проводят травление и/или дрессировку [Патент RU №2307175, МПК C21D 8/04, C22C 38/16, 2007].

Указанный в способе химический состав не позволяет получить структуру, которая обеспечивает стабильность свойств в готовом прокате.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства горячекатаного проката для автомобильных колес, включающий выплавку, внепечную обработку, непрерывную разливку, нагрев сляба под горячую прокатку, прокатку его в черновой и чистовой непрерывной группах клетей широкополосного стана с получением полосы, охлаждение полосы водой на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулон, согласно которому выплавляют сталь следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,06-0,11

Кремний не более 0,30

Марганец 0,50-0,80

Сера не более 0,007

Ниобий 0,02-0,06

Титан не более 0,025

Кальций 0,001-0,007

Железо и неизбежные примеси остальное,

при этом прокатку в чистовой группе клетей ведут с ускорением 0,01-0,05 м/с², температуру конца горячей прокатки устанавливают 860-930°C, после чего проводят дифференцированное охлаждение верхней и нижней поверхностей полосы, причем в процессе охлаждения полосы толщиной от более 5,5-6,0 мм воду подают посредством открытия всех вентилей труб сверху и снизу полосы сразу после ее выхода из последней клети стана горячей прокатки, а в процессе охлаждения полосы толщиной 3,0-5,5 мм – посредством открытия каждого четвертого вентиля труб сверху и снизу полосы после достижения полосой моталки, при этом температура смотки составляет 620-680°C [Патент RU № 2602206, МПК B21B 1/26, 2016].

Недостатком данного способа являются недостаточные прочностные свойства.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении прочностных свойств проката по отношению к прототипу при сохранении удовлетворительной штампуемости, повышение годной стали после штамповки и гибки.

Технический результат достигается тем, что в способе производства горячекатаного травленого проката, включающем выплавку стали, ее разливку, горячую прокатку, смотку полос в рулон и травление, выплавляют сталь, содержащую, мас.%:

C 0,04-0,15

Si не более 0,1

Mn 0,7-1,2

S не более 0,010

P не более 0,03

Cr не более 0,25

Ni не более 0,3

Cu не более 0,3

Al 0,01-0,08

N не более 0,015

Nb не более 0,08

Ti 0,01-0,05

V не более 0,01

Железо и неизбежные примеси остальное,

при этом черновую стадию прокатки начинают при температуре 1090-1220°C и заканчивают при температуре 1000-1150°C, чистовую стадию горячей прокатки начинают при температуре 950-1030°C и завершают при температуре 820-920°C, смотку полос осуществляют при температуре 490-600°C, а травление проката проводят при температуре торцов рулона не более 100°C.

Полученный прокат характеризуется пределом прочности 460-670 МПа, пределом текучести 400-600 МПа и относительным удлинением не менее 14%.

Толщина готового проката составляет 2,0-6,0 мм.

Для толщины проката 2,0-3,99 мм температура конца прокатки составляет 820-900°C, температура смотки составляет 520-600°C, для проката толщиной 4,0-6,0 мм температура конца прокатки составляет 840-920°C и температура смотки составляет 490-570°C.

Микроструктура получаемого проката состоит из не менее 98% феррита и до 2% перлита, с размером зерна 10-13 баллов.

Сущность изобретения

Химический состав и получаемая после горячей прокатки однородная структура, позволяют обеспечить спектр требуемых свойств, необходимых для обеспечения переработки металлопроката у конечного потребителя.

При содержании углерода 0,04% не достигаются требуемые прочностные характеристики после горячей прокатки. При содержании углерода более 0,15% снижается относительное удлинение, что может вызвать проблемы при переработке у клиента.

Кремний и марганец обеспечивают получение заданных механических свойств за счет твердорастворимого упрочнения, механизм упрочнения которого связан с взаимодействием растворенных в кристаллической решетке атомов марганца и кремния. При содержании кремния в стали более 0,1% резко снижается пластичность. При содержании марганца менее 0,7% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 1,2% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.

Сера и фосфор являются вредными примесями, ухудшающими механические свойства горячекатаных листов. Однако при содержании фосфора не более 0,030% и серы не более 0,010% их вредное влияние проявляется слабо.

Хром, никель и медь упрочняют сталь, но при их концентрации более 0,25%, 0,3% и 0,3% соответственно, снижается пластичность стали и ухудшается ее штампуемость и гибкость.

Алюминий введен для раскисления стали и уменьшения дефектов при разливке. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность стали, сталь становится склонной к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,08% приводит к ухудшению ее механических свойств ниже допустимого уровня и снижению штампуемости и гибкости.

Азот является элементом, упрочняющим сталь. Увеличение содержания азота более 0,015% приводит к снижению пластичности и способствует старению стали.

Минимальное содержание титана (0,01%) определяется требованием выделения некоторого количества азота в виде нитрида титана. Увеличение содержания титана больше 0,05% и ниобия выше верхнего предела (0,08%), помимо отрицательного влияния на штампуемость и снижения величины ВН-эффекта приводит к удорожанию стали.

Ванадий упрочняет ферритную матрицу. При содержании ванадия более 0,010% ухудшается штампуемость и увеличивается себестоимость стали.

Стадию черновой прокатки начинают при температуре 1090-1220°С и заканчивают при температуре 1000-1150°С. Экспериментально установлено, что если температура начала черновой прокатки будет выше 1220°С, то это приведет к образованию трещин и разрывов при прокатке. При температуре ниже 1090°С в стали сохраняются нерастворенные крупные неметаллические включения, что снижает ее пластичность и механические свойства проката. При температуре конца черновой прокатки выше 1150°С увеличивается разнобальность микроструктуры и снижается комплекс механических свойств проката. При температуре конца черновой прокатки ниже 1000°С сталь имеет низкую технологическую пластичность, что негативно сказывается на штампуемости и гибкости стали.

Чистовая прокатка начинается при температуре 950-1030°С и заканчивается при температуре 820-920°С. Данные температуры выбраны в целях увеличения плотности дефектов кристаллической структуры металла и упорядоченного их распределения (субструктуры), что приводит к множественному образованию ферритных объемов при полиморфном γ→α-превращении и дальнейшему формированию требуемой структуры.

Смотка полос осуществляется при температуре 490-600°С. Данный диапазон обеспечивает равномерность образования зерен феррита и требуемые механические свойства готового проката.

Травление проката проводится при температуре торцов рулона не более 100°С, т.к. при более высоких температурах будет происходить закипание растворов травильного агрегата. Также металл с высокой температурой будет негативно воздействовать на узлы агрегата, что может привести к неисправностям.

Для толщины проката 2,0-3,99 мм температура конца прокатки составляет 820-900°C, температура смотки составляет 520-600°C, для проката толщиной 4,0-6,0 мм температура конца прокатки составляет 840-920°C и температура смотки составляет 490-570°C. Данные диапазоны температур обеспечивают однородность феррито-перлитной структуры и получение требуемых физико-механических свойств.

Однородная микроструктура получаемого проката состоит из феррито-перлитных зерен размером 10-13 баллов, без загрязнений примесями типа сульфидов марганца. Данная структура достигается оптимально подобранным химическим составом в сочетании с разработанными технологическими режимами прокатки.

Примеры осуществления:

Сталь выплавляли в конвертере, проводили внепечную обработку и производили разливку в слябы. Затем слябы передавали в ЛПЦ-2. На стане 2000 прокатывали слябы до конечной толщины 2,0-6,0 мм при температуре начала черновой прокатки 1090-1220°C и заканчивали чистовую прокатку при температуре 820-920°C. Затем прокат сматывали в рулон при температуре 490-600°C. После чего прокат подвергался травлению при температуре торцов рулона не более 100°C.

В таблице 1 приведены химические составы выплавленных слябов с различным содержанием элементов. В таблице 2 приведены технологические параметры и механические свойства получаемого горячекатаного травленого проката. Примеры 1-4 это примеры по предлагаемому изобретению, примеры 5-6 по прототипу.

При соблюдении указанных диапазонов химического состава и технологических параметров (примеры №1-4) достигались следующие механические свойства получаемого проката: предел текучести 400-600 МПа, предел прочности 460-670 МПа и относительное удлинение не менее 14%.

При выполнении примеров по прототипу (примеры №5-6) были получены низкие прочностные свойства и наблюдались дефекты после испытаний.

Проверка на штампуемость и гибкость проката проводилась на прессо-гибочных станках и показатель хорошей штампуемости определялся из наличия трещин после деформации, если трещин не было – прокат годен.

Испытания показали, что использование предложенного способа производства горячекатаного травленого проката с соблюдением указанных параметров позволяет обеспечить высокие механические свойства проката (предел текучести 400-600 МПа, предел прочности 460-670 МПа, относительное удлинение не менее 14%) и обеспечить хорошую штампуемость и гибкость.

Таблица 1

Химические составы стали

Плавка C Si Mn S P Cr Ni Cu Al N Nb Ti V 1 0,11 0,02 1,04 0,008 0,01 0,05 0,03 0,05 0,034 0,005 0,072 0,019 0,0035 2 0,09 0,019 0,76 0,003 0,009 0,032 0,01 0,01 0,040 0,004 0,046 0,016 0,003 3 0,08 0,03 0,83 0,007 0,011 0,05 0,02 0,05 0,038 0,007 0,050 0,015 0,002 4* 0,05 0,09 0,87 0,006 0,013 0,03 0,03 0,04 0,032 0,005 0,038 0,014 0,0042 5* 0,08 0,15 0,68 0,002 - - - - - - 0,022 0,015 - 6* 0,09 0,12 0,52 0,003 - - - - - - 0,044 0,005 -

Таблица 2

Контролируемые параметры и получаемые механические свойства

Пример Толщина проката, мм Тнч, °C Ткч, °C Тнп, °C Ткп, °C Тсм, °C Тт, °C Балл зерен Механические свойства Наличие дефектов
(после гибки
и штамповки) Предел прочности,
σ_в МПа Предел текучести, σ_т МПа Относительное удлинение, δ % 1 5,9 1102 1079 1013 890 569 36,5 11 576 484 32 нет 2 2 1141 1095 953 843 533 32,6 10 605 450 26 нет 3 4,8 1105 1088 998 845 532 25 13 590 445 24 нет 4 3 1100 1062 982 855 525 27 12 525 467 30 нет 5 3,6 - - - 917 660 - 10 483 410 29 да 6 6,0 - - - 912 636 - 11 510 400 31 да

Изобретение относится к производству горячекатаного травленого проката. Способ производства горячекатаного травленого проката включает выплавку стали, содержащей, мас.%: 0,04-0,15 C, не более 0,1 Si, 0,7-1,2 Mn, не более 0,010 S, не более 0,03 P, не более 0,25 Cr, не более 0,3 Ni, не более 0,3 Cu, 0,01-0,08 Al, не более 0,015 N, не более 0,08 Nb, 0,01-0,05 Ti, не более 0,01 V, Fe и неизбежные примеси – остальное. Осуществляют разливку стали, ее горячую прокатку, смотку полос в рулон и травление. При этом черновую стадию горячей прокатки начинают при температуре 1090-1220°С, а заканчивают при температуре 1000-1150°С. Чистовую стадию горячей прокатки начинают при температуре 950-1030°С, а завершают при температуре 820-920°С. Смотку полос осуществляют при температуре 490-600°С. Травление проката проводят при температуре торцов рулонов не более 100°С. В результате обеспечивается повышение прочностных свойств проката. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ производства горячекатаного травленого проката, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку, смотку полос в рулоны и травление, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую, мас.%:

C 0,04-0,15 Si не более 0,1 Mn 0,7-1,2 S не более 0,010 P не более 0,03 Cr не более 0,25 Ni не более 0,3 Cu не более 0,3 Al 0,01-0,08 N не более 0,015 Nb не более 0,08 Ti 0,01-0,05 V не более 0,01 Fe и неизбежные примеси остальное,

при этом черновую стадию горячей прокатки начинают при температуре 1090-1220°С, а заканчивают при температуре 1000-1150°С, чистовую стадию горячей прокатки начинают при температуре 950-1030°С, а завершают при температуре 820-920°С, смотку полос осуществляют при температуре 490-600°С, травление проката проводят при температуре торцов рулонов не более 100°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный прокат имеет предел прочности 460-670 МПа, предел текучести 400-600 МПа и относительное удлинение не менее 14%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина готового проката составляет 2,0-6,0 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для толщины проката 2,0-3,99 мм температура конца прокатки составляет 820-900°С, температура смотки составляет 520-600°С, а для проката толщиной 4,0-6,0 мм температура конца прокатки составляет 840-920°С и температура смотки составляет 490-570°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что микроструктура получаемого проката состоит из не менее 98% феррита и до 2% перлита с размером зерен 10-13 баллов.