ХОЛОДНОКАТАНЫЙ ОТОЖЖЁННЫЙ СТАЛЬНОЙ ЛИСТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК C21D1/18 C21D1/22 C21D6/00 C21D8/02 C21D9/46 C22C38/04 C22C38/06 C22C38/12 

Настоящее изобретение относится к высокопрочному стальному листу, имеющему хорошие характеристики свариваемости, и к способу получения такого стального листа.

Для производства различных изделий, таких как детали структурных элементов и панелей кузова автомобильных транспортных средств, известно применение листов, изготовленных из DP- (двухфазных) сталей или TRIP-сталей (с пластичностью, обусловленной превращением).

Одна из главных проблем автомобильной промышленности заключается в уменьшении массы транспортных средств для повышения эффективности использования в них топлива, без пренебрежения требованиями безопасности и в свете охраны глобальной окружающей среды. С целью достижения соответствия указанным требованиям в сталелитейной промышленности постоянно разрабатываются новые высокопрочные стали для того, чтобы иметь листы с повышенным пределом текучести и прочностью на разрыв, а также хорошей тягучестью и формуемостью.

Сущность одной из разработок, выполненных для улучшения механических свойств, состоит в увеличении содержания марганца в сталях. Присутствие марганца способствует повышению тягучести сталей благодаря стабилизации аустенита. Однако указанные стали демонстрируют ухудшение показателя хрупкости. Для преодоления упомянутой проблемы добавляют такие элементы, как бор. Указанные химические композиции с добавлением бора являются очень вязкими на стадии горячей прокатки, а горячая полоса является слишком твёрдой для дальнейшей переработки. Наиболее эффективный способ смягчения данной горячей полосы представляет собой периодический отжиг, но он приводит к потере вязкости.

В дополнение к упомянутым требованиям в отношении механических свойств, такие стальные листы должны показывать хорошую стойкость к жидкометаллическому охрупчиванию (LME). Стальные листы, покрытые цинком или цинковым сплавом, являются очень эффективными в отношении коррозионной стойкости и, следовательно, широко применяются в автомобильной промышленности. Однако на практике было обнаружено, что дуговая сварка или сварка электросопротивлением определённых сталей может вызывать возникновение конкретных трещин вследствие явления, называемого жидкометаллическим охрупчиванием (“LME”), или образованием трещин, обусловленным воздействием жидкого металла (“LMAC”). Данное явление характеризуется проникновением жидкого Zn по границам зёрен нижележащей стальной основы под действием прилагаемых напряжений или внутренних напряжений, возникающих в результате жёсткого закрепления, теплового расширения или превращений фаз. Известно, что добавление элементов, подобных углероду или кремнию, оказывает вредное воздействие на стойкость к LME.

В автомобильной промышленности обычно оценивают такую стойкость путём введения верхнего предельного значения так называемого показателя склонности к LME, рассчитываемого по следующему уравнению:

Показатель склонности к LME = C% + Si%/4,

где % C и % Si обозначают, соответственно, массовые проценты углерода и кремния в стали.

Публикация WO2020011638 относится к способу получения холоднокатаной стали с содержанием марганца от среднего до промежуточного (Mn от 3,5 до 12%) и пониженным содержанием углерода. Описаны два технологических маршрута. Первый маршрут касается межкритического отжига холоднокатаного стального листа. Второй маршрут относится к двойному отжигу холоднокатаного стального листа, причём первый маршрут является полностью аустенитным, а второй маршрут является межкритическим. Благодаря выбору температуры отжига достигается оптимальное соотношение между прочностью на разрыв и удлинением. Путём снижения температуры отжига достигается обогащение аустенитом, что подразумевает наличие высокого значения величины напряжения излома по толщине. Однако малое количество углерода и марганца, используемое в данном изобретении, ограничивает прочность стального листа на разрыв величинами не выше 980 МПа.

С учётом вышесказанного, цель настоящего изобретения заключается в решении вышеупомянутой проблемы и получении холоднокатаного и отожжённого стального листа, обладающего сочетанием очень хороших механических свойств, включающих прочность на разрыв TS, равную 1000 МПа или выше, однородное удлинение UE, равное 13% или больше, общее удлинение TE, равное 16% или больше.

Предпочтительно, холоднокатаный и отожжённый стальной лист характеризуется пределом текучести, равным 850 МПа или выше.

Предпочтительно, холоднокатаный отожжённый стальной лист, соответствующий изобретению, удовлетворяет условию: YS × UE + TS × TE > 31 000 МПа∙%.

Предпочтительно, холоднокатаный отожжённый стальной лист, соответствующий изобретению, характеризуется показателем склонности к LME, составляющим меньше 0,36.

Предпочтительно, холоднокатаный и отожжённый стальной лист, соответствующий изобретению, характеризуется углеродным эквивалентом Cэкв ниже 0,4%, причём углеродный эквивалент определяют следующим образом:

Cэкв = C%+Si%/55+Cr%/20+Mn%/19-Al%/18+2,2P%-3,24B%-0,133*Mn%*Mo%

при этом количества элементов выражены в массовых процентах.

Предпочтительно, шов контактной точечной сварки двух стальных деталей из холоднокатаного и отожжённого стального листа, соответствующего изобретению, характеризуется значением α, равным, по меньшей мере, 30 даН/мм².

Задача настоящего изобретения достигается получением стального листа по п. 1. Стальной лист также может включать характеристики любого из пп. 2 - 10, взятые по отдельности или в сочетании.

Другой задачей данного изобретения является шов контактной точечной сварки двух стальных деталей по п. 11.

Далее изобретение будет подробно описано и проиллюстрировано примерами без введения ограничений.

Согласно изобретению, содержание углерода составляет от 0,03% до 0,18 % для обеспечения характеристик удовлетворительной прочности и хорошей свариваемости. При содержании углерода выше 0,18% могут снижаться свариваемость стального листа и стойкость к LME. От содержания углерода зависит температура томления: чем выше содержание углерода, тем ниже температура томления для стабилизации аустенита. Если содержание углерода ниже 0,03%, после томления фракция аустенита не стабилизируется в степени, достаточной для достижения желаемой прочности на разрыв и удлинения. В предпочтительном варианте осуществления изобретения содержание углерода составляет от 0,05% до 0,15%. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения содержание углерода составляет от 0,05% до 0,10%.

Содержание марганца составляет от 6,0% до 11,0 %. При добавлении свыше 11,0% может снижаться свариваемость стального листа и продуктивность сборки деталей. Кроме того, повышается риск появления осевой сегрегации до уровня оказания вредного воздействия на механические свойства. Поскольку температура томления в значительной степени зависит от содержания марганца, определяется минимальное количество марганца для стабилизации аустенита, с целью получения после томления целевой микроструктуры и прочности. Предпочтительно, содержание марганца составляет от 6,0% до 9%.

Согласно изобретению, содержание алюминия составляет от 0,2% до 3% для уменьшения сегрегации марганца при разливке. Алюминий является очень эффективным элементом для раскисления стали при обработке в жидкой фазе. При добавлении свыше 3% может снижаться свариваемость стального листа, в cостоянии непосредственно после литья. К тому же, трудно достигать прочности на разрыв выше 980 МПа. Кроме того, чем выше содержание алюминия, тем выше температура томления для стабилизации аустенита. Алюминий добавляют в количестве, по меньшей мере, 0,2% для повышения устойчивости продукта к изменениям путём увеличения межкритического диапазона, а также для улучшения свариваемости. Кроме того, алюминий добавляют во избежание возникновения проблем, связанных с образованием включений и окислением. В предпочтительном варианте осуществления изобретения содержание алюминия составляет от 0,7% до 2,2%.

Содержание молибдена составляет от 0,05% до 0,5% в целях уменьшения сегрегации марганца при разливке. Кроме того, добавление, по меньшей мере, 0,05% молибдена обеспечивает стойкость к охрупчиванию. При введении свыше 0,5% добавление молибдена является дорогостоящим и неэффективным с точки зрения требуемых свойств. В предпочтительном варианте осуществления изобретения содержание молибдена составляет от 0,15% до 0,35%.

Согласно изобретению, содержание бора составляет от 0,0005% до 0,005% для улучшения жёсткости горячекатаного стального листа и свариваемости холоднокатаного стального листа при точечной сварке. При содержании выше 0,005% активируется образование карбидов бора на предшествующих границах зёрен аустенита, что делает сталь более хрупкой. В предпочтительном варианте осуществления изобретения содержание бора составляет от 0,001% до 0,003%.

К композиции стали, соответствующей изобретению, необязательно, можно добавлять некоторые элементы.

Максимальная добавка кремниевого содержимого в целях повышения стойкости к LME ограничивается величиной 1,20%. В дополнение к этому, указанное низкое содержание кремния обеспечивает возможность упрощения процесса за счёт исключения стадии травления горячекатаного стального листа перед отжигом горячекатаного листа. Предпочтительно, максимальное добавляемое содержание кремния составляет 0,5%.

Титан можно добавлять до достижения концентрации 0,050 % для обеспечения дисперсионного упрочнения. Предпочтительно, добавляют минимум 0,010% титана в дополнение к бору, для предотвращения образования бором соединения BN.

Ниобий, необязательно, можно добавлять до достижения концентрации 0,050 % для утончения зёрен аустенита в ходе горячей прокатки и обеспечения дисперсионного упрочнения. Предпочтительно, минимальное количество добавляемого ниобия составляет 0,010%.

Хром и ванадий, необязательно, можно добавлять, соответственно, до достижения 0,5% и 0,2% для обеспечения повышенной прочности.

Остальную часть состава стали представляет собой железо и примеси, образующиеся в результате выплавки. В этом отношении, по меньшей мере, P, S и N считаются остаточными элементами, которые являются неизбежными примесями. Их содержание равно 0,010 % или меньше для S; 0,020 % или меньше для P и 0,008 % или меньше для N.

Далее будет описана микроструктура холоднокатаного и отожженного стального листа в соответствии с заявленным изобретением. Указанная микроструктура содержит в долях поверхности:

- от 25% до 55% остаточного аустенита,

- от 5% до 50% феррита,

- от 5 до 70% выделившегося мартенсита

- менее 5% свежего мартенсита,

- концентрации углерода [C]_A и марганца [Mn]_A в аустените, выраженные в массовых процентах, таковы, что отношение ([C]_A² x [Mn]_A) / (C%² x Mn%) составляет от 3,0 до 8,0, при этом C% и Mn% представляют собой номинальные значения содержания углерода и марганца в массовых % и

- и неоднородное повторное выделение марганца характеризуется распределением марганца с отклонением, равным -40 или больше.

Микроструктура стального листа, соответствующего изобретению, заключает в себе от 25% до 55% остаточного аустенита и, предпочтительно, от 30 до 50% аустенита. При концентрациях аустенита ниже 25% или выше 55% величины однородного и общего удлинения, UE и TE, не могут достигать соответственных минимальных значений, равных 13% и 16%.

Такой аустенит образуется в ходе межкритического отжига горячекатаного стального листа, а также в течение первого и второго межкритического отжига холоднокатаного стального листа. В ходе межкритического отжига горячекатаного стального листа образуются области, включающие содержание марганца выше номинального значения, и области, включающие содержание марганца ниже номинального значения, создавая неоднородное распределение марганца. Соответственно, вместе с марганцем сегрегирует углерод. Указанную неоднородность марганца измеряют при помощи отклонения распределения марганца для горячекатаного стального листа, которое должно быть равно -30 или больше, как показано на фигуре 2 и поясняется ниже.

Вследствие неоднородного повторного выделения марганца в аустените после отжига горячекатаного листа и низкой скорости диффузии марганца в аустените, неоднородность марганца, образующаяся в ходе отжига горячекатаного листа, по-прежнему присутствует после первого и второго межкритического отжига холоднокатаного стального листа. Это может достигаться за счёт отклонения распределения марганца в микроструктуре, равного -40 или выше.

Концентрации углерода [C]_A и марганца [Mn]_A в аустените, выраженные в массовых процентах, являются такими, что отношение ([C]_A² x [Mn]_A) / (C%² x Mn%) составляет от 3,0 до 8,0. Когда данное отношение меньше 3,0, остаточный аустенит не является достаточно стабильным для обеспечения непрерывного TRIP-TWIP-эффекта (пластичность, обусловленная превращением - пластичность, обусловленная двойникованием) при деформации. Когда оно выше 8,0, остаточный аустенит является слишком стабильным для проявления адекватного TRIP-TWIP-эффекта при деформации. Такой TWIP-TRIP-эффект поясняется, в частности, в работе “Observation-of-the-TWIP-TRIP-Plasticity-Enhancement-Mechanism-in-Al-Added-6-Wt-Pct-Medium-Mn-Steel”, DOI: 10.1007/s11661-015-2854-z, The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International 2015, p. 2356 Volume 46A, June 2015 (S. LEE, K. LEE, and B. C. DE COOMAN).

Микроструктура стального листа, соответствующего изобретению, заключает в себе от 5 до 50% феррита, предпочтительно от 10 до 45% феррита. Такой феррит образуется в ходе межкритического отжига горячекатаного стального листа, а также в ходе первого и второго межкритического отжига холоднокатаного стального листа.

Микроструктура стального листа, соответствующего изобретению, заключает в себе от 5 до 70% выделившегося мартенсита, предпочтительно от 8 до 50% выделившегося мартенсита. Такой мартенсит может образовываться при охлаждении горячекатаного стального листа после межкритического отжига за счёт превращения части аустенита, менее обогащённой углеродом и марганцем по сравнению с номинальными значениями. Однако в основном он образуется при охлаждении холоднокатаного стального листа после первого отжига, а затем выделяется в ходе второго отжига холоднокатаного стального листа.

Свежий мартенсит может присутствовать в количестве до 5% в долях поверхности, но он не является фазой, желаемой в микроструктуре стального листа, соответствующего изобретению. Он может образовываться на конечной стадии охлаждения до комнатной температуры в результате превращения нестабильного аустенита. Действительно, упомянутый нестабильный аустенит с низким содержанием углерода и марганца приводит к тому, что начальная температура образования мартенсита, Ms, составляет выше 200C. В целях достижения конечных механических свойств содержание свежего мартенсита ограничивается количеством, максимум 5%, а предпочтительно, сокращённым до 0%.

Выделившийся мартенсит может отличаться от свежего мартенсита на вырезанном образце, отполированном, протравленном реагентом, известным в таковом качестве, например, реагентом ниталь, и исследуемом методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), или на вырезанном образце, отполированном и анализируемом методом дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD). Выделившийся мартенсит имеет среднее содержание C, которое явно ниже номинального содержания C в стали. Упомянутое низкое содержание C наблюдается в результате повторного выделения углерода из мартенсита, образовавшегося в ходе закалки стали при температуре ниже Ms, в аустенит в течение выдержки при температуре повторного выделения T_P.

В отличие от этого, свежий мартенсит, который образуется в результате превращения обогащённого углеродом аустенита в мартенсит после стадии повторного выделения, имеет содержание C выше номинального содержания углерода в стали и более высокую плотность дислокаций, чем в выделившемся мартенсите.

Холоднокатаный и отожжённый стальной лист, соответствующий изобретению, характеризуется прочностью на разрыв, TS, равной 1000 МПа или выше, однородным удлинением UE, равным 13% или больше, и общим удлинением TE, равным 16% или больше.

Предпочтительно, холоднокатаный и отожжённый стальной лист характеризуется пределом текучести, равным 850 МПа или выше.

Предпочтительно, холоднокатаный и отожжённый стальной лист характеризуется показателем склонности к LME ниже 0,36.

Предпочтительно, холоднокатаный и отожжённый стальной лист характеризуется углеродным эквивалентом Cэкв ниже 0,4% для улучшения свариваемости. Углеродный эквивалент определяется следующим образом: Cэкв = C% + Si%/55 + Cr%/20 + Mn%/19 - Al%/18 + 2,2P% - 3,24B% - 0,133*Mn%*Mo%, при этом концентрации элементов выражены в массовых процентах.

Сварную конструкцию можно изготовлять путём получения двух деталей из листов холоднокатаной и отожжённой стали, соответствующих изобретению, а затем осуществления контактной точечной сварки двух стальных деталей.

Швы контактной точечной сварки, соединяющие первый лист со вторым, отличаются высокой стойкостью в испытании на растяжение крестообразного образца, определяемой величиной α, равной, по меньшей мере, 30 даН/мм².

Стальной лист, соответствующий изобретению, можно получать любым подходящим способом изготовления, и его может определять специалист в данной области техники. Однако предпочтительно использовать способ согласно изобретению, включающий следующие стадии:

Получают полупродукт, способный подвергаться дальнейшей горячей прокатке, с составом стали, описанным выше. Данный полупродукт нагревают до температуры от 1150°C до 1300°C для возможности облегчения горячей прокатки, при этом конечная температура горячей прокатки, КТП, составляет от 800°C до 1000°C. Предпочтительно, температура КТП составляет от 850°C до 950°C.

Затем горячекатаный стальной лист охлаждают и сматывают в рулон при температуре T_рулон, составляющей от 20°C до 650°C, а предпочтительно от 300 до 500°C.

После этого горячекатаный стальной лист охлаждают до комнатной температуры, и его можно подвергать травлению.

Затем горячекатаный стальной лист нагревают до температуры отжига, T_ОГЛ, находящейся в диапазоне от Ac1 до Ac3. Более точно, температура T_ОГЛ выбрана для сведения к минимуму доли выделяющихся карбидов, до величины ниже 0,8%, и активирования неоднородного повторного выделения марганца. Указанную неоднородность марганца измеряют при помощи отклонения распределения марганца для горячекатаного стального листа, которое должно быть равно -30 или больше. Предпочтительно, температура T_ОГЛ составляет от Ac1+5°C до Ac3. Предпочтительно, температура T_ОГЛ составляет от 580°C до 680°C.

Стальной лист выдерживают при указанной температуре T_ОГЛ в течение времени выдержки, t_ОГЛ, от 0,1 до 120 ч для активирования диффузии марганца и образования неоднородного распределения марганца. Кроме того, указанная термообработка горячекатаного стального листа позволяет снижать твёрдость горячекатаного стального листа при одновременном сохранении вязкости выше 0,4 Дж/мм².

Затем горячекатаный и термообработанный стальной лист охлаждают до комнатной температуры, и его можно подвергать травлению для устранения окисления.

После этого осуществляют холодную прокатку горячекатаного и термообработанного стального листа со степенью обжатия от 20% до 80%.

Далее холоднокатаный стальной лист подвергают первому отжигу при межкритической температуре T1_{выдержки}, составляющей от значения Ac1 до Ac3 для холоднокатаного стального листа, в течение периода времени выдержки, t1_{выдержки}, составляющего от 10 с до 1800 с. Температуры Ac1 и Ac3 определяют при помощи дилатометрических испытаний. Параметры T1_{выдержки} и t1_{выдержки} выбраны для получения в конце выдержки от 50 до 95% аустенита, в долях поверхности, что позволяет сохранять в максимально возможной степени неоднородность марганца, образующуюся при отжиге горячекатаного листа. Об этом свидетельствует стальной лист, демонстрирующий отклонение распределения марганца в микроструктуре, равное, по меньшей мере, -40. Предпочтительно, межкритическая температура T1_{выдержки} составляет от 650 до 850°C, и более предпочтительно, от 710°C до 780°C, а время t1_{выдержки} составляет от 100 до 1000 с. Такой первый отжиг можно выполнять в режиме непрерывного отжига.

После охлаждения фракция аустенита, которая в меньшей степени обогащена марганцем и углеродом, будет превращаться в свежий мартенсит. Указанный свежий мартенсит будет заключать в себе области, обогащённые марганцем и углеродом, а также области, обеднённые марганцем и углеродом.

Кроме того, после охлаждения, следующего за первым отжигом, микроструктура будет содержать от 5% до 50% феррита.

Затем холоднокатаный стальной лист подвергают второму отжигу при межкритической температуре T2_{выдержки}, составляющей от значения Ac1 до Ac3 для отожжённого стального листа, в течение периода времени выдержки, t2_{выдержки}, составляющего от 30 с до 3600 с. Температуры Ac1 и Ac3 определяют при помощи дилатометрических испытаний. Предпочтительно, межкритическая температура T2_{выдержки} составляет от 550°C до 650°C, а t2_{выдержки} составляет от 100 до 1500 с.

Цель упомянутого второго отжига заключается в продолжении перераспределения углерода и марганца в аустените и мартенсите. Поскольку содержание углерода и марганца в части свежего мартенсита выше номинального, указанная часть мартенсита может превращаться в аустенит при более низкой температуре, чем T1_{выдержки}, что сопровождается повторным выделением марганца и углерода в такой аустенит. Другая часть мартенситной структуры, которая является более бедной по содержанию углерода и марганца, не будет превращаться в аустенит, а приведёт к повторному выделению и углерода, и марганца в аустенит. Следовательно, T2_{выдержки} ниже T1_{выдержки}. Период t2_{выдержки} предпочтительно является более длительным, чем период t1_{выдержки}, с целью предоставления достаточного количества времени для диффузии углерода в аустенит, но он должен оставаться достаточно коротким во избежание того, чтобы конечное содержание аустенита превышало 55%, в связи с чем впоследствии аустенит будет содержать недостаточное количество углерода для обеспечения проявления TRIP-TWIP-эффекта.

Предпочтительно, межкритическая температура T2_{выдержки} составляет от 500°C до 650°C, а время t2_{выдержки} составляет от 200 до 1000 с. Такой второй отжиг можно выполнять в режиме непрерывного отжига.

Затем холоднокатаный и отожжённый стальной лист охлаждают до температуры ниже 80°C, а предпочтительно до комнатной температуры. При охлаждении фракция аустенита, менее обогащённая марганцем и углеродом, может превращаться в свежий мартенсит.

После этого на лист можно наносить покрытие любым подходящим способом, включая нанесение покрытия погружением в расплав, электроосаждение или вакуумное напыление цинка или сплавов на его основе, либо алюминия или сплавов на его основе.

Далее изобретение будет проиллюстрировано следующими ниже примерами, которые никоим образом не являются ограничительными.

Примеры

Стали четырёх марок, составы которых приведены в таблице 1, отливали в виде полупродуктов и перерабатывали в стальные листы.

Таблица 1 - Составы

Испытанные составы сведены в следующей ниже таблице, в которой содержания элементов выражены в массовых процентах.

Температуры Ac1 и Ac3 холоднокатаных стальных листов определены при помощи дилатометрических испытаний и металлографического анализа.

Таблица 2 - Параметры процесса получения горячекатаных и термообработанных стальных листов

Непосредственно после отливки стальные полупродукты повторно нагревали при 1200°C, осуществляли горячую прокатку, а затем сматывали в рулоны при 450°C. После этого горячекатаные и смотанные в рулоны стальные листы подвергали термообработке при температуре T_ОГЛ и поддерживали при указанной температуре в течение времени выдержки, t_ОГЛ. Для получения горячекатаных и термообработанных стальных листов применяли следующие конкретные условия:

Испыта-ния Сталь Горячая прокатка Сматывание
в рулон Отжиг горячекатаного листа (ОГЛ) КТП (°C) ТСР (°C) T_ОГЛ (°C) t_ОГЛ (ч) 1 A 900 450 620 10 2 A 900 450 620 10 3 A 900 450 620 10 4 A 900 450 - - 5 A 900 450 - - 6 A 900 450 - - 7 B 900 450 620 10 8 B 900 450 620 10 9 B 900 450 620 10 10 B 900 450 620 10 11 B 900 450 620 10 12 B 900 450 620 10 13 B 900 450 620 10 14 B 900 450 620 10 15 C 900 450 640 10 16 C 900 450 640 10 17 C 900 450 640 10 18 C 900 450 640 10 19 C 900 450 640 10 20 C 800 450 640 10 21 C 800 450 640 10 22 D 900 450 640 10 23 D 900 450 640 10

Подчёркнутые значения: параметры, которые не позволяют достигать заданных свойств

Горячекатаные и термообработанные стальные листы анализировали, и соответствующие характеристики приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Микроструктура и свойства горячекатаных и термообработанных стальных листов

Определяли отклонение распределения марганца и долю выделившихся карбидов.

Долю выделившихся карбидов определяют через посредство вырезанного из листа образца, исследуемого при помощи сканирующего электронного микроскопа с полевой эмиссионной пушкой (“FEG-SEM”) и анализа изображений c увеличением больше 15000x.

Термообработка горячекатаного стального листа позволяет марганцу диффундировать в аустенит: повторное выделение марганца является неоднородным, включающим области с низким содержанием марганца и области с высоким содержанием марганца. Указанная неоднородность марганца способствует достижению определённых механических свойств и может быть измерена при помощи профиля марганца.

На фигуре 1 представлены вырезанные образцы горячекатаного и термообработанного стального листа испытания 4 и испытания 15. Чёрная область соответствует зоне с более низким количеством марганца, серая область соответствует повышенному количеству марганца.

Для получения указанной фигуры выполняют следующее: из горячекатаного и термообработанного стального листа на ¼ толщины вырезают образец для испытаний и полируют его.

Затем снимают характеристики указанного вырезанного образца при помощи электронно-зондового микроанализатора с полевой эмиссионной пушкой (“FEG”) при увеличении больше 10000x для определения количеств марганца. Составлены три карты распределения размером 10 мкм*10 мкм для различных частей вырезанного образца. Указанные карты состоят из пикселей размером 0,01 мкм². В каждом пикселе вычисляют количество марганца в массовых процентах, а затем наносят точки на кривую, представляющую совокупную долю площади по данным трёх карт как функцию количества марганца.

Указанная кривая построена на фигуре 2 для испытания 4 и испытания 15: 100% вырезанного из листа образца содержат больше 1% марганца. В случае испытания 15, в 20% вырезанного из листа образца содержится больше 10% марганца.

Затем вычисляют отклонение полученной кривой между точкой, представляющей 80% совокупной доли площади, и точкой, представляющей 20% совокупной доли площади.

В случае испытания 4 отсутствие термообработки после горячей прокатки обусловливает тот факт, что повторное выделение марганца не является неоднородным в достаточной степени, и это можно видеть по величине отклонения распределения марганца, составляющей меньше -30. Это также имеет место в случае испытаний 5 и 6.

В противоположность этому, в случае испытания 15 повторное выделение марганца является явно неоднородным, о чём свидетельствует величина отклонения распределения марганца, составляющая больше -30. Это также имеет место в случае всех прочих испытаний, за исключением испытаний 4 - 6.

Подчёркнутые величины: не соответствуют заданным значениям.

Таблица 4 - Параметры процесса получения холоднокатаных и отожжённых стальных листов

Затем осуществляют холодную прокатку полученного горячекатаного и термообработанного стального листа. После этого холоднокатаный стальной лист вначале подвергают отжигу при температуре T1_{выдержки} и выдерживают при указанной температуре в течение периода времени выдержки, t1_{выдержки}, перед охлаждением до температуры ниже 80°C. Затем стальной лист отжигают второй раз при температуре T2_{выдержки} и выдерживают при указанной температуре в течение периода времени выдержки, t2_{выдержки}, перед охлаждением до комнатной температуры. Для получения холоднокатаных и отожжённых стальных листов применяли следующие конкретные условия:

Подчёркнутые значения: параметры, которые не позволяют достигать заданных свойств

Затем выполняли анализ холоднокатаных и отожжённых листов, и соответствующие данные, касающиеся элементов микроструктуры, механических свойств и характеристик свариваемости, приведены, соответственно, в таблицах 5, 6 и 7.

Таблица 5 - Микроструктура холоднокатаного и отожжённого стального листа

Были определены процентные содержания фаз микроструктур полученных холоднокатаных и отожжённых стальных листов, а также отклонение распределения марганца после первого отжига и после второго отжига.

Доли фаз на поверхности микроструктуры определяют следующим способом: для выявления микроструктуры из холоднокатаного и отожжённого стального листа вырезают образец для испытаний, полируют и подвергают травлению реагентом, известным в таковом качестве. После этого вырезанный образец исследуют при помощи сканирующего электронного микроскопа, например, сканирующего электронного микроскопа с полевой эмиссионной пушкой (“FEG-SEM”) при увеличении больше 5000x, в режиме регистрации вторичных электронов.

Определение доли феррита на поверхности осуществляют при помощи исследований методом СЭМ после травления реагентами ниталь или пикраль/ниталь.

Определение объёмной доли остаточного аустенита выполняют методом дифракции рентгеновских лучей.

Величины [C]_A и [Mn]_A соответствуют количеству углерода и марганца в аустените, выраженному в массовых процентах. Их измеряют как методом дифракции рентгеновских лучей (C%), так и при использовании электронно-зондового микроанализатора с полевой эмиссионной пушкой (Mn%).

Подчёркнутые значения: не соответствуют изобретению

Неоднородность распределения марганца, полученная после отжига горячекатаного стального листа, сохраняется в максимально возможной степени после обеих стадий отжига холоднокатаных стальных листов. Это можно видеть при сопоставлении отклонения распределения марганца, полученного после отжига горячекатаного стального листа (в таблице 3), и отклонения распределения марганца, полученного после стадий первого и второго отжига холоднокатаного стального листа (таблица 5).

Таблица 6 - Механические свойства холоднокатаного и отожжённого стального листа

Механические свойства полученных холоднокатаных и отожжённых листов определены и приведены в следующей ниже таблице.

Предел текучести YS, прочность на разрыв TS, а также общее и однородное удлинение TE, UE, измеряли в соответствии со стандартом ISO 6892-1, опубликованным в октябре 2009 г.

Испытания TS (МПа) UE (%) TE (%) YS (МПа) YS x UE + TS x TE (МПа∙%) 1 1116 13,2 16,7 979 31560 1071 1071 14666 3 1114 13,6 17,7 998 33282 1155 1105 22317 1157 1106 24883 1133 1122 8084 7 1126 15,0 18,2 933 34442 8 1137 13,6 16,7 898 31129 1169 713 24047 1126 735 22456 1168 750 25861 1187 562 21923 1181 576 20572 1240 701 14890 15 1184 14,2 17,3 958 34071 16 1146 14,8 17,9 997 35210 17 1127 16,1 19,2 1040 38274 1052 1052 16937 19 1026 17,6 17,6 1026 36013 20 1096 20,8 24,7 978 47391 21 1040 20,9 26,2 978 47613 22 1162 14,6 18,1 1057 36448 23 1111 15,3 19,3 1061 37605

Подчёркнутые значения: не соответствуют заданным величинам

В испытании 2 лист подвергали второму отжигу, длительность которого является слишком малой для образования достаточного количества аустенита. В противоположность этому, t2_{выдержки} в испытании 3 является достаточно длительным. 24

В испытаниях 9 и 10 листы подвергали второму отжигу, длительность которого является слишком большой, так что образуется излишне много аустенита с недостаточным количеством углерода, а это означает, что такой аустенит не будет достаточно стабильным. В отличие от этого, t2_{выдержки} в испытании 8 являлось довольно малым.

В испытаниях 11 и 12 листы подвергали второму отжигу, температура которого является слишком высокой и длительность которого также является слишком большой, так что образуется излишне много аустенита с недостаточным количеством углерода.

В испытаниях 13 и 14 листы подвергали второму отжигу, длительность которого являлась слишком большой, так что содержание углерода в аустените является слишком низким.

В испытании 18 лист подвергали второму отжигу, температура которого являлась слишком низкой для образования достаточного количества аустенита. В противоположность этому, T2_{выдержки} в испытании 19 являлась достаточно высокой.

Таблица 7 - Характеристики свариваемости холоднокатаного и отожжённого стального листа

На холоднокатаных и отожжённых стальных листах была выполнена точечная сварка в условиях стандарта ISO 18278-2.

В применяемом испытании образцы состоят из двух листов стали в форме сваренного вкрест эквивалента. Для разрушения сварной точки прилагается сила. Указанная сила, известная как прочность на растяжение крестообразного образца (CTS), выражается в единицах даН. Она зависит от диаметра сварной точки и толщины металла, то есть толщины стали и металлического покрытия. Это обеспечивает возможность вычисления коэффициента α, который представляет собой отношение величины CTS к произведению диаметра сварной точки и толщины основы. Указанный коэффициент выражается в единицах даН/мм².

Характеристики свариваемости полученного холоднокатаного и отожжённого листа определены и сведены в следующей таблице:

Испытания α (даН/мм²) Показатель склонности к LME 1 60 0,061 2 60 0,061 3 60 0,061 4 60 0,061 5 60 0,061 6 60 0,061 7 68 0,077 8 68 0,077 9 68 0,077 10 68 0,077 11 68 0,077 12 68 0,077 13 68 0,077 14 68 0,077 15 60 0,068 16 60 0,068 17 60 0,068 18 60 0,068 19 60 0,068 20 60 0,068 21 60 0,068 22 63 0,090 23 63 0,090

Показатель склонности к LME = C% + Si%/4, в масс. %.

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, имеющему хорошие характеристики свариваемости. Холоднокатаный и отожженный стальной лист, выполненный из стали, имеющей состав, мас.%: C 0,03 – 0,18, Mn 6,0 – 11,0, Al 0,2 – 3, Mo 0,05 – 0,5, B 0,0005 – 0,005, S ≤ 0,010, P ≤ 0,020, N ≤ 0,008, и необязательно один или более из следующих элементов: Si ≤ 1,20, Ti ≤ 0,050, Nb ≤ 0,050, Cr ≤ 0,5, V ≤ 0,2, при этом остальную часть состава представляет железо и неизбежные примеси, образующиеся при плавке. Лист имеет микроструктуру, включающую в долях поверхности: от 25 до 55% остаточного аустенита, от 5 до 50% феррита, от 5 до 70% выделившегося мартенсита, от 0 до 5% свежего мартенсита, при этом содержание углерода [C]_A и марганца [Mn]_A в аустените, выраженное в мас.%, таково, что отношение ([C]_A² x [Mn]_A) / (C%² x Mn%) составляет от 3,0 до 8,0, где C% и Mn% представляют собой номинальные значения содержания углерода и марганца в мас.% и неоднородное распределение марганца с участками ниже и выше номинального значения марганца. Сварной шов, полученный контактной точечной сваркой двух деталей, выполненных из указанного холоднокатаного и отожженного стального листа, имеет значение α, составляющее по меньшей мере 30 даН/мм², где α представляет собой отношение прочности на растяжение к произведению диаметра сварной точки и толщины основы. Холоднокатаный и отожжённый стальной лист имеет высокие механические свойства. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 7 табл., 4 пр.

1. Холоднокатаный и отожженный стальной лист, выполненный из стали, имеющей состав, мас.%:

C 0,03 – 0,18 Mn 6,0 – 11,0 Al 0,2 – 3 Mo 0,05 – 0,5 B 0,0005 – 0,005 S ≤ 0,010 P ≤ 0,020 N ≤ 0,008

и необязательно один или более из следующих элементов:

Si ≤ 1,20 Ti ≤ 0,050 Nb ≤ 0,050 Cr ≤ 0,5 V ≤ 0,2

при этом остальную часть состава представляет железо и неизбежные примеси, образующиеся при плавке,

упомянутый стальной лист имеет микроструктуру, включающую в долях поверхности:

от 25 до 55% остаточного аустенита,

от 5 до 50% феррита,

от 5 до 70% выделившегося мартенсита,

от 0 до 5% свежего мартенсита,

при этом содержание углерода [C]_A и марганца [Mn]_A в аустените, выраженное в мас.%, таково, что отношение ([C]_A² x [Mn]_A) / (C%² x Mn%) составляет от 3,0 до 8,0, где C% и Mn% представляют собой номинальные значения содержания углерода и марганца в мас.% и

неоднородное распределение марганца с участками ниже и выше номинального значения марганца.

2. Стальной лист по п. 1, отличающийся тем, что содержание углерода составляет от 0,05 до 0,15 мас.%.

3. Стальной лист по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержание марганца составляет от 6,0 до 9 мас.%.

4. Стальной лист по любому из пп. 1–3, отличающийся тем, что содержание алюминия составляет от 0,7 до 2,2 мас.%.

5. Стальной лист по любому из пп. 1–4, отличающийся тем, что микроструктура содержит от 30 до 50% остаточного аустенита, от 5 до 40% феррита, от 8 до 50% выделившегося мартенсита.

6. Стальной лист по любому из пп. 1–5, отличающийся тем, что прочность на разрыв составляет 1000 МПа или более, относительное удлинение UE составляет 13% или более, а общее удлинение TE составляет 16% или более.

7. Стальной лист по любому из пп. 1–6, отличающийся тем, что предел текучести составляет 850 МПа или более.

8. Стальной лист по любому из пп. 1–7, отличающийся тем, что величины YS, UE, TS и TE удовлетворяют следующему условию:

YS x UE + TS x TE > 31 000 МПа %.

9. Стальной лист по любому из пп. 1–8, отличающийся тем, что показатель склонности к жидко-металлическому охрупчиванию LME, определенный как C% + Si%/4, где C% и Si% выражены в мас.%, составляет менее 0,36.

10. Стальной лист по любому из пп. 1–9, отличающийся тем, что сталь характеризуется углеродным эквивалентом Cэкв менее 0,4%, причем углеродный эквивалент определен следующим образом:

Cэкв = C% + Si%/55 + Cr%/20 + Mn%/19 - Al%/18 + 2,2P% - 3,24B% - 0,133xMn%xMo%,

при этом количества элементов выражены в массовых процентах.

11. Сварной шов, полученный контактной точечной сваркой двух деталей, выполненных из холоднокатаного и отожженного стального листа по любому из пп. 1–10, при этом шов имеет значение α, составляющее по меньшей мере 30 даН/мм², где α представляет собой отношение прочности на растяжение к произведению диаметра сварной точки и толщины основы.