Стальная холоднокатаная полоса для упаковочной ленты и способ ее производства Российский патент 2025 года по МПК C21D8/02 C21D9/46 B21B1/28 B21B3/02 C22C38/42 C22C38/50 C22C38/58 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве холоднокатаного проката с двухфазной структурой для упаковочной ленты.

Известен способ изготовления холодно- или горячекатаной ленты из двухфазной стали с повышенной прочностью и высокой характеристикой деформируемости, предназначенной, в частности, для автомобилей с облегченной конструкцией, содержащей следующие элементы, вес.%: углерод от 0,1 до 0,16; кремний от 0,40 до 0,60; марганец 1,5 до 2,0; алюминий от 0,02 до 0,05; ниобий больше или равно 0,01; ванадий больше или равно 0,02; фосфор меньше или равно 0,020; сера меньше или равно 0,003; азот меньше или равно 0,01; железо и неизбежные примеси - остальное, при этом двухфазная структура образуется при непрерывном отжиге, согласно которому холодно- или горячекатаную стальную ленту нагревают в проходной отжигательной печи за одну стадию до температуры от 820 до 1000°С, предпочтительно от 840 до 1000°С, затем отожженную стальную ленту охлаждают с температуры отжига при скорости от 15 до 30°С/с [Патент RU № 2443787, МПК C21D 8/02, C21D 9/46, C22C 38/06, C22C 38/12, 2012].

Недостатком данного способа является получение холоднокатаной ленты с относительно невысокими прочностными характеристиками.

Известен способ производства холоднокатаных стальных полос для упаковочной ленты, включающий горячую прокатку стальных слябов с получением полос, их смотку, травление, холодную прокатку, термическую обработку в агрегате непрерывного действия и дрессировку. Горячую прокатку полос заканчивают при температуре 840-900°С, температура смотки составляет 580-660°С, холодную прокатку полос ведут с суммарным относительным обжатием 60-75%, термическую обработку осуществляют путем нагрева холоднокатаных полос до температуры 750-820°С, выдержки при данной температуре в течение 100-300 с и последующего охлаждения со скоростью 20-150°С/с, дрессировку осуществляют с обжатием от 0,1 до 1,0%, затем проводят повторный нагрев до температуры 200-500°С с последующей выдержкой в течение 100-300 с. Для горячей прокатки используют слябы из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,10-0,20, кремний не более 0,15, марганец 2,00-3,00, алюминий 0,01-0,07, хром 0,20-0,70, никель не более 0,06, медь не более 0,06, молибден 0,1-0,3, ниобий 0,02-0,05, азот не более 0,010, сера не более 0,005, железо и примеси остальное. В холоднокатаных стальных полосах сформирована мартенситно-бейнитная структура с остатками феррита [Патент RU № 2814356, МПК C21D8/02, C21D9/46, C22C38/42, C22C38/44, C22C38/58, 2024].

Недостатком данного способа является применение для легирования дорогих материалов (молибден, ниобий), что повышает себестоимость стали.

Задача изобретения – создание экономнолегированного проката для упаковочной ленты толщиной 0,5-1,5 мм, характеризующегося повышенным комплексом механических свойств.

Указанная задача достигается тем, что стальная холоднокатаная полоса для упаковочной ленты, согласно изобретению выполнена из стали со следующим содержанием химических элементов, мас.%:

углерод 0,12-0,23 кремний 0,2-0,8 марганец 1,6-2,3 алюминий 0,01-0,08 хром 0,2-0,9 никель не более 0,5 медь не более 0,5 молибден не более 0,05 ниобий не более 0,02 ванадий не более 0,02 титан 0,003-0,05 азот не более 0,010 сера не более 0,012 фосфор не более 0,015 бор 0,0005-0,006 железо и неизбежные примеси остальное,

при этом толщина полосы составляет толщину 0,5-1,5 мм, а сформированная структура представляет собой феррито-мартенситную структуру с остатками бейнита, причем доля феррита составляет 10-40%.

Указанная задача достигается также тем, что в способе производства стальной холоднокатаной полосы для упаковочной ленты, включающем горячую прокатку непрерывнолитых заготовок из стали с получением полосы, ее смотку, холодную прокатку и термическую обработку в агрегате непрерывного действия, согласно изобретению горячую чистовую прокатку непрерывнолитых заготовок из стали со следующим содержанием химических элементов, мас.%:

углерод 0,12-0,23 кремний 0,2-0,8 марганец 1,6-2,3 алюминий 0,01-0,08 хром 0,2-0,9 никель не более 0,5 медь не более 0,5 молибден не более 0,05 ниобий не более 0,02 ванадий не более 0,02 титан 0,003-0,05 азот не более 0,010 сера не более 0,012 фосфор не более 0,015 бор 0,0005-0,006 железо и неизбежные примеси остальное,

начинают при температуре 1050-1150°С, заканчивают при температуре 840-920°С и осуществляют ее с суммарным обжатием не менее 85%, холодную прокатку полос ведут с относительными обжатиями за проход не менее 20% с получением полосы толщиной 0,5-1,5 мм, после чего осуществляют термическую обработку в агрегате непрерывного действия при скорости движении полосы в нем 23-36 м/с.

Сущность изобретения

Для получения требуемой прочности содержание углерода должно быть не менее 0,12%, при этом его добавка в количестве более 0,23% приводит к ухудшению пластических свойств стали.

Кремний упрочняет и раскисляет сталь. При содержании кремния менее 0,2% прочность стали недостаточна. Увеличение содержания кремния более 0,8% приводит к снижению пластических свойств и повышению склонности стали к трещинообразованию.

Легирование стали марганцем в диапазоне 1,60-2,3% позволяет обеспечить оптимальную микроструктуру и требуемый уровень механических характеристик стали. При содержании марганца менее 1,60% снижается прочность и вязкость стали. Содержание марганца более 2,3% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.

При содержании алюминия менее 0,01% сталь является недостаточно раскисленной, что приводит к ее охрупчиванию. При содержании алюминия более 0,08% увеличивается количество неметаллических включений в стали, что ведет к снижению ее пластичности.

Комплексное легирование хромом, медью и никелем в заявленных диапазонах способствует повышению прочностных характеристик стали.

Хром упрочняет сталь, но при концентрации более 0,9% имеет место снижение пластичности полосы ниже допустимого уровня, а при концентрации менее 0,2% наблюдается существенное уменьшение прочностных характеристик.

Содержание никеля более 0,5% приводит к высокой себестоимости готового проката.

При увеличении содержания меди более 0,5% повышается вероятность образования трещин на поверхности полос.

Молибден придает стали мелкозернистую структуру, повышает ее прочность при аналогичных показателях пластичности. Молибден в количестве более 0,05% значительно повышает стоимость стали, что экономически нецелесообразно.

Для использования дополнительного механизма дисперсионного упрочнения сталь должна быть с добавками титана, ванадия и ниобия.

Микролегирование стали ванадием и ниобием эффективно тормозит рекристаллизацию и рост зерна при нагреве, что в свою очередь позволяет сохранять требуемый уровень механических свойств, однако при содержании ванадия и ниобия более 0,020% каждого происходит значительное удорожание процесса производства стали, а также повышается склонность стали к охрупчиванию.

При содержании титана менее 0,003% азот начинает связываться с бором, что приводит к охрупчиванию стали и снижению прокаливаемости. Повышение содержания титана более 0,05% приводит к увеличению стоимости стали.

Для повышения чистоты стали по вредным примесям содержание серы, фосфора и азота должно быть регламентировано. Сталь предложенного состава содержит не более 0,012% серы, не более 0,010% азота и не более 0,015% фосфора. При заявленных предельных концентрациях эти элементы не оказывают заметного негативного воздействия на механические свойства полос.

Бор измельчает микроструктуру стали и повышает ее прокаливаемость. Количество бора ограничено 0,006%, так как большее его содержание может привести к образованию охрупчивающих частиц Fe₂₃(C,B)₆. При содержании бора в количестве менее 0,0005% его влияние на свойства стали незначительны.

Сталь характеризуется феррито-мартенситной структурой с остатками бейнита, при этом доля феррита составляет 10-40%. Указанная структура позволяет достигнуть требуемый комплекс эксплуатационных свойств полос (высокая прочность совместно с удовлетворительным удлинением), позволяющих, в последствии, изготавливать из них упаковочные ленты.

Начало чистовой прокатки проводят при температуре 1050-1150°С, а заканчивают при температуре 840-920°C. Температура начала чистовой прокатки в данном диапазоне необходима для более интенсивного измельчения зерна аустенита. При температуре начала чистовой прокатки более 1150°С и конца чистовой прокатки более 920°С происходит рост аустенитных зерен, что снижает комплекс механических свойств. При температурах начала и конца чистовой прокатки ниже 1050°С и 840°С, соответственно, происходит «подстуживание» полос, что приводит к их неравномерной микроструктуре и высокой анизотропии свойств.

Суммарная степень обжатия в чистовой стадии прокатки определяют степень проработки структуры. При суммарном обжатии менее 85% снижается стабильность получения требуемых механических свойств стали.

Величина относительных обжатий за проход не менее 20% при холодной прокатке необходима для обеспечения требуемого наклепа и получения высокой прочности и удовлетворительной пластичности полос.

Толщина полос 0,5-1,5 мм и впоследствии изготовленных из них лент позволяет их использовать для упаковки грузов различного назначения, в том числе тяжелых и крупногабаритных.

Термическую обработку полос осуществляют в диапазоне температур 740-830°С, при этом скорость полос в агрегате непрерывного действия устанавливается в диапазоне 23-36 м/с. При скорости менее 23 м/с в структуре полос увеличивается доля мартенситной фазы, что в свою очередь повышает их прочностные свойства, а при скорости полос более 36 м/с, наоборот, доля мартенситной фазы уменьшается, что приводит к снижению их пластических свойств.

Пример

В кислородном конвертере осуществляли выплавку сталей, химический состав которых приведен в таблице 1. Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья. Производили аустенизацию непрерывнолитых заготовок и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000. Горячекатаные полосы охлаждали водой и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали травлению, прокатывали на стане холодной прокатки и подвергали термической обработке в агрегате непрерывного действия. Технологические параметры производства приведены в таблице 2. Структура и механические свойства полос указаны в таблице 3.

Дальнейшая эксплуатация лент, изготовленных из холоднокатаных полос, показала их высокую эксплуатационную надежность.

Таблица 1

Химический состав стали

№ примера Содержание химических элементов, мас. % C Si Mn S P Cr Ni Cu Al V Nb Ti Mo B N 1 0,2 0,48 1,98 0,004 0,009 0,49 0,01 0,01 0,037 0,004 0,003 0,02 0,001 0,0026 0,006 2 0,14 0,36 1,72 0,004 0,009 0,58 0,24 0,12 0,042 0,005 0,001 0,005 0,005 0,001 0,006 3 0,16 0,24 2,14 0,005 0,009 0,21 0,11 0,25 0,034 0,008 0,004 0,009 0,003 0,003 0,006

Таблица 2

Технологические параметры производства

№ примера Конечная толщина полосы, мм Температура начала горячей чистовой прокатки, °С Температура конца горячей чистовой прокатки, °С Суммарное обжатие при горячей чистовой прокатке, % Относительные обжатия при холодной прокатке, % Скорость полосы во время термической обработки, м/с 1 0,8 1080 890 91 33/37/27 27 2 1,2 1110 917 92 30/33/23 29 3 1,0 1090 910 92 31/34/25 32

Таблица 3

Контролируемые параметры полос

№ варианта Структура, % Механические свойства Снижение себестоимости по сравнению с базовой технологией, % Феррит+Мартенсит Бейнит Доля феррита в феррито-мартенсите Предел прочности, МПа Относительное удлинение, % 1 98 2 30 1105 12 25 2 98,5 1,5 28 1150 11 22 3 98 2 26 1215 10 20

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве холоднокатаного проката с двухфазной структурой для упаковочной ленты. Стальная холоднокатаная полоса для упаковочной ленты выполнена из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,12-0,23, кремний 0,2-0,8, марганец 1,6-2,3, алюминий 0,01-0,08, хром 0,2-0,9, никель не более 0,5, медь не более 0,5, молибден не более 0,05, ниобий не более 0,02, ванадий не более 0,02, титан 0,003-0,05, азот не более 0,010, серу не более 0,012, фосфор не более 0,015, бор 0,0005-0,006, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом толщина полосы составляет толщину 0,5-1,5 мм. Сформированная структура представляет собой феррито-мартенситную структуру с остатками бейнита, причем доля феррита составляет 10-40%. Способ производства стальной холоднокатаной полосы для упаковочной ленты включает горячую прокатку непрерывнолитых заготовок из стали с получением полосы, ее смотку, холодную прокатку и термическую обработку в агрегате непрерывного действия. Горячую прокатку начинают при температуре 1050-1150°С, заканчивают при температуре 840-920°С и осуществляют ее с суммарным обжатием не менее 85%, холодную прокатку полос ведут с относительными обжатиями за проход не менее 20% с получением полосы толщиной 0,5-1,5 мм, после чего осуществляют термическую обработку в агрегате непрерывного действия при скорости движения полосы в нем 23-36 м/с. Обеспечивается получение проката с высокими механическими свойствами. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Стальная холоднокатаная полоса для упаковочной ленты, характеризующаяся тем, что она выполнена из стали со следующим содержанием химических элементов, мас.%:

углерод 0,12-0,23 кремний 0,2-0,8 марганец 1,6-2,3 алюминий 0,01-0,08 хром 0,2-0,9 никель не более 0,5 медь не более 0,5 молибден не более 0,05 ниобий не более 0,02 ванадий не более 0,02 титан 0,003-0,05 азот не более 0,010 сера не более 0,012 фосфор не более 0,015 бор 0,0005-0,006 железо и неизбежные примеси остальное,

при этом толщина полосы составляет толщину 0,5-1,5 мм,

а сформированная структура представляет собой феррито-мартенситную структуру с остатками бейнита, причем доля феррита составляет 10-40%.

2. Способ производства стальной холоднокатаной полосы для упаковочной ленты, включающий горячую прокатку непрерывнолитых заготовок из стали с получением полосы, ее смотку, холодную прокатку и термическую обработку в агрегате непрерывного действия, отличающийся тем, что горячую чистовую прокатку непрерывнолитых заготовок из стали со следующим содержанием химических элементов, мас.%:

углерод 0,12-0,23 кремний 0,2-0,8 марганец 1,6-2,3 алюминий 0,01-0,08 хром 0,2-0,9 никель не более 0,5 медь не более 0,5 молибден не более 0,05 ниобий не более 0,02 ванадий не более 0,02 титан 0,003-0,05 азот не более 0,010 сера не более 0,012 фосфор не более 0,015 бор 0,0005-0,006 железо и неизбежные примеси остальное,

начинают при температуре 1050-1150°С, заканчивают при температуре 840-920°С и осуществляют ее с суммарным обжатием не менее 85%, холодную прокатку полос ведут с относительными обжатиями за проход не менее 20% с получением полосы толщиной 0,5-1,5 мм, после чего осуществляют термическую обработку в агрегате непрерывного действия при скорости движении полосы в нем 23-36 м/с.