СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНЫХ ПОЛОС ИЗ IF-СТАЛИ
METHOD FOR PRODUCTION OF COLD-ROLLED STRIPS FROM IF-STEEL

90
90
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам производства высокоштампуемых листовых сверхнизкоуглеродистых IF-сталей (сталей без элементов внедрения), которые могут быть использованы для изготовления штампованных изделий особо сложной формы. Такие стали должны иметь высокие показатели пластичности, а также штампуемости (низкими значениями предела текучести и высокими значениями коэффициента нормальной пластической анизотропии r и коэффициента деформационного упрочнения n). Учитывая также, что такие стали могут использоваться без нанесения цинкового покрытия, целесообразно предусмотреть технологические приемы, направленные на повышение его стойкости против атмосферной коррозии.
Известен 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 содержащую, мас.%: C 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 RU2721681, МПК С21D8/14, С22C38/14 опубликован 22.05.2020).
Данный способ позволяет получать прокат с уровнем свойств, соответствующим сталям марок DC05, DC06 и DC07. При этом 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.
Часть изобретений, направленных на формирование неметаллических включений определенного химического состава, косвенным образом может влиять и на коррозионную стойкость стали. Известен способ выплавки титан содержащей сверхнизкоуглеродистой стали для изготовления холоднокатаного стального листа, обладающего отличными механическими свойствами и качеством поверхности. При выплавке титан содержащей сверхнизкоуглеродистой стали, содержащей по массе%: ≤0,02 C, ≥0,02 Ti и ≥0,0005 Са, обезуглероженную сталь в установке ваккуумирования раскисляют титансодержащим сплавом в соотношении [Al]≤[Ti]/10. После этого, вводят Ca или Ca-содержащий сплав, дополнительно проводят помешивание в вакууматоре, чтобы получить концентрацию кислорода в жидкой стали ≤0,007% и состав оксидов в жидкой TiO2 30-90%, CaО 10-50%, Al2O3 ≤50%. [Заявка JP2008240137(А), опубликована 09.10.2008г., патент JP5277556(B2)]. Видно, что состав оксидов изменяется в очень широких пределах, а размер оксидов не регламентируется. Крупные включения определенного химического состава могут дробиться  и вытягиваться при холодной прокатке, создавая повышенный уровень напряжений, что может отрицательно сказаться на коррозионной стойкости стали.
Известна холоднокатаная сталь для глубокой вытяжки, предназначенная для изготовления изделий сложной конфигурации, преимущественно деталей автомобиля, в том числе с защитными покрытиями, которая содержит компоненты в следующем соотношении, масс.%: углерод 0,001-0,006; кремний 0,002-0,020; марганец 0,07-0,30; фосфор 0,005-0,020; сера 0,005-0,010; алюминий 0,015-0,050; азот - 0,002-0,006; титан 0,02-0,08; кислород 0,001-0,005; железо и неизбежные примеси - остальное. При этом суммарное содержание алюминия и титана составляет 0,07-0,12 масс.%, а отношение содержания алюминия к содержанию кислорода составляет не менее 5,0. Техническим результатом изобретения является повышение штампуемости стали независимо от режима термической обработки и нанесения защитного покрытия, а также повышение коррозионной стойкости. (Патент RU2233904 МПК С22С38/14, опубликован 10.08.2004). Как и в предыдущем изобретении, состав и размер оксидов не регламентируются. Крупные включения определенного химического состава могут дробиться  и вытягиваться при холодной прокатке, создавая повышенный уровень напряжений, что может отрицательно сказаться на коррозионной стойкости стали.
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
При этом,  согласно изобретению, выплавляют сталь содержащую, мас.%: C 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 приме
– 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
(Патент   RU2755132, МПК С21D1/26, С21D8/04, опубликовано13.09.2021 – прототип).
Техническим результатом прототипа является повышение пластичности холоднокатаного проката, стабильности его прочностных характеристик, а также коррозионной стойкости, при сохранении высоких показателей штампуемости. При этом, в соответствии с данным способом, основным условием повышения коррозионной стойкости  холоднокатаного проката является предупреждение развития процессов старения за счет более полного связывания примесей внедрения в стойкие соединения путем использования сравнительно высоких температур отжига и низких скоростей движения полосы в АНО. Использование указанных технологических приемов приводит к снижению производительности и к повышению затрат на производство. Кроме того, к снижению коррозионной стойкости приводит повышенная загрязненность стали неметаллическими включениями неблагоприятного состава и больших размеров – более 5 мкм. Важно, что отрицательное влияние таких включений на коррозионную стойкость может существенно превышать влияние процессов старения, и повышенная коррозионная стойкость должна в большей степени обеспечиваться за счет чистоты стали по неблагоприятным типам неметаллических включений.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение коррозионной стойкости, производительности и снижение затрат на производство холоднокатаного листового проката из IF–стали, содержащей комплексные модифицированные неметаллические включения, при сохранении высоких показателей пластичности, штампуемости и стабильности прочностных характеристик.
о
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе производства холоднокатаных полос из IF–стали, включающем 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.%: C 0,003-0,006, Si 0,015-0,030, Mn - 0,06-0,15, Al - 0,01-0,06, Ti - 0,04-0,06, Fe и неизбежные примеси – остальное, в нее вводят кальций и магний в качестве модификаторов неметаллических включений, смотку полос в рулоны проводит при температуре не ниже 650С, при этом сталь содержит неметаллические включения комплексного состава, размерами не более 5 мкм, содержащие алюминий, кальций, магний, титан и кислород, причем суммарное содержание кальция, магния, титана и алюминия во включениях  соответствует уравнению: ([Ca] + [Mg] +[Ti])/[Al] ≥1, где  [Ca], [Mg], [Ti] и [Al] – содержание в неметаллических включениях кальция, магния, титана и алюминия, соответственно.
Сущность изобретения
,
заключается в том, что обеспечение необходимого комплекса механических свойств холоднокатаного проката сверхнизкоуглеродистой стали, а также ее коррозионной стойкости достигается использованием определенного химического состава, и способа получения стали. Необходимым условием обеспечения требуемого комплекса свойств является соблюдение определенного содержания основных элементов, влияющих на свойства, мас.%: C 0,003-0,006, Si 0,015-0,030Mn - 0,06-0,15, Al - 0,01-0,06, Ti - 0,04-0,06, остальное – железо и неизбежные примеси. При этом диапазон содержания таких элементов, как углерод, кремний и алюминий регламентирован менее жестко, чем в прототипе. Кроме того, верхний предел содержания основного легирующего элемента титана ниже, чем в прототипе, что исключит получение сталей с содержанием титана более 0,06%, имеющих более высокую себестоимость, чем стали с содержанием титана не более 0,06%. Все это в совокупности является одним из факторов, обеспечивающих снижение затрат на производство. 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.
Другим важным условием обеспечения высокой коррозионной стойкости стали является отсутствие в ней неметаллических включений комплексного состава, размерами  более 5 мкм, содержащие алюминий, кальций, магний, титан и кислород. Особенно существенно снижается коррозионная стойкость, когда суммарное содержание кальция, магния и титана во включениях  меньше, чем содержание алюминия, что соответствует уравнению : ([Ca] + [Mg] +[Ti])/[Al] ≤ 1, где  [Ca], [Mg], [Ti] и [Al – содержание в неметаллических включениях кальция, магния, титана и алюминия, соответственно]
Именно такие неметаллические включения могут дробиться и вытягиваться при холодной прокатке, вызывая существенное снижение коррозионной стойкости стали. Неметаллические включения меньших размеров, особенно когда  суммарное содержание кальция, магния и титана во включениях превышает содержание алюминия, не оказывают отрицательного влияния на коррозионную стойкость стали.
Еще одним способом дополнительно повысить коррозионную стойкость стали является использование высоких температур смотки горячекатаных полос в рулоны. Это связано с тем, что в этом случае в процессе охлаждения смотанного рулона в зонах металлической матрицы вокруг комплексных неметаллических включений происходит релаксация напряжений, что снижает их коррозионную активность, и, соответственно, повышает коррозионную стойкость стали.
Примеры реализации изобретения
Стали трех химических составов были получены при лабораторной выплавке в вакуумной индукционной печи. В таблице 1 приведено содержание основных химических элементов для сталей каждого химического состава.
Таблица 1. Химический состав стали лабораторных плавок, мас. %*
Состав
C
Si
Mn
Al
Ti
А
0,007
0,021
0,09
0,04
0,03
Б
0,004
0,025
0,011
0,05
0,05
В
0,005
0,020
0,011
0,05
0,07
* - железо и неизбежные примеси остальное
Всего для сталей с химическим составом  А и Б каждого было получено по 6 плавок. Стали раскисляли Al, а в процессе выплавки производили добавки элементов модификаторов неметаллических включений Ca и Mg в разных сочетаниях и соотношениях. Это позволило получить в разных вариантах сталей одинакового химического состава комплексные неметаллические включения, различающиеся размером и составом. Сталь В соответствовала прототипу по химическому составу. В то же время, в отличие от примера выполнения способа в прототипе  в эту сталь  в процессе выплавки производили добавки элементов модификаторов неметаллических включений Ca и Mg.
Горячую прокатку полученных слитков на толщину 4 мм производили по режиму: температура нагрева 1150 °С, температура окончания прокатки представлена в табл.2. 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. Фактические значения температуры отжига и промоделированной скорости движения полосы в агрегате непрерывного отжига приведены в таблице 2, в таблице приведены также результаты механических испытаний.
Таблица 2. Режимы термической обработки, механические свойства после обработки по различным режимам коррозионная стойкость стали
Номер режима
Формула изобретения
Фактическое значение
Механические свойства
Скорость коррозии, мм/год
Тсм, °С
Соотношения содержания элементов в НВ([Ca]+[Mg]+[Ti])/[Al]
Размер комплексных НВ, мкм
Тсм, °С
Соотношения содержания элементов в НВ([Ca]+[Mg]+[Ti])/[Al]
Размер комлексного НВ, мкм
σВ,Мпа
σТ,Мпа
δ4, %
r90
n90
А1
≥650°С
≥ 1
≤5
670
2,1
3
285
138
<b></b><b><i>43</i></b><b></b>
2,5
0,24
0,15
А2
<b></b><b><i>630</i></b><b></b>
1,9
5
280
135
<b></b><b><i>42,9</i></b><b></b>
<b></b><b><i>2,2</i></b><b></b>
0,24
<b></b><b><i>0,17</i></b><b></b>
А3
665
2,5
<b></b><b><i>7</i></b><b></b>
285
<b></b><b><i>151</i></b><b></b>
<b></b><b><i>46,1</i></b><b></b>
<b></b><b><i>2,4</i></b><b></b>
<b></b><b><i>0,23</i></b><b></b>
<b></b><b><i>0,18</i></b><b></b>
А4
660
<b></b><b><i>0,8</i></b><b></b>
5
276
125
<b></b><b><i>44,6</i></b><b></b>
<b></b><b><i>2,3</i></b><b></b>
<b></b><b><i>0,23</i></b><b></b>
<b></b><b><i>0,35</i></b><b></b>
А5
660
<b></b><b><i>0,8</i></b><b></b>
<b></b><b><i>7</i></b><b></b>
275
122
<b></b><b><i>43,9</i></b><b></b>
<b></b><b><i>2,4</i></b><b></b>
0,24
<b></b><b><i>0,5</i></b><b></b>
А6
<b></b><b><i>630</i></b><b></b>
2,1
<b></b><b><i>7</i></b><b></b>
287
<b></b><b><i>151</i></b><b></b>
<b></b><b><i>45,1</i></b><b></b>
<b></b><b><i>2,3</i></b><b></b>
0,25
<b></b><b><i>0,55</i></b><b></b>
Б1
≥650°С
≥ 1
≤5
670
2,1
3
288
131
50,1
2,6
0,24
0,10
Б2
<b></b><b><i>630</i></b><b></b>
1,9
5
286
126
<b></b><b><i>42,9</i></b><b></b>
<b></b><b><i>2,3</i></b><b></b>
0,24
0,11
Б3
665
2,5
<b></b><b><i>7</i></b><b></b>
278
129
<b></b><b><i>44,1</i></b><b></b>
<b></b><b><i>2,4</i></b><b></b>
0,25
<b></b><b><i>0,17</i></b><b></b>
Б4
660
<b></b><b><i>0,8</i></b><b></b>
5
277
133
<b></b><b><i>44,4</i></b><b></b>
<b></b><b><i>2,3</i></b><b></b>
0,24
<b></b><b><i>0,23</i></b><b></b>
Б5
660
<b></b><b><i>0,8</i></b><b></b>
<b></b><b><i>7</i></b><b></b>
<b></b><b><i>254</i></b><b></b>
134
48,9
2,5
0,24
<b></b><b><i>0,42</i></b><b></b>
Б6
<b></b><b><i>630</i></b><b></b>
2,1
<b></b><b><i>7</i></b><b></b>
272
<b></b><b><i>154</i></b><b></b>
<b></b><b><i>42,7</i></b><b></b>
<b></b><b><i>2,4</i></b><b></b>
0,24
<b></b><b><i>0,35</i></b><b></b>
В
Прототип
<b>650</b>
0,7
<b>6</b>
277
145
49
2,5
0,24
<b></b><b><i>0,27</i></b><b></b>
Предъявляемые требования
270-290
120-140
≥48
≥2,5
≥0,24
не более 0,15 мм/год
С целью определения коррозионной стойкости стали, на базе стандарта ASTM G 44-80 [Standard ASTM G 44-80 Alternate Immersion Stress corrosion Testing in 3,5% Sodium chloride solution], использовали разработанный 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 0,15 мм/год.
90
90
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 2. В таблице приведены также значения параметра Тсм и другие параметры 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 r и деформационного упрочнения n менее 2,5 и 0,24, соответственно. За неудовлетворительный показатель коррозионной стойкости принимали скорость коррозии более 0,15 мм/год.
Для стали состава А, имеющей повышенное содержание углерода и пониженное содержание титана, при прочих равных условиях (близких температурных параметрах обработки) получены более низкие значения пластичности и штампуемости, не соответствующие представленным выше требованиям (режимы А1 – А6).
Особенно низкие значения указанных показателей получены (режим А2) при   пониженной температуре смотки.
Увеличение размеров включений и/или снижение отношения содержания элементов в НВ приводит к снижению коррозионной стойкости стали (режимы А3-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).
90
90
Понижение температуры Тсм (режим Б2), приводит к снижению показателей пластичности и штампуемости (коэффициента нормальной пластической анизотропии r и коэффициента деформационного упрочнения n) ниже предъявляемых требований.
Увеличение размеров комплексных включений и (режим Б3), приводит к некоторому понижению показателей пластичности и штампуемости, а также коррозионной стойкости.
90
90
Снижение отношения содержания элементов в НВ, приводит к снижению показателей пластичности и штампуемости (коэффициента нормальной пластической анизотропии r и коэффициента деформационного упрочнения n) ниже предъявляемых требований (режим Б4).
Увеличение размеров комплексных включений и пониженное отношение содержания элементов в НВ (режим Б5), приводит к снижению показателей пластичности и штампуемости ниже предъявляемых требований.
Для проката стали марки DC07 при понижении Тсм и увеличении размеров НВ снижается пластичность и штампуемость (режим Б6).
Увеличение размеров включений и/или снижение отношения содержания элементов в НВ приводит к снижению коррозионной стойкости стали (режимы Б3-Б6).
Таким образом, на образцах холоднокатаного проката из стали заявленного состава требуемый комплекс свойств, превышающий уровень требований к стали марки DC07, а также высокая коррозионная стойкость, при снижении затрат на производство и высокой производительности, обеспечиваются при выполнении требований, изложенных в формуле изобретения.