ГОРЯЧЕКАТАНАЯ ЛИСТОВАЯ СТАЛЬ С НАНЕСЕННЫМ ПОКРЫТИЕМ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ, ГОРЯЧЕШТАМПОВАННАЯ СТАЛЬНАЯ ДЕТАЛЬ С НАНЕСЕННЫМ ПОКРЫТИЕМ И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
HOT-ROLLED STEEL PLATE WITH APPLIED HOT-FORMING COATING, HOT-STAMPED STEEL PART WITH APPLIED COATING AND METHODS OF PRODUCTION THEREOF

Настоящее изобретение относится к горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием для горячей штамповки, имеющей толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, и характеризующейся превосходной адгезией покрытия после горячей штамповки, и к горячештампованной стальной детали с нанесенным покрытием, по меньшей мере, один участок которой имеет толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, характеризующейся превосходной адгезией покрытия. Настоящее изобретение также относится к способу изготовления горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием для горячей штамповки, имеющей толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, и способу изготовления горячештампованной стальной детали с нанесенным покрытием.
По мере увеличения использования высокопрочных сталей в автомобильных областях применения имеет место возрастающая потребность в сталях, характеризующихся как увеличенной прочностью, так и хорошей деформируемостью. Возрастающие потребности в экономии массы и требование безопасности мотивируют проведение интенсивного исследования новых концепций автомобильных сталей, которые могут обеспечивать достижение повышенных пластичности и прочности.
Таким образом, было предложено несколько семейств сталей, демонстрирующих различные уровни прочности. В последние годы большое значение приобрело использование сталей с нанесенными покрытиями в технологических процессах горячей штамповки, предназначенных для профилирования деталей, в особенности в автомобильной сфере.
Листовые стали, из которых в результате горячей штамповки производят данные детали, имеющие толщину, в общем случае находящуюся в пределах от 0,7 до 2 мм, получают в результате горячей прокатки и, кроме того, холодной прокатки.
Кроме того, имеет место нарастающая потребность в листовых сталях для горячей штамповки, имеющих толщину, составляющую более чем 1,8 мм и даже более чем 3 мм и доходящую вплоть до 5 мм. Такие листовые стали, например, являются желательными для производства деталей шасси или рычагов подвески, которые вплоть до настоящего времени производили в результате холодной прессовки, или для производства деталей, полученных в результате горячей штамповки прокатанных по размеру заготовок (ПРЗ).
Однако листовые стали с нанесенными покрытиями для горячей штамповки, имеющие толщину, составляющую более чем 3 мм, не могут быть произведены в результате холодной прокатки. Действительно, существующие технологические линии холодной прокатки не адаптированы для производства таких холоднокатаных листовых сталей. Помимо этого, производство холоднокатаных листовых сталей с нанесенными покрытиями, имеющих толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, включает использование незначительной степени обжатия при холодной прокатке, что несовместимо с рекристаллизацией, которая требуется на стадии отжига после холодной прокатки. Таким образом, холоднокатаные листовые стали с нанесенными покрытиями, имеющие толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, характеризовались бы недостаточной плоскостностью, что в результате приводит, например, к получению дефектов перекашивания во время производства сварных составных заготовок.
Поэтому было предложено производство листовых сталей, имеющих большую толщину, в результате горячей прокатки. Например, в публикации JP 2010-43323 раскрывается технологический процесс изготовления горячекатаных листовых сталей для горячей штамповки, имеющих толщину, составляющую более чем 1,6 мм.
Однако, как это установили изобретатели, при производстве листовых сталей с нанесенным покрытием в результате горячей прокатки адгезия покрытия на поверхности стальной детали после проведения горячей штамповки является плохой, что приводит к получению плохой адгезии лакокрасочного покрытия на горячештампованной детали. Адгезию лакокрасочного покрытия, например, оценивают при использовании испытания на адгезию влажного лакокрасочного покрытия.
Кроме того, в некоторых конкретных случаях толщину покрытия до и после горячей штамповки невозможно точно контролировать, так что толщина полученного покрытия не находится в целевом диапазоне толщины. Данный целевой диапазон толщины в общем случае заключен в пределах от 10 мкм до 33 мкм, например, в диапазоне 10 – 20 мкм, диапазоне 15 – 33 мкм или диапазоне 20 – 33 мкм. Данная неконтролируемая толщина покрытия приводит к получению плохой свариваемости.
Помимо этого, как это установили изобретатели в соответствии с более подробным разъяснением, представленным ниже в настоящем документе, адгезия покрытия может быть улучшена в определенных обстоятельствах, замедляющих технологический процесс травления, однако, без улучшения контролирования толщины покрытия. Скорее в данных обстоятельствах контролирование толщины покрытия и поэтому свариваемости даже ухудшается, и производительность технологической линии уменьшается.
Поэтому изобретение имеет своей целью предложение горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, имеющей толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, и способа ее изготовления, который делает возможным достижение улучшенной адгезии покрытия после горячей штамповки при одновременном обеспечении контролирования толщины покрытия горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием на уровне значения в целевом диапазоне, в особенности в диапазоне, заключенном в пределах от 10 до 33 мкм.
Изобретение также имеет своей целью предложение горячештампованой стальной детали с нанесенным покрытием, по меньшей мере, один участок которой имеет толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, характеризующуюся улучшенной адгезией покрытия, и способа ее изготовления. В заключение, изобретение имеет своей целью предложение технологического процесса, который не уменьшает производительность на технологической линии травления.
Для данной цели изобретение относится к способу изготовления горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, имеющей толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, при этом упомянутый способ включает:
- получение стального полуфабриката, характеризующегося композицией, содержащей в массовых процентах:
0,04% ≤ С ≤ 0,38%,
0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,001% ≤ Ni ≤ 2%,
0,001% ≤ Ti ≤ 0,2%,
Nb ≤ 0,1%,
B ≤ 0,010%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
Mo ≤ 0,65%,
W ≤ 0,30%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки,
- горячую прокатку полуфабриката при температуре чистовой прокатки FRT таким образом, чтобы получить горячекатаное стальное изделие, имеющую толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, после этого
coil
coil
coil
- охлаждение горячекатаного стального изделия вплоть до температуры скатывания в рулон T и скатывание в рулон горячекатаного стального изделия при упомянутой температуре скатывания в рулон T для получения горячекатаной стальной подложки, при этом температура скатывания в рулон T удовлетворяет соотношению:
coil
coilmax
450°С ≤ T ≤ T,
coilmax
где T представляет собой максимальную температуру скатывания в рулон, выражаемую в виде:
coilmax
γ
T = 650 – 140 × f,
coilmax
γ
при этом T выражают в градусах Цельсия, а f обозначает долю аустенита в горячекатаного стального изделия непосредственно перед скатыванием в рулон,
- травление горячекатаной стальной подложки,
- нанесение на горячекатаную стальную подложку покрытия из Al или сплава Al в результате непрерывного окунания в расплав в ванне для получения горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, включающей горячекатаную листовую сталь и покрытие из Al или сплава Al, имеющее толщину, находящуюся в пределах от 10 до 33 мкм, на каждой стороне горячекатаной листовой стали.
В соответствии с одним вариантом осуществления уровень содержания Ni составляет, самое большее, 0,1%.
В данном варианте осуществления композиция содержит в массовых процентах:
0,04% ≤ С ≤ 0,38%,
0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,001% ≤ Ni ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Ti ≤ 0,2%,
Nb ≤ 0,1%,
B ≤ 0,010%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
Mo ≤ 0,65%,
W ≤ 0,30%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
Предпочтительно композиция содержит в массовых процентах:
0,04% ≤ С ≤ 0,38%,
0,5% ≤ Mn ≤ 3%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,5%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Сr ≤ 1%,
0,001% ≤ Ni ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Ti ≤ 0,2%,
Nb ≤ 0,1%,
B ≤ 0,010%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
Mo ≤ 0,10%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
Предпочтительно температура чистовой прокатки FRT заключена в пределах от 840°С до 1000°С.
В соответствии с одним вариантом осуществления композиция является такой, что 0,075% ≤ С ≤ 0,38%.
В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,040% ≤ С ≤ 0,100%,
0,80% ≤ Mn ≤ 2,0%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,30%,
0,010% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,001% ≤ Сr ≤ 0,10%,
0,001% ≤ Ni ≤ 0,10%,
0,03% ≤ Ti ≤ 0,08%,
0,015% ≤ Nb ≤ 0,1%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,009%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,030%,
Mo ≤ 0,10%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
В соответствии с еще одним конкретным вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,062% ≤ С ≤ 0,095%,
1,4% ≤ Mn ≤ 1,9%,
0,2% ≤ Si ≤ 0,5%,
0,020% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,02% ≤ Сr ≤ 0,1%,
где 1,5% ≤ (С + Mn + Si + Cr) ≤ 2,7%,
3,4 × N ≤ Ti ≤ 8 × N,
0,04% ≤ Nb ≤ 0,06%,
где 0,044% ≤ (Nb + Ti) ≤ 0,09%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,004%,
0,001% ≤ N ≤ 0,009%,
0,0005% ≤ S ≤ 0,003%,
0,001% ≤ P ≤ 0,020%
и необязательно 0,0001% ≤ Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
В соответствии с еще одним конкретным вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,15% ≤ С ≤ 0,38%,
0,5% ≤ Mn ≤ 3%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,5%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,01% ≤ Сr ≤ 1%,
0,001% ≤ Ti < 0,2%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,010%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
В соответствии с еще одним конкретным вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,24% ≤ С ≤ 0,38%,
0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,015% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,25% ≤ Ni ≤ 2%,
0,015% ≤ Ti ≤ 0,1%,
0% ≤ Nb ≤ 0,06%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,0040%,
0,003% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,025%,
при этом уровни содержания титана и азота удовлетворяют следующему далее cоотношению:
Ti/N > 3,42,
причем уровни содержания углерода, марганца, хрома и кремния удовлетворяют следующему далее соотношению:
,
при этом химический состав необязательно содержит один из нескольких следующих далее элементов:
0,05% ≤ Мо ≤ 0,65%,
0,001% ≤ W ≤ 0,30%,
0,0005% ≤ Сa ≤ 0,005%,
причем остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
Предпочтительно после травления и до нанесения покрытия уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области горячекатаной стальной подложки составляет менее чем 30%, при этом поверхностную область определяют в качестве области, простирающейся от верхней точки поверхности горячекатаной стальной подложки до глубины в 15 мкм от данной верхней точки.
Предпочтительно горячекатаная листовая сталь характеризуется глубиной окисления по границам зерен, составляющей менее чем 4 мкм.
В соответствии с одним вариантом осуществления ванна содержит в массовых процентах от 8% до 11% кремния и от 2% до 4% железа, при этом остаток представляют собой алюминий или алюминиевый сплав и примеси, присущие переработке.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления ванна содержит в массовых процентах от 0,1% до 10% магния, от 0,1% до 20% алюминия, при этом остаток представляют собой Zn или сплав Zn, необязательные дополнительные элементы, такие как Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr и/или Bi, и примеси, присущие переработке.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления ванна содержит в массовых процентах от 2,0% до 24,0% цинка, от 7,1% до 12,0% кремния, необязательно от 1,1% до 8,0% магния и необязательно дополнительные элементы, выбираемые из Pb, Ni, Zr или Hf, при этом уровень содержания каждого дополнительного элемента уступает 0,3%, причем остаток представляют собой алюминий и неизбежные примеси и остаточные элементы, при этом соотношение Al/Zn составляет более чем 2,9.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления ванна содержит в массовых процентах от 4,0% до 20,0% цинка, от 1% до 3,5% кремния, необязательно от 1,0% до 4,0% магния и необязательно дополнительные элементы, выбираемые из Pb, Ni, Zr или Hf, при этом уровень содержания каждого дополнительного элемента уступает 0,3%, причем остаток представляют собой алюминий и неизбежные примеси и остаточные элементы, при этом соотношение Zn/Si заключено в пределах от 3,2 до 8,0.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления ванна содержит в массовых процентах от 2,0% до 24,0% цинка, от 1,1% до 7,0% кремния, необязательно от 1,1% до 8,0% магния при количестве кремния, находящемся в диапазоне от 1,1 до 4,0%, и необязательно дополнительные элементы, выбираемые из Pb, Ni, Zr или Hf, при этом уровень содержания каждого дополнительного элемента уступает 0,3%, причем остаток представляют собой алюминий и неизбежные примеси и остаточные элементы, при этом соотношение Al/Zn составляет более чем 2,9.
В соответствии с одним вариантом осуществления способ, кроме того, включает после нанесения на горячекатаную листовую сталь покрытия из Al или сплава Al стадию осаждения покрытия из Zn на покрытие из Al или сплава Al в результате диффузионного насыщения, в результате электроосаждения или в результате струйного нанесения осаждением паров со скоростью звука, при этом покрытие из Zn имеет толщину, меньшую или равную 1,1 мкм.
Предпочтительно травление проводят в ванне HCl на протяжении времени, заключенного в пределах от 15 до 65 сек.
В одном варианте осуществления горячекатаная листовая сталь обладает структурой, образованной из феррита и перлита.
Изобретение также относится к способу изготовления горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, имеющей толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, при этом упомянутый способ включает:
- получение стального полуфабриката, характеризующегося композицией, содержащей в массовых процентах:
либо 0,24% ≤ С ≤ 0,38% и 0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
либо 0,38% ≤ С ≤ 0,43% и 0,05% ≤ Mn ≤ 0,40%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,015% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,25% ≤ Ni ≤ 2%,
0,015% ≤ Ti ≤ 0,1%,
0% ≤ Nb ≤ 0,06%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,0040%,
0,003% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,025%,
при этом уровни содержания титана и азота удовлетворяют следующему далее соотношению:
Ti/N > 3,42,
причем уровни содержания углерода, марганца, хрома и кремния удовлетворяют следующему далее соотношению:
,
при этом химический состав необязательно содержит один из нескольких следующих далее элементов:
0,05% ≤ Mo ≤ 0,65%,
0,001% ≤ W ≤ 0,30%,
0,0005% ≤ Сa ≤ 0,005%,
причем остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки,
- горячую прокатку стального полуфабриката при температуре чистовой прокатки FRT, находящейся в пределах от 840°С до 1000°С, таким образом, чтобы получить горячекатаное стальное изделие, имеющую толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, после этого
coil
coil
coil
- охлаждение горячекатаного стального изделия вплоть до температуры скатывания в рулон T и скатывание в рулон горячекатаного стального изделия при упомянутой температуре скатывания в рулон T для получения горячекатаной стальной подложки, при этом температура скатывания в рулон T удовлетворяет соотношению:
coil
450°С ≤ T ≤ 495°С,
- травление горячекатаной стальной подложки,
- нанесение на горячекатаную стальную подложку покрытия из Al или сплава Al в результате непрерывного окунания в расплав в ванне для получения горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, включающей горячекатаную листовую сталь и покрытие из Al или сплава Al, имеющее толщину, находящуюся в пределах от 10 до 33 мкм, на каждой стороне горячекатаной листовой стали.
Предпочтительно после травления и до нанесения покрытия уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области горячекатаной стальной подложки составляет менее чем 30%, при этом поверхностную область определяют в качестве области, простирающейся от верхней точки поверхности горячекатаной стальной подложки до глубины в 15 мкм от данной верхней точки.
Предпочтительно горячекатаная листовая сталь характеризуется глубиной окисления по границам зерен, составляющей менее чем 4 мкм.
В одном варианте осуществления горячекатаная листовая сталь обладает структурой, образованной из феррита и перлита.
Изобретение также относится к горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, включающей:
- горячекатаную листовую сталь, имеющую толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, композиция которой содержит в массовых процентах:
0,04% ≤ С ≤ 0,38%,
0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,001% ≤ Ni ≤ 2%,
0,001% ≤ Ti ≤ 0,2%,
Nb ≤ 0,1%,
B ≤ 0,010%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
Mo ≤ 0,65%,
W ≤ 0,30%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки,
причем упомянутая горячекатаная листовая сталь характеризуется глубиной окисления по границам зерен, составляющей менее чем 4 мкм,
- покрытие из Al или сплава Al, имеющее толщину, находящуюся в пределах от 10 до 33 мкм, на каждой стороне горячекатаной листовой стали.
В соответствии с одним вариантом осуществления композиция является такой, что Ni ≤ 0,1%.
В данном варианте осуществления композиция предпочтительно содержит в массовых процентах:
0,04% ≤ С ≤ 0,38%,
0,5% ≤ Mn ≤ 3%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,5%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Сr ≤ 1%,
0,001% ≤ Ni ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Ti ≤ 0,2%,
Nb ≤ 0,1%,
B ≤ 0,010%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
Mo ≤ 0,10%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
В соответствии с одним вариантом осуществления композиция является такой, что 0,075% ≤ С ≤ 0,38%.
В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,040% ≤ С ≤ 0,100%,
0,80% ≤ Mn ≤ 2,0%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,30%,
0,010% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,001% ≤ Сr ≤ 0,10%,
0,001% ≤ Ni ≤ 0,10%,
0,03% ≤ Ti ≤ 0,08%,
0,015% ≤ Nb ≤ 0,1%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,009%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,030%,
Mo ≤ 0,10%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
В соответствии с еще одним конкретным вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,062% ≤ С ≤ 0,095%,
1,4% ≤ Mn ≤ 1,9%,
0,2% ≤ Si ≤ 0,5%,
0,020% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,02% ≤ Сr ≤ 0,1%,
где 1,5% ≤ (С + Mn + Si + Cr) ≤ 2,7%,
3,4 × N ≤ Ti ≤ 8 × N,
0,04% ≤ Nb ≤ 0,06%,
где 0,044% ≤ (Nb + Ti) ≤ 0,09%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,004%,
0,001% ≤ N ≤ 0,009%,
0,0005% ≤ S ≤ 0,003%,
0,001% ≤ P ≤ 0,020%
и необязательно 0,0001% ≤ Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
В соответствии с еще одним конкретным вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,15% ≤ С ≤ 0,38%,
0,5% ≤ Mn ≤ 3%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,5%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,01% ≤ Сr ≤ 1%,
0,001% ≤ Ti < 0,2%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,010%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
В соответствии с еще одним конкретным вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,24% ≤ С ≤ 0,38%,
0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,015% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,25% ≤ Ni ≤ 2%,
0,015% ≤ Ti ≤ 0,1%,
0% ≤ Nb ≤ 0,06%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,0040%,
0,003% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,025%,
при этом уровни содержания титана и азота удовлетворяют следующему далее соотношению:
Ti/N > 3,42,
причем уровни содержания углерода, марганца, хрома и кремния удовлетворяют следующему далее соотношению:
,
при этом химический состав необязательно содержит один из нескольких следующих далее элементов:
0,05% ≤ Мо ≤ 0,65%,
0,001% ≤ W ≤ 0,30%,
0,0005% ≤ Сa ≤ 0,005%,
причем остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
Предпочтительно покрытие включает интерметаллический слой, имеющий толщину, составляющую, самое большее, 15 мкм, то есть меньшую или равную 15 мкм.
В соответствии с одним вариантом осуществления горячекатаная листовая сталь с нанесенным покрытием, кроме того, включает на каждой стороне покрытие из Zn, имеющее толщину, меньшую или равную 1,1 мкм.
В одном варианте осуществления горячекатаная листовая сталь обладает феррито-перлитной структурой, то есть структурой, состоящей из феррита и перлита.
Изобретение также относится к горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, включающей:
- горячекатаную листовую сталь, имеющую толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, композиция которой содержит в массовых процентах:
либо 0,24% ≤ С ≤ 0,38% и 0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
либо 0,38% ≤ С ≤ 0,43% и 0,05% ≤ Mn ≤ 0,40%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,015% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,25% ≤ Ni ≤ 2%,
0,015% ≤ Ti ≤ 0,1%,
0% ≤ Nb ≤ 0,06%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,0040%,
0,003% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,025%,
при этом уровни содержания титана и азота удовлетворяют следующему далее соотношению:
Ti/N > 3,42,
причем уровни содержания углерода, марганца, хрома и кремния удовлетворяют следующему далее соотношению:
,
при этом химический состав необязательно содержит один из нескольких следующих далее элементов:
0,05% ≤ Mo ≤ 0,65%,
0,001% ≤ W ≤ 0,30%,
0,0005% ≤ Сa ≤ 0,005%,
причем остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки,
при этом упомянутая горячекатаная листовая сталь характеризуется глубиной окисления по границам зерен, составляющей менее, чем 4 мкм,
- покрытие из Al или сплава Al, имеющее толщину, находящуюся в пределах от 10 до 33 мкм, на каждой стороне горячекатаной листовой стали.
Предпочтительно покрытие включает интерметаллический слой, имеющий толщину, составляющую, самое большее, 15 мкм, то есть меньшую или равную 15 мкм.
В соответствии с одним вариантом осуществления горячекатаная листовая сталь с нанесенным покрытием, кроме того, включает на каждой стороне покрытие из Zn, имеющее толщину, меньшую или равную 1,1 мкм.
В одном варианте осуществления горячекатаная сталь обладает феррито-перлитной структурой, то есть структурой, состоящей из феррита и перлита.
Изобретение также относится к способу изготовления горячештампованной стальной детали с нанесенным покрытием, включающему стадии:
- получения горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, соответствующей изобретению или произведенной при использовании способа, соответствующего изобретению,
- резки горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием для получения заготовки,
- нагревания заготовки в печи до температуры Тс для получения нагретой заготовки,
- перевода нагретой заготовки в матрицу штампа и горячей штамповки нагретой заготовки в матрице штампа для получения, тем самым, горячештампованной заготовки,
- охлаждения горячештампованной заготовки до температуры, составляющей менее чем 400°С, для получения горячештампованной стальной детали с нанесенным покрытием.
В соответствии с одним вариантом осуществления после резки горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием для получения заготовки и до нагревания заготовки до температуры Тс заготовку сваривают с еще одной заготовкой, изготовленной из стали, характеризующейся композицией, содержащей в массовых процентах:
0,04% ≤ С ≤ 0,38%,
0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,001% ≤ Ni ≤ 2%,
0,001% ≤ Ti ≤ 0,2%,
Nb ≤ 0,1%,
B ≤ 0,010%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
Mo ≤ 0,65%,
W ≤ 0,30%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
Предпочтительно упомянутая другая заготовка характеризуется композицией, такой что Ni ≤ 0,1%.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления после резки горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием для получения заготовки и до нагревания заготовки до температуры Тс заготовку сваривают с еще одной заготовкой, изготовленной из стали, характеризующейся композицией, содержащей в массовых процентах:
либо 0,24% ≤ С ≤ 0,38% и 0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
либо 0,38% ≤ С ≤ 0,43% и 0,05% ≤ Mn ≤ 0,40%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,015% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,25% ≤ Ni ≤ 2%,
0,015% ≤ Ti ≤ 0,1%,
0% ≤ Nb ≤ 0,06%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,0040%,
0,003% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,025%,
при этом уровни содержания титана и азота удовлетворяют следующему далее соотношению:
Ti/N > 3,42,
причем уровни содержания углерода, марганца, хрома и кремния удовлетворяют следующему далее соотношению:
,
при этом химический состав необязательно содержит один из нескольких следующих далее элементов:
0,05% ≤ Mo ≤ 0,65%,
0,001% ≤ W ≤ 0,30%,
0,0005% ≤ Сa ≤ 0,005%,
причем остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
Изобретение также относится к горячештампованной стальной детали с нанесенным покрытием, включающей, по меньшей мере, один участок, имеющий толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, при этом упомянутая горячештампованная стальная деталь с нанесенным покрытием включает покрытие из Al или сплава Al, причем покрытие характеризуется уровнем поверхностного процентного содержания пористостей, меньшим или равным 3%.
В соответствии с одним вариантом осуществления упомянутый участок изготавливают из стали, характеризующейся композицией, содержащей в массовых процентах:
0,04% ≤ С ≤ 0,38%,
0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,001% ≤ Ni ≤ 2%,
0,001% ≤ Ti ≤ 0,2%,
Nb ≤ 0,1%,
B ≤ 0,010%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
Mo ≤ 0,65%,
W ≤ 0,30%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
В соответствии с одним вариантом осуществления композиция стали на упомянутом участке является такой, что Ni ≤ 0,1%.
В еще одном варианте осуществления упомянутый участок изготавливают из стали, характеризующейся композицией, содержащей в массовых процентах:
либо 0,24% ≤ С ≤ 0,38% и 0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
либо 0,38% ≤ С ≤ 0,43% и 0,05% ≤ Mn ≤ 0,40%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,015% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,25% ≤ Ni ≤ 2%,
0,015% ≤ Ti ≤ 0,1%,
0% ≤ Nb ≤ 0,06%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,0040%,
0,003% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,025%,
при этом уровни содержания титана и азота удовлетворяют следующему далее соотношению:
Ti/N > 3,42,
причем уровни содержания углерода, марганца, хрома и кремния удовлетворяют следующему далее соотношению:
,
при этом химический состав необязательно содержит один из нескольких следующих далее элементов:
0,05% ≤ Mo ≤ 0,65%,
0,001% ≤ W ≤ 0,30%,
0,0005% ≤ Сa ≤ 0,005%,
причем остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
Изобретение также относится к использованию горячештампованной стальной детали с нанесенным покрытием, соответствующей изобретению или произведенной при использовании способа, соответствующего изобретению, для изготовления деталей шасси или неокрашенного кузова или рычагов подвески для автомобильных транспортных средств.
Теперь изобретение будет описываться подробно и иллюстрироваться при использовании примеров без введения ограничений со ссылкой на прилагающиеся фигуры, в числе которых:
- Фигура 1 представляет собой поперечное сечение детали из горячекатаной стали с нанесенным покрытием, иллюстрирующее оценку адгезии покрытия после горячей штамповки,
- Фигура 2 представляет собой поперечное сечение горячекатаной стальной подложки до нанесения покрытия и горячей штамповки, иллюстрирующее определение уровня поверхностного процентного содержания полостей на поверхности горячекатаной стальной подложки.
Под терминами «горячекатаное стальное изделие», «горячекатаная стальная подложка», «горячекатаная листовая сталь» или «деталь из горячекатаной стали» необходимо понимать то, что изделие, подложка, лист или деталь подвергаются горячей прокатке, но не холодной прокатке.
Настоящее изобретение относится к горячекатаной листовой стали, которая не была дополнительно подвергнута холодной прокатке.
Горячекатаные листы или подложки отличаются от холоднокатаных листов или подложек в отношении следующих далее признаков: в общем случае стадии горячей и холодной прокатки создают определенное повреждение в окрестности частиц второй фазы вследствие различий реологического поведения между матрицей и частицами второй фазы (оксидами, сульфидами, нитридами, карбидами ...). В случае холодной прокатки может происходить зарождение и рост полостей в окрестности цементита, карбидов или перлита. Кроме того, частицы могут быть фрагментированы. Данное повреждение может наблюдаться на листах, которые разрезают и подготавливают в результате полировки при использовании ионного пучка. Данная методика позволяет избегать появления артефактов вследствие течения металла при механической полировке, которое может частично или полностью заполнять возможные полости. Дополнительное наблюдение присутствия возможных полостей проводят при использовании сканирующей электронной микроскопии. В сопоставлении с горячекатаной листовой сталью, прокатанной в аустенитном диапазоне, локальное повреждение, наблюдаемое в окрестности или внутри частиц цементита, может быть конкретно приписано холодной прокатке, поскольку данные частицы не присутствуют на стадии горячей прокатки. Таким образом, повреждение, наблюдаемое внутри или в окрестности цементита, карбидов или перлита в прокатанной листовой стали, представляет собой указатель на то, что листовая сталь была подвергнута холодной прокатке.
Вдобавок к этому, в последующем изложении термин «горячекатаная стальная подложка» будет обозначать горячекатаное стальное изделие, которую производят при осуществлении способа изготовления до проведения какой-либо стадии нанесения покрытия, а термин «горячекатаная листовая сталь с нанесенным покрытием» будет обозначать изделие, получаемое в результате осуществления способа изготовления, включающего стадию нанесения покрытия. Поэтому горячекатаная листовая сталь с нанесенным покрытием представляет собой результат нанесения покрытия на горячекатаную стальную подложку и включает стальное изделие и покрытие на каждой стороне стального изделия.
Для проведения различия между стальным изделием из горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием (то есть при исключении покрытия) и горячекатаной стальной подложкой до нанесения покрытия стальное изделие из горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием ниже в настоящем документе будут обозначать термином «горячекатаная листовая сталь».
coil
coil
Горячекатаные стальные подложки в общем случае производят из стального полуфабриката, который подвергают нагреванию, горячей прокатке для получения целевой толщины, охлаждению до температуры скатывания в рулон T, скатыванию в рулон при температуре скатывания в рулон T и травлению для того, чтобы исключить наличие окалины.
После этого на горячекатаные стальные подложки могут быть нанесены покрытия для создания горячекатаных листовых сталей с нанесенными покрытиями, которые предназначены для резки, нагревания в печи, горячей штамповки и охлаждения до комнатной температуры для получения желательной структуры.
Изобретатели исследовали проблему недостаточности адгезии покрытия после проведения горячей штамповки и установили то, что данная недостаточность адгезии главным образом имеет место на частях листов, которые располагались в сердцевине и области продольной оси рулона во время скатывания в рулон.
Изобретатели дополнительно исследовали данное явление и установили то, что недостаточность адгезии покрытия после горячей штамповки обуславливается окислением по границам зерен, возникающим во время скатывания в рулон.
В особенности, непосредственно перед скатыванием в рулон сталь содержит аустенит. После скатывания в рулон часть аустенита превращается в феррит и перлит с выделением тепла. Тепло, которое выделяется, приводит к увеличению температуры в скатанной в рулон стальной подложке, в особенности в сердцевине и области оси рулона.
Сердцевину рулона определяют как участок подложки (или листа), который простирается в продольном направлении подложки от первого края, расположенного на 30% от совокупной длины подложки, до второго края, расположенного на 70% от совокупной длины подложки. Вдобавок к этому, область оси определяют как область, расположенную по центру на продольной средней оси подложки и имеющую ширину, равную 60% от совокупной ширины подложки.
В сердцевине и области оси во время скатывания в рулон витки являются соприкасающимися, и парциальное давление кислорода является таким, что окисляются только элементы, легче окисляемые, чем железо, в особенности кремний, марганец или хром.
2
3
3
4
Как это демонстрирует фазовая диаграмма железо-кислород при 1 атмосфере, оксид железа, который образуется при высоких температурах, а именно, вюстит (FeO), не является стабильным при температурах, составляющих менее чем 570°С, и превращается при термодинамическом равновесии в две другие фазы: гематит (FeO) и магнетит (FeO). Наоборот, в случае увеличения температуры в некоторых частях рулона во время скатывания в рулон, в особенности в сердцевине и области оси рулона, такого, что температура превышает 570°С, гематит и магнетит превратятся в вюстит, при этом один из продуктов данного разложения представляет собой кислород.
Кислород, получающийся в результате прохождения данной реакции, объединяется с элементами, легче окисляемыми, чем железо, в особенности, с кремнием, марганцем, хромом и алюминием, которые присутствуют на поверхности стальной подложки.
Данные оксиды естественным образом образуются на границах зерен вместо гомогенного диффундирования в матрице. В результате окисление более ярко проявляется на границах зерен. Данное окисление ниже в настоящем документе будет обозначаться термином «окисление по границам зерен».
Таким образом, в конце скатывания в рулон включает окисление по границам зерен на поверхности и вплоть до определенной глубины, которая может составлять вплоть до 17 микрометров.
2
2
4
Как это установили изобретатели, имеющее большое значение окисление по границам зерен в горячекатаной стальной подложке, а, следовательно, в горячекатаной листовой стали, в результате приводит к получению плохой адгезии покрытия после горячей штамповки. Действительно, после нанесения покрытия при нагревании листа для проведения горячей штамповки углерод диффундирует в направлении покрытия и встречается с оксидами по границам зерен, в частности, оксидами марганца и кремния. Данное диффундирование углерода в результате приводит к прохождению реакции между SiO и С, между MnO и С и между MnSiO и С с образованием оксидов углерода. Данные оксиды углерода мигрируют и растворяются вплоть до конечного затвердевания покрытия, когда они собираются с образованием карманов, что в результате приводит к получению пористостей в покрытии и, таким образом, плохой адгезии покрытия.
Воздействие окисления по границам зерен на адгезию покрытия является специфичным для горячекатаных листовых сталей, которые не подвергаются холодной прокатке после проведения скатывания в рулон, в противоположность холоднокатаным листовым сталям. Действительно, во время производства таких холоднокатаных листов окисление по границам зерен, которое может иметь место на поверхности подложки до холодной прокатки, во время холодной прокатки в качестве целого листа претерпевает уменьшение толщины. Следовательно, глубина окисления по границам зерен для холоднокатаного листа до горячей штамповки в значительной степени уменьшается в сопоставлении с глубиной окисления по границам зерен для горячекатаной листовой стали.
Окисление по границам зерен может быть уменьшено или даже устранено до нанесения покрытия в результате интенсивного травления стальной подложки, например, в ванне HCl на протяжении периода времени 375 сек.
Однако интенсивное травление требует использования очень незначительной скорости технологической линии, что несовместимо с промышленной переработкой.
Кроме того, данное интенсивное травление в результате приводит к получению на поверхности стальной подложки развитой поверхности, имеющей очень большое значение. Термин «развитая поверхность» обозначает совокупную площадь поверхности стальной подложки, которая находится в контакте с ванной во время нанесения покрытия.
Данная развитая поверхность, имеющая большое значение, в результате приводит к более интенсивному растворению железа с поверхности стали во время нанесения покрытия в результате окунания в расплав в ванне, что в результате приводит к росту интерметаллического слоя, который, в заключение, не ограничивается одной ограниченной областью покрытия, примыкающей к листовой стали, но достигает поверхности покрытия. Как следствие этого, толщина покрытия не может контролироваться на уровне значения в целевом диапазоне толщины. Интерметаллический слой получается из твердофазного соединения, образованного из металлических элементов при определенной стехиометрии и обладающего кристаллической структурой, где атомы занимают специфические положения.
Поэтому, как это установили изобретатели, подавление или отграничение окисления по границам зерен во время скатывания в рулон делает возможным изготовление горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, имеющей толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, и характеризующейся улучшенной адгезией покрытия после горячей штамповки, при одновременных обеспечении контролирования толщины покрытия на уровне значения в целевом диапазоне, в особенности, в диапазоне от 10 до 33 мкм, и сохранении хорошей производительности на промышленной технологической линии травления.
Композиция стали является такой, что сталь может быть подвергнута горячей штамповке для создания детали, характеризующейся пределом прочности при растяжении, большим или равным 500 МПа или большим или равным 1000 МПа или большим или равным 1350 МПа или большим или равным 1680 МПа.
Ниже в настоящем документе раскрывается композиция стали, соответствующей первому аспекту изобретения.
Что касается химического состава стали, то углерод играет важную роль в прокаливаемости и пределе прочности при растяжении, получаемых после горячей штамповки, благодаря его воздействию на твердость мартенсита.
Ниже уровня содержания 0,04% невозможно получить предел прочности при растяжении, составляющий более чем 500 МПа, после штамповки в любых условиях охлаждения. Выше 0,38% в комбинации с другими элементами композиции, соответствующей данному первому аспекту, адгезия покрытия после горячей штамповки не является удовлетворительной. Как это можно сказать без связывания себя теорией, уровень содержания С, составляющий более чем 0,38%, может в результате приводить к имеющему большое значение образованию оксидов углерода во время нагревания стали до горячей штамповки, что усугубляет отрицательное воздействие окисления по границам зерен на адгезию покрытия. Кроме того, выше 0,38% уменьшаются стойкость к замедленному трещинообразованию и вязкость стали.
Уровень содержания С зависит от желательного предела прочности при растяжении TS горячештампованой детали, произведенной в результате горячей штамповки листовой стали. В особенности, для уровней содержания углерода в диапазоне от 0,06% до 0,38% (масс.) предел прочности при растяжении TS горячештампованных деталей, произведенных в результате полной аустенитизации и штамповки со следующей далее мартенситной закалкой, практически зависит только от уровня содержания углерода и связывается с уровнем содержания углерода при использовании выражения:
TS (МПа) = 3220(С%) + 908,
где С% обозначает уровень содержания углерода в массовых процентах.
В соответствии с одним вариантом осуществления уровень содержания С является большим или равным 0,75%.
Марганец, не говоря уже о его раскисляющей роли, оказывает имеющее большое значение воздействие на закаливаемость, в частности, при его уровне содержания, составляющем, по меньшей мере, 0,40%, при этом уровень содержания С составляет, самое большее, 0,38%. Выше 3% стабилизация аустенита вследствие присутствия Mn имеет чрезмерно большое значение, что приводит к образованию чрезмерно ярко выраженной строчечной структуры. В соответствии с одним вариантом осуществления уровень содержания Mn является меньшим или равным 2,0%.
Кремний добавляют при уровне содержания, составляющем, по меньшей мере, 0,005%, для содействия раскислению жидкой стали и внесения вклада в упрочнение стали. Однако его уровень содержания должен быть ограничен в целях избегания избыточного образования оксидов кремния. Вдобавок к этому, уровень содержания кремния должен быть ограничен во избежание появления имеющей чрезмерно большое значение стабилизации аустенита. Поэтому уровень содержания кремния является меньшим или равным 0,70%, например, меньшим или равным 0,5%. Предпочтительно уровень содержания Si составляет, по меньшей мере, 0,10%.
Алюминий может быть добавлен в качестве раскислителя, при этом уровень содержания Al является меньшим или равным 0,1% и составляющим более чем 0,005%, в общем случае большим или равным 0,010%. Предпочтительно уровень содержания Al является меньшим или равным 0,070%.
Необязательно композиция стали содержит хром, вольфрам и/или бор, что увеличивает закаливаемость стали.
В особенности, Cr может быть добавлен для увеличения закаливаемости стали, и он вносит свой вклад в достижение желательного предела прочности при растяжении TS после горячей штамповки. В случае добавления Cr его уровень содержания будет большим или равным 0,01%, доходя вплоть до 2%. В случае непроведения намеренного добавления Cr уровень содержания Cr может составлять всего лишь 0,001%.
W может быть добавлен для увеличения закаливаемости и прокаливаемости стали в результате образования карбидов вольфрама. В случае добавления W его уровень содержания является большим или равным 0,001% и меньшим или равным 0,30%.
В случае добавления В его уровень содержания будет составлять более, чем 0,0002%, а предпочтительно будет большим или равным 0,0005%, доходя вплоть до 0,010%. Уровень содержания В предпочтительно является меньшим или равным 0,005%.
Вплоть до 0,1% ниобия и/или вплоть до 0,2% титана необязательно добавляют для получения дисперсионного упрочнения.
В случае добавления Nb его уровень содержания предпочтительно составит, по меньшей мере, 0,01%. В частности, в случае наличия уровня содержания Nb, заключенного в пределах от 0,01% до 0,1%, в аустените или в феррите во время горячей прокатки будут образовываться мелкие упрочняющие выделения карбонитридов Nb(CN). Уровень содержания Nb предпочтительно является меньшим или равным 0,06%. Еще более предпочтительно уровень содержания Nb заключен в пределах от 0,03% до 0,05%.
В случае добавления Ti его уровень содержания предпочтительно составит, по меньшей мере, 0,015%, доходя вплоть до 0,2%. В случае наличия уровня содержания Ti, заключенного в пределах от 0,015% до 0,2%, будет иметь место образование выделений очень высокой температуре в виде TiN, а после этого при меньшей температуре в аустените в виде мелких выделений TiC, что в результате приведет к упрочнению. Кроме того, в случае добавления титана в дополнение к бору титан будет предотвращать объединение бора с азотом, при этом азот объединяется с титаном. Таким образом, уровень содержания титана предпочтительно составляет более чем 3,42N. Однако уровень содержания Ti должен оставаться меньшим или равным 0,2%, предпочтительно меньшим или равным 0,1%, во избежание образования крупных выделений TiN. Если добавление Ti не осуществляется, то Ti будет присутствовать в качестве примеси при уровне содержания, составляющем, по меньшей мере, 0,001%.
Молибден может быть добавлен при уровне содержания, составляющем, самое большее, 0,65%. В случае добавления Мо его уровень содержания предпочтительно составит, по меньшей мере, 0,05%, например, будет являться меньшим или равным 0,10%. Мо предпочтительно добавляют совместно с Nb и Ti для получения совместных выделений, которые являются очень стабильными при высоких температурах и ограничивают рост аустенитных зерен при нагревании. Оптимальный эффект получают при наличии уровня содержания Мо, заключенного в пределах от 0,15% до 0,25%.
Никель присутствует в качестве примеси при уровне содержания, который может составлять всего лишь 0,001% и быть меньшим или равным 0,1%.
Сера, фосфор и азот в общем случае присутствуют в композиции стали в качестве примесей.
Уровень содержания азота составляет, по меньшей мере, 0,0005%. Уровень содержания азота должен составлять, самое большее, 0,010% таким образом, чтобы предотвратить образование крупных выделений TiN.
В случае присутствия серы и фосфора в избыточных количествах они уменьшат пластичность. Поэтому их уровни содержания ограничивают, соответственно, значениями 0,05% и 0,1%.
Предпочтительно уровень содержания S составляет, самое большее, 0,03%. Достижение очень низкого уровня содержания S, то есть, составляющего менее чем 0,0001%, является очень дорогостоящим и не приносящим какой-либо выгоды. Поэтому уровень содержания S в общем случае является большим или равным 0,0001%.
Предпочтительно уровень содержания фосфора составляет, самое большее, 0,05%, еще более предпочтительно, самое большее, 0,025%. Достижение очень низкого уровня содержания Р, то есть, составляющего менее, чем 0,0001%, является очень дорогостоящим. Поэтому уровень содержания Р в общем случае является большим или равным 0,0001%.
Сталь может быть подвергнута обработке для глобуляризации сульфидов, проводимой при использовании кальция, что демонстрирует эффект улучшения угла изгибания, вследствие глобуляризации MnS. Таким образом, композиция стали может содержать, по меньшей мере, 0,0001% Са, вплоть до 0,006%.
Остаток композиции стали состоит из железа и неизбежных примесей, представляющих собой результат выплавки.
В соответствии с первым вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,040% ≤ С ≤ 0,100%,
0,80% ≤ Mn ≤ 2,0%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,30%,
0,010% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,001% ≤ Сr ≤ 0,10%,
0,001% ≤ Ni ≤ 0,10%,
0,03% ≤ Ti ≤ 0,08%,
0,015% ≤ Nb ≤ 0,1%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,009%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,030%,
Mo ≤ 0,10%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
При использовании данной композиции могут быть произведены стальные детали, характеризующиеся после горячей штамповки пределом прочности при растяжении, составляющим, по меньшей мере, 500 МПа.
В соответствии со вторым вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,062% ≤ С ≤ 0,095%,
1,4% ≤ Mn ≤ 1,9%,
0,2% ≤ Si ≤ 0,5%,
0,020% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,02% ≤ Сr ≤ 0,1%,
где 1,5% ≤ (С + Mn + Si + Cr) ≤ 2,7%,
3,4 × N ≤ Ti ≤ 8 × N,
0,04% ≤ Nb ≤ 0,06%,
где 0,044% ≤ (Nb + Ti) ≤ 0,09%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,004%,
0,001% ≤ N ≤ 0,009%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,003%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,020%,
и необязательно 0,0001% ≤ Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
При использовании данной композиции могут быть произведены стальные детали, характеризующиеся после горячей штамповки пределом прочности при растяжении, составляющим, по меньшей мере, 1000 МПа.
В соответствии с третьим вариантом осуществления сталь характеризуется следующим далее химическим составом в массовых процентах:
0,15% ≤ С ≤ 0,38%,
0,5% ≤ Mn ≤ 3%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,5%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,01% ≤ Сr ≤ 1%,
0,001% ≤ Ti < 0,2%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,08%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
При использовании данной композиции могут быть произведены стальные детали, характеризующиеся после горячей штамповки пределом прочности при растяжении, составляющим, по меньшей мере, 1350 МПа.
Ниже в настоящем документе раскрывается композиция стали, соответствующая второму аспекту изобретения.
В случае наличия уровня содержания Mn, заключенного в пределах от 0,40% до 3%, уровень содержания С будет заключен в пределах от 0,24% до 0,38%. Углерод играет важную роль в прокаливаемости и пределе прочности при растяжении, полученных после горячей штамповки, благодаря своему воздействию на твердость мартенсита. Уровень содержания, составляющий, по меньшей мере, 0,24%, делает возможным достижение предела прочности при растяжении TS, составляющего, по меньшей мере, 1800 МПа, после горячей штамповки без добавления дорогостоящих элементов. Выше 0,38% в случае наличия уровня содержания Mn, заключенного в пределах от 0,40% до 3%, уменьшатся стойкость к замедленному трещинообразованию и вязкость стали. В случае наличия уровня содержания Mn, заключенного в пределах от 0,40% до 3%, уровень содержания С предпочтительно будет заключен в пределах от 0,32% до 0,36%.
В случае уменьшения уровня содержания Mn до значения в диапазоне, заключенном в пределах от 0,05% до 0,40%, может быть использован увеличенный уровень содержания С, заключенный в пределах от 0,38% до 0,43%. Таким образом, уменьшение уровня содержания Mn компенсируется увеличением уровня содержания С при одновременном достижении улучшенной стойкости к коррозии под напряжением.
Марганец, не говоря уже о его раскисляющей роли, оказывает имеющее большое значение воздействие на закаливаемость.
В случае наличия уровня содержания С, заключенного в пределах от 0,24% до 0,38%, уровень содержания Mn должен будет составлять, по меньшей мере, 0,40% и быть меньшим или равным 3%. Уровень содержания Mn, составляющий, по меньшей мере, 0,40%, является необходимым для достижения температуры Ms, являющейся температурой начала превращения аустенита в мартенсит при достаточно незначительном охлаждении для достижения желательного уровня прочности (предела прочности при растяжении TS, составляющего, по меньшей мере, 1800 МПа в данном варианте осуществления).
Выше 3% стабилизация аустенита вследствие присутствия Mn имеет чрезмерно большое значение, что приводит к образованию чрезмерно ярко выраженной строчечной структуры. Уровень содержания Mn предпочтительно является меньшим или равным 2,0%.
В альтернативном варианте в случае увеличения уровня содержания С до значения в диапазоне, заключенном в пределах от 0,38% до 0,43%, уровень содержания Mn может быть уменьшен до значения в диапазоне, заключенном в пределах от 0,05% до 0,40%. Уменьшение уровня содержания Mn делает возможным достижение более высокой стойкости к коррозии под напряжением.
Уровень содержания Mn и С предпочтительно определяются совместно с уровнем содержания Cr.
В случае наличия уровня содержания C, заключенного в пределах от 0,32% до 0,36%, уровень содержания Mn, заключенный в пределах от 0,40% до 0,80%, и уровень содержания Cr, заключенный в пределах от 0,05% до 1,20%, будут обеспечивать достижение высокой стойкости к замедленному трещинообразованию.
В случае наличия уровня содержания С, заключенного в пределах от 0,24% до 0,38%, при этом уровень содержания Mn заключен в пределах от 1,50% до 3%, свариваемость при точечной сварке будет в особенности удовлетворительной.
В случае наличия уровня содержания С, заключенного в пределах от 0,38% до 0,43%, при этом уровень содержания Mn заключен в пределах от 0,05% до 0,40%, а предпочтительно от 0,09% до 0,11%, в значительной степени увеличится стойкость к коррозии под напряжением.
Данные диапазоны композиции делают возможным достижение температуры Ms, находящейся в пределах приблизительно от 320°С до 370°С, что гарантирует получение очень большой прочности горячештампованых деталей.
Кремний добавляют при уровне содержания, заключенном в пределах от 0,10% до 0,70% (масс.). Уровень содержания, составляющий, по меньшей мере, 0,10%, обеспечивает получение дополнительного упрочнения и способствует раскислению жидкой стали. Однако, его уровень содержания должен быть ограничен в целях избегания избыточного образования оксидов кремния. Вдобавок к этому, уровень содержания кремния должен быть ограничен во избежание имеющей чрезмерно большое значение стабилизации аустенита. Поэтому уровень содержания кремния является меньшим или равным 0,70%.
В случае наличия уровня содержания C, заключенного в пределах от 0,24% до 0,38%, уровень содержания Si предпочтительно составит, по меньшей мере, 0,50% в целях избегания отпуска свежего мартенсита, который может иметь место при выдерживании стали в матрице штампа после мартенситного превращения.
Алюминий может быть добавлен в качестве раскислителя, при этом уровень содержания Al является меньшим или равным 0,070% и большим или равным 0,015%. Выше 0,070% во время разработки могут быть созданы крупные алюминаты, что уменьшает пластичность. Предпочтительно уровень содержания Al является меньшим, чем значение, заключенное в пределах от 0,020% до 0,060%.
Необязательно композиция стали содержит хром и/или вольфрам для увеличения закаливаемости стали.
Хром увеличивает закаливаемость стали и вносит свой вклад в достижение желательной прочности при растяжении TS после горячей штамповки. В случае добавления Cr его уровень содержания будет большим или равным 0,01%, доходя вплоть до 2%. Если Cr не добавляют, то уровень содержания Cr может составлять всего лишь 0,001%.
В случае наличия уровня содержания C, заключенного в пределах от 0,24% до 0,38%, уровень содержания Cr предпочтительно будет заключен в пределах от 0,30% до 0,50%. В случае наличия уровня содержания Mn, заключенного в пределах от 1,50% до 3%, добавление Cr будет необязательным, при этом закаливаемость, достигаемая в результате добавления Mn, будет недостаточной.
В случае наличия уровня содержания С, заключенного в пределах от 0,38% до 0,43%, предпочтительным будет уровень содержания Cr, составляющий более, чем 0,5%, а предпочтительно заключенный в пределах от 0,950% до 1,050%, в целях увеличения стойкости к коррозии под напряжением.
В дополнение к определенным выше условиям уровни содержания C, Mn, Cr и Si должны удовлетворять следующему далее условию:
В соответствии с данным условием доля полуотпущенного мартенсита, получающегося в результате отпуска мартенсита, который может иметь место во время выдерживания детали в матрице штампа, является очень ограниченной, так что очень большая доля свежего мартенсита делает возможным достижение предела прочности при растяжении, составляющего, по меньшей мере, 1800 МПа.
W может быть добавлен для увеличения закаливаемости и прокаливаемости стали в результате образования карбидов вольфрама. В случае добавления W его уровень содержания будет большим или равным 0,001% и меньшим или равным 0,30%.
В добавляют при уровне содержания, составляющем более чем 0,0005%, доводя его вплоть до 0,0040%. В увеличивает закаливаемость. В результате диффундирования на границах зерен В предотвращает ликвацию Р по границам зерен.
Для дисперсионного упрочнения необязательно добавляют вплоть до 0,06% ниобия и/или вплоть до 0,1% титана.
В случае добавления Nb его уровень содержания предпочтительно составит, по меньшей мере, 0,01%. В частности, в случае наличия уровня содержания Nb, заключенного в пределах от 0,01% до 0,06%, в аустените или в феррите во время горячей прокатки будут образовываться мелкие упрочняющие выделения карбонитридов Nb(CN). Таким образом, Nb ограничивает рост аустенитных зерен во время нагревания до штамповки. Однако уровень содержания Nb является меньшим или равным 0,06%. Действительно, выше 0,06% усилие при прокатке может стать чрезмерно большим. Предпочтительно уровень содержания Nb заключен в пределах от 0,03% до 0,05%.
Ti добавляют при уровне содержания, составляющем, по меньшей мере, 0,015%, доводя его вплоть до 0,1%. В случае наличия уровня содержания Ti, заключенного в пределах от 0,015% до 0,1%, будет иметь место образование выделений при очень высокой температуре в виде TiN, а после этого при меньшей температуре в аустените в виде мелких выделений TiC, что в результате приведет к упрочнению. Кроме того, титан предотвращает объединение бора с азотом, при этом азот объединяется с титаном. Таким образом, уровень содержания титана составляет более чем 3,42N. Однако уровень содержания Ti должен оставаться меньшим или равным 0,1% во избежание образования крупных выделений TiN. Предпочтительно уровень содержания Ti заключен в пределах от 0,020% до 0,040% в целях создания мелких нитридов, что ограничивает рост аустенитных зерен во время нагревания до штамповки.
Молибден может быть добавлен при уровне содержания, составляющем, самое большее, 0,65%. В случае добавления Мо его уровень содержания предпочтительно составит, по меньшей мере, 0,05%. Мо предпочтительно добавляют совместно с Nb и Ti для получения совместных выделений, которые являются очень стабильными при высоких температурах и ограничивают рост аустенитных зерен при нагревании. Оптимальный эффект получают при наличии уровня содержания Мо, заключенного в пределах от 0,15% до 0,25%.
Никель добавляют для увеличения стойкости к замедленному разрушению стали при уровне содержания, заключенном в пределах от 0,25% до 2%.
Уровень содержания азота составляет, по меньшей мере, 0,003% для достижения образования выделений TiN, Nb(CN) и/или (Ti,Nb)(CN), что ограничивает рост аустенитных зерен в соответствии с представленным выше разъяснением изобретения. Уровень содержания азота должен составлять, самое большее, 0,010% таким образом, чтобы предотвратить образование крупных выделений TiN.
Сера и фосфор в случае их присутствия в избыточных количествах уменьшат пластичность. Поэтому их уровни содержания ограничивают, соответственно, значениями 0,005% и 0,025%.
Уровень содержания S составляет, самое большее, 0,005%, что ограничивает образование выделений сульфидов. Достижение очень низкого уровня содержания S, то есть, составляющего менее чем 0,0001%, является очень дорогостоящим и не приносящим какой-либо выгоды. Поэтому уровень содержания S в общем случае является большим или равным 0,0001%.
Уровень содержания фосфора составляет, самое большее, 0,025%, что, таким образом, ограничивает ликвацию Р на границах аустенитных зерен. Достижение очень низкого уровня содержания Р, то есть, составляющего менее чем 0,0001%, является очень дорогостоящим. Поэтому уровень содержания Р в общем случае является большим или равным 0,0001%.
Сталь может быть подвергнута обработке для глобуляризации сульфидов, проводимой при использовании кальция, что демонстрирует эффект улучшения угла изгибания, вследствие глобуляризации MnS. Таким образом, композиция стали может содержать, по меньшей мере, 0,0005% Са, при доведении его вплоть до 0,005%.
Остаток композиции стали состоит из железа и неизбежных примесей, представляющих собой результат выплавки.
В соответствии с представленным выше разъяснением изобретения изобретатели установили то, что недостаточность адгезии покрытия стальной детали, произведенной в результате горячей штамповки горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, представляет собой результат окисления по границам зерен, имеющего место на поверхности горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, до горячей штамповки и на протяжении определенной толщины.
Сначала изобретатели отыскали критерий, который должен быть удовлетворен горячештампованой стальной деталью с нанесенным покрытием для гарантирования удовлетворительной адгезии покрытия.
Как это установили изобретатели, качество адгезии покрытия может быть оценено в результате определения уровня поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии.
Уровень поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии определяют в отношении горячештампованой стальной детали с нанесенным покрытием, то есть после горячей штамповки и охлаждения до комнатной температуры.
ref
ref
Уровень поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии определяют в результате наблюдения пяти различных поперечных сечений от образца при использовании оптического микроскопа при увеличении х1000. Каждое поперечное сечение имеет длину l, которую выбирают для определения характеристик покрытия представительным образом. Длину l выбирают как 150 мкм.
1
2
Как это проиллюстрировано на фигуре 1, для каждого поперечного сечения проводят анализ изображений при использовании системы анализа изображений, например, Olympus Stream Essentials, для определения уровня поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии в данном поперечном сечении. С данной целью идентифицируют верхнюю и нижнюю границы В и В покрытия. В особенности, верхняя граница следует контуру покрытия на поверхности раздела с окружающей средой, а нижняя граница отделяет материал стали от покрытия. После этого определяют совокупную поверхность, занимаемую покрытием, включая пористости Р, между нижней и верхней границами и оценивают поверхность, занимаемую пористостями, которые располагаются между нижней и верхней границами, (зоны с серой окраской на фигуре 1). После этого рассчитывают уровень поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии рассматриваемого поперечного сечения в качестве соотношения между поверхностью, занимаемой пористостями, и совокупной поверхностью, занимаемой покрытием, (при умножении на 100).
В заключение, уровень поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии определяют в качестве среднего значения для пяти значений, полученных таким образом.
Адгезия покрытия будет считаться удовлетворительной в случае наличия уровня поверхностного процентного содержания в покрытии, меньшего или равного 3%. В противоположность этому, в случае наличия уровня поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии, составляющего более чем 3%, адгезия покрытия будет считаться неудовлетворительной.
Кроме того, изобретатели идентифицировали два критерия, которые должны быть удовлетворены, соответственно, горячекатаной стальной подложкой и горячекатаной листовой сталью для обеспечения возможности контролирования толщины покрытия на уровне значения в целевом диапазоне, в особенности, в диапазоне от 10 до 33 мкм, например, от 20 до 33 мкм или от 10 до 20 мкм, и наличия после штамповки удовлетворительной адгезии покрытия.
Первый критерий относится к состоянию поверхности горячекатаной стальной подложки после травления и до нанесения покрытия.
В особенности, в соответствии с представленным выше разъяснением изобретения необходимо контролировать развитую поверхность горячекатаной стальной подложки непосредственно перед нанесением покрытия во избежание интенсивного растворения железа с поверхности стали и неконтролируемого роста интерметаллического слоя во время окунания в расплав в ванне, что привело бы в результате к невозможности контролирования толщины покрытия на уровне значения, заключенного в пределах целевого диапазона.
Действительно, окисление по границам зерен горячекатаной стальной подложки может быть уменьшено в результате интенсивного травления, что, в свою очередь, обеспечивает уменьшение окисления по границам зерен горячекатаной листовой стали. Однако вследствие данного интенсивного травления подложка будет демонстрировать состояние поверхности (то есть развитую поверхность), несовместимое с контролированием толщины покрытия.
Как это установили изобретатели, в целях обеспечения наличия толщины покрытия, находящейся в пределах целевого диапазона, то есть находящейся в пределах от 10 до 33 мкм, толщина интерметаллического слоя, полученного во время нанесения покрытия, должна оставаться составляющей менее чем 15 мкм, и в целях получения толщины интерметаллического слоя, составляющей менее чем 15 мкм, уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области горячекатаной стальной подложки после какого-либо травления и до нанесения покрытия должен составлять менее чем 30%. Толщина интерметаллического слоя в данном случае обозначает толщину интерметаллического слоя покрытия горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием.
Критерий в отношении уровня поверхностного процентного содержания полостей должен, в частности, быть удовлетворен в области горячекатаной стальной подложки, которая была расположена в сердцевине и области оси рулона во время скатывания в рулон.
ref
ref
Как это проиллюстрировано на фигуре 2, поверхностную область определяют как область, простирающуюся от верхней точки поверхности горячекатаной стальной подложки до глубины в 15 мкм от данной верхней точки. Уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области определяют по пяти различным поперечным сечениям, представительным для горячекатаной стальной подложки, при этом каждое поперечное сечение имеет длину l 150 мкм. Поперечные сечения предпочтительно получают от образца, отобранного из сердцевины и области оси рулона. В отношении каждого поперечного сечения определяют поверхностную область образца при использовании системы анализа изображений, например, Olympus Stream Essentials, в качестве прямоугольной области, верхняя сторона которой соединяет две верхние точки Pt1 и Pt2 профиля поверхности поперечного сечения, а нижняя сторона которой отстоит от верхней стороны на 15 мкм. Таким образом, каждая поверхностная область образца имеет длину l 150 мкм и глубину 15 мкм.
Для каждого поперечного сечения идентифицируют области поверхностной области образца, которые не являются сталью, и определяют совокупную поверхность данных областей. После этого определяют уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области образца в качестве соотношения между совокупной поверхностью областей, которые не являются сталью, и совокупной поверхностью поверхностной области образца при умножении на 100. В заключение, определяют уровень поверхностного процентного содержания горячекатаной протравленной стальной подложки в качестве среднего значения для пяти значений, полученных таким образом.
Второй критерий представляет собой максимальную глубину окисления по границам зерен горячекатаной листовой стали, то есть, стального изделия после нанесения покрытия. Действительно, как это установили изобретатели, в целях получения удовлетворительной адгезии покрытия после горячей штамповки глубина окисления по границам зерен горячекатаной листовой стали должна составлять менее чем 4 мкм.
Данный критерий, в частности, должен быть удовлетворен в области горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, которая располагалась в сердцевине и области оси рулона во время скатывания в рулон.
Глубину окисления по границам зерен определяют в отношении горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, то есть после нанесения покрытия.
Глубину окисления по границам зерен определяют в качестве толщины области горячекатаной листовой стали от поверхности горячекатаной листовой стали (то есть от поверхности раздела между покрытием и горячекатаной листовой сталью) до внутреннего пространства горячекатаной листовой стали в направлении, ортогональном данной поверхности, в которой наблюдается окисление по границам зерен.
ref
В особенности, окисление по границам зерен наблюдается при использовании оптического микроскопа при увеличении х1000 в отношении пяти различных поперечных сечений, при этом каждое из них имеет длину l 150 мкм, от образца, отобранного из сердцевины и области оси рулона. В отношении каждого поперечного сечения измеряют максимальную глубину окисления по границам зерен. В заключение, определяют глубину окисления по границам зерен в качестве среднего значения для пяти значений, полученных таким образом.
Таким образом, в целях обеспечения после нанесения покрытия возможности контролирования толщины покрытия на уровне значения в целевом диапазоне и после горячей штамповки удовлетворительности адгезии покрытия, то есть, наличия уровня поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии, меньшего или равного 3%, должны быть удовлетворены два следующих далее условия:
- уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области горячекатаной стальной подложки после травления и до нанесения покрытия должен составлять менее чем 30%, и
- глубина окисления по границам зерен горячекатаной листовой стали после травления и нанесения покрытия должна составлять менее чем 4 мкм.
reheat
reheat
Горячекатаное стальное изделие может быть произведена в результате разливки стали, характеризующейся композицией, которая упоминалась выше, таким образом, чтобы получить стальной полуфабрикат, повторного нагревания стального полуфабриката при температуре T, находящейся в пределах от 1150°С до 1300°С, и горячей прокатки повторно нагретого стального полуфабриката при температуре чистовой прокатки FRT для получения горячекатаного стального изделия. Температура T, например, заключена в пределах от 1150°С до 1240°С.
Температура чистовой прокатки FRT в общем случае заключена в пределах от 840°С до 1000°С.
Степень обжатия при горячей прокатке адаптируют таким образом, чтобы горячекатаное стальное изделие имела бы толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, например, находящуюся в пределах от 3 мм до 5 мм.
coil
После этого горячекатаное стальное изделие охлаждают на отводящем рольганге для достижения температуры скатывания в рулон T и скатывают в рулон для получения горячекатаной стальной подложки.
coil
Температуру скатывания в рулон T выбирают таким образом, чтобы избежать или, по меньшей мере, ограничить окисление по границам зерен.
coil
coil
В особенности, температуру скатывания в рулон T выбирают таким образом, чтобы глубина окисления по границам зерен горячекатаной стальной подложки составляла бы менее чем 5 мкм. Действительно, в случае глубины окисления по границам зерен горячекатаной стальной подложки, составляющей менее чем 5 мкм, глубина окисления по границам зерен горячекатаной листовой стали после нанесения покрытия будет оставаться составляющей менее чем 4 мкм. Еще более предпочтительно температуру скатывания в рулон T выбирают таким образом, чтобы не происходило бы какого-либо окисления по границам зерен.
coil
coilmax
γ
При использовании композиции стали, соответствующей первому аспекту, изобретатели установили то, что для получения глубины окисления по границам зерен горячекатаной листовой стали, составляющей менее чем 4 мкм, температура скатывания в рулон T должна быть меньшей, чем максимальная температура скатывания в рулон T, которая зависит от доли аустенита непосредственно перед скатыванием в рулон, которую обозначают символом f.
γ
γ
Действительно, большая доля аустенита f непосредственно перед скатыванием в рулон в результате будет приводить к существенному превращению аустенита во время скатывания в рулон, таким образом, к имеющему большое значение увеличению температуры, в особенности, в сердцевине и области оси стали во время скатывания в рулон. В противоположность этому, в случае незначительной доли аустенита f непосредственно перед скатыванием в рулон во время скатывания в рулон какого-либо превращения аустенита не произойдет, или оно произойдет в незначительной степени таким образом, что увеличение температуры листа будет уменьшено.
coilmax
γ
Как следствие этого, максимальная температура скатывания в рулон T представляет собой убывающую функцию от доли аустенита f непосредственно перед скатыванием в рулон.
coilmax
Как это установили изобретатели, в целях получения глубины окисления по границам зерен в горячекатаной листовой стали, составляющей менее чем 4 мкм, максимальную температуру скатывания в рулон T выражают в виде:
coilmax
γ
T = 650 – 140 × f,
coilmax
γ
coilmax
где T выражают в градусах Цельсия, а f обозначает долю аустенита в стали непосредственно перед скатыванием в рулон, находящуюся в пределах от 0 (что соответствует 0% аустенита) до 1 (что соответствует 100% аустенита). Поэтому максимальная температура скатывания в рулон T заключена в диапазоне от 510°С до 650°С.
coil
Таким образом, температура скатывания в рулон T должна удовлетворять соотношению:
coil
γ
T ≤ 650 – 140 × f
γ
Доля аустенита f в стали непосредственно перед скатыванием в рулон может быть определена при использовании электромагнитной (ЭМ) бесконтактной неразрушающей методики при использовании устройства для детектирования магнитных свойств листовой стали.
Принцип данной методики, которая, например, описывается в документе «Online electromagnetic monitoring of austenite transformation in hot strip rolling and its application to process optimization», A. V. Marmulev et al., Revue de Métallurgie 110, pp. 205-213 (2013), имеет в своей основе различие между магнитными свойствами аустенита, который является парамагнитным, и магнитными свойствами феррита, перлита, бейнита и мартенсита, которые представляют собой ферромагнитные фазы.
γ
Устройство для определения доли аустенита f раскрывается, например, в публикации US 2003/0038630 A1.
γ
coil
Доля аустенита f непосредственно перед скатыванием в рулон зависит от композиции стали, в особенности, от уровня содержания С, от температуры чистовой прокатки FRT и от технологического процесса охлаждения между температурой чистовой прокатки FRT и температурой скатывания в рулон T.
γ
coilmax
coilmax
В частности, чем большим будет уровень содержания С в стали, тем большей будет доля аустенита f в листовой стали непосредственно перед скатыванием в рулон. Таким образом, при равенстве всех других параметров чем большим будет уровень содержания С, тем меньшей будет максимальная температура скатывания в рулон T. В особенности, в случае наличия уровня содержания С в стали, большего или равного 0,075%, доля аустенита в подложке будет оставаться составляющей более, чем 0,5 таким образом, чтобы температура скатывания в рулон T составляла бы менее чем 580°С.
coilmax
γ
γ
Максимальная температура скатывания в рулон T может быть определена для стали, характеризующейся заданными композицией и толщиной, на заданной технологической линии, при этом температуру чистовой прокатки FRT фиксируют, в результате определения доли аустенита в стальном изделии во время охлаждения от температуры чистовой прокатки FRT и в результате сопоставления во время охлаждения температуры Т подложки с величиной 650 – 140 f’(T), при этом f’(T) представляет собой долю аустенита в подложке при температуре Т во время охлаждения.
coilmax
γ
Максимальная температура скатывания в рулон T является температурой, при которой Т = 650 – 140 f’(T).
В общем случае температура скатывания в рулон предпочтительно составляет менее чем 580°С, еще более предпочтительно менее чем 570°С.
Однако температура скатывания в рулон должна оставаться составляющей более чем 450°С в целях избегания нежелательного повышения механических свойств стали, что представляло бы собой результат низкой температуры скатывания в рулон.
В данных условиях окисление по границам зерен в горячекатаной стальной подложке является ограниченным, так что глубина окисления по границам зерен горячекатаной листовой стали после нанесения покрытия будет составлять менее чем 4 мкм.
coil
При использовании композиции стали, соответствующей второму аспекту, изобретатели установили то, что для получения глубины окисления по границам зерен горячекатаной листовой стали, составляющей менее чем 4 мкм, температура скатывания в рулон T должна быть даже ограничена в сопоставлении с тем, что имеет место для композиций, соответствующих первому аспекту, и устанавливается на значениях, меньших или равных 495°С.
coilmax
Представленные выше правила параллельного обеспечения наличия адгезии покрытия и толщины покрытия в целевом диапазоне все еще остаются в силе. Однако вследствие присутствия Ni в количестве, большем или равном 0,25%, они являются недостаточными для стимулирования в то же самое время получения хорошей производительности на технологической линии травления. Действительно, как это установили изобретатели, присутствие Ni в количестве, составляющем более чем 0,25%, стимулирует увеличенное прилипание окалины на полосовом стане горячей прокатки. Присутствие такой окалины, в значительной степени прилипающей к поверхности, ухудшает пригодность листа к нанесению покрытия. Данная окалина могла бы быть удалена в результате проведения интенсивного травления, что, однако, в значительной степени ухудшило бы производительность на технологической линии травления. Как это установили изобретатели, уменьшение температуры скатывания в рулон, меньшей или равной T = 495°С, могло бы поспособствовать уменьшению количества окалины, образовавшейся на отводящем рольганге на полосовом стане горячей прокатки. Поэтому уменьшается количество металлического никеля, образовавшегося на поверхности раздела между окалиной и сталью, что, в заключение, облегчает разрушение окалины и травление на технологической линии травления и, следовательно, обеспечивает получение технологического процесса, характеризующегося увеличенной производительностью на данной последней технологической линии.
После скатывания в рулон горячекатаную стальную подложку подвергают травлению. Поскольку глубина окисления по границам зерен является ограниченной, условия травления не оказывают воздействия на адгезию покрытия после горячей штамповки или на толщину покрытия.
В особенности, даже в случае проведения легкого травления вследствие незначительной глубины окисления по границам зерен до травления глубина окисления по границам зерен в горячекатаной листовой стали после травления и нанесения покрытия в любом случае будет составлять менее чем 4 мкм таким образом, чтобы во время нагревания до горячей формовки оксиды углерода образовывались бы в незначительном количестве, или какие-либо оксиды углерода не образовывались бы, и чтобы адгезия покрытия после горячей штамповки не была бы ухудшена.
Вдобавок к этому, даже в случае проведения интенсивного травления вследствие незначительной глубины окисления по границам зерен до травления уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области горячекатаной стальной подложки после травления будет оставаться составляющим менее чем 30%. Таким образом, во время нанесения покрытия в результате окунания в расплав в ванне какого-либо интенсивного растворения железа с поверхности стали и какого-либо неконтролируемого роста интерметаллического слоя происходить не будет, и толщину покрытия можно будет контролировать на уровне целевой толщины.
Травление, например, проводят в ванне HCl на протяжении периода времени, заключенного в пределах от 15 до 65 сек.
Поэтому таким образом полученная горячекатаная стальная подложка, которую подвергают травлению, удовлетворяет первому критерию, определенному выше в настоящем документе, то есть, характеризуется уровнем поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области, составляющим менее чем 30%. Вдобавок к этому, горячекатаная протравленная листовая сталь характеризуется отсутствием какого-либо окисления по границам зерен или незначительной степенью окисления по границам зерен, что делает возможным удовлетворение второго определенного выше критерия, то есть получения глубины окисления по границам зерен, составляющей менее чем 4 мкм, в горячекатаной листовой стали после нанесения покрытия.
После травления горячекатаная протравленная стальная подложка может быть промаслена, или на нее может быть нанесена органическая пленка, например, Easyfilm HPE, для временной защиты поверхности листа.
После этого на горячекатаную протравленную стальную подложку наносят покрытие в результате непрерывного окунания в расплав в ванне при использовании либо Al, либо сплава Al таким образом, чтобы получить горячекатаную листовую сталь с нанесенным покрытием.
Например, покрытием может быть покрытие на основе Al-Si. Типичная ванна для покрытия на основе Al-Si в общем случае содержит в своей базовой композиции в массовых процентах от 8% до 11% кремния, от 2% до 4% железа, при этом остаток представляют собой алюминий или алюминиевый сплав и примеси, присущие переработке. Легирующие элементы, присутствующие совместно с алюминием, включают стронций и/или кальций в количестве в диапазоне от 15 до 30 ч./млн. для каждого.
В рамках еще одного примера покрытие может быть покрытием на основе Zn-Al-Mg. Типичная ванна для покрытия на основе Zn-Al-Mg содержит в массовых процентах от 0,1% до 10% магния, от 0,1% до 20% алюминия, при этом остаток представляют собой Zn или сплав Zn, необязательные дополнительные элементы, такие как Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr и/или Bi и примеси, присущие переработке.
Например, ванна содержит от 0,5% до 8% алюминия, от 0,3% до 3,3% магния, при этом остаток представляют собой Zn или сплав Zn, необязательные дополнительные элементы, такие как Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr и/или Bi и примеси, присущие переработке.
В рамках еще одного примера покрытие является покрытием на основе Al-Zn-Si-Mg.
Первый пример ванны для покрытия на основе Al-Zn-Si-Mg содержит в массовых процентах от 2,0% до 24,0% цинка, от 7,1% до 12,0% кремния, необязательно от 1,1% до 8,0% магния и необязательно дополнительные элементы, выбираемые из Pb, Ni, Zr или Hf, при этом уровень содержания каждого дополнительного элемента уступает 0,3%, причем остаток представляют собой алюминий и неизбежные примеси и остаточные элементы, при этом соотношение Al/Zn составляет более чем 2,9.
Второй пример ванны для покрытия на основе Al-Zn-Si-Mg содержит в массовых процентах от 4,0% до 20,0% цинка, от 1% до 3,5% кремния, необязательно от 1,0% до 4,0% магния и необязательно дополнительные элементы, выбираемые из Pb, Ni, Zr или Hf, при этом уровень содержания каждого дополнительного элемента уступает 0,3%, причем остаток представляют собой алюминий и неизбежные примеси и остаточные элементы, при этом соотношение Al/Zn заключено в пределах от 3,2 до 8,0.
Третий пример ванны для покрытия на основе Al-Zn-Si-Mg содержит в массовых процентах от 2,0% до 24,0% цинка, от 1,1% до 7,0% кремния, необязательно от 1,1% до 8,0% магния при количестве кремния в диапазоне от 1,1 до 4,0% и необязательно дополнительные элементы, выбираемые из Pb, Ni, Zr или Hf, при этом уровень содержания каждого дополнительного элемента уступает 0,3%, причем остаток представляют собой алюминий и неизбежные примеси и остаточные элементы, при этом соотношение Al/Zn составляет более чем 2,9.
После осаждения покрытия в результате окунания в расплав листовую сталь с нанесенным покрытием обычно омывают при использовании сопел, эжектирующих газ, на обеих сторонах листовой стали с нанесенным покрытием и вслед за этим листовую сталь с нанесенным покрытием охлаждают.
Таким образом полученная горячекатаная листовая сталь с нанесенным покрытием включает горячекатаную листовую сталь и на каждой стороне горячекатаной листовой стали покрытие из Al или сплава Al.
Горячекатаная листовая сталь в общем случае обладает феррито-перлитной структурой, то есть, структурой, состоящей из феррита и перлита.
Толщина покрытия из Al или сплава Al на каждой стороне горячекатаной листовой стали заключена в пределах от 10 мкм до 33 мкм.
В соответствии с первым вариантом осуществления толщину покрытия контролируют на уровне значения, заключенного в пределах диапазона от 20 мкм до 33 мкм.
В соответствии со вторым вариантом осуществления толщину покрытия контролируют на уровне значения, заключенного в пределах диапазона от 10 мкм до 20 мкм.
В соответствии с третьим вариантом осуществления толщину покрытия контролируют на уровне значения, заключенного в пределах диапазона от 15 мкм до 25 мкм.
После нанесения покрытия глубина окисления по границам зерен в горячекатаной листовой стали остается составляющей менее чем 4 мкм, в общем случае менее чем 3 мкм, вследствие травления. Данная глубина простирается от поверхности горячекатаной листовой стали (то есть поверхности, которая отделяет горячекатаную листовую сталь от покрытия) до внутреннего пространства листовой стали.
Помимо этого, вследствие низкого уровня поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области горячекатаной стальной подложки до нанесения покрытия даже после травления толщина покрытия заключена в пределах целевого диапазона толщины, в особенности диапазона от 10 мкм до 33 мкм, на каждой стороне горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием и в каждом местоположении на каждой стороне горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием.
Горячекатаная листовая сталь с нанесенным покрытием предназначена для горячей штамповки.
С данной целью горячекатаную листовую сталь с нанесенным покрытием разрезают для получения заготовки. Необязательно данная заготовка может быть сварена со второй заготовкой для получения, тем самым, сварной составной заготовки (ССЗ), включающей первую заготовку, вырезанную из горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, соответствующей изобретению, и вторую заготовку. Вторая заготовка также может быть получена из горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, соответствующей изобретению, или может быть заготовкой, вырезанной из холоднокатаной листовой стали с нанесенным покрытием. В особенности, первая заготовка, имеющая толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, может быть сварена со второй заготовкой, имеющей другую толщину и/или изготовленную из стали, характеризующейся другой композицией. Вторую заготовку предпочтительно изготавливают из стали, характеризующейся композицией, содержащей в массовых процентах:
0,04% ≤ С ≤ 0,38%,
0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
0,005% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,005% ≤ Al ≤ 0,1%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,001% ≤ Ni ≤ 2%,
0,001% ≤ Ti ≤ 0,2%,
Nb ≤ 0,1%,
B ≤ 0,010%,
0,0005% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,05%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,1%,
Mo ≤ 0,65%,
W ≤ 0,30%,
Сa ≤ 0,006%,
при этом остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
Вторая заготовка также может быть изготовлена из стали, характеризующейся композицией, содержащей в массовых процентах:
либо 0,24% ≤ С ≤ 0,38% и 0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
либо 0,38% ≤ С ≤ 0,43% и 0,05% ≤ Mn ≤ 0,40%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,015% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,001% ≤ Сr ≤ 2%,
0,25% ≤ Ni ≤ 2%,
0,015% ≤ Ti ≤ 0,1%,
0% ≤ Nb ≤ 0,06%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,0040%,
0,003% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,025%,
при этом уровни содержания титана и азота удовлетворяют следующему далее соотношению:
Ti/N > 3,42,
причем уровни содержания углерода, марганца, хрома и кремния удовлетворяют следующему далее соотношению:
,
при этом химический состав необязательно содержит один из нескольких следующих далее элементов:
0,05% ≤ Mo ≤ 0,65%,
0,001% ≤ W ≤ 0,30%,
0,0005% ≤ Сa ≤ 0,005%,
причем остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей, получающихся в результате выплавки.
Ради упрощения термин «заготовка» будет использоваться ниже в настоящем документе для обозначения заготовки, полученной из горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, соответствующей изобретению, или сварной составной заготовки, включающей данную заготовку.
После этого заготовку подвергают термической обработке в печи до горячей штамповки и горячей штамповке для получения горячештампованной стальной детали с нанесенным покрытием.
В особенности, заготовку нагревают в печи до температуры Тс, что делает возможным достижение в стальной подложке, по меньшей мере, частичного превращения в аустенит. Данная температура, например, заключена в пределах от 860°С до 950°С, а в общем случае заключена в пределах от 880°С до 950°С, таким образом, получают нагретую заготовку.
После этого нагретую заготовку удаляют из печи и переводят из печи в матрицу штампа, где ее подвергают горячему деформированию (горячей штамповке) в целях получения желательной геометрии детали для получения горячештампованной заготовки. Горячештампованную заготовку охлаждают вплоть до 400°С при скорости охлаждения Vr, которая предпочтительно составляет более, чем 10°С/сек, еще более предпочтительно более, чем 30°С/сек, при получении, тем самым, горячештампованной стальной детали с нанесенным покрытием.
Горячештампованная стальная деталь с нанесенным покрытием, которую получают таким образом, характеризуется исключительно удовлетворительной адгезией покрытия.
В особенности, уровень поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии горячештампованной стальной детали с нанесенным покрытием является меньшим или равным 3%.
В дополнение к этому, после нанесения лакокрасочного покрытия, например, в результате распыления, адгезия лакокрасочного покрытия является исключительно удовлетворительной. Адгезия лакокрасочного покрытия, в частности, может быть оценена в результате проведения испытания на адгезию влажного лакокрасочного покрытия в соответствии со стандартом ISO 2409:2007. Адгезия лакокрасочного покрытия будет считаться хорошей в случае получения результата испытания на адгезию влажного лакокрасочного покрытия, меньшего или равного 2, и плохой в случае получения результата испытания на адгезию влажного лакокрасочного покрытия, составляющего более чем 2.
Примеры
Горячекатаные листовые стали с нанесенными покрытиями производили в результате разливки полуфабрикатов, характеризующихся композициями, раскрытыми в таблице 1, в массовых процентах:
Таблица 1
Сталь
C(%)
Mn (%)
Si (%)
Al (%)
Cr (%)
Ni (%)
Ti (%)
Nb (%)
B(%)
N(%)
S(%)
P(%)
Mo (%)
W (%)
Ca(%)
A
0,23
1,13
0,24
0,037
0,159
0,013
0,036
0,001
0,0016
0,005
0,0017
0,015
0,003
0,003
0,0016
B
0,06
1,64
0,022
0,024
0,027
0,016
0,067
0,048
-
0,005
0,004
0,016
0,003
0,002
0,0015
C
0,36
1,24
0,226
0,032
0,111
0,105
0,034
0,001
0,0032
0,006
0,0014
0,015
0,021
0,004
0,0021
D
0,344
0,61
0,541
0,030
0,354
0,417
0,034
0,038
0,0039
0,005
0,0004
0,008
0,205
0,003
0,0006
E
0,07
1,62
0,36
0,040
0,09
0,012
0,021
0,051
0,0030
0,006
0,0010
0,012
-
0,003
0,0004
Уровни содержания Ni, представленные в таблице 1 для сталей А, В и Е, соответствуют присутствию Ni в качестве остаточного (или примесного) элемента.
Полуфабрикаты подвергали горячей прокатке вплоть до получения толщины th при температуре чистовой прокатки FRT.
coil
coil
Горячекатаное стальное изделие охлаждали до температуры скатывания в рулон T и скатывали в рулон при температуре скатывания в рулон T для получения горячекатаных стальных подложек.
pickling
После этого горячекатаные стальные подложки подвергали травлению в ванне HCl на протяжении периода времени t. После травления образцы отбирали из сердцевины и области оси горячекатаных стальных подложек и для каждого образца определяли уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области в соответствии с методикой, описанной выше в настоящем документе.
После этого на горячекатаные стальные подложки наносили покрытие в результате окунания в расплав. Таблица 2 демонстрирует композиции ванн, использующиеся для окунания образцов в расплавы. Целевой была толщина покрытия, заключенная в пределах от 20 до 33 мкм на каждой стороне листа.
Таблица 2
Покрытие
Si (%)
Fe (%)
Zn (%)
Mg (%)
Al (%) + примеси
α
9
3
< 0,1
< 0,1
88
β
3,4
1,4
15,6
1,8
77,8
После нанесения покрытия в результате окунания в расплав некоторые из горячекатаных листов с нанесенными покрытиями подвергали осаждению Zn при 0,7 мкм на покрытии из сплава Al в результате электроосаждения.
После нанесения покрытия образцы отбирали из сердцевины и области оси листов и для каждого образца определяли глубину окисления по границам зерен в соответствии с методикой, описанной выше в настоящем документе. В дополнение к этому, определяли толщину покрытия и толщину интерметаллического слоя.
c
c
Таким образом полученные горячекатаные листовые стали с нанесенными покрытиями разрезали для получения заготовок. Заготовки, вырезанные из сердцевины и области оси горячекатаных листовых сталей с нанесенными покрытиями, нагревали в печи до температуры 920°С на протяжении периода времени t. Данный период времени t включает фазу нагревания до целевой температуры и фазу выдерживания при данной температуре. После этого нагретые заготовки переводили в матрицу штампа, подвергали горячей штамповке и охлаждению вплоть до комнатной температуры.
От каждой горячештампованной детали с нанесенным покрытием отбирали образец и оценивали адгезию покрытия в результате определения уровня поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии в соответствии с описанной выше методикой. Кроме того, измеряли толщину покрытия.
В заключение, на одну сторону каждой детали наносили электроосажденное лакокрасочное покрытие при 20 мкм и оценивали адгезию лакокрасочного покрытия на деталях при использовании испытания на адгезию влажного лакокрасочного покрытия в соответствии со стандартом ISO 2409:2007. Адгезия лакокрасочного покрытия считалась хорошей в случае получения результата данного испытания, меньшего или равного 2, и плохой в случае получения результата данного испытания, составляющего более чем 2.
Во всех данных примерах ширина листов была равной 1 м.
γ
coilmax
coil
pickling
C
Условия изготовления (композиция стали, толщина th после горячей прокатки, температура чистовой прокатки FRT, доля аустенита непосредственно перед скатыванием в рулон f и максимальная температура скатывания в рулон T, температура скатывания в рулон T, время травления t и время нагревания t) для каждой детали указываются в таблице 3.
Таблица 3
Образец
Сталь
Покрытие
Электро-осаждение покрытия из Zn
th (мм)
FRT (°C)
fγ
T<sub>coilmax</sub> (°C)
T<sub>coil</sub> (°C)
t<sub>pickling</sub> (с)
t<sub>C</sub> (с)
1
A
α
НЕТ
3,3
875
0,65
559
585
25
600
2
A
α
НЕТ
3,3
875
0,65
559
655
45
600
3
A
α
НЕТ
3,3
875
0,65
559
585
45
600
4
A
α
НЕТ
3,3
875
0,65
559
585
375
600
5
A
α
НЕТ
3,3
850
0,61
565
540
375
600
6
A
α
НЕТ
3,3
850
0,59
567
515
16
600
7
A
α
НЕТ
3,3
850
0,59
567
515
21
600
8
A
α
НЕТ
3,3
885
0,87
528
520
28
600
9
A
α
НЕТ
3,3
885
0,87
528
520
35
600
10
A
α
НЕТ
3,3
905
0,88
527
510
26
600
11
A
α
НЕТ
3,3
905
0,88
527
510
23
600
12
A
α
НЕТ
3,3
865
0,61
565
533
63
600
13
A
α
НЕТ
3,3
905
0,87
528
519
22
600
14
A
α
НЕТ
3,3
904
0,87
528
515
15
600
15
A
α
НЕТ
3,3
867
0,64
560
554
52
600
16
A
α
НЕТ
3,3
861
0,64
560
548
24
600
17
A
α
НЕТ
3,3
851
0,85
531
476
45
600
18
A
α
НЕТ
3,3
857
0,83
534
504
60
600
19
B
α
НЕТ
2,6
845
0,1
636
655
41
520
20
B
α
НЕТ
2,6
905
0,1
636
555
25
520
21
B
α
НЕТ
2,6
845
0,1
636
555
60
520
22
C
α
НЕТ
3,2
905
0,8
538
655
21
600
23
D
α
НЕТ
3,2
875
0,9
495
531
28
600
24
D
α
НЕТ
3,2
872
0,9
495
495
38
600
25
D
α
НЕТ
3,2
874
0,9
495
581
20
600
26
E
α
НЕТ
3,3
880
0,5
580
545
24
600
27
A
β
НЕТ
3,1
885
0,65
559
655
25
600
28
A
β
НЕТ
3,1
885
0,84
532
515
21
600
29
A
α
ДА
3,3
862
0,62
563
515
22
600
В данной таблице подчеркнутые значения являются не соответствующими изобретению.
SS
IO
t
t
coating
Свойства, измеренные в отношении каждых горячекатаной стальной подложки, горячекатаной листовой стали или горячекатаной стальной детали, (уровень поверхностного процентного содержания полостей SV в поверхностной области горячекатаной стальной подложки, глубина окисления по границам зерен D горячекатаной листовой стали, толщина покрытия C, толщина IM интерметаллического слоя и уровень поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии горячештампованой детали SP и качество адгезии лакокрасочного покрытия – хорошее или плохое) указываются в таблице 4.
Таблица 4
Образец
SV<sub>SS</sub> (%)
D<sub>IO</sub> (мкм)
C<sub>t</sub> (мкм)
IM<sub>t</sub> (мкм)
SP<sub>coating</sub> < 3% ?
Адгезия лакокрасочного покрытия
1
18,1
5
27,5
11,4
НЕТ
Плохая
2
17,1
10
30,52
8,6
НЕТ
Плохая
3
17,5
4
27,9
11,2
НЕТ
Плохая
4
37,1
НП
37,6
37,6
ДА
Хорошая
5
5,7
0
31,8
10,9
ДА
Хорошая
6
18,2
0
31,2
12,8
ДА
Хорошая
7
11
0
29
11
ДА
Хорошая
8
15,3
0
29,6
12
ДА
Хорошая
9
19,9
0
24,3
10,4
ДА
Хорошая
10
но
2
23
10,4
ДА
Хорошая
11
11,5
2
21,3
11,7
ДА
Хорошая
12
10,8
0
21,9
10,3
ДА
Хорошая
13
14,2
2
26,9
12,6
ДА
Хорошая
14
14,4
0
28,4
10,5
ДА
Хорошая
15
20,2
0
23,5
10,2
ДА
Хорошая
16
13,9
0
22,7
10,9
ДА
Хорошая
17
13
0
26,5
9,9
ДА
Хорошая
18
16
0
27,2
11,1
ДА
Хорошая
19
но
9
28,2
8,7
НЕТ
Плохая
20
но
0
22,6
11,8
ДА
Хорошая
21
но
0
26,8
10,3
ДА
Хорошая
22
но
12
30
10
НЕТ
Плохая
23
но
8
27,6
10,1
НЕТ
Плохая
24
но
0
24,9
9,9
ДА
Хорошая
25
но
9
28,4
11,5
НЕТ
Плохая
26
7,0
0
27,1
11
ДА
Хорошая
27
но
13
23
7
НЕТ
Плохая
28
но
2
28,1
10,7
ДА
Хорошая
29
но
0
26,2
11,1
ДА
Хорошая
В таблице 4 термин «но» обозначает «не определяли», а термин «НП» обозначает «неприменимо».
coilmax
Образцы 1-4, 19, 22, 23, 25 и 27 производили при использовании температур скатывания в рулон, не соответствующих изобретению. В особенности, образцы 1-4, 19, 22, 23, 25 и 27 скатывали в рулон при температуре, большей, чем максимальная температура скатывания в рулон T, что приводит к получению большой глубины окисления по границам зерен до травления.
Образцы 1-3, 19, 22, 23, 25 и 27 подвергали травлению в обычных условиях, то есть, на протяжении периода времени, заключенного в пределах от 15 до 65 сек. Как следствие температуры скатывания в рулон и условий травления, глубина окисления по границам зерен листовой стали (измеренная после нанесения покрытия) для образцов 1-3, 19, 22, 23, 25 и 27 является большей или равной 4 мкм, то есть, являющейся большей, чем максимальная глубина допустимого окисления.
Таким образом, после горячей штамповки уровень поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии составляет более, чем 3%, а адгезия лакокрасочного покрытия является плохой.
В дополнение к этому, в примере 23, полученном из стали Е, содержащей 0,417% Ni, проводили скатывание в рулон при температуре 531°С. Как следствие этого, на листе до травления и после травления присутствовало большое количество окалины, прилипшей к поверхности. Удаление данной окалины потребовало бы проведения интенсивного травления, что, однако, в значительной степени уменьшило бы производительность на технологической линии травления.
Подобные результаты могли бы быть получены при использовании температуры скатывания в рулон, составляющей менее чем 531°С, но более чем 495°С. Образец 4 подвергали интенсивному травлению на протяжении периода времени 375 сек. Как следствие температуры скатывания в рулон и условий травления, даже в случае отсутствия в горячекатаной листовой стали окисления по границам зерен после нанесения покрытия уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области стальной подложки до нанесения покрытия был очень высоким (37,1%). В результате во время нанесения покрытия в результате окунания в расплав происходил неконтролируемый рост интерметаллического слоя, так что толщина покрытия не могла контролироваться на уровне значения в диапазоне 20-33 мкм, при этом толщина покрытия для образца 4 составляет 37,6 мкм.
В противоположность этому, образец 5 подвергали интенсивному травлению на протяжении того же самого периода времени, что и образец 4, но в отличие от образца 4 его производили при использовании температуры скатывания в рулон, соответствующей изобретению. Таким образом, до травления горячекатаная стальная подложка не включала какого-либо окисления по границам зерен или включала окисление по границам зерен в незначительной степени, так что после травления уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области стальной подложки был низким (5%), в противоположность образцу 4. В результате толщина покрытия могла контролироваться на уровне значения в диапазоне 20-33 мкм. Таким образом, как это иллюстрирует сопоставление образцов 4 и 5, условия изготовления, соответствующие изобретению, делают возможным достижение улучшенной адгезии покрытия после горячей штамповки и превосходной адгезии лакокрасочного покрытия при одновременном обеспечении контролирования толщины покрытия.
Вдобавок к этому, как это демонстрирует сопоставление образцов 5 и 6, которые подвергают травлению либо интенсивно (образец 5), либо слегка (образец 6), в условиях, в которых температуру скатывания в рулон выбирают в соответствии с изобретением, интенсивность травления не оказывает какого-либо воздействия на адгезию покрытия и не оказывает влияния на контролирование толщины покрытия.
Как это демонстрируют данные результаты, в технологическом процессе изобретения интенсивность травления может быть уменьшена без ухудшения адгезии покрытия после горячей штамповки. Таким образом, технологический процесс изобретения не требует проведения интенсивного травления. Поэтому технологический процесс изобретения делает возможным производство горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием, имеющей толщину, находящуюся в пределах от 1,8 мм до 5 мм, при наличии улучшенной адгезии покрытия после горячей штамповки при одновременном обеспечении контролирования толщины покрытия горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием на уровне значения в целевом диапазоне, в особенности, в диапазоне, заключенном в пределах от 10 до 33 мкм, без уменьшения производительности на технологической линии травления.
coating
Как это демонстрируют примеры от 5 до 18, 20, 21, 24, 26, 28 и 29, в случае производства горячекатаной листовой стали с нанесенным покрытием при использовании способа, соответствующего изобретению, горячекатаная листовая сталь не будет включать какого-либо окисления по границам зерен или будет включать окисление по границам зерен в незначительной степени, так что уровень поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии горячештампованой детали SP является низким, и адгезия лакокрасочного покрытия является хорошей. В дополнение к этому, глубина окисления по границам зерен до травления является незначительной, так что уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области стальной подложки до нанесения покрытия является низким. Как следствие этого, толщина покрытия может контролироваться на уровне значения в диапазоне 20-33 мкм.
coating
В особенности, образец 24 изготавливают из стали D, характеризующейся композицией, соответствующей второму аспекту изобретения. Температура скатывания в рулон является меньшей или равной 495°С. Как следствие температуры скатывания в рулон, горячекатаная листовая сталь не включает какого-либо окисления по границам зерен или включает окисление по границам зерен в незначительной степени, уровень поверхностного процентного содержания пористостей в покрытии горячештампованной детали SP является низким, и адгезия лакокрасочного покрытия является хорошей. В дополнение к этому, глубина окисления по границам зерен до травления является незначительной, так что уровень поверхностного процентного содержания полостей в поверхностной области стальной подложки до нанесения покрытия является низким. Как следствие этого, толщина покрытия может контролироваться на уровне значения в диапазоне 20-33 мкм. Кроме того, время травления могло бы быть уменьшено для достижения высокой производительности на технологической линии травления.