Способ производства высокопрочной особонизкоуглеродистой холоднокатаной стали с отжигом в периодических печах
METHOD FOR THE PRODUCTION OF HIGH-STRENGTH EXTRA-LOW-CARBON COLD-ROLLED STEEL WITH ANNEALING IN BATCH FURNACES

Изобретение относится к металлургии, конкретно технологии производства холоднокатаной полосы, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. Данная сталь должна иметь повышенные прочностные характеристики с сохранением высокой пластичности.
Известен способ производства стали, содержащей не более 0,007% углерода и 0,006% азота, включающий нагрев слябов при температурах 1000-1160°С, горячую прокатку в полосы с температурой конца прокатки 620-720°С, смотку в рулоны при температурах 600-680°С, холодную прокатку с обжатиями не менее 70%, отжиг при температурах 650-900°С и дрессировку. Выдержку при отжиге холоднокатаной стали проводят в течение 5-18 минут при температурах 750-900°С в проходных печах, и выдержку в течение 11-34 часов при температурах 650-750°С при отжиге в периодических (колпаковых) печах (по пат. RU 2258749, С21 2005). Сталь, обработанная по этому способу, отличается нестабильностью механических свойств и зачастую не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката.
Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ производства холоднокатаной полосы (по пат.2433192 С21 2010), включающий разливку слябов из стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%:
углерод 0,001-0,006
кремний не более 0,30
марганец 0,26-1,60
фосфор не более 0,12
хром не более 0,15
никель не более 0,15
медь не более 0,50
титан 0,01-0,09
ниобий не более 0,010
ванадий не более 0,010
молибден не более 0,015
алюминий 0,01-0,09
азот не более 0,007
сера не более 0,018
железо и
неизбежные примеси остальное,
горячую прокатку с температурой конца прокатки 810-910°С, смотку полос при температуре 510-710°С, холодную прокатку - с суммарным обжатием 40-95%, рекристаллизационный отжиг при температуре 600-750°С с выдержкой при этой температуре 8-35 ч, и дрессировку полос с обжатием 0,4-2,5%). Данный способ предусматривает выполнение соотношений Ti≥4C+3,43N+l,5S, либо Ti≥3,43N, Nb≥7,75C, где Ti, С, N, S, Nb - содержание титана, углерода, азота, серы, ниобия.
Недостатком данного способа является то, что сталь, обработанная по нему, отличается нестабильностью механических свойств и зачастую не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката. Кроме того, указанные способы не позволяют прогнозировать конечные свойства и выбирать режим обработки для достижения требуемого диапазона механических свойств проката.
Одним из условий получения требуемого диапазона механических свойств высокопрочной особонизкоуглеродистой холоднокатаной стали с высокой пластичностью является формирование оптимальной микроструктуры. Общеизвестным фактом является зависимость уровня пластических свойств стали от наличия разнозернистости. Кинетика прохождения рекристаллизации при отжиге в периодических (колпаковых) печах и конечная сформировавшаяся структура в значительной степени определяются параметрами термообработки.
Температура нагрева в значительной мере определяет скорость прохождения рекристаллизации, параметры растворения и коагуляции включений и условия однородного роста зерна. Длительность выдержки обеспечивает полноту прохождения рекристаллизации и способствует гомогенизации структуры. Совокупность данных параметров обеспечивает достижение заданных механических свойств в определенных диапазонах в высокопрочной особонизкоуглеродистой холоднокатаной стали с высокой пластичностью при отжиге в колпаковых печах.
Предлагаемое техническое решение направлено на решение задачи по прогнозированию конечных свойств и выбору режима обработки для достижения требуемого диапазона механических свойств проката.
Указанный результат достигается при обработке по способу, включающему следующие технологические операции: выплавка, разливка, горячая прокатка, травление, холодная прокатка на конечную толщину, рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах и дрессировка. При этом сталь содержит:
углерод 0,001-0,006%,
кремний не более 0,3%,
марганец 0,3-1,6%,
фосфор не более 0,1%,
алюминий не более 0,1%,
титан не более 0,12%,
ниобий не более 0,02%,
сера не более 0,012%,
азот не более 0,012%,
хром не более 0,07%,
никель не более 0,07%,
медь не более 0,07%,
железо и неизбежные примеси остальное.
Ограничения по содержанию углерода связано с необходимостью исключения его содержания в твердом растворе феррита для обеспечения высоких показателей пластичности стали.
Кремний является эффективным элементом для повышения прочностных характеристик стали за счет образования твердого раствора в феррите, ограничение его содержания до уровня не более 0,3% связано с необходимостью получения высоких пластических характеристик стали и избегания чрезмерного упрочнения, а также возможности свариваемости изделий.
Легирование марганцем необходимо для получения конечных механических свойств стали.
Фосфор является одним из элементов применяющихся для повышения прочностных характеристик стали. Ограничение его содержания не выше 0,1% связано с исключением возможности его перехода из твердого раствора с образованием нежелательных включений при длительной выдержке.
Титан добавляют для эффективного связывания углерода в процессе горячей прокатки и последующего охлаждения, и исключения его перехода при последующем отжиге в твердый раствор.
Легирование алюминием необходимо для раскисления жидкой стали.
Легирование ниобием осуществляется для наиболее полного связывания углерода с образованием мелкодисперсных карбидов и карбонитридов, которые способствуют закреплению на них дислокаций, что обеспечивает повышение как прочностных, так и пластических свойств стали. При этом содержание ниобия в стали не должно превышать 0,02% для предотвращения чрезмерного измельчения зерен феррита и упрочнения стали.
Ограничение содержания серы и азота связано с возможным образованием сложных карбосульфидов титана и крупных включений нитрида титана которые способны ухудшить свойства стали.
Хром, никель, медь, как элементы, упрочняющие сталь, могут увеличить прочностные характеристики проката, при этом снизить способность к глубокой вытяжке.
Холодную прокатку проводят с суммарным обжатием 65-90%. Снижение суммарного обжатия менее 65% приведет к существенной разнобальности конечной микроструктуры, что снизит относительное удлинение. Повышение суммарного обжатия более 90% приведет перегрузкам основного технологического оборудования.
Рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах проводят с достижением температуры в интервале 720-780°С. При нагреве до указанных температур создаются оптимальные условия для получения достаточного количества центров рекристаллизации их развития и скорейшего прохождения рекристаллизации.
Для обеспечения гомогенизации структуры при сохранении прочностных и пластических свойств стали, длительность выдержки выбирают по формуле
т
t=40,201-0,1337σ,
где, t - длительность выдержки, ч,
т
σ - требуемый уровень предела текучести, МПа.
Допускается отклонение от полученного времени ±1 час.
Дрессировку проката осуществляют со степенью обжатия 0,4-1,2%, что способствует получению высоких пластических свойств стали и устранения зуба и площадки текучести.
Пример 1
В кислородном конвертере выплавляли сталь с содержанием: 0,003% С; 0,02% Si; 0,61% Mn; 0,005% S; 0,069% Р; 0,039% Al; 0,03% Cr; 0,01% Ni; 0,02% Cu; 0,07% Ti; 0,003% N; остальное - железо и неизбежные примеси. Слябы получали путем непрерывной разливки, горячую прокатку осуществляли на непрерывном широкополосном стане, горячекатаные рулоны обрабатывали на непрерывном травильном агрегате, далее проводили холодную прокатку, отжиг и дрессировку со степенью 0,5%. Параметры отжига, а также результаты механических испытаний приведены в таблице 1.
Пример 2
В кислородном конвертере выплавляли сталь с содержанием: 0,005% С; 0,014% Si; 0,61% Mn; 0,007% S; 0,073% Р; 0,036% Al; 0,02% Cr; 0,01% Ni; 0,02% Cu; 0,076% Ti; 0,004% N; 0,001% Nb; остальное - железо и неизбежные примеси. Слябы получали путем непрерывной разливки, горячую прокатку осуществляли на непрерывном широкополосном стане, горячекатаные рулоны обрабатывали на непрерывном травильном агрегате, далее проводили холодную прокатку, отжиг и дрессировку со степенью 0,58%. Параметры отжига, а также результаты механических испытаний приведены в таблице 2.
Пример 3
В кислородном конвертере выплавляли сталь с содержанием: 0,006% С; 0,015% Si; 0,6% Mn; 0,007% S; 0,068% Р; 0,047% Al; 0,02% Cr; 0,01% Ni; 0,02% Cu; 0,049% Ti; 0,006% N; 0,005% Nb; остальное - железо и неизбежные примеси. Слябы получали путем непрерывной разливки, горячую прокатку осуществляли на непрерывном широкополосном стане, горячекатаные рулоны обрабатывали на непрерывном травильном агрегате, далее проводили холодную прокатку, отжиг и дрессировку со степенью 0,75%. Параметры отжига, а также результаты механических испытаний приведены в таблице 3.
Таким образом, разработанный способ производства высокопрочной особонизкоуглеродистой холоднокатаной стали с высокой пластичностью позволяет решить задачу по выбору режима термообработки и обеспечивает получение заданного комплекса механических свойств в требуемом диапазоне.
Исследование научно-технической литературы показало отсутствие аналогичных технических решений, т.е. изобретение соответствует критерию - «Новизна».