СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ (ВАРИАНТЫ)
STEEL AND ITEM MADE FROM IT (VERSIONS)

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам сталей и изделиям, выполненным из них, и может быть использовано при производстве горячекатаного и холоднокатаного проката повышенной прочности с покрытием и без покрытия, предназначенного для изготовления изделий автомобиля методом штамповки.
Известна сталь для производства листового проката [Патент РФ 2190685, МПК С22С 38/54, 10.10.2002], содержащая углерод, марганец, кремний, медь, алюминий, бор, кальций, титан, азот, фосфор, ниобий, хром, никель, ванадий следующего химического состава, мас.%:
Углерод
0,01-0,1
Марганец
0,1-0,9
Кремний
0,01-0,50
Медь
0,01-0,1
Алюминий
0,02-0,07
Бор
0,0001-0,005
Кальций
0,0005-0,004
Титан
0,001-0,03
Азот
0,002-0,01
Фосфор
0,005-0,12
Ванадий
0,001-0,08
Ниобий
0,001-0,05
Хром
0,01-0,1
Никель
0,01-0,1
Железо и неизбежные примеси.
Недостатком известной стали является низкая пластичность и высокая себестоимость стали из-за наличия дорогостоящих легирующих элементов, таких как хром, никель, медь. При этом сталь содержит кальций.
Известна сталь [Патент РФ 2186145, МПК С22С 38/50, 27.07.2002], содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, титан, алюминий, серу, фосфор, азот, кальций и железо следующего химического состава, мас.%:
Углерод
0,02-0,08
Кремний
0,003-0,40
Марганец
0,20-1,20
Хром
0,01-4,0
Никель
0,01-0,60
Медь
0,01-0,50
Титан
0,002-0,22
Алюминий
0,02-0,15
Сера
0,005-0,025
Фосфор
0,003-0,020
Азот
0,002-0,018
Кальций
0,0001-0,02
Железо
остальное.
Недостатком известной стали является низкая пластичность и высокая себестоимость стали из-за наличия дорогостоящих легирующих элементов, таких как хром, никель, медь. Легирование титаном в больших количествах до 0,22% увеличивает себестоимость стали. Сталь содержит кальций.
Известна сталь [Патент 2268950, МПК С22С 38/16, C21D 8/02, 27.01.2006 г.], состав которой содержит, вес.%:
Углерод
0,03-0,06
Марганец
0,50-1,10
Кремний
0,08-0,20
Алюминий
0,015-0,070
Азот
≤0,007
Никель
≤0,040
Медь
≤0,040
Фосфор
≤0,035
Сера
≤0,015
Молибден
≤0,008
Титан
≤0,005
Железо и примеси - остальное
сталь содержит также бор в таком количестве, что 0,65≤B/N≤1,60, а содержание марганца и кремния являются такими, что 4≤Mn/Si≤15.
Недостатком известной стали является пониженная прочность стали.
Наиболее близкими по своей технической сущности к предлагаемому изобретению являются сталь и изделие, выполненное из нее, согласно патенту РФ 2212468, МПК С22С 38/16, 20.03.2003. Согласно изобретению сталь содержит углерод, марганец, медь, алюминий, фосфор, азот, хром, кальций, серу и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод
0,05-0,09
Марганец
0,15-0,40
Медь
0,01-0,50
Алюминий
0,03-0,07
Фосфор
0,04-0,10
Азот
0,003-0,007
Хром
0,01-0,20
Кальций
0,0005-0,0010
Сера
0,005-0,025
Железо
остальное
при этом содержание серы и кальция определяют соотношением S/Ca>5, а содержание фосфора, углерода, марганца и хрома выражается зависимостью Р/[0,126-0,14(С+Mn+Cr)]>0,5 - прототип.
Недостатком этой стали является низкая пластичность и высокая себестоимость стали из-за наличия дорогостоящих легирующих элементов, таких как хром, медь.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении стали с низкой себестоимостью для производства горячекатаного и холоднокатаного проката повышенной прочности (с покрытием и без покрытия), предназначенного для изготовления изделий автомобиля методом холодной штамповки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение проката с повышенными прочностными характеристиками с хорошей штампуемостью и изделий автомобиля из стали с фосфором при снижении производственных издержек.
Снижение производственных издержек заключается в оптимизации химического состава стали без применения дорогостоящих легирующих элементов, таких как никель, хром.
пр
пр
Технический результат достигается тем, что сталь содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, алюминий, железо и неизбежные примеси в следующем соотношении: углерод 0,025-0,10%, кремния не более 0,30%, марганец 0,41-0,70%, фосфор 0,04-0,12%, алюминий 0,01-0,08%, азот не более 0,009%, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью: [С]≥(0,0005·К-0,085), %, где [С] - содержание углерода в стали, 0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, К - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести.
пр
пр
Как вариант, технический результат достигается также тем, что сталь содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, титан, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси в следующем соотношении: углерод 0,025-0,10%, кремний не более 0,30%, марганец 0,41-0,70%, фосфор 0,04-0,12%, титан 0,01-0,03%, алюминий 0,01-0,08%, азот не более 0,009%, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью: [С]≥(0,0005·К-0,085), %, где [С] - содержание углерода в стали, 0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, К - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести.
Как вариант, технический результат достигается также тем, что сталь содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, ниобий, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси в следующем соотношении углерод 0,025-0,10%, кремний не более 0,30%, марганец 0,41-0,70%, фосфор 0,04-0,12%, ниобий 0,01-0,03%, алюминий 0,01-0,08%, азот не более 0,009%, железо и неизбежные примеси - остальное.
пр
пр
Как вариант, технический результат достигается также тем, что сталь содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, ванадий, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси в следующем соотношении: углерод 0,025-0,10%, кремний не более 0,30%, марганец 0,41-0,70%, фосфор 0,04-0,12%, ванадий 0,01-0,03%, алюминий 0,01-0,08%, азот не более 0,009%, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью: [С]≥(0,0005·К-0,085), %, где [С] - содержание углерода в стали, 0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, К - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести.
Технический результат достигается также тем, что сталь дополнительно содержит 0,0008-0,0030% бора.
Технический результат достигается также тем, что изделия выполняют из стали предложенных составов.
Сущность изобретения состоит в следующем. Механические свойства проката зависят от химического состава стали.
Углерод - один из упрочняющих элементов. При содержании углерода менее 0,025% прочностные свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,10% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.
Кремний в стали применен как раскислитель и легирующий элемент. При содержании кремния более 0,30% резко снижается пластичность, имеет место охрупчивание стали.
Марганец обеспечивает получение заданных механических свойств. При содержании марганца менее 0,41% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 0,70% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.
Упрочнение стали создает фосфор, который повышает твердость феррита и усиливает выделение дисперсных карбидных включений. Одновременно фосфор улучшает пластичность и штампуемость стали. При содержании фосфора менее 0,04% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания фосфора более 0,12% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.
Алюминий введен в сталь как раскислитель. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность стали, сталь становится склонной к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,08% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.
Азот упрочняет сталь. При содержании азота более 0,009% сталь становится склонной к старению.
Титан, ниобий и ванадий применены как легирующие элементы и обеспечивают получение необходимых прочностных свойств. При содержании менее 0,01% не удается получить требуемый уровень прочности. Увеличение содержания более 0,03% нецелесообразно вследствие чрезмерного упрочнения стали и ухудшения пластичности.
Наличие в стали бора в пределах 0,0008-0,0030% исключает сегрегацию фосфора и предотвращает попадание фосфора на границы ферритных зерен, тем самым способствует упрочнению стали.
пр
пр
Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности содержание углерода должно быть регламентировано в соответствии с зависимостью: [С]≥(0,0005·К-0,085), %, где [С] - содержание углерода в стали, %; 0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, %; К - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести.
Примеры реализации способа.
В кислородном конвертере выплавили 12 плавок стали, химический состав которых приведен в таблице 1.
Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы. Слябы нагревали в нагревательной печи с шагающими балками и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,3-5,5 мм. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Травленые полосы прокатывали на 5-клетевом стане до толщины 0,7-3,0 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в колпаковых печах с водородной защитной атмосферой или в проходных печах с нанесением покрытия. Отожженные полосы дрессировали.
Механические свойства опытных плавок приведены в таблице 2.
пр
В таблице 3 приведено минимальное содержание углерода согласно зависимости [С]≥(0,0005·К-0,085).
2
2
Из таблиц 1-2 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы №2-9) достигаются механические свойства с повышенным уровнем прочности и высокой пластичностью: предел текучести от 235 до 350 Н/мм, предел прочности от 335 до 425 Н/мм, относительное удлинение от 25 до 39%. При запредельных значениях заявленных параметров (составы №1 и №10) и использовании способа-прототипа (состав №11) достигаются свойства либо с низкой прочностью (состав №1 и №11), либо с низкой пластичностью (состав №10).
пр
Из таблицы 3 видно, что при содержании углерода в стали в соответствии с зависимостью [С]≥(0,0005·К-0,085) (составы №2-9) получен предел текучести требуемого класса прочности. В случае запредельного содержания углерода по приведенной зависимости получено низкое значение предела текучести (составы №1 и №11).
Таблица 2
Механические свойства готового проката
№ состава
Вид проката
Предел текучести σ<sub>т</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
Предел прочности σ<sub>в</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
Относительное удлинение δ<sub>80</sub>, %
1
Холоднокатаный
210 (низкое значение)
330
40
2
Холоднокатаный
235
335
39
3
Горячекатаный
240
340
37
4
Оцинкованный
245
340
36
5
Холоднокатаный
280
380
35
6
Холоднокатаный
290
385
33
7
Горячекатаный
275
375
30
8
Холоднокатаный
330
415
27
9
Горячекатаный
350
425
25
10
Холоднокатаный
400
460
15 (низкое значение)
11 (прототип)
Горячекатаный
245-294
387-452
35-40
Холоднокатаный
263-315
403-485
34-38