СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ЛИСТОВОЙ СВЕРХНИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
METHOD OF PRODUCING COLD-ROLLED SHEET STEEL FROM ULTRA-LOW-ALLOY STEEL

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении холоднокатаного упрочняемого автомобильного листа, обладающего ВН-эффектом.
Известен способ производства холоднокатаной листовой сверхнизкоуглеродистой стали, включающий получение горячекатаного подката, травление, холодную прокатку, отжиг при температуре 700°С и дрессировку (Патент РФ №2233905, МПК С22С 38/14, 2004 г.).
Недостатками известного способа являются отсутствие ВН-эффекта у холоднокатаной стали, а также низкий выход годного из-за недостаточных прочностных свойств.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаной листовой сверхнизкоуглеродистой стали, включающий изготовление горячекатаного подката, холодную прокатку полос, трехступенчатый рекристаллизационный отжиг рулонов при температуре 720-730°С в колпаковой печи с регламентированными скоростями нагрева на ступенях и последующую дрессировку (Патент РФ №2313584, МПК C21D 8/04, С22С 38/16, 2007 г.).
Недостатки известного способа состоят в том, что готовая листовая сталь имеет низкий ВН-эффект и низкий выход годного. Обусловлено это тем, что различные витки рулонов по толщине намотки при колпаковом отжиге нагреваются и охлаждаются с различными скоростями, вследствие чего механические свойства и показатель ВН-эффекта низкие и неравномерные. Кроме того, сочетание обжатия при дрессировке и последующей деформации при штамповке (или растяжения образцов при имитации штамповки), а также шероховатости поверхности валков, определяющие конечную текстуру и ВН-эффект готовой металлопродукции, не оптимально.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении ВН-эффекта и выхода годного.
a
Для решения технической задачи в известном способе производства холоднокатаной листовой сверхнизкоуглеродистой стали, включающем изготовление горячекатаного подката, холодную прокатку полос, рекристаллизационный отжиг с выдержкой при температуре 720-760°С и дрессировку, согласно изобретению холодную прокатку ведут с суммарным относительным обжатием 70-85%, продолжительность выдержки при температуре рекристаллизационного отжига устанавливают равной 22-25 ч, а дрессировку ведут с относительным обжатием 0,7-1,5% в валках с шероховатостью поверхности 1,8-4,7 мкм R.
Сущность изобретения состоит в следующем. Холоднокатаные листовые стали с ВН-эффектом (Bake Hardening effect) характеризуются тем, что в состоянии поставки они обладают низкой прочностью и высокой штампуемостью, а после окраски отштампованных изделий и сушки при температуре 160-180°С достигается повышение прочностных свойств стали. Обусловлено это тем, что дислокации в сверхнизкоуглеродистой стали затормаживаются атомами углерода (атомами внедрения), находящимися в ферритной матрице, а также границами преобладающих ориентировок кристаллов α-железа.
Необходимая концентрация атомов внедрения обеспечивается классом стали: в сверхнизкоуглеродистых сталях она составляет от 5 до 20 ppm (частей на миллион) в зависимости от интенсивности их выпадения, зависящей от суммарного обжатия при холодной прокатке, температуры отжига, обжатия при дрессировке и степени деформации при растяжении, имитирующем деформацию при штамповке, а также характера течения металла по толщине, определяемого шероховатостью рабочих валков дрессировочного стана.
Экспериментально установлено, что холодная прокатка с суммарным относительным обжатием 70-85% и последующий отжиг при 720-760°С способствуют формированию наиболее благоприятной с точки зрения штампуемости кристаллографической ориентировки {111}. Выдержка при температуре отжига 720-760°С в течение 22-25 ч способствует полному выравниванию температуры по сечению рулонов садки, завершению процессов рекристаллизации, выравниванию механических свойств по длине отожженных полос в результате диффузии растворенного углерода.
a
Обжатие при дрессировке 0,7-1,5% в валках с шероховатостью 1,8-4,7 мкм R обеспечивает интенсификацию пластического течения центральных (по толщине) слоев металла, устранение площадки текучести на диаграмме растяжения стали, стимулирует более полное выделение и равномерное распределение атомов внедрения в процессах последующей штамповки (или имитирующего штамповку растяжения образца) и сушки окрашенных изделий при 160-180°С. Это повышает ВН-эффект сверхнизкоуглеродистой стали и выход годной металлопродукции.
Экспериментально установлено, что при суммарном относительном обжатии при холодной прокатке менее 70% имеет место снижение энергии активации деформированных зерен феррита, что ведет к формированию неравномерной зеренной структуры, снижению пластических свойств и ВН-эффекта. Увеличение суммарного относительного обжатия более 85% способствует измельчению микроструктуры феррита, уменьшению ВН-эффекта.
Рекристаллизационный отжиг при температуре ниже 720°С снижает штампуемость стали. Увеличение этой температуры более 760° приводит к коагуляции углерода вследствие повышенной диффузионной подвижности атомов углерода, что ухудшает ВН-эффект.
При продолжительности рекристаллизационного отжига менее 22 ч не достигается завершение процессов рекристаллизации и диффузионных процессов, особенно в отстающих по нагреву участках рулонов холоднокатаных полос. Увеличение продолжительности выдержки более 25 ч никак не сказывается на величине ВН-эффекта и выходе годного, а лишь удлиняет технологический цикл и увеличивает энергозатраты, что нецелесообразно.
a
a
При обжатии в процессе дрессировки менее 0,7% или шероховатости поверхности валков менее 1,8 мкм R снижается ВН-эффект и выход годного. Увеличение обжатия более 1,5% или шероховатости поверхности валков более 4,7 мкм R приводит к потере пластичности, снижению ВН-эффекта и ухудшению качества поверхности холоднокатаных листов, снижению выхода годного.
Примеры реализации способа
0
1
Горячекатаные травленые полосы толщиной Н=3,2 мм из сверхнизкоуглеродистой стали марки 01ЮПД, содержащей 0,002% углерода, подвергают холодной прокатке на непрерывном 5-клетевом стане 1700 в полосы толщиной Н=0,7 мм и сматывают в рулоны. Суммарное относительное обжатие при этом составляет:
0
0
Рулоны холоднокатаных полос загружают в одностопную водородную муфельную печь с газовым обогревом, после чего нагревают до температуры отжига Т=740°С. Нагретые рулоны выдерживают при температуре отжига Т=740°С в течение времени τ=23 ч. За время выдержки достигается выравнивание температурного поля витков полос всех рулонов садки и полностью завершаются процессы диффузии и рекристаллизации ферритной матрицы холоднокатаной сверхнизкоуглеродистой стали.
a
Отожженные холоднокатаные полосы подвергают дрессировке на одноклетевом дрессировочном стане кварто 1700, бочки рабочих валков которого насечены на машине электроразрядного текстурирования до шероховатости R=3,3 мкм. Обжатие при дрессировке поддерживают равным ε=1,2%.
После дрессировки от холоднокатаных полос отбирают пробы для определения механических свойств путем испытания на разрыв по стандартной методике.
2
т
т
2
Для оценки ВН-эффекта образцы листовой стали, дрессированной с обжатием 0,7-1,5%, подвергают дополнительной пластической деформации растяжением на величину 2%, имитирующим деформирование при штамповке, с фиксацией напряжения σ. Таким образом, при дрессировке с обжатием 0,7-1,5% и имитирующем деформировании образцы стали претерпевают оптимальную суммарную (накопленную) пластическую деформацию 2,7-3,5%. После этого образцы нагревают до температуры t=170°С, при которой выдерживают 20 мин, имитируя сушку окрашенных изделий. Полученные образцы с выделившимися в результате пластической деформации и нагрева атомами внедрения подвергают испытанию на растяжение по стандартной методике с определением предела текучести σ. Величину ВН-эффекта определяют как разность: ВН=σ-σ.
2
По результатам испытаний полосы, для которых значение ВН<60 Н/мм, отсортировывают и направляют на заказы менее ответственного назначения.
Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности представлены в таблице.
Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение ВН-эффекта и стабильность механических свойств холоднокатаной листовой стали. Это, в свою очередь, обеспечивает повышение выхода годного. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также реализации известного способа (наиболее близкого аналога, вариант №6) имеет место снижение ВН-эффекта, возрастает неравномерность механических свойств и снижается выход годного.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что холодная прокатка с суммарным относительным обжатием 70-85% подготавливает деформированную микроструктуру сверхнизкоуглеродистой стали к рекристаллизационному отжигу. Рекристаллизационный отжиг при 720-760°С с выдержкой 22-25 ч обеспечивает полное выравнивание
Таблица
Режимы производства холоднокатаной листовой сверхнизкоуглеродистой стали и показатели их эффективности
№ п/п
ε<sub>Σ</sub>, %
Т<sub>0</sub>, °С
τ, ч
ε<sub>др</sub>, %
R<sub>a,</sub> мкм
σ<sub>в</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
σ<sub>т</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
δ<sub>4</sub>, %
r
n
ВН, Н/мм<sup>2</sup>
Выход годного,%
1.
65
710
21
0,6
1,7
330-360
230-250
32-36
2,0-2,2
0,20-0,22
57-60
65,5
2.
70
720
22
0,7
1,8
340
210
47
2,4
0,24
70
99,7
3.
78
740
23
1,2
3,3
330
200
48
2,5
0,25
70
99,8
4.
85
760
25
1,5
4,7
330
200
48
2,4
0,24
75
99,7
5.
87
780
25
1,6
4,9
315-340
200-215
39-42
2,1-2,2
0,22
58-62
66,2
6.
68
700
не регл.
1,7
0,7
310-345
200-220
38-45
2,0-2,1
0,21-0,22
45-60
65,4
Примечания: r - коэффициент нормальной пластической анизотропии;
n - показатель деформационного упрочнения.
a
механических свойств и микроструктуры стали по длине полос, равномерное распределение растворенного углерода в результате диффузионных процессов по объему ферритной матрицы. Дрессировка с относительным обжатием 0,7-1,5% в валках с шероховатостью поверхности 1,8-4,7 мкм R является наиболее предпочтительной, так как эта деформация суммируется с имитирующим растяжением на 2%, благодаря чему генерируется наибольшее число атомов внедрения при температуре сушки 160-180°С. В результате достигается повышение ВН-эффекта и увеличение выхода годной металлопродукции.
В качестве базового объекта принят наиболее близкий аналог. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства холоднокатаной листовой сверхнизкоуглеродистой стали на 15-23%.