Способ производства высокопрочной особонизкоуглеродистой холоднокатаной стали с высокой пластичностью
METHOD FOR PRODUCTION OF HIGH-STRENGTH ULTRA LOW CARBON COLD-ROLLED STEEL WITH HIGH DUCTILITY

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, масс. %:
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+1,5S, 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.
Для повышения прочностных характеристик в особонизкоуглеродистую сталь добавляют марганец, фосфор и кремний. Для сохранения высокой пластичности выплавляют сталь типа IF без элементов внедрения, таких как углерод, азот, сера. Для связывания этих элементов производят микролегирование титаном и/или ниобием. При этом образуются карбиды и нитриды титана.
Однако, с увеличением длительности отжига в интервале используемых температур, в структуре образуются включения типа FeTiP, где Fe, Ti, Р - железо, титан, фосфор. Данные включения термодинамически становятся более устойчивы с увеличением длительности термообработки и выделяются по границам зерен, что приводит к ограничению их роста и разнозернистости готовой стали, что негативно сказывается на получении требуемых механических свойств после отжига в колпаковых печах.
Предлагаемое техническое решение направлено на решение задачи по обеспечению требуемого уровня механических свойств и стабилизации их получения при отжиге в колпаковых печах.
Указанный результат достигается при осуществлении способа производства холоднокатаной полосы из высокопрочной особонизкоуглеродиетой стали. Способ включает выплавку стали, разливку на слябы, горячую прокатку, смотку, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку полос, при этом выплавляют сталь, содержащую, мас. %:
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 0,09,
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,
холодную прокатку проводят с суммарным обжатием 65-90%, а рекристаллизационный отжиг полосы проводят в колпаковых печах с достижением температуры 751-830°С.
Согласно второму варианту осуществления способа производства холоднокатаной полосы из высокопрочной особонизкоуглеродистой стали проводят выплавку стали, разливку на слябы, горячую прокатку, смотку, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку полос, при этом выплавляют сталь, содержащую, мас. %:
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 0,09,
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,
холодную прокатку проводят с суммарным обжатием 65-90%, а рекристаллизационный отжиг полосы проводят в колпаковых печах при температуре 730-750°С.
Согласно третьему варианту осуществления способа производства холоднокатаной полосы из высокопрочной особонизкоуглеродистой стали проводят выплавку стали, разливку на слябы, горячую прокатку, смотку, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг и дрессировку полос, при этом выплавляют сталь, содержащую, мас. %:
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 0,04-0,05,
ниобий не более 0,09,
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,
холодную прокатку проводят с суммарным обжатием 65-90%, а рекристаллизационный отжиг полосы проводят в колпаковых печах при температуре 650-729°С.
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 при длительной выдержке в процессе отжига в соединения типа FeTiP, которые значимо ухудшают механические свойства стали.
Титан добавляют для эффективного связывания углерода в процессе горячей прокатки и последующего охлаждения, и исключения его перехода при последующем отжиге в твердый раствор. Содержание титана не более 0,12% связано с необходимостью исключения образования включений типа FeTiP.
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 0,09% 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, молибден, 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 751-830°С. При нагреве до указанных температур происходит растворение включений типа FeTiP и образование карбидов титана. Имеющийся фосфор в большей части переходит в твердый раствор и в дальнейшем практически не образует включений.
В том случае, когда по технологическим причинам невозможно увеличить температуру выдержки свыше 750°С, для рекристаллизационного отжига выбирают температуру в интервале 730-750°С. В данном случае происходит эффективное упрочнение феррита фосфором при минимальной склонности стали к образованию включений типа FeTiP, что обеспечивает высокие пластические свойства стали.
Для случаев, когда температура выдержки не достигает 730°С, ограничивают содержание титана в диапазоне 0,04-0,05. Данный интервал обеспечивает получение минимального количества включений типа FeTiP при рекристаллизационном отжиге в колпаковых печах при данных температурах.
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; 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 с обжатиями 68%, отжиг при температуре 752°С и дрессировку со степенью 0,5%.
По результатам механических испытаний получены следующие результаты: предел прочности 401-405 МПа, предел текучести 267-271 МПа, относительное удлинение 33,8 - 34,7%.
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 с обжатиями 69%, отжиг при температуре 749°С и дрессировку со степенью 0,58%.
По результатам механических испытаний получены следующие результаты: предел прочности 366-377 МПа, предел текучести 229-235 МПа, относительное удлинение 35-35,4%.
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 с обжатиями 68%, отжиг при температуре 728°С и дрессировку со степенью 0,75%.
По результатам механических испытаний получены следующие результаты: предел прочности 352-361 МПа, предел текучести 204-206 МПа, относительное удлинение 35,5-37%.
Таким образом, разработанный способ производства высокопрочной особонизкоуглеродистой холоднокатаной стали с высокой пластичностью обеспечивает получение заданного комплекса механических свойств, сочетающих высокие прочность и пластичность стальной полосы.
Исследование научно-технической литературы показало отсутствие аналогичных технических решений, т.е. изобретение соответствует критерию «Новизна».