СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОГО ХОЛОДНОКАТАНОГО НЕПРЕРЫВНО ОТОЖЖЕННОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ IF-СТАЛИ
METHOD FOR PRODUCING HIGH-STRENGTH COLD-ROLLED CONTINUOUSLY ANNEALED FLAT STOCK OF IF-STEEL

90
90
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам производства высокопрочного холоднокатаного проката из сверхнизкоуглеродистых упрочненных IF-сталей (сталей без элементов внедрения), который может быть использован в автомобильной промышленности. Такие стали, отличаются высокими прочностными характеристиками, показателями пластичности, а также штампуемости (высокими значениями коэффициента нормальной пластической анизотропии r и коэффициента деформационного упрочнения n). Холоднокатаный прокат из таких сталей имеет благоприятное сочетание механических характеристик после отжига в агрегатах непрерывного отжига (АНО).
В настоящее время наиболее востребованы марки высокопрочных холоднокатаных автолистовых сталей классов прочности 180, 220 и 260, в том числе HC180Y, HC220Y и HC260Y по EN 10268, требования к свойствам которых представлены в таблице 1.
Видно, что при переходе к последующим маркам стали возрастают требования к прочностным характеристикам, а также несколько снижаются требования к пластичности, коэффициентам год и под. В настоящее время для получения проката каждого из указанных классов прочности, как правило, используют сталь определенного химического состава. При этом переход к более высоким классам прочности осуществляется за счет повышения содержания в стали легирующих элементов - марганца и фосфора. Очевидна целесообразность получения проката классов прочности 220 и 260 из менее легированной стали, используемой в настоящее время для получения проката класса прочности 180. Таким образом, актуально проведение работ, направленных на разработку кассетных технологий производства таких упрочненных сверхнизкоуглеродистых сталей, позволяющих получать из стали одного и того же химического состава уровень свойств, соответствующий различным классам прочности.
Известен способ производства холоднокатаного листового проката из IF-стали, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку, травление, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в агрегате непрерывного отжига (АНО) и дрессировку, согласно изобретению, в соответствии с которым выплавляют сталь унифицированного химического состава, содержащую, мас. %: С 0,002-0,006, Si 0,005-0,020, Mn - 0,08-0,13, Al - 0,03-0,06, Ti - 0,03-0,08, Fe и неизбежные примеси - остальное, температуру конца горячей прокатки назначают в интервале 900-930°С, температуру рекристаллизационного отжига назначают в интервале 830-840°С для проката с минимальным значением относительного удлинения 39-40% и 850-860°С для проката с минимальным значением относительного удлинения 42-44%, а температуру начала перестаривания назначают в соответствии с зависимостью (1):
где Тп.н. - температура начала перестаривания, °С, δтр. - требуемая минимальная величина относительного удлинения, %; 920 и 12,5 - эмпирические коэффициенты (патент RU 2721681, МПК C21D 8/04, С22С 38/14, опубликована 22.05.2020).
Данный способ позволяет из стали одного химического состава получать холоднокатаный прокат с различным уровнем свойств. Однако максимальное значение предела текучести, которое можно получить на стали такого химического состава, не превышает 180 МПа.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ производства высокопрочного холоднокатаного листа с превосходной штампуемостью. Высокопрочный холоднокатаный стальной лист содержит: не более 0,0040% С, 0,02-0,15% Si, 0,20-1,00% Mn, 0,02-0,09% Р, 0,015-0,06% Ti, 0,01-0,05% Nb, остальное - Fe и неизбежные примеси. Способ включает выплавку, непрерывную разливку, горячую прокатку, холодную прокатку и непрерывный отжиг, причем температура нагрева горячекатаной заготовки составляет 1170-1270°С, конечная температура горячей прокатки 850-960°С, а температура смотки 650-760°С; деформация при холодной прокатке 60-82%; температура отжига 760-880°С, время выдержки при температуре нагрева 60-210 с, температура замедленного охлаждения 630-700°С, а температура ускоренного охлаждения 300-500°С; удлинение при дрессировке 0,5-1,0%. Высокопрочный стальной лист, содержащий фосфор, обладает требуемыми свойствами при низком содержании углерода и микролегировании. Добавки в сталь определенного количества Nb и Ti способствуют более высокой пластичности. Используя соответствующую технологию прокатки и отжига, показатели производительности стали обеспечивают потребность в высокопрочных автомобильных штампованных деталях (заявка CN 101684533 (А), МПК C21D 8/02. С22С 38/14, опубликована 31.03.2010 - прототип).
Однако данным способом невозможно производство из упрочненной сверхнизкоуглеродистой стали одного химического состава холоднокатаного проката разных уровней прочности, в том числе, с высокими показателями пластичности и штампуемости, требования к которым приведены в таблице 1.
Техническим результатом настоящего изобретения является расширение технологических возможностей способа производства высокопрочного холоднокатаного проката из сверхнизкоуглеродистой стали путем получения из стали унифицированного химического состава проката с уровнем свойств, соответствующим классам прочности 180, 220 и 260, то есть создание кассетной технологии, при сохранении высоких показателей пластичности и штампуемости.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства высокопрочного холоднокатаного и отожженного проката, включающим выплавку стали, непрерывную разливку в слябы, горячую прокатку слитка, холодную прокатку полученного проката и рекристаллизационный отжиг, согласно изобретению, выплавляют сталь, содержащую, мас. %: С - 0,003-0,007, Si - 0,01-0,02, Мn - 0,35-0,55, Р - 0,03-0,05, Аl - 0,02- 0,06, Ti - 0,03-0,05, Nb - 0,03 0,05, Fe и неизбежные примеси - остальное, горячую прокатку заканчивают при температуре 840-920°С, рекристаллизационный отжиг проката из стали проводят при температуре, которую устанавливают в зависимости от класса прочности, численно равного минимально допустимому пределу текучести 180 МПа, 220 МПа и 260 МПа в соответствии с зависимостью:
Тотж.=[920-0,5×К]±15,
где К - коэффициент, численно равный минимально допустимому пределу текучести 180 МПа, 220 МПа и 260 МПа,
920 и 0,5 - эмпирические коэффициенты,
после рекристаллизационного отжига проводят перестаривание при температуре 420-460°С для проката из стали с минимально допустимым пределом текучести 180 МПа или при температуре 360-400°С для проката из стали с минимально допустимыми пределом текучести 220 МПа и 260 МПа.
90
90
Сущность изобретения заключается в том, что обеспечение необходимого комплекса механических свойств высокопрочного холоднокатаного проката сверхнизкоуглеродистой стали марок HC180Y, HC220Y и HC260Y по EN 10268, включающего предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, коэффициенты Г и П достигается использованием определенного унифицированного химического состава, единого для всех указанных марок, представленных в таблице 1, и способа получения проката, различающегося для указанных марок. Для всех марок сталей необходимым условием обеспечения требуемого комплекса свойств является соблюдение определенного содержания основных элементов, влияющих на свойства, мас.%: С 0,003- 0,007, Si 0,01-0,02, Мn - 0,35-0,55, Р - 0,03-0,05, Аl - 0,02-0,06, Ti - 0,03-0,05, Nb - 0,03-0,05, остальное - железо и неизбежные примеси.
Нижний предел содержания таких элементов, как углерод, кремний, марганец и фосфор определяется необходимостью обеспечения требуемой прочности. Превышение верхнего предела содержания указанных элементов, а также алюминия, титана и ниобия приводит к снижению пластичности.
Обеспечение содержания алюминия в стали не менее 0,02% гарантирует высокую степень раскисленности стали. Обеспечение содержания титана и ниобия в стали не менее 0,03% необходимо для полного связывания азота и углерода в стойкие карбонитридные соединения.
Для получения высоких показателей пластичности и штампуемости необходимо формирование однородного ферритного зерна, предупреждение повышенной разнозернистости. Одним из условий этого является окончание прокатки в температурном интервале 840-920°С. Окончание прокатки при более высоких температурах приводит к повышенной разнозернистости из-за развития собирательной рекристаллизации. Окончание прокатки при более низких температурах также приводит к повышенной разнозернистости из-за формирования на заключительных стадиях прокатки феррита, которое может происходить неравномерно по объему металла.
Повышение температуры отжига металла в АНО приводит к снижению прочностных характеристик, а также к повышению пластичности и показателей штампуемости (коэффициентов г и п) за счет более полного протекания рекристаллизационных процессов, а также из-за укрупнения наноразмерных выделений карбонитридов титана и ниобия. С этим связана необходимость снижения назначаемой температуры отжига с повышением класса прочности проката в соответствии с зависимостью (1). Использование более высоких температур отжига, чем рассчитанные по зависимости (1), не обеспечит требуемый уровень прочности. Использование более низких температур отжига, чем рассчитанные по зависимости (1), не обеспечит требуемые показатели пластичности и штампуемости из-за недостаточно полного протекания рекристаллизационных процессов.
Другим технологическим приемом, обеспечивающим повышение прочностных характеристик проката до уровня классов прочности 220 и 260, является использование низких температур начала перестаривания, которые совпадают с температурой окончания ускоренного охлаждения. Использование указанных температур в соответствии с интервалом, предусмотренным формулой изобретения, позволяет избежать образования
при перестаривании сегрегаций фосфора по границам зерен, который уходя из тела зерна на границы, снижает уровень твердорастворного упрочнения. Более высокие значения температуры начала перестаривания, чем предусмотренные формулой изобретения, не обеспечат требуемого уровня прочностных характеристик для каждого класса прочности. Более низкие значения указанной температуры не обеспечат требуемый уровень показателей пластичности и штампуемости.
Примеры реализации изобретения
Сталь двух вариантов химического состава была получена при лабораторной выплавке в вакуумной индукционной печи. В таблице 2 приведен химический состав стали.
Горячую прокатку полученных слитков на толщину 3 мм производили по режиму: температура нагрева 1150°С, температура окончания прокатки Ткп - 829-935°С. После окончания прокатки полосу охлаждали до температуры Тсм=690°С и далее выдерживали в печи, нагретой до такой же температуры, в течение 1 ч с последующим охлаждением с печью (имитация охлаждения смотанного рулона).
Полученные горячекатаные полосы подвергали травлению для удаления окалины и холодной прокатки на толщину 1 мм (суммарное обжатие 67%).
Из полученных холоднокатаных полос изготавливали образцы для проведения моделирующей термической обработки на исследовательском комплексе Gleebl 3800. Температуру рекристаллизационного отжига назначают для проката класса прочности 180 в интервале 804-856°С, для проката классов прочности 220 в интервале 785-835°С и для проката 260 - в интервале 763-828°С. Температуру начала перестаривания для проката класса прочности 180 назначают в интервале 409-476°С, для проката классов прочности 220 и 260 - в интервале 351-416°С.
Результаты механических испытаний стали после моделирования отжига по различным режимам, соответствующим и не соответствующим формуле изобретения, с целью проверки возможности обеспечения уровня свойств сталей марок HC180Y, HC220Y и HC260Y по EN 10268 приведены также в таблице 3. В таблице приведены также диапазоны значений параметров Ткп, Тотж и Тп.н., соответствующие формуле изобретения, и требования EN 10268 к свойствам проката указанных марок сталей. Выделены значения технологических параметров, не соответствующих формуле изобретения, и неудовлетворительных механических свойств.
Для стали состава А, имеющей повышенное содержание углерода, марганца и фосфора при прочих равных условиях (одинаковых температурных параметрах обработки) получены низкие значения пластичности и штампуемости, не соответствующие требованиям стандарта (варианты A1-А21).
Показатели прочности и пластичности, соответствующие EN 10268, достигаются при обработке образцов из стали состава Б по режимам, соответствующим формуле изобретения (режимы Б1, Б8, Б15). Очевидно, что для гарантированного получения уровня свойств, соответствующим сталям марок HC180Y, HC220Y и HC260Y по EN 10268, должны использоваться стали с химическим составом, соответствующим формуле изобретения.
Повышение температуры окончания прокатки (режимы Б3, Б10, Б17), как и понижение температуры (режимы Б2, Б9, Б16) приводит к снижению пластичности и штампуемости ниже предъявляемых требований.
Для проката стали марок HC180Y, HC220Y и HC260Y при использовании температур рекристаллизационного отжига Тотж ниже полученных по зависимости (1) (режимы Б4, Б11, Б18) снижается пластичность и штампуемость. Повышение температуры (режимы Б5, Б12, Б19), приводит к понижению прочностных характеристик ниже предъявляемых требований и повышению пластичности и показателей штампуемости.
Повышение температуры начала перестаривания, приводит к снижению прочностных характеристик (режимы Б7, Б14, Б21), а более низкие значения температуры начала перестаривания не обеспечивают требуемые значения показателей пластичности и штампуемости (режимы Б6, Б13, Б20).
Таким образом, на образцах холоднокатаного проката из стали заявленного состава требуемый для трех марок HC180Y, HC220Y и HC260Y комплекс свойств, стабильный повышенный уровень пластичности и штампуемости, а также создание кассетной технологии обеспечиваются при выполнении требований по режиму производства проката, изложенному в формуле изобретения.