СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕНТЫ ИЗ ДВУХФАЗНОЙ СТАЛИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ
METHOD FOR OBTAINING STRIP FROM DUPLEX STEEL OF INCREASED STRENGTH

Изобретение относится к способу изготовления холодно- или горячекатаной ленты из двухфазной стали повышенной прочности с усовершенствованной характеристикой деформируемости, предназначенной, в частности, для автомобилей облегченной конструкции согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Жесткая борьба за автомобильный рынок вынуждает изготовителей к постоянному поиску в т.ч. решений по снижению удельного расхода топлива при сохранении наивысшего комфорта и максимальной безопасности пассажиров. При этом решающее значение имеют, с одной стороны, снижение веса всех компонентов автомобиля и, с другой стороны, по возможности оптимальные свойства отдельных конструктивных элементов при большой статической и динамической нагрузке во время эксплуатации, а также в случае аварии. Такую необходимость поставщики стараются учесть таким образом, чтобы посредством высокопрочных сталей и сталей с повышенной прочностью стало возможным уменьшить толщину стенок при одновременном улучшении свойств конструктивных элементов как в процессе их изготовления, так и при эксплуатации. Поэтому такие стали должны отвечать повышенным требованиям в отношении прочности, растяжимости, вязкости, поглощения энергии и обрабатываемости, например, при холодной деформации, сварке и/или обработке поверхности.
В данной области все большее применение находят так называемые двухфазные стали, обладающие положительной деформируемостью при одновременно высоких прочностных показателях. При этом двухфазные стали имеют преимущественно ферритно-мартенситную структуру.
В этой связи будут рассмотрены как холоднокатаные, так и горячекатаные ленты из двухфазных сталей.
Обычно холоднокатаные стальные ленты по экономическим соображениям обжигают непрерывным способом с целью рекристаллизации и получения хорошо деформируемого тонкого листа.
В зависимости от состава сплава и толщины ленты режим печи (скорость протяжки, температура отжига, скорость охлаждения) задается в соответствии с требуемой структурой, а также механическими и технологическими свойствами.
Для получения двухфазной структуры холоднокатаную ленту нагревают в проходной отжигательной печи до такой температуры, чтобы при охлаждении образовалась требуемая ферритно-мартенситная структура.
Если вследствие жестких требований в отношении коррозионной защиты поверхность горяче- или холоднокатаных лент подлежит цинкованию горячим способом, то отжиг проводится обычно в проходной отжигательной печи, расположенной перед цинковальной ванной.
Также и в горячекатаной ленте, в зависимости от состава легирующих компонентов, в некоторых случаях требуемую двухфазную структуру задают лишь во время отжига в проходной печи с тем, чтобы на основе по возможности однородной аустенитной структуры можно было достигнуть требуемых механических свойств.
При непрерывном отжиге горяче- и холоднокатаных лент из двухфазных сталей с известным из источников ЕР 0152665 В1, ЕР 0691415 В1 и ЕР 0510718 В1 составом легирующих элементов трудность заключается в том, что для параметров отжига существует лишь узкое технологическое окно, необходимое для обеспечения однородных механических свойств по длине ленты.
Для достижения стабильности таких сталей при рекристаллизационном отжиге холодной ленты, достаточной для образования требуемой двухфазной структуры, известные стали содержат в соответствующих количествах, например, Cr, Mo, Nb или В. На стоимость выплавки двухфазной стали большое влияние оказывают в этом случае, в частности, такие дорогостоящие элементы, как Cr и Mo.
Узкое технологическое окно означает в этой связи, что в зависимости от толщины отжигаемой ленты должна выбираться скорость ее протяжки такой, чтобы в ленте обеспечивалось равномерное распределение температуры, а также достигались при охлаждении требуемая двухфазная структура и механические и технологические свойства.
При больших технологических окнах требуемые свойства ленты достигаются при одних и тех же параметрах печи при разных толщинах отжигаемых лент.
В процессе изготовления часто приходится последовательно отжигать в зависимости от предписания также ленты разной толщины, например 1,5 и 2,0 мм.
Равномерное распределение температуры трудно осуществимо как раз при разных толщинах в переходном диапазоне от одной ленты к другой и приводит при составах сплава со слишком узким технологическим окном к тому, что более тонкая лента либо слишком медленно протягивается через печь, что снижает производительность, либо более толстая лента слишком быстро протягивается через отжигательную печь, вследствие чего возникает опасность, что не произойдет равномерного распределения температуры и, следовательно, не будут получены необходимые механические и технологические свойства. Следствием этого является рост брака или числа рекламаций со стороны заказчика.
Особо острой становится проблема слишком узкого технологического окна при отжиге в том случае, когда требуется изготовить оптимальные по нагрузке конструктивные элементы из горяче- или холоднокатаной ленты, толщина которых изменяется по их длине и, при необходимости, ширине, т.е. после гибкой прокатки. Способ изготовления стальной ленты с меняющейся толщиной по длине раскрыт, например, в источнике DE 10037867 A1.
В случае применения известных составов легирующих элементов для двухфазных сталей, из-за узкого технологического окна с большим трудом возможно обеспечить при непрерывном отжиге лент разной толщины одинаковые механические свойства по всей их длине.
При гибком способе горячей или холодной прокатки лент из сталей известных составов при наличии очень малых технологических окон участки ленты меньшей толщины обладают из-за процессов деформации при охлаждении либо слишком низкой прочностью, обусловленной повышенным содержанием феррита, либо участки ленты с большей толщиной характеризуются слишком большими показателями, вызванными повышенным содержанием мартенсита. Однородные механические и технологические свойства ленты по ее длине и ширине практически не достижимы при известных составах легирующих элементов при непрерывном отжиге.
Поэтому в основу изобретения положена задача создания более оптимального по стоимости состава легирующих элементов в стали с повышенной прочностью и двухфазной структурой, с помощью которого технологическое окно для непрерывного отжига горяче- и холоднокатаных лент может быть расширено настолько, что наряду с лентами разной толщины могут изготавливаться и стальные ленты с изменяющейся толщиной по их длине и, при необходимости, ширине с достижением по возможности однородных механических и технологических свойств.
Согласно изобретению поставленная задача решается посредством стали следующего состава, вес.%:
С
0,1-≤0,16,
Al
0,02-≤0,05,
Si
0,40-≤0,60,
Mn
1,5-≤2,0,
P
≤0,020,
S
≤0,003,
N
≤0,01,
Nb
≥0,01,
V
≥0,02,
остальное - железо и присущие стали сопутствующие элементы, а также оптимальные добавки Ti в количестве ≤0,01 мас.%, при этом необходимая двухфазная структура достигается во время непрерывного отжига, причем холодно- или горячекатаная стальная лента нагревается в проходной отжигательной печи за одну стадию до температуры от 820 до 1000°С, предпочтительно от 840 до 1000°С, затем отожженная стальная лента охлаждается с температуры отжига при скорости от 15 до 30°С/с.
Двухфазная сталь повышенной прочности согласно изобретению, предназначенная для автомобилей облегченной конструкции, характеризуется тем, что в результате целевой добавки ванадия и ниобия и при отказе от дорогостоящих легирующих элементов, таких как молибден и хром, достигается настолько высокая стабильность, что благодаря ей при непрерывном отжиге может обеспечиваться требуемая двухфазная структура с однородными механическими и технологическими свойствами также и в лентах с изменяющейся толщиной по их длине и ширине с полностью аустенитной матрицей при очень высокой надежности процесса.
При обширных лабораторных исследованиях неожиданно было установлено, что в результате целевой добавки V в сочетании с Nb может быть получена двухфазная сталь, которая обеспечивает заметно более широкое технологическое окно при непрерывном отжиге. Также и при отжиге лент с разной толщиной и лент с изменяющейся толщиной могут достигаться при прочих постоянных параметрах печи одинаковые структуры, а также механические и технологические свойства лент.
Сталь, согласно изобретению, обеспечивает преимущество, заключающееся в достижении заметно большего технологического окна по сравнению с известными сталями. Результатом этого является повышенная надежность процесса при непрерывном отжиге или горячем цинковании холодно- или горячекатаной ленты с двухфазной структурой. Таким образом как в лентах горячего цинкования, так и в только горяче- или холоднокатаных лентах после непрерывного отжига могут достигаться однородные механические и технологические свойства. Это относится к непрерывному отжигу следующих друг за другом лент с разной толщиной, а также в особенности к лентам с изменяющейся толщиной по их длине и ширине.
Если согласно изобретению способом непрерывного отжига изготавливают горяче- или холоднокатаные ленты из двухфазной стали с изменяющейся толщиной, то из такого материала могут быть предпочтительно изготовлены способом деформации оптимальные по нагрузке конструктивные элементы.
Согласно изобретению речь идет о двухфазной стали с ок. 20% локальных включений мартенсита, относящейся к классу прочности ок. 800 МПа, предназначенной, в частности, для непрерывного горячего цинкования и для применения в установке непрерывного отжига. Путем факультативной добавки титана в количестве ≤0,01% задается согласно изобретению за счет образования нитридов или карбонитридов, в зависимости от содержания азота в стали, мелкозернистость структуры и оказывается воздействие на механические и технологические свойства.
Благодаря своей нечувствительности к технологическим колебаниям при термообработке создается область применения стали в виде прокатки лент с изменяющимися толщинами в продольном и поперечном направлениях по отношению к направлению прокатки.
Такая нечувствительность достигается применением ниобия и прежде всего ванадия, образующих при охлаждении стабильную или свободную от превращения зону.
Для достижения соответствующего эффекта сталь согласно изобретению содержит ванадий в количестве по меньшей мере 0,02% и ниобий в количестве по меньшей мере 0,01%. При этом ниобий действует также в качестве измельчающего зерно элемента, причем размер добавки ниобия корректируется с современным содержанием углерода и азота в стали.
Согласно изобретению также и добавка ванадия корректируется с содержанием углерода и азота, при этом однако размер добавки задается таким, чтобы для достижения достаточно большой стабильности поддерживалось достаточное количество ванадия в растворе. Если при непрерывном отжиге стремятся получить по возможности стабильные свойства и, следовательно, по возможности широкое технологическое окно, то содержание ванадия должно составлять не менее 0,06-0,10%, а содержание ниобия - более 0,02-0,05%. Дальнейшее повышение содержания ванадия или ниобия не ведет к дополнительному улучшению с учетом последующего замедленного фазового превращения стали и, следовательно, ширины технологического окна при непрерывном отжиге.
С целью достижения по возможности однородной исходной структуры для получения двухфазной структуры сначала отжигаемую ленту нагревают до температуры, при которой структура является полностью аустенитной. При этом температура отжига для стали, согласно изобретению, составляет, в основном, от 820 до, в основном, 1000°С, что зависит от конкретного состава сплава.
В ходе проведенных исследований было установлено, что для данной стали существует диапазон, в котором несмотря на температуру ниже 800°С не происходит обратного превращения аустенита в феррит, бейнит или мартенсит. Особое значение имеет при этом температурный диапазон ок. 450°С, так как в этом случае температура цинковой ванны соответствует горячему цинкованию.
Содержание феррита и аустенита (его остатка), образующееся при охлаждении, сохраняется вплоть до окончания технологической операции «цинкование». При последующем охлаждении остаточная часть аустенита полностью переходит в мартенсит. Параметры цинкования могут варьироваться в широком диапазоне. В зависимости от толщины ленты скорость цинкования составляет от 60 до 120 м/мин. Скорость охлаждения перед цинковой ванной и после нее остается относительно низкой и составляет 10-30°С/с.
Полученный материал может применяться на линии горячего цинкования или в установке только для непрерывного отжига в виде холодно- или горячекатаной ленты в дрессированном или не дрессированном состоянии, а также после термообработки (промежуточного отжига).
Одновременно присутствует возможность для увеличения или снижения доли феррита путем целенаправленного изменения режима охлаждения перед цинковой ванной. В результате становится возможной, например, выплавка сталей с частичным содержанием мартенсита.