СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ПОЛОСЫ (ВАРИАНТЫ)
MANUFACTURING METHOD OF COLD-ROLLED STRIP (VERSIONS)

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаной полосы повышенной прочности, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.
Одним из определяющих качеств автолиста является его способность к вытяжке при штамповке деталей автомобиля. Холоднокатаные полосы с повышенной прочностью и высокой способностью к вытяжке в зависимости от класса прочности должны соответствовать определенному комплексу механических свойств (например, согласно таблице 1):
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, а выдержку в течение 11-34 часов при температурах 650-750°С в колпаковых печах [Патент РФ №2258749, МПК С21D 8/04, C21D 9/48, 20.08.2005 г.].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 180 до 260.
Известен способ производства листовой стали, включающий разливку слябов из стали, содержащей, масс. %:
Углерод
0,002-0,007
Кремний
0,005-0,050
Марганец
0,08-0,16
Алюминий
0,0-0,05
Титан
0,05-0,12
Фосфор
не более 0,015
Сера
0,003-0,010
Хром
не более 0,04
Никель
не более 0,04
Медь
не более 0,04
Азот
не более 0,006
Железо
остальное,
нагрев слябов до 1150-1240°С, горячую прокатку с температурой конца прокатки не ниже 870°С, охлаждение водой до 550-730°С, смотку в рулоны, холодную прокатку с суммарным обжатием не менее 70%, отжиг при 700-750°С с выдержкой при этой температуре в течение 11-34 часов, дрессировку с обжатием 0,4-1,2% [Патент РФ №2197542, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, 28.06.2001 г.].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств классов прочности от 180 до 260.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий разливку слябов из стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, масс. %:
Углерод
0,001-0,006
Кремний
0,005-0,04
Марганец
0,05-0,25
Алюминий
0,01-0,08
Титан
0,01-0,09
Ниобий
не более 0,05 (может его не быть)
Бор
не более 0,001
Хром
не более 0,06
Никель
не более 0,06
Медь
не более 0,06
Сера
не более 0,012
Фосфор
не более 0,10
Азот
не более 0,006
Железо
остальное
горячую прокатку с температурой конца прокатки 850-910°С, охлаждение водой до 540-730°С, смотку в рулоны, холодную прокатку с суммарным обжатием 65-88%, отжиг при 700-750°С с выдержкой при этой температуре в течение 10-25 часов, дрессировку устанавливают с обжатием 0,2-0,6% при соотношении Ti/(4C+3,43N+1,5S)>1; а при соотношении меньше единицы - равным 0,61-1,2%. При наличии ниобия и соотношениях Ti/3,43N>1 и Nb/7,75C>1 обжатие при дрессировке устанавливают равным 0,20-0,60%, а при соотношении меньше единицы - равным 0,61-1,2% [Патент РФ №2277594, МПК C21D 8/04, C21D 9/48, 30.03.2005 г. - прототип].
Недостатки известного способа состоят в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 180 до 260.
Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик стали с сохранением высокой пластичности для обеспечения глубокой штамповки. Для повышения прочностных характеристик в сталь добавляют марганец и фосфор. Для сохранения высокой пластичности выплавляют сталь типа IF без элементов внедрения, таких углерод, азот, сера. Для связывания этих элементов производят микролегирование титаном и/или ниобием.
экв
Технический результат достигается тем, что в способе производства холоднокатаной полосы, включающем выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг в колпаковых печах и дрессировку, выплавляют сталь, содержащую 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%, 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, в первом варианте сталь содержит титана 0,01-0,09% и ниобия не более 0,010% при выполнении соотношений Ti≥4C+3,43N+1,5S, во втором варианте сталь содержит титана 0,01-0,07% и ниобия 0,01-0,07% при выполнении соотношений Ti≥3,43N, Nb≥7,75С, где Ti, С, N, S, Nb - содержание титана, углерода, азота, серы, ниобия, горячую прокатку заканчивают при температуре 810-910°С, смотку полос ведут при температуре 510-710°С, холодную прокатку с суммарным обжатием 40-95%, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 600-750°С с выдержкой при этой температуре 8-35 часов, а дрессировку полос производят с обжатием 0,4-2,5%. Сталь может дополнительно содержать 0,0005-0,005% бора и/или 0,0003-0,001% кальция. Углеродный эквивалент стали может определяться соотношением С=С+(Мn+Si)/6≤0,28.
Сущность изобретения состоит в следующем. На механические свойства холоднокатаной листовой стали влияют как химический состав стали, так и режимы деформационно-термической обработки.
Углерод - один из упрочняющих элементов. Увеличение содержания углерода более 0,006% приводит к снижению пластичности, ухудшению штампуемости.
Кремний в стали применен как раскислитель. При увеличении кремния более 0,30% имеет место охрупчивание стали, снижается пластичность, ухудшается штампуемость.
Марганец обеспечивает получение заданного комплекса механических свойств. При содержании марганца менее 0,26% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 1,60% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.
Фосфор упрочняет сталь, повышает твердость феррита и усиливает выделение дисперсных карбидных включений. Увеличение содержания фосфора более 0,12% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее штампуемость.
Хром, никель, медь упрочняют ферритную матрицу. При содержании хрома, никеля более 0,15% каждого и меди более 0,50% снижается пластичность стали, ухудшается ее штампуемость.
Титан и ниобий применены как легирующие элементы. Микролегирование титаном (по первому варианту) или титаном и ниобием (по второму варианту) обеспечивает удаление из твердого раствора примесей внедрения (углерода, азота и серы). Минимальное содержание титана и ниобия определяется требованием достаточного удаления из твердого раствора примесей внедрения. Увеличение содержания титана более 0,09% и ниобия более 0,07% нецелесообразно вследствие чрезмерного упрочнения стали, из-за удорожания стали.
При легировании титаном должно выполняться соотношение:
При легировании титаном и ниобием должны выполняться соотношения:
Ванадий и молибден упрочняют ферритную матрицу. При содержании ванадия более 0,010% и молибдена более 0,015% ухудшается штампуемость и увеличивается себестоимость стали.
Алюминий введен в сталь как раскислитель. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность стали, сталь становится склонной к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,09% приводит к ухудшению штампуемости.
Азот является элементом, упрочняющим сталь. Увеличение содержания азота более 0,007% приводит к снижению пластичности и способствует старению стали.
Сера является примесным элементом и упрочняет ферритную матрицу за счет образования сульфидов марганца. Увеличение содержания серы более 0,018% приводит к ухудшению штампуемости.
Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности с высокой пластичностью углеродный эквивалент стали должен быть регламентирован в соответствии с выражением:
При запредельном значении углеродного эквивалента более 0,28 ухудшается пластичность.
Горячая прокатка с температурами конца прокатки 810-910°С и смотки 510-710°С обеспечивает формирование оптимальной текстуры металла, которая после холодной прокатки и термообработки по предложенным режимам трансформируется в текстуру с преобладающей кристаллографической ориентировкой <111>, а также микроструктуру с высокой стабильностью и равномерностью. Ниже и выше заявленных температурных пределов сталь приобретает структуру с неблагоприятной для холодной штамповки текстурой и неравномерную микроструктуру ферритной матрицы.
Холодная прокатка с суммарным обжатием 40-95% обеспечивает однородную микроструктуру и текстуру с преобладанием кристаллографической ориентировки <111>, благоприятной для штамповки. При запредельных значениях суммарного обжатия менее 40% и более 95% сталь приобретает структуру с неблагоприятной для холодной штамповки текстурой и неравномерную микроструктуру ферритной матрицы.
В результате рекристаллизационного отжига при температуре 600-750°С с выдержкой при этой температуре 8-35 часов формируется однородная микроструктура. Снижение температуры отжига ниже 600°С или увеличение температуры выше 750°С в колпаковых печах не обеспечивает получение необходимого уровня механических свойств, либо ухудшается пластичность, либо не достигается необходимая прочность на прокате. При выдержке менее 8 часов формируется неравномерная микроструктура. Выдержка более 35 часов приводит к необоснованным энергозатратам.
Окончательно механические свойства формируются при дрессировке. Дрессировка полос с обжатием 0,4-2,5% обеспечивает оптимальный уровень механических свойств. Обжатие менее 0,4% приводит к появлению площадки текучести на диаграмме растяжения при испытании металла на разрыв, а значит к его старению. Дрессировка с обжатием более 2,5% ограничена техническими возможностями дрессировочного стана.
Примеры реализации способа.
В кислородном конвертере выплавили низколегированные стали, химический состав которых приведен в таблице 2.
Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000. Температура полос на выходе из последней клети стана регламентирована. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой до определенных температур и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-клетевом стане до толщины 0,5-3,2 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в колпаковых печах. Отожженные полосы дрессировали с заданным обжатием.
В таблице 3 указано необходимое минимальное содержание титана и ниобия согласно зависимостям (1)-(3).
В таблице 4 приведены значения углеродного эквивалента опытных плавок согласно зависимости (4).
В таблице 5 приведены варианты реализации способа производства холоднокатаной полосы, а также показатели механических свойств.
Из таблиц 2-5 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы №2-9) и выполнении зависимостей (1)-(4) достигаются механические свойства с классами прочности от 180 до 260. При запредельных значениях заявленных параметров (составы №1 и №10) и использовании способа-прототипа (составы №11-12) классы прочности от 180 до 260 не достигаются либо по прочности, либо по пластичности: для составов №1 и №11-12 классу прочности 180 не соответствует предел текучести; для состава №10 классу прочности 270 не соответствует предел текучести и относительное удлинение.