СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОГО ПРОКАТА ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ
MANUFACTURING METHOD OF HOT-ROLLED MILL PRODUCTS OF HEAVY-DUTY

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячекатаного проката повышенной прочности из низколегированной стали, предназначенного для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.
Одним из определяющих качеств автолиста является его способность к вытяжке при штамповке деталей автомобиля при определенном уровне механических свойств.
Известен способ производства горячекатаных полос из стали с содержанием углерода до 0,1 вес.%, в котором при горячей прокатке температуру конца прокатки принимают равной 860-890°С, душирование полос начинают через 7...9 с после конца прокатки, а температуру смотки принимают равной 640…700°С, при этом дрессировку полос для получения их матовой поверхности осуществляют в валках с высотой микронеровностей бочек Ra=2,2-2,7 мкм и для получения шероховатостей поверхности - с Ra=2,9-4,0 мкм [Патент РФ №2255990, МПК С21D 8/04, опубл. 10.07.2005].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств.
Известен способ производства горячекатаных полос, включающий выплавку сверхнизкоуглеродистой стали с примесями серы и азота, легированной титаном с содержанием элементов, удовлетворяющим соотношению Ti/4·C+3,43·N+1,5·S=1÷1,5, при котором горячую прокатку завершают при температуре 885-915°С, охлаждение ведут до температуры 685-715°С, затем полосы подвергают дрессировке с обжатием 0,8-1,2% [Патент РФ №2202630, МПК С21D 8/04, опубл. 20.04.2003].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает получения горячекатаного проката со стабильными механическими свойствами с повышенным уровнем прочности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства горячекатаных полос из стали с содержанием углерода в пределах 0,01-0,1%, в котором при горячей прокатке температуру конца прокатки принимают равной 780-800°С, охлаждение до температуры смотки ведут со скоростью 9-13 град/с, травление ведут при 60-80°С, а дрессировку проводят с относительным обжатием 0,5-1,0% [Патент РФ №2164248, МПК С21D 8/04, С21D 9/46, опубл. 20.03.2001 - прототип].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает получения требуемого уровня механических свойств.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении горячекатаного проката со стабильными механическими свойствами с повышенным уровнем прочности, предназначенного для холодной штамповки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение прочностных характеристик стали при сохранении штампуемости.
Указанный результат достигается тем, что в способе производства горячекатаной полосы для холодной штамповки, включающем выплавку стали, разливку слябов, горячую прокатку слябов в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, согласно изобретению выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:
Углерод
0,04-0,09
Кремний
не более 0,30
Марганец
0,41-0,70
Фосфор
0,04-0,12
Алюминий
0,01-0,08
Азот
не более 0,009
Железо и неизбежные примеси
остальное,
горячую прокатку проводят с температурой конца прокатки 800-890°С, смотку горячекатаных полос ведут при температуре 500-610°С.Сталь дополнительно содержит 0,01-0,03 мас.% титана и/или 0,0008-0,0030 мас.% бора.
Сущность изобретения состоит в следующем. На механические свойства горячекатаного проката влияют как химический состав стали, так и режимы деформационно-термической обработки.
Углерод - один из упрочняющих элементов. При содержании углерода менее 0,04% прочностные свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,09% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.
Кремний в стали применен как раскислитель и легирующий элемент. При содержании кремния более 0,30% резко снижается пластичность, имеет место охрупчивание стали.
Марганец обеспечивает получение заданных механических свойств. При содержании марганца менее 0,41% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 0,70% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.
Упрочнение стали создает фосфор, который повышает твердость феррита и усиливает выделение дисперсных карбидных включений. Одновременно фосфор улучшает пластичность и штампуемость стали. При содержании фосфора менее 0,04% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания фосфора более 0,12% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.
Алюминий введен в сталь как раскислитель. При содержании алюминия менее 0,01% снижается пластичность стали, сталь становится склонной к старению. Увеличение содержания алюминия более 0,08% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.
Азот упрочняет сталь. При содержании азота более 0,009% сталь становится склонной к старению.
Наличие в стали бора в пределах 0,0008-0,0030% исключает сегрегацию фосфора и предотвращает попадание фосфора на границы ферритных зерен, тем самым способствует упрочнению стали.
Титан упрочняет сталь, при содержании титана менее 0,01% не достигается требуемый уровень прочности, а при его содержании свыше 0,03% происходит чрезмерное упрочнение металла, что ухудшает его пластичность.
Горячая прокатка с температурами конца прокатки 800-890°С и смотки 500-610°С обеспечивает формирование оптимальной текстуры металла с преобладающей кристаллографической ориентировкой <111>, а также микроструктуры с высокой стабильностью и равномерностью. Ниже и выше заявленных температурных пределов технический результат не достигался, а именно сталь приобретала структуру с неблагоприятной для холодной штамповки текстурой и неравномерную микроструктуру ферритной матрицы.
Примеры реализации способа
В кислородном конвертере осуществляли выплавку стали, химический состав которой приведен в таблице 1.
Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы сечением 250×1280-1350 мм. Слябы нагревали в нагревательной печи с шагающими балками до температуры 1250°С в течение 2,5-3,5 часа и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,5-3,5 мм. 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 соляно-кислотному травлению в непрерывном травильном агрегате.
В таблицах 1-2 приведены химический состав, технологические параметры и механические свойства предложенного способа (плавки 2-4), способа при запредельных значениях заявленных параметров (плавки 1 и 5) и способа-прототипа (плавка 6).
т
в
5
2
2
В случае реализации предложенного способа (плавки 2-4) достигаются механические свойства с повышенным уровнем прочности (с пределом текучести σ более 340 Н/мм, пределом прочности σ более 440 Н/мм, относительным удлинением δ не менее 30%). При запредельных значениях заявленных параметров (плавка 1) и использовании способа-прототипа (плавка 6) механические свойства с повышенным уровнем прочности не достигаются. При запредельных значениях заявленных параметров (плавка 5) полученный горячекатаный прокат имеет низкую пластичность, при которой металл плохо штампуется.
Таблица 1
Химический состав опытных плавок
№плавок
Содержание элементов, мас.%
С
Si
Мп
Р
Аl
N
В
Ti
Fe и неизбежные примеси
1
0,03
0,03
0,35
0,035
0,01
0,006
0,0003
0,002
Остальное
2
0,04
0,10
0,41
0,040
0,01
0,005
0,0002
0,010
Остальное
3
0,07
0,02
0,55
0,080
0,04
0,005
0,0008
0,030
Остальное
4
0,09
0,30
0,70
0,120
0,08
0,009
0,0030
0,003
Остальное
5
0,10
0,35
0,75
0,125
0,09
0,010
0,0035
0,035
Остальное
6 (прототип)
0,05
-
-
-
-
-
-
-
Остальное
Примечание: 1. Содержание Ti от 0,002 до 0,003% и В от 0,0002 до 0,0003% - неизбежные примеси
Таблица 2
Технологические параметры на прокатных переделах и механические свойства
№плавок
Температура конца прокатки Ткп, °С
Температура смотки при г/п Тсм, °С
Предел текучести σ<sub>Т</sub> (R<sub>еН</sub>), Н/мм<sup>2</sup>
Предел прочности σ<sub>в</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
Относительное удлинение δ<sub>5</sub>, %
1
895
615
325
350
29
2
890
610
345
450
33
3
845
560
370
455
30
4
800
500
385
460
26
5
790
495
420
475
13 (низкое значение)
6 (прототип)
790
700
170
300
δ<sub>4</sub>39