Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ производства горячекатаного проката повышенной прочности

Классы МПК:C21D8/04 для глубокой вытяжки
B21B1/46 для прокатки металла непосредственно после непрерывного литья
C22C38/06 содержащие алюминий
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-12-28
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячекатаного проката повышенной прочности из низколегированной стали, предназначенного для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. Для повышения прочностных характеристик стали при сохранении штампуемости и получения горячекатаного проката требуемого класса прочности производят выплавку стали, содержащей, мас.%: углерод 0,045-0,12, кремний не более 0,50, марганец 0,35-1,15, алюминий 0,01-0,09, азот не более 0,010, ниобий и/или титан - 0,01-0,08, железо и неизбежные примеси - остальное, разливку, горячую прокатку с температурой конца в диапазоне 830-880°С, охлаждение водой, смотку полос в рулоны в диапазоне 510-640°С. Сталь дополнительно содержит, мас.%: ванадий 0,01-0,08, кальций 0,0005-0,010, при этом суммарное содержание ниобия, титана и ванадия не должно превышать 0,117 мас.%. 6 з.п. ф-лы, 6 табл.

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. Горячекатаные полосы с повышенной прочностью и высокой способностью к вытяжке в зависимости от класса прочности должны соответствовать определенному комплексу механических свойств, например, согласно требованиям европейского стандарта EN 10149 (таблица 1):

Таблица 1
Класс прочности* МаркаМинимальный предел текучести (RеH), Н/мм2 Временное сопротивление (Rm), Н/мм2 Минимальное относительное удлинение А, %
способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 <3 мм Lc=80 мм >3 мм Lc=5,65способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 S0
315S315MC 315390-510 20 24
355 S355MC 355430-550 19 23
420 S420MC 420480-620 16 19
460 S460MC 460520-670 14 17
500 S500MC 500550-700 12 14
Примечание: *Класс прочности заложен в наименование марки по EN 10292-04. Числовое значение соответствует минимальному пределу текучести.

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, 10.07.2005 г.].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 315 до 500.

Известен 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, 20.03.2001 г.].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств классов прочности от 315 до 500.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является 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, 20.04.2003 г.] - прототип.

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 315 до 500.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение прочностных характеристик стали при сохранении штампуемости, а также получение горячекатаного проката требуемого класса прочности.

Технический результат достигается тем, что в способе производства горячекатаного проката повышенной прочности, включающем выплавку низколегированной стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, согласно изобретению выплавляют сталь, содержащую углерод 0,045-0,12%, кремний - не более 0,50%, марганец - 0,35-1,15%, алюминий - 0,01-0,09%, азот - не более 0,010%; ниобий и/или титан - 0,01-0,08% каждого, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом температуру конца прокатки поддерживают в диапазоне 830-880°С, а температуру смотки - в диапазоне 510-640°С. Сталь может дополнительно содержать ванадий в количестве 0,01-0,08%, а также кальций в количестве 0,0005-0,010%, при этом суммарное содержание ниобия, титана и ванадия не должно превышать 0,117 мас.%.

Согласно изобретению содержание углерода, марганца и суммарное содержание ниобия, титана и ванадия связаны с требуемым классом прочности соотношениями:

способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930

способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930

способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930

где [С] - содержание углерода в стали, %;

[Mn] - содержание марганца в стали, %;

[Nb+Ti+V] - суммарное содержание ниобия, титана, ванадия, %;

0,0002, 0,002, 0,0022, 0,15, 0,013 - эмпирические коэффициенты, %;

Кпр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести.

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. При содержании углерода менее 0,045% прочностные свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,12% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.

Кремний в стали применен как раскислитель и легирующий элемент. При содержании кремния в стали более 0,50% резко снижается пластичность, имеет место охрупчивание стали.

Марганец обеспечивает получение заданных механических свойств. При содержании марганца менее 0,35% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 1,15% 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 0,09% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.

Азот упрочняет сталь. При содержании азота более 0,010% сталь становится склонной к старению.

Ниобий, титан и ванадий применены как легирующие элементы и обеспечивают получение необходимых прочностных свойств. При содержании ниобия, титана, ванадия менее 0,01% не удается получить требуемый уровень прочности. Увеличение содержания ниобия, титана или ванадия более 0,08% нецелесообразно вследствие чрезмерного упрочнения стали и ухудшения пластичности.

Кальций применен в пределах 0,0005-0,010% как высокоактивный элемент для усиливающего раскисляющего действия алюминия и удаления из расплава в шлак фосфора, серы, кислорода, что приводит к изменению фазового состава и улучшения формы (глобулязации) оксидных включений, а также уменьшению их количества.

Горячая прокатка с температурами конца прокатки 830-880°С и смотки 510-640°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.

Экспериментально установлено, что верхний предел суммарного содержания ниобия, титана и ванадия ограничен значением 0,117%. При увеличении суммарного содержания [Nb+Ti+V] более 0,117% ухудшается пластичность проката из-за чрезмерного упрочнения стали.

Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности содержание углерода, марганца, а также суммарного содержания ниобия, титана и ванадия должно быть регламентировано в соответствии с зависимостями: [С]=(0,0002·Кпр+0,002)±0,02, %; [Мn]=(0,0022·К пр-0,15)±0,20, %; [Nb+Ti+V]=(0,0002·Кпр -0,013)±0,03, %.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере выплавляли 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 с шагающими балками до температуры 1250°С в течение 2,5-3,5 часов 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 солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате.

Таблица 2

Химический состав низколегированных сталей
№ состава Содержание элементов, мас.%
способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 С SiMn AlN NbTi VСа Fe и неизбежные примеси
10,03 0,030,30 0,050,006 0,0040,003 0,003 0,0002Ост.
2 0,0450,003 0,35 0,050,005 0,0100,005 0,005 0,0005Ост.
3 0,070,20 0,700,01 0,0050,030 0,010 0,0050,005 Ост.
40,08 0,420,82 0,040,010 0,0020,002 0,080 0,010Ост.
5 0,090,45 0,930,05 0,0060,003 0,080 0,0130,0004 Ост.
60,12 0,501,15 0,090,005 0,0800,025 0,010 0,0007Ост.
7 0,130,55 1,200,05 0,0110,085 0,015 0,0250,011 Ост.
8 (прототип)0,003 - -- 0,005- 0,051- -Ост.
Примечание: состав № 8 содержит серу в количестве 0,008 мас.%

В таблице 3 приведены варианты реализации способа производства горячекатаного проката, а также показатели механических свойств.

Таблица3

Технологические параметры производства горячительного проката и показатели механических свойств
№ составаТемпература конца прокатки Ткп,°С Температура смотки Тсм, °С Предел текучести способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 т (ReH), Н/мм2 Предел прочности способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 в, (Rm), Н/мм2 Относительное удлинение способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 80, (А), %
1885 665280 35029
2 880640 345405 26
3 855 620380 45523
4 845580 435505 21
5 840 550475 53017
6 830510 515560 14
7 827 505530 58010
8 (прототип) 900 700230-235 340-345 способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 1038

В таблицах 4-6 указано необходимое содержание углерода, марганца и [Nb+Ti+V] согласно зависимостям (1), (2), (3).

Таблица 4

Минимальное и максимальное содержание углерода, рассчитанное согласно зависимости [C]=(0,0002·Kпр +0,002)±0,02, %
№ составаСодержание С, мас.%Требуемый класс прочности Кпр Содержание С, мас.% согласно зависимости [С]=(0,0002·К пр+0,002)±0,02, %
способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 Cmin Cmax
1 0,03 3150,045 0,085
2 0,045 3150,045 0,085
3 0,07 3550,053 0,093
4 0,08 4200,066 0,106
5 0,09 4600,074 0,114
6 0,12 5000,082 0,122
7 0,13 5000,082 0,122
8 (прототип)0,03 315 0,0450,085

Таблица 5

Минимальное и максимальное содержание марганца, рассчитанное согласно зависимости [Mn]=(0,0022·Kпр -0,15)±0,20, %
№ составаСодержание Мn, мас.%Требуемый класс прочности Kпр Содержание Мn, мас.% согласно зависимости [Мn]=(0,0022·К пр-0,15)±0,20, %
способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 Mnmin Mnmax
1 0,30 3150,343 0,743
2 0,35 3150,343 0,75
3 0,70 3550,431 0,831
4 0,82 4200,574 0,974
5 0,93 4600,662 1,062
6 1,15 5000,75 1,15
7 1,20 5000,75 1,15
8 (прототип)- 315 0,3430,743

Таблица 6

Минимальное и максимальное содержание [Nb+Ti+V], рассчитанное согласно зависимости [Nb+Ti+V]=(0,0002·K пр-0,013)±0,03, %
№ составаСодержание [Nb+Ti+V], мас.% Требуемый класс прочности Кпр Содержание (Nb+Ti+V), мас.% согласно зависимости [Nb+Ti+V]=(0,0002·К пр-0,013)±0,03, %
способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, патент № 2361930 [Nb+Ti+V] min[Nb+Ti+V] max
10,01 3150,02 0,08
2 0,02 3150,02 0,08
3 0,045 3550,028 0,088
4 0,084 4200,041 0,101
5 0,096 4600,049 0,109
6 0,015 5000,057 0,117
7 0,125 5000,057 0,117
8 (прототип)0,051 315 0,020,08

Из таблиц 2-6 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы № 2-6) и выполнении зависимостей (1)-(3) достигаются механические свойства с классами прочности от 315 до 500. При запредельных значениях заявленных параметров (составы № 1 и 7) и использовании способа-прототипа (состав № 8) классы прочности от 315 до 500 не достигаются: для состава № 1 классу прочности 315 не соответствует предел текучести и предел прочности; для состава № 7 классу прочности 500 не соответствует относительное удлинение; для способа-прототипа (состав № 8) классу прочности 315 не соответствует предел текучести и предел прочности.

Из проката изготавливали штамповкой высоконагруженные детали автомобиля, замечаний к штамповке у потребителя не было.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ производства горячекатаного проката повышенной прочности, включающий выплавку низколегированной стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.%:

углерод0,045-0,12
кремний не более 0,50
марганец0,35-1,15
алюминий 0,01-0,09
азот не более 0,010
ниобий и/или титан 0,01-0,08 каждого
железо и неизбежные примеси остальное


при этом температуру конца прокатки поддерживают в диапазоне 830-880°С, а температуру смотки - в диапазоне 510-640°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит ванадий в количестве 0,01-0,08 мас.%.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что суммарное содержание ниобия, титана и ванадия не превышает 0,117 мас.%.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит кальций в количестве 0,0005-0,010 мас.%.

5. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью:

[С]=(0,0002·Кпр+0,002)±0,02, мас.%,

где 0,0002 - эмпирический коэффициент, %;

Кпр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести;

0,002 - эмпирический коэффициент, %.

6. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что содержание марганца связано с требуемым классом прочности зависимостью:

[Мn]=(0,0022·Кпр-0,15)±0,20, мас.%,

где 0,0022 - эмпирический коэффициент, %;

Кпр - безразмерный показатель, численно равный требуемому

минимальному пределу текучести;

0,15 - эмпирический коэффициент, %.

7. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что суммарное содержание ниобия, титана и ванадия связано с требуемым классом прочности зависимостью:

[Nb+Ti+V]=(0,0002·K пр-0,013)±0,03, мас.%,

где 0,0002 - эмпирический коэффициент, %;

Кпр - безразмерный показатель, численно равный требуемому

минимальному пределу текучести;

0,013 - эмпирический коэффициент, %.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2361930

patent-2361930.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C21D8/04 для глубокой вытяжки

Патенты РФ в классе C21D8/04:
способ производства оцинкованной полосы для последующего нанесения полимерного покрытия -  патент 2529323 (27.09.2014)
высокопрочный холоднокатаный лист с превосходной формуемостью и способ его изготовления -  патент 2527514 (10.09.2014)
способ горячей прокатки стальных полос и стан горячей прокатки -  патент 2526644 (27.08.2014)
холоднокатаный стальной лист, обладающий превосходной сгибаемостью, и способ его производства -  патент 2526345 (20.08.2014)
высокопрочный холоднокатаный стальной лист, пригодный для химической конверсионной обработки, и способ его изготовления -  патент 2525013 (10.08.2014)
высокопрочные холоднокатаные стальные листы, обладающие превосходным качеством поверхности после штамповки, и способы их производства -  патент 2524031 (27.07.2014)
стальной лист и стальной лист с покрытием, обладающий превосходной формуемостью, и способ его производства -  патент 2524030 (27.07.2014)
способ производства холоднокатаной ленты из низкоуглеродистой стали для вырубки монетной заготовки -  патент 2516358 (20.05.2014)
способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки -  патент 2499060 (20.11.2013)
способ производства горячекатаного проката повышенной прочности -  патент 2495942 (20.10.2013)

Класс B21B1/46 для прокатки металла непосредственно после непрерывного литья

Патенты РФ в классе B21B1/46:
прокатная линия и способ прокатки -  патент 2527831 (10.09.2014)
способ горячей прокатки стальных полос и стан горячей прокатки -  патент 2526644 (27.08.2014)
способ и устройство для подготовки подвергаемого горячей прокатке материала -  патент 2520302 (20.06.2014)
ввод в эксплуатацию чистовой группы клетей прокатного стана в совмещенной литейно-прокатной установке -  патент 2518821 (10.06.2014)
способ обжатия непрерывнолитой сортовой заготовки в жидко-твердом состоянии -  патент 2511130 (10.04.2014)
ввод в эксплуатацию чистовой группы клетей прокатного стана в совмещенной литейно-прокатной установке -  патент 2510297 (27.03.2014)
способ изготовления горячекатаной полосы из кремнистой стали -  патент 2509812 (20.03.2014)
способ производства сортового проката из металлолома и устройство для его осуществления -  патент 2498878 (20.11.2013)
способ прокатки и прокатный агрегат -  патент 2497612 (10.11.2013)
сталепрокатный комплекс металлургического мини-завода -  патент 2495730 (20.10.2013)

Класс C22C38/06 содержащие алюминий

Патенты РФ в классе C22C38/06:
высокопрочный холоднокатаный лист с превосходной формуемостью и способ его изготовления -  патент 2527514 (10.09.2014)
холоднокатаный стальной лист, обладающий превосходной сгибаемостью, и способ его производства -  патент 2526345 (20.08.2014)
проволока из высокоуглеродистой стали с превосходными свойствами способности к волочению и усталостными характеристиками после волочения -  патент 2507292 (20.02.2014)
способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки -  патент 2499060 (20.11.2013)
высокопрочный, высоковязкий тонкий стальной пруток и способ его изготовления -  патент 2494165 (27.09.2013)
стальной материал с высокой стойкостью к инициированию вязких трещин от зоны, подвергнутой действию сварочного тепла, и базовый материал, а также способ их производства -  патент 2493287 (20.09.2013)
высокопластичная низкоуглеродистая сталь -  патент 2490354 (20.08.2013)
неориентированная магнитная листовая сталь и способ ее изготовления -  патент 2485186 (20.06.2013)
высокоуглеродистая сталь для производства подката для получения холоднодеформированного арматурного периодического профиля для железобетонных изделий -  патент 2479665 (20.04.2013)
сварочная проволока из низкоуглеродистой легированной стали -  патент 2477334 (10.03.2013)

Наверх