способ производства горячеоцинкованного проката повышенной прочности

Формула изобретения

1. Способ производства горячеоцинкованного проката повышенной прочности из низколегированной стали для холодной штамповки, включающий выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг с нанесением цинкового покрытия и дрессировку, отличающийся тем, что выплавляют сталь, содержащую следующие компоненты, мас.%:

углерод	0,025-0,10
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

при этом температуру горячей прокатки поддерживают в диапазоне 840-905°С, а температуру смотки - 560-690°С, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 750-880°С, а дрессировку полос производят с обжатием 0,8-2,1%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание углерода в стали связано с требуемым классом прочности зависимостью:

[С]=(0,0005·К_пр-0,065)±0,02,

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

0,0005 - эмпирический коэффициент, %;

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

0,065 - эмпирический коэффициент, %.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание фосфора в стали связано с требуемым классом прочности зависимостью:

[P]=(0,0005·К _пр-0,05)±0,02,

где [Р] - содержание фосфора в стали, мас.%;

0,0005 - эмпирический коэффициент, %;

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

0,05 - эмпирический коэффициент, %.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что рекристаллизационный отжиг проводят при температуре, определяемой по зависимости:

Т_отж (900-0,5·К_пр),

где Т_отж - температура рекристаллизационного отжига, °С;

900 - эмпирический коэффициент, °С;

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

0,5 - эмпирическией коэффициент, °С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячеоцинкованного проката повышенной прочности из низколегированной стали с фосфором, предназначенного 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 требованию европейского стандарта EN 10292-04 (таблица 1):

Таблица 1
Класс прочности (Кпр)*	Марка	Предел текучести 0,2 (Rel), Н/мм2	Временное сопротивление в (Rm), Н/мм2	Относительное удлинение 80, %, не менее
220	HX220PD	220-280	340-400	32
260	HX260PD	260-320	380-440	28
300	HX300PD	300-360	400-480	26
Примечание: *Класс прочности заложен в наименование марки по EN 10292-04. Числовое значение соответствует минимальному пределу текучести.

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, С21D 9/48, 20.08.2005 г.].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 220 до 300.

Известен способ производства горячеоцинкованного металла высших категорий вытяжки, включающий горячую прокатку с температурой смотки 500±30°С, холодную прокатку с суммарным обжатием не более 70%, отжиг в колпаковой печи в защитной атмосфере с одноступенчатым нагревом при температуре 680-710°С и термическую обработку металла в линии агрегата непрерывного горячего цинкования при температурах 490-510°С со скоростью нагрева 10,8-11,4°С/с на первой стадии, при температурах 520-560°С со скоростью нагрева 0,4-0,8°С/с на второй стадии и выдержкой при этих температурах 85 с, охлаждение, перестаривание и нанесение тончайшего цинкового покрытия [Патент РФ № 2128719, МПК С21D 9/48, С21D 8/04, С23С 2/40, 10.04.1999 г.].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств классов прочности от 220 до 300.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки, включающий выплавку стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, масс.%:

Углерод	0,002-0,008
Кремний	0,005-0,025
Марганец	0,050-0,20
Фосфор	0,005-0,025
Сера	0,003-0,012
Алюминий	0,02-0,07
Азот	0,002-0,007
Титан	0,02-0,05
Ниобий	0,001-0,080
Железо и неизбежные примеси	Остальное

разливку, горячую прокатку, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг с нанесением цинкового покрытия и дрессировку.

Горячую прокатку заканчивают при температуре, определяемой из соотношения:

Т_кп 7300/(3,0-lg[Nb][C])-253,

где Т_кп - температура конца прокатки, °С;

[Nb] и [С] - содержание ниобия и углерода в стали, %;

а рекристаллизационный отжиг осуществляют в проходной печи при температуре, назначаемой в зависимости от содержания ниобия в стали в соответствии с уравнением:

T_отж =(750+1850[Nb]±20,

где Т_отж- температура термической обработки, °С,

[Nb] - содержание ниобия в стали, масс.% [Патент РФ № 2255989, МПК С21D 8/04, С22С 38/04, 10.07.2005 г.] - прототип.

Недостатки известного способа состоят в том, что он не обеспечивает требуемого уровня механических свойств проката классов прочности от 220 до 300.

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

Технический результат достигается тем, что в способе производства горячеоцинкованного проката повышенной прочности из низколегированной стали для холодной штамповки, включающем выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг с нанесением цинкового покрытия и дрессировку, согласно изобретению выплавляют сталь, содержащую 0,025-0,10% углерода, 0,41-0,70% марганца, 0,04-0,12% фосфора, 0,01-0,08% алюминия, не более 0,009% азота, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом температуру горячей прокатки поддерживают в диапазоне 840-905°С, а температуру смотки - 560-690°С, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 750-880°С, а дрессировку полос производят с обжатием 0,8-2,1%.

Согласно изобретению содержание углерода, фосфора и температура отжига связаны с требуемым классом прочности зависимостями:

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

[Р] - содержание фосфора в стали, %;

Т_отж - температура рекристаллизационного отжига, °С;

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

0,0005; 0,065; 0,05 - эмпирические коэффициенты, %;

900; 0,5 - эмпирические коэффициенты, (С.

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 0,025% прочностные свойства стали ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,10% приводит к снижению пластичности стали, что недопустимо.

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, при этом 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.

Горячая прокатка с температурами конца прокатки 840-905°С и смотки 560-690°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 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.

В результате рекристаллизационного отжига при температуре 750-880°С формируется однородная микроструктура с баллом зерна 9-10 и минимальным выделением структурно-свободного цементита. Снижение температуры отжига ниже 750°С в проходных печах приводит к появлению в микроструктуре отдельных прерывистых строчек рекристаллизованных зерен, что ухудшает штампуемость листовой стали. Увеличение температуры отжига выше 880°С не обеспечивает необходимый уровень механических свойств.

Окончательно механические свойства формируются при дрессировке. Дрессировка полос с обжатием 0,8-2,1% обеспечивает оптимальный уровень механических свойств. Обжатие менее 0,8% приводит к появлению площадки текучести на диаграмме растяжения при испытании на разрыв. Дрессировка с обжатием более 2,1% ограничена техническими возможностями дрессировочного стана.

Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности содержание углерода и фосфора должно быть регламентировано в соответствии с зависимостями [С]=(0,0005·К_пр -0,065)±0,02,%, и [Р]=(0,0005·К_пр-0,05)±0,02,%, а температура отжига - в соответствии с выражением Т_отж (900-0,5 К_пр), °С.

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 с шагающими балками до температуры 1250°С в течение 3,2 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 солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Затем травленые полосы прокатывали на 5-клетевом стане до толщины 1,0-2,0 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в проходных печах с нанесением цинкового покрытия. Отожженные полосы дрессировали с заданным обжатием.

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

В таблицах 4-6 указано необходимое содержание углерода, фосфора и температура отжига согласно зависимостям (1)-(3).

Таблица 2 Химический состав низколегированных сталей
№ состава	Содержание элементов, масс.%
	С	Mn	Р	Аl	N	Fe и неизбежные примеси
1	0,02	0,35	0,015	0,05	0,006	Ост.
2	0,25	0,41	0,040	0,01	0,005	Ост.
3	0,06	0,55	0,068	0,04	0,006	Ост.
4	0,10	0,70	0,120	0,08	0,009	Ост.
5	0,11	0,80	0,125	0,09	0,006	Ост.
6 (прототип)	0,008	0,18	0,018	0,04	0,005	Ост.
Примечание: состав № 6 содержит 0,02% титана и 0,08% ниобия

Таблица 3 Технологические параметры производства горячеоцинкованного проката повышенной прочности и показатели механических свойств
№ состава	Температура конца горячей прокатки Ткп, °С	Температура смотки при горячей прокатке Тсм, °С	Температура отжига, °С	Степень обжатия при дрессировке, %	Предел текучести т, Н/мм2	Предел прочности в, Н/мм2	Относительное удлинение 80, %
1	910	680	890	0,7	210	330	37
2	905	690	880	0,8	240	360	33
3	865	640	850	1,5	285	405	30
4	840	560	750	2,1	340	445	28
5	830	520	745	2,1	365	490	22
6(прототип)	880-920	700	750-880	0,8	-	-	-

Таблица 4 Минимальное и максимальное содержание углерода, рассчитанное согласно зависимости [С]=(0,0005·Кпр -0,065)±0,02, %
№ состава	Содержание С, масс.%	Требуемый класс прочности Кпр	Содержание С, масс.% согласно зависимости [С]=(0,0005·К пр-0,065)±0,02,%
			Cmin	Cmах
1	0,02	220	0,025	0,065
2	0,25	220	0,025	0,065
3	0,06	260	0,045	0,085
4	0,10	300	0,065	0,105
5	0,11	300	0,065	0,105
6(прототип)	0,008	220	0,025	0,065

Таблица 5 Минимальное и максимальное содержание фосфора, рассчитанное согласно зависимости [Р]=(0,0005·Кпр -0,05)±0,02, %
№ состава	Содержание Р, масс.%	Требуемый класс прочности Кпр	Содержание Р, масс.% согласно зависимости [Р]=(0,0005·К пр-0,05)±0,02, %
			Pmin	Рmах
1	0,015	220	0,04	0,08
2	0,040	220	0,04	0,08
3	0,068	260	0,06	0,10
4	0,120	300	0,08	0,12
5	0,125	300	0,08	0,12
6 (прототип)	0,018	220	0,04	0,08

Таблица 6 Температура рекристаллизационного отжига Т отж, рассчитанная согласно зависимости Тотж. (900-0,5 Кпр), °С
№ состава	Температура рекристаллизационного отжига, °С	Требуемый класс прочности Кпр	Температура отжига Тотж согласно зависимости Т отж(900-0, 5·Кпр), °С
			не менее
1	890	220	790
2	880	220	790
3	850	260	770
4	750	300	750
5	745	300	750
6 (прототип)	750-880	220	790

Из таблиц 2-6 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы № 2-4) и выполнении зависимостей (1)-(3) достигаются механические свойства с классами прочности от 220 до 300. При запредельных значениях заявленных параметров (составы № 1 и 5) и использовании способа-прототипа классы прочности от 220 до 300 не достигаются: для состава № 1 классу прочности 220 не соответствует предел текучести и предел прочности; для состава № 5 классу прочности 300 не соответствует предел текучести и относительное удлинение.

Из проката изготавливали штамповкой высоконагруженные детали автомобиля, такие как усилители корпуса и несущие детали рамы автомобиля; замечаний к штамповке у потребителя не было.