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	0,05-0,10
Марганец	0,25-0,90
Алюминий	0,01-0,07
Азот	не более 0,009
Ниобий и/или титан	0,01-0,08 каждого
Железо и неизбежные примеси	остальное

при этом температуру конца горячей прокатки поддерживают в диапазоне 840-905°С, а температуру смотки горячекатаных полос - в диапазоне 560-690°С, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 710-850°С, 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]=[0,0416·ln(К _пр)-0,167]±0,015,

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

0,0416 - эмпирический коэффициент, %;

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

0,167 - эмпирический коэффициент, %.

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

[Мn]=(0,0016·К_пр+0,034)±0,20,

где [Мn] - содержание марганца в стали, мас.%;

0,0016 - эмпирический коэффициент, %;

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

0,034 - эмпирический коэффициент, %.

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

Т_отж (900-0,455·К_пр),

где Т_отж - температура рекристаллизационного отжига, °С;

900 - эмпирический коэффициент, °С;

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

0,455 - эмпирический коэффициент, °С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячеоцинкованного 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. 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).

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 260 до 420.

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 260 до 420.

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

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:

T _кп 7300/(3,0-lg[Nb][C])-253,

где Ткп - 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:

Т_отж=(750+1850[Nb]±20,

где Т_отж - температура термической обработки, °С,

[Nb] - содержание ниобия в стали, мас.% [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 260 до 420.

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 углерод - 0,05-0,10%; марганец - 0,25-0,90%; алюминий - 0,01-0,07%; азот - не более 0,009%; ниобий и/или титан - 0,01-0,08% каждого; железо и неизбежные примеси - остальное. Температуру конца горячей прокатки поддерживают в диапазоне 840-905°С, а температуру смотки горячекатаных полос - в диапазоне 560-690°С, рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 710-850°С, дрессировку полос производят с обжатием 0,8-2,1%.

Согласно изобретению содержание углерода, марганца и температура отжига связаны с требуемым минимальным пределом текучести (классом прочности) зависимостями:

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

[Mn] - содержание марганца в стали, %;

Т_отж - температура рекристаллизационного отжига, °С;

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

0,0416; 0,167; 0,0016; 0,034 - эмпирические коэффициенты, %;

900; 0,455 - 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 0,05% 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 0,25% прочность стали ниже допустимой. Увеличение содержания марганца более 0,90% 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 0,07% приводит к ухудшению комплекса механических свойств.

Азот упрочняет сталь. При содержании азота более 0,009%, сталь становится склонной к старению.

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

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 710-850°С формируется однородная микроструктура с баллом зерна 9-10 и минимальным выделением структурно-свободного цементита. Увеличение температуры отжига выше заявленных параметров не обеспечивает необходимый уровень механических свойств. Снижение температуры отжига ниже 710°С в проходных печах приводит к появлению в микроструктуре отдельных прерывистых строчек рекристаллизованных зерен, что ухудшает штампуемость листовой стали.

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 не более 2,1% ограничена техническими возможностями дрессировочного стана.

Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности содержание углерода и марганца должно быть регламентировано в соответствии с зависимостями: [С]=[0,0416 ln(К_пр)-0,167]±0,015, % и [Мn]=(0,0016 К_пр+0,034)±0,20, %, а температура отжига - в соответствии с выражением Т_отж. (900-0,455^·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 горячеоцинкованного проката, а также показатели механических свойств.

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

Таблица 2 Химический состав низколегированных сталей
№ состава	Содержание элементов, мас.%
С	Mn	Al	N	Nb	Ti	Fe и неизбежные примеси
1	0,03	0,20	0,05	0,006	0,008	0,003	Остальное
2	0,05	0,25	0,01	0,005	-	0,025	Остальное
3	0,07	0,55	0,04	0,006	0,010	-	Остальное
4	0,08	0,66	0,04	0,006	0,025	0,010	Остальное
5	0,09	0,74	0,06	0,009	0,030	0,080	Остальное
6	0,10	0,90	0,07	0,006	0,080	0,025	Остальное
7	0,11	0,98	0,08	0,010	0,085	0,003	Остальное
8 (прототип)	0,008	0,18	0,04	0,005	0,08	0,02	Остальное

Таблица 4 Минимальное и максимальное содержание углерода, рассчитанное согласно зависимости [С]=[0,0416 ln(Кпр)-0,167]±0,015, %
№ состава	Содержание С, мас.%	Требуемый класс прочности Кпр	Содержание С, мас.% согласно зависимости [С]=[0,0416 ln(Кпр)-0,167]±0,015, %
Cmin	Сmax
1	0,03	260	0,049	0,079
2	0,05	260	0,049	0,079
3	0,07	300	0,055	0,085
4	0,08	340	0,061	0,091
5	0,09	380	0,065	0,095
6	0,10	420	0,069	0,099
7	0,11	420	0,069	0,099
8 (прототип)	0,008	260	0,045	0,085

Таблица 5 Минимальное и максимальное содержание марганца, рассчитанное согласно зависимости [Мn]=(0,0016 Кпр+0,034)±0,20, %
№ состава	Содержание Мn, мас.%	Требуемый класс прочности Кпр	Содержание Мn, мас.% согласно зависимости [Мn]=(0,0016 Кпр+0,034)±0,20, %
Mnmin	Мnmax
1	0,20	260	0,25	0,65
2	0,25	260	0,25	0,65
3	0,55	300	0,314	0,714
4	0,66	340	0,378	0,778
5	0,74	380	0,442	0,842
6	0,90	420	0,506	0,906
7	0,98	420	0,506	0,906
8 (прототип)	0,18	260	0,25	0,65

Таблица 6 Температура рекристаллизационного отжига Т отж, рассчитанная согласно зависимости Тотж. (900-0,455·Кпр), °С
№ состава	Температура рекристаллизационного отжига, °С	Требуемый класс прочности Кпр	Температура отжига Тотж согласно зависимости Т отж. (900-0,455·Кпр), °С
не менее
1	860	260	781,7
2	850	260	781,7
3	810	300	763,5
4	790	340	745,3
5	750	380	727,1
6	710	420	708,9
7	705	420	708,9
8 (прототип)	750-880	260	781,7

Из таблиц 2-6 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы № 2-6) и выполнения зависимостей (1)-(3) достигаются механические свойства с классами прочности от 260 до 420. При запредельных значениях заявленных параметров (составы № 1 и 7) и использовании способа-прототипа классы прочности от 260 до 420 не достигаются: для состава № 1 классу прочности 260 не соответствуют предел текучести и предел прочности; для состава № 7 классу прочности 420 не соответствует относительное удлинение; для способа-прототипа (состав № 8) классу прочности 260 не соответствует предел текучести.

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