сталь
Классы МПК: | C22C38/50 с титаном или цирконием C22C38/54 с бором |
Автор(ы): | Степанов А.А. (RU), Ламухин А.М. (RU), Степаненко В.В. (RU), Кузнецов В.В. (RU), Зинченко С.Д. (RU), Кузнецов М.А. (RU), Ордин В.Г. (RU), Рослякова Н.Е. (RU), Струнина Л.М. (RU), Шишина А.К. (RU), Трайно А.И. (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Северсталь" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-12-16 публикация патента:
27.12.2004 |
Изобретение относится к металлургии, а именно к составам сталей, используемых для производства холоднокатаных полос, лент и листов, предназначенных для изготовления изделий посредством глубокой вытяжки. Заявленная сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,001-0,012; кремний 0,01-0,04; марганец 0,08-0,15; хром 0,01-0,03; никель 0,01-0,03; медь 0,01-0,01; алюминий 0,01-0,06; азот 0,003-0,007; титан 0,01-0,04; ниобий 0,025-0,055; сера не более 0,015; фосфор не более 0,015; ванадий не более 0,008; бор не более 0,0007; молибден не более 0,005; остальное - железо. Техническим результатом изобретения является повышение выхода годных полос, лент и листов. 3 табл.
Формула изобретения
Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, алюминий, азот, титан, ниобий, серу, фосфор, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бор и молибден при следующем содержании компонентов, мас.%:
Углерод 0,001-0,012
Кремний 0,01-0,04
Марганец 0,08-0,15
Хром 0,01-0,03
Никель 0,01-0,03
Медь 0,01-0,03
Алюминий 0,01-0,06
Азот 0,003-0,007
Титан 0,01-0,04
Ниобий 0,025-0,055
Сера Не более 0,015
Фосфор Не более 0,015
Ванадий Не более 0,008
Бор Не более 0,0007
Молибден Не более 0,005
Железо Остальное
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии, а именно к составам сталей, используемых для производства холоднокатаных полос, лент и листов, предназначенных для изготовления изделий посредством глубокой вытяжки.
Холоднокатаные стальные полосы, ленты и листы, применяемые для изготовления изделий посредством глубокой вытяжки, должны обладать следующим комплексом механических свойств (табл.1):
Помимо указанных механических свойств, холоднокатаная сталь не должна иметь дефектов металлургического происхождения в виде плен и крупных неметаллических включений, присутствие которых увеличивает отбраковку холоднокатаных полос, лент и листов.
Известна сталь для изготовления холоднокатаных листов следующего химического состава, мас.%:
Углерод 0,020
Кремний 0,1-2,2
Марганец менее 2,5
Титан 0,1-0,5
Алюминий 0,01-0,1
Азот менее 0,010
Железо Остальное
при этом содержания в стали кремния, марганца и титана должно удовлетворять соотношениям:
1,9(Si)+0,9(Mn)1; (Mn)>0,5(Si); (Ti)/{(C)+(N)}1 [1].
Недостатком известной стали является низкая пластичность и неудовлетворительная штампуемость холоднокатаных полос и листов. При производстве листов большое количество металла отсортировывается по дефектам “плена” и “неметаллические включения”.
Известна также сталь для изготовления холоднокатаных листов для глубокой вытяжки, содержащая, мас.%:
Углерод 0,001-0,05
Кремний 0,11-0,40
Марганец 0,51-1,20
Хром 2,0-5,0
Никель 0,1-0,3
Медь 0,20-0,50
Титан 0,03-0,15
Алюминий 0,08-0,20
Азот 0,006-0,015
Бор 0,0003-0,003
Железо Остальное [2].
Холоднокатаные листы, изготовленные из стали известного состава, имеют низкие вытяжные свойства и поражены дефектами металлургического происхождения. Кроме того, известная сталь не содержит неизбежно присутствующих в промышленно производимых сталях примесей серы и фосфора. Глубокое удаление указанных примесей существенно удорожает сталь.
Наиболее близкой по своему химическому составу и свойствам к предлагаемой, является следующая сталь для изготовления холоднокатаных полос, лент и листов, содержащая, мас.%:
Углерод Менее 0,05
Кремний Менее 0,10
Марганец Менее 1,0
Хром 1,8-3,0
Никель 0,10-0,50
Медь 0,10-0,50
Алюминий 0,06-0,15
Сера Менее 0,05
Фосфор Менее 0,05
Азот Менее 0,02
Титан, цирконий,
ниобий, ванадий Более (C)+(N)
Железо Остальное [3] - прототип.
Недостатки известной стали состоят в том, что холоднокатаные полосы, ленты и листы, изготовленные на ее основе, имеют низкую способность к глубокой вытяжке и поражены дефектами в виде плен и крупных неметаллических включений. Кроме того, присутствие в стали бора и молибдена в виде примесных элементов недопустимо. Все это приводит к снижению выхода годных полос, лент и листов.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении выхода годных полос, лент и листов.
Поставленная техническая задача решается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, алюминий, азот, титан, ниобий, серу, фосфор, ванадий и железо, дополнительно содержит бор и молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,001-0,012
Кремний 0,01-0,04
Марганец 0,08-0,15
Хром 0,01-0,03
Никель 0,01-0,03
Медь 0,01-0,03
Алюминий 0,01-0,06
Азот 0,003-0,007
Титан 0,01-0,04
Ниобий 0,025-0,055
Сера Не более 0,015
Фосфор Не более 0,015
Ванадий Не более 0,008
Бор Не более 0,0007
Молибден Не более 0,005
Железо Остальное
Углерод в стали является упрочняющим элементом. При снижении концентрации углерода менее 0,001% прочностные свойства холоднокатаной стали недостаточны. Увеличение концентрации углерода сверх 0,012% снижает ее вытяжные свойства.
Кремний введен в сталь для раскисления и упрочнения стали. При концентрации кремния менее 0,01% сталь остается окисленной, механические свойства холоднокатаных листов ухудшаются. Увеличение его концентрации более 0,04% снижает пластические свойства.
Марганец раскисляет сталь, обеспечивает требуемое сочетание прочности и пластичности. При содержании марганца менее 0,08% сталь недостаточно раскисленна и прочна. Увеличение его содержания сверх 0,15% чрезмерно упрочняет сталь, снижает ее пластичность.
Хром, никель и медь повышают прочность стали. Снижение содержания хрома, никеля или меди менее 0,01% нерентабельно, т.к. ограничивает применение при выплавке металлического лома. Увеличение содержания хрома, никеля и меди сверх 0,03% ухудшает способность холоднокатаных листов к глубокой вытяжке.
Алюминий стабилизирует сталь, предотвращает ее старение. Снижение содержания алюминия менее 0,01% интенсифицирует деградацию свойств холоднокатаной стали, а увеличение его содержания более 0,06% приводит к уменьшению коэффициента нормальной пластической анизотропии и снижению выхода годного.
Азот, образуя нитриды алюминия и титана, упрочняет сталь. Увеличение содержания азота сверх 0,007% ухудшает свойства стали и снижает выход годных холоднокатаных листов. Снижение содержания азота менее 0,003% нецелесообразно, т.к. существенно удорожает ее производство без заметного улучшения свойств.
Титан упрочняет сталь, обеспечивает увеличение показателя деформационного упрочнения, улучшает вытяжные свойства. Уменьшение содержания титана менее 0,01% снижает показатели штампуемости R90 и n90, прочностные свойства стали, вызывает их нестабильность. При повышении содержания титана более 0,04%, хотя вытяжные свойства улучшаются, возрастает количество плен и неметаллических включений в стали, из-за чего резко снижается выход годных холоднокатаных листов.
Ниобий в данной стали замещает недостаток титана и снижает возможность образование плен и неметаллических включений. При содержании ниобия менее 0,025% ухудшается способность стали к глубокой вытяжке. Увеличение содержания ниобия более 0,055% приводит к повышению прочности и пластичности холоднокатаной стали, снижению выхода годного.
Сера и фосфор в данной стали являются примесными элементами, концентрацию которых следует ограничивать, чтобы не ухудшить свойств. Глубокая очистка стали от этих примесей ведет к существенному ее удорожанию. При содержании серы или фосфора более 0,015% качество холоднокатаных полос, лент и листов ухудшается, что обусловливает снижение выхода годного. При меньших содержаниях серы и фосфора сталь предложенной композиции нейтрализует их вредное влияние за счет оптимальной концентрации остальных элементов. Это исключает необходимость глубокой степени десульфурации и дефосфорации, снижает стоимость производства стали.
Бор модифицирует сталь, улучшая комплекс ее свойств. Но при концентрации бора сверх 0,0007% увеличивается количество неметаллических включений, снижается выход годного.
Молибден благоприятно влияет на вытяжные свойства холоднокатаной стали. Увеличение его концентрации сверх 0,005% приводит к переупрочнению стали и удорожает затраты на легирующие материалы.
Сталь выплавляют в электродуговой печи из передельного чугуна. В промежуточном ковше в сталь вводят ферросилиций, ферромарганец, ферротитан, ферробор, феррованадий, металлические алюминий, молибден и ниобий. Количество хрома, никеля и меди регламентируют их содержанием в скраповой шихте. Концентрацию серы и фосфора снижают до допустимых значений в процессе десульфурации и дефосфорации расплава. Концентрацию азота до заданных пределов снижают при вакуумировании расплава.
Готовую сталь разливают в слябы толщиной 250 мм, нагревают и прокатывают на полунепрерывном широкополосном стане 1700 в полосы сечением 3×1400 мм. Затем полосы подвергают травлению и холодной прокатке на 5-клетевом стане 1700 до толщины 0,7 мм. Холоднокатаные полосы отжигают и дрессируют с обжатием 0,8%, после чего проводят испытания механических свойств и выбраковку некондиционного металла по пленам и неметаллическим включениям.
В таблице 2 приведены химические составы сталей, используемых для производства холоднокатаных полос, лент и листов, предназначенных для изготовления изделий посредством глубокой вытяжки, а в таблице 3 - механические свойства и выход годного.
Из таблицы 3 следует, что сталь предложенного химического состава (составы №2-4) обеспечивает наилучшее качество холоднокатаной листовой стали по всем регламентированным показателям и наиболее высокий выход годного. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5) механические свойства холоднокатаной листовой стали ухудшаются, снижается выход годного. Также неудовлетворительные свойства и выход годного имеют холоднокатаные листы из стали-прототипа (вариант №6).
Технико-экономические преимущества стали предложенного состава состоят в том, что за счет оптимизации концентраций в ней легирующих элементов достигается требуемое сочетание механических свойств даже при неизбежных в реальных процессах производства колебаниях технологических режимов производства холоднокатаной листовой стали. За счет этого увеличивается выход годного. Помимо этого, предложенная сталь допускает присутствие в ней примесей серы, фосфора, цветных металлов, ванадия, бора и молибдена в количествах, достигаемых при обычных режимах плавки в кислородном конвертере с использованием металлического лома. Исключение необходимости глубокой десульфурации и дефосфорации, а также использования высокочистых шихтовых материалов значительно удешевляет производство стали.
В качестве базового объекта принята сталь-прототип. Использование стали предложенного состава обеспечит повышение рентабельности производства холоднокатаных полос, лент и листов для изготовления деталей глубокой вытяжкой на 25-30%.
Источники информации
1. Патент США №4571367, НКИ 428/653, 1986 г.
2. Авт. свид. СССР №1749308, МПК С 22 С3 8/54, 1992 г.
3. Заявка Японии №63-18043, МПК С 22 С3 8/00, 1988 г. - прототип.
Класс C22C38/50 с титаном или цирконием