способ производства горячекатаного проката повышенной прочности

Формула изобретения

1. Способ производства горячекатаной полосы повышенной прочности из низколегированной стали для холодной штамповки, включающий выплавку стали, разливку в слябы, горячую прокатку слябов в полосы, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, травление полос, отличающийся тем, что 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 полос проводят с температурой конца прокатки 800-890°С, смотку горячекатаных полос ведут при температуре 500-610°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит 0,01-0,03 мас.% титана.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит 0,0008-0,0030 мас.% бора.

Описание изобретения к патенту

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).

В случае реализации предложенного способа (плавки 2-4) достигаются механические свойства с повышенным уровнем прочности (с пределом текучести _т более 340 Н/мм², пределом прочности _в более 440 Н/мм², относительным удлинением ₅ 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 Т (RеН), Н/мм2	Предел прочности в, Н/мм2	Относительное удлинение 5, %
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	439