сталь и изделие, выполненное из нее (варианты)

Формула изобретения

1. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод	0,025-0,10
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

при этом содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью:

[С] (0,0005·К_пр-0,085), %,

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

0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, %,

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

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,0008-0,0030% бора.

3. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, титан, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод	0,025-0,10
кремний	не более 0,30
марганец	0,41-0,70
фосфор	0,04-0,12
титан	0,01-0,03
алюминий	0,01-0,08
азот	не более 0,009
железо и неизбежные примеси	остальное

при этом содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью:

[С] (0,0005·К_пр-0,085), %,

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

0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, %,

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

4. Сталь по п.3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,0008-0,0030% бора.

5. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, ниобий, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод	0,025-0,10
кремний	не более 0,30
марганец	0,41-0,70
фосфор	0,04-0,12
ниобий	0,01-0,03
алюминий	0,01-0,08
азот	не более 0,009
железо и неизбежные примеси	остальное

при этом содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью:

[С] (0,0005·К_пр-0,085), %,

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

0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, %,

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

6. Сталь по п.5, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,0008-0,0030% бора.

7. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, ванадий, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод	0,025-0,10
кремний	не более 0,30
марганец	0,41-0,70
фосфор	0,04-0,12
ванадий	0,01-0,03
алюминий	0,01-0,08
азот	не более 0,009
железо и неизбежные примеси	остальное

при этом содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью:

[С] (0,0005·К_пр-0,085), %,

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

0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, %,

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

8. Сталь по п.7, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,0008-0,0030% бора.

9. Изделие, выполненное из стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по любому из пп.1-8.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам сталей и изделиям, выполненным из них, и может быть использовано при производстве горячекатаного и холоднокатаного проката повышенной прочности с покрытием и без покрытия, предназначенного для изготовления изделий автомобиля методом штамповки.

Известна сталь для производства листового проката [Патент РФ 2190685, МПК С22С 38/54, 10.10.2002], содержащая углерод, марганец, кремний, медь, алюминий, бор, кальций, титан, азот, фосфор, ниобий, хром, никель, ванадий следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,01-0,1
Марганец	0,1-0,9
Кремний	0,01-0,50
Медь	0,01-0,1
Алюминий	0,02-0,07
Бор	0,0001-0,005
Кальций	0,0005-0,004
Титан	0,001-0,03
Азот	0,002-0,01
Фосфор	0,005-0,12
Ванадий	0,001-0,08
Ниобий	0,001-0,05
Хром	0,01-0,1
Никель	0,01-0,1

Железо и неизбежные примеси.

Недостатком известной стали является низкая пластичность и высокая себестоимость стали из-за наличия дорогостоящих легирующих элементов, таких как хром, никель, медь. При этом сталь содержит кальций.

Известна сталь [Патент РФ 2186145, МПК С22С 38/50, 27.07.2002], содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, титан, алюминий, серу, фосфор, азот, кальций и железо следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,02-0,08
Кремний	0,003-0,40
Марганец	0,20-1,20
Хром	0,01-4,0
Никель	0,01-0,60
Медь	0,01-0,50
Титан	0,002-0,22
Алюминий	0,02-0,15
Сера	0,005-0,025
Фосфор	0,003-0,020
Азот	0,002-0,018
Кальций	0,0001-0,02
Железо	остальное.

Недостатком известной стали является низкая пластичность и высокая себестоимость стали из-за наличия дорогостоящих легирующих элементов, таких как хром, никель, медь. Легирование титаном в больших количествах до 0,22% увеличивает себестоимость стали. Сталь содержит кальций.

Известна сталь [Патент 2268950, МПК С22С 38/16, C21D 8/02, 27.01.2006 г.], состав которой содержит, вес.%:

Углерод	0,03-0,06
Марганец	0,50-1,10
Кремний	0,08-0,20
Алюминий	0,015-0,070
Азот	0,007
Никель	0,040
Медь	0,040
Фосфор	0,035
Сера	0,015
Молибден	0,008
Титан	0,005

Железо и примеси - остальное

сталь содержит также бор в таком количестве, что 0,65 B/N 1,60, а содержание марганца и кремния являются такими, что 4 Mn/Si 15.

Недостатком известной стали является пониженная прочность стали.

Наиболее близкими по своей технической сущности к предлагаемому изобретению являются сталь и изделие, выполненное из нее, согласно патенту РФ 2212468, МПК С22С 38/16, 20.03.2003. Согласно изобретению сталь содержит углерод, марганец, медь, алюминий, фосфор, азот, хром, кальций, серу и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,05-0,09
Марганец	0,15-0,40
Медь	0,01-0,50
Алюминий	0,03-0,07
Фосфор	0,04-0,10
Азот	0,003-0,007
Хром	0,01-0,20
Кальций	0,0005-0,0010
Сера	0,005-0,025
Железо	остальное

при этом содержание серы и кальция определяют соотношением S/Ca>5, а содержание фосфора, углерода, марганца и хрома выражается зависимостью Р/[0,126-0,14(С+Mn+Cr)]>0,5 - прототип.

Недостатком этой стали является низкая пластичность и высокая себестоимость стали из-за наличия дорогостоящих легирующих элементов, таких как хром, медь.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении стали с низкой себестоимостью для производства горячекатаного и холоднокатаного проката повышенной прочности (с покрытием и без покрытия), предназначенного для изготовления изделий автомобиля методом холодной штамповки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение проката с повышенными прочностными характеристиками с хорошей штампуемостью и изделий автомобиля из стали с фосфором при снижении производственных издержек.

Снижение производственных издержек заключается в оптимизации химического состава стали без применения дорогостоящих легирующих элементов, таких как никель, хром.

Технический результат достигается тем, что сталь содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, алюминий, железо и неизбежные примеси в следующем соотношении: углерод 0,025-0,10%, кремния 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, при этом содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью: [С] (0,0005·К_пр-0,085), %, где [С] - содержание углерода в стали, 0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, К_пр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести.

Как вариант, технический результат достигается также тем, что сталь содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, титан, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси в следующем соотношении: углерод 0,025-0,10%, кремний не более 0,30%, марганец 0,41-0,70%, фосфор 0,04-0,12%, титан 0,01-0,03%, алюминий 0,01-0,08%, азот не более 0,009%, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью: [С] (0,0005·К_пр-0,085), %, где [С] - содержание углерода в стали, 0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, К_пр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести.

Как вариант, технический результат достигается также тем, что сталь содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, ниобий, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси в следующем соотношении углерод 0,025-0,10%, кремний не более 0,30%, марганец 0,41-0,70%, фосфор 0,04-0,12%, ниобий 0,01-0,03%, алюминий 0,01-0,08%, азот не более 0,009%, железо и неизбежные примеси - остальное.

Как вариант, технический результат достигается также тем, что сталь содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, ванадий, алюминий, азот, железо и неизбежные примеси в следующем соотношении: углерод 0,025-0,10%, кремний не более 0,30%, марганец 0,41-0,70%, фосфор 0,04-0,12%, ванадий 0,01-0,03%, алюминий 0,01-0,08%, азот не более 0,009%, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом содержание углерода связано с требуемым классом прочности зависимостью: [С] (0,0005·К_пр-0,085), %, где [С] - содержание углерода в стали, 0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, К_пр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести.

Технический результат достигается также тем, что сталь дополнительно содержит 0,0008-0,0030% бора.

Технический результат достигается также тем, что изделия выполняют из стали предложенных составов.

Сущность изобретения состоит в следующем. Механические свойства проката зависят от химического состава стали.

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.

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.

Титан, ниобий и ванадий применены как легирующие элементы и обеспечивают получение необходимых прочностных свойств. При содержании менее 0,01% не удается получить требуемый уровень прочности. Увеличение содержания более 0,03% нецелесообразно вследствие чрезмерного упрочнения стали и ухудшения пластичности.

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.

Экспериментально установлено, что для получения требуемого класса прочности содержание углерода должно быть регламентировано в соответствии с зависимостью: [С] (0,0005·К_пр-0,085), %, где [С] - содержание углерода в стали, %; 0,0005 и 0,085 - эмпирические коэффициенты, %; К_пр - безразмерный показатель, численно равный требуемому минимальному пределу текучести.

Примеры реализации способа.

В кислородном конвертере выплавили 12 плавок стали, химический состав которых приведен в таблице 1.

Выплавленную сталь разливали на машине непрерывного литья в слябы. Слябы нагревали в нагревательной печи с шагающими балками и прокатывали на непрерывном широкополосном стане 2000 в полосы толщиной 2,3-5,5 мм. Горячекатаные полосы на отводящем рольганге охлаждали водой и сматывали в рулоны. Охлажденные рулоны подвергали солянокислотному травлению в непрерывном травильном агрегате. Травленые полосы прокатывали на 5-клетевом стане до толщины 0,7-3,0 мм. Холоднокатаные полосы отжигали в колпаковых печах с водородной защитной атмосферой или в проходных печах с нанесением покрытия. Отожженные полосы дрессировали.

Механические свойства опытных плавок приведены в таблице 2.

В таблице 3 приведено минимальное содержание углерода согласно зависимости [С] (0,0005·К_пр-0,085).

Из таблиц 1-2 видно, что в случае реализации предложенного способа (составы № 2-9) достигаются механические свойства с повышенным уровнем прочности и высокой пластичностью: предел текучести от 235 до 350 Н/мм², предел прочности от 335 до 425 Н/мм ², относительное удлинение от 25 до 39%. При запредельных значениях заявленных параметров (составы № 1 и № 10) и использовании способа-прототипа (состав № 11) достигаются свойства либо с низкой прочностью (состав № 1 и № 11), либо с низкой пластичностью (состав № 10).

Из таблицы 3 видно, что при содержании углерода в стали в соответствии с зависимостью [С] (0,0005·К_пр-0,085) (составы № 2-9) получен предел текучести требуемого класса прочности. В случае запредельного содержания углерода по приведенной зависимости получено низкое значение предела текучести (составы № 1 и № 11).

Таблица 2
Механические свойства готового проката
№ состава	Вид проката	Предел текучести т, Н/мм2	Предел прочности в, Н/мм2	Относительное удлинение 80, %
1	Холоднокатаный	210 (низкое значение)	330	40
2	Холоднокатаный	235	335	39
3	Горячекатаный	240	340	37
4	Оцинкованный	245	340	36
5	Холоднокатаный	280	380	35
6	Холоднокатаный	290	385	33
7	Горячекатаный	275	375	30
8	Холоднокатаный	330	415	27
9	Горячекатаный	350	425	25
10	Холоднокатаный	400	460	15 (низкое значение)
11 (прототип)	Горячекатаный	245-294	387-452	35-40
Холоднокатаный	263-315	403-485	34-38