Конструкційна ізотропна сталь, спосіб одержання листа цієї сталі й одержуваний листовий прокат

1. Конструкційна ізотропна сталь, що містить карбон, марганець, кремній, алюміній, нітроген, нікол, купрум, фосфор, сульфур, молібден, титан, яка відрізняється тим, що містить вказані компоненти у наступному співвідношенні мас. %: 0,03≤C≤0,06 0,50≤M≤1,10 0,08≤Si≤0,20 0,015≤Al≤0,070 N≤0,007 Ni≤0,040 Cu≤0,040 P≤0,035 S≤0,015 Mo≤0,008 Ti≤0,005, при цьому вона містить також бор у такій кількості, де: 2 3 74872 4 повільним статичним охолодженням протягом бімарганцю в сталі складає від 0,55 до 0,65% мас., а льше 30 годин. вміст силіцію складає від 0,08 до 0,12% мас., і тим, 9. Спосіб за одним з пп.7 або 8, який відрізняєтьщо після термічної обробки при значенні PAREQ, ся тим, що на лист, який пройшов обробку наклещо знаходиться в межах від 9,8 до 11,5, має межу пуванням, наносять органічне покриття, потім лист пружності, що перевищує 220МПа, подовження, із нанесеним покриттям піддають термічній обробщо перевищує 36%, і коефіцієнт зміцнення наклеці зі значенням PAREQ, що знаходиться в межах пуванням, що перевищує 0,20. від 9,80 до 11,5. 14. Листовий прокат з ізотропної сталі за одним з 10. Спосіб за п.9, який відрізняється тим, що запп.11 або 12, який відрізняється тим, що вміст значене органічне покриття виконане на основі марганцю в сталі складає від 0,95 до 1,05% мас., а полімеру із сітчастою структурою і містить металевміст силіцію складає від 0,16 до 0,20 % мас., і ві кульки. тим, що після термічної обробки при значенні 11. Листовий прокат з ізотропної сталі зі складом PAREQ, що знаходиться в межах від 9,8 до 11,5, за будь-яким з пп.1-6 має межу пружності, що перевищує 260МПа, опір 12. Листовий прокат з ізотропної сталі, одержуварозтяганню, що перевищує 400МПа, і коефіцієнт ний за допомогою способу за будь-яким з пп.7-10. зміцнення наклепом, що перевищує 0,18. 13. Листовий прокат з ізотропної сталі за одним з пп.11 або 12, який відрізняється тим, що вміст Даний винахід стосується сталі і листового прокату з високоміцної ізотропної сталі з поліпшеними механічними властивостями, здатної протистояти старінню при термічній обробці. Такий тип стали застосовується, зокрема, для виготовлення кузовних деталей, що мають органічне покриття, при виробництві автомобілів. Ці деталі, як правило, формують способом штампування, який припускає, що сталь має достатній рівень пластичності і повинна бути максимально ізотропною, щоб забезпечувати гарний натяг деталей. Крім того, проводяться розробки з метою підвищення міцності на вдавлювання, що може бути досягнуте за умови високої межі пружності. Перед цим етапом формування на деталі наносять органічні покриття, які випалюють у ході певної термічної обробки при максимальній температурі близько 250°С і протягом приблизно 30 секунд. Однак такий вид термічної обробки може привести до прояву феномена старіння сталі, який виражається в збільшенні межі пружності, зниженні пластичності й особливо в появі ступеня межі пружності. Наявність цього ступеня є неприпустимою, тому що він є причиною появи дуже помітних червоподібних деформацій під час штампування, які є неприпустимими дефектами зовнішнього вигляду. З [документа ЕР 0870848] відомий надм'який ніобієвий сплав сталі з доданням алюмінію, який має гарні властивості механічної міцності, а також гарні властивості пластичності, але він схильний до вищезгаданого явища старіння і, отже, не пристосований для нанесення покриття, що потребує термічної обробки перед штампуванням. Таким чином, задачею даного винаходу є розробка ізотропного металевого матеріалу, який одночасно має підвищену мажу пружності без ступеня, гарну пластичність і є придатним для термічної обробки після нанесення органічного покриття без прояву феномена старіння. У зв'язку з цим, першим об'єктом даного вина ходу є сталь, склад якої містить, у вагових %: 0,03 C 0,06, 0.50 Μn 1,10, 0,08 Si 0,20, 0,015 Al 0,070, N 0,07, Ni 0,040, Сu 0,040, Ρ 0,035, S 0,015, Mo 0,008, Ті 0,005, при цьому вона містить також бор у такій кількості, що: 0,65 B 1,60, N а решта складу є ферум і виробничі домішки. Автори даного винаходу відкрили, що дотримання спеціального балансу між компонентами сплавів дозволяє одержувати марку сплаву, що має всі необхідні властивості. Вміст карбону в складі відповідно до даного винаходу складає від 0,03 до 0,06% мас., тому що цей елемент істотно знижує пластичність. Проте, необхідно підтримувати його мінімальний вміст на рівні 0,03% мас., щоб уникнути будь-якого прояву старіння. Вміст марганцю в складі відповідно до даного винаходу складає від 0,50 до 1,10% мас.. Марганець підвищує межу пружності сталі, одночасно значно знижуючи її пластичність. Він також знижує тенденцію до старіння. При вмісті нижче 0,50% мас.. виникають проблеми старіння, тоді як вміст вище 1,10% мас. негативно позначається на пластичності. Вміст силіцію в складі відповідно до даного винаходу складає від 0,08 до 0,20% мас.. Він значно поліпшує межу пружності сталі, одночасно незначно знижуючи її пластичність, але істотно підвищує тенденцію до старіння. Якщо його вміст нижче 0,08% мас., сталь втрачає гарні механічні характеристики, а якщо цей вміст перевищує 5 74872 6 0,20% мас., то зіштовхуються з проблемами зоввміст нікелю - менше 0,040% мас., вміст купруму нішнього вигляду поверхонь, на яких з'являються менше 0 040% мас., і вміст молібдену - менше смугоподібні дефекти. 0,008% мас.. Дійсно ці елементи є залишковими У кращому варіанті реалізації даного винаходу після процесу виробництва марки сталі і зустрічаспіввідношення між вмістом марганцю ι вмістом ються найчастіше. Їхній вміст у складі обмежують, силіцію складає від 4 до 15 щоб уникнути проблетому що вони можуть призвести до утворення ми крихкості стикових швів при контактному звавключень що знижують механічні характеристики рюванні. Дійсно якщо вийти за межі цих значень то марки сталі. під час цієї зварювальної операції спостерігається Другим об'єктом даного винаходу є спосіб утворення оксидів що окричують. одержання листа сталі зі складом відповідно до В іншому кращому варіанті реалізації даного даного винаходу, який включає такі етапи: винаходу вміст марганцю складає від 0,55 до 0 - одержання сталі ι виливання сляба, 65% мас., а вміст силіцію - від 0,08 до 0 12% мас.. - гаряча прокатка цього сляба для одержання Цей варіант реалізації дозволяє одержувати марки листа, при цьому температура завершення прокасталі з поліпшеними властивостями пластичності, тки перевищує температуру точки Аr3, а також з межею пружності що перевищує 220Мпа. - змотування листів у рулони при температурі В іншому кращому варіанті реалізації даного від 500 до 700°С, винаходу вміст марганцю складає від 0,95 до - холодна прокатка листа при ступені обтис1,05% мас., а вміст силіцію - від 0,16 до 0,20% нення від 50 до 80%, мас.. Цей варіант реалізації дозволяє одержувати - термічна обробка перекристалізації, марки сталі з високою пластичністю, що мають - наклеп, здійснюваний при ступені поверхнепідвищену міцність на розтягання, а також з мевої деформації що краще знаходиться в межах від жею пружності що перевищує 260Мпа. 1,2 до 2,5%. Вміст нітрогену в складі повинний бути менше Наприкінці виробництва сталь можна відлива0,007% мас., краще, менше 0,005% мас., тому що ти у виді напівфабрикату такого як сляб, який нацей елемент негативно позначається на механічгрівають до температури близько 1230°С-1260°С них властивостях сталі. Його присутність у сталі для його гарячої прокатки при цьому температура відповідно до даного винаходу є результатом викінця прокатки перевищує точку Аr3 яка у даному робничого процесу. випадку дорівнює приблизно 810°С. У такий спосіб Вміст бору в складі відповідно до даного винаодержують листову сталь Температура кінця проходу повинний бути таким, щоб: катки, краще, менше температури точки Аr3 збільшеної на 20°С. Після цієї операції можна здійс0,65 B 1,60. N нювати змотування одержаного в такий спосіб Основною функцією бору є фіксація нітрогену листа в рулон при температурі від 500 до 700°С. шляхом раннього осадження нітридів бора. Тому У кращому варіанті реалізації лист змотують у він повинний бути присутнім у досить великих кільрулон при температурі від 580 до 620°С, щоб обкостях щоб уникнути збереження занадто великої межити розмір зерен що дозволяє підвищити межу кількості нітрогену у вільному стані але разом з пружності. тим без надмірного перевищення стехіометричної Потім цей лист прокатують холодним спосокількості тому що залишкова вільна кількість може бом зі ступенем обтиснення від 50 до 80% краще, створити проблеми металургійного характеру, а від 60 до 70% і піддають термічній обробці перектакож привести до забарвлення країв рулону старисталізації, яка включає перший етап статичного лі. Як приклад, слід нагадати, що суворе дотривідпалу у водні при температурі що перевищує мання стехіометрії досягається при співвідношенні температуру перекристалізації сталі, протягом 5Β/Ν, яке дорівнює 0,77. 15 годин. Як приклад ця температура перекристаВміст алюмінію в складі відповідно до даного лізації марки сталі, як правило, знаходиться в мевинаходу повинний знаходитися в межах від 0,015 жах від 540 до 570°С. Відпал здійснюють у водні, до 0,070% мас., щоб не доходити до критичної щоб уникнути проблем забарвлення кромок листа. кількості. Присутність алюмінію в марці сталі відТермічна обробка перекристалізації краще, повідно до даного винаходу обумовлена вимогами додатково включає другий етап повільного статичдо процесу лиття під час якого цей елемент доданого охолодження що триває протягом більше 30 ють для відновлення сталі. Разом з тим не слід годин, краще, його тривалість перевищує чи доріперевищувати вміст Al=0,070% мас. тому що в внює 40 годин. Це охолодження здійснюють повіцьому випадку зіштовхуються з проблемами вклюльно, щоб переконатися в абсолютній стійкості чень оксидів алюмінію які негативно позначаються цементних осаджень у феритній матриці. Саме на механічних характеристиках сталі. тому його здійснюють статичним способом, щоб Вміст фосфору в сталі відповідно до даного одержати такий тип повільного охолодження. винаходу обмежений значенням меншим 0,035% Разом з тим цілком можливо здійснювати мас., краще меншим 0,015% мас.. Він дозволяє більш прискорене охолодження й одержувати репідвищити межу пружності марки сталі але в той зультати відповідно до даного винаходу. же час збільшує тенденцію до старіння при терміПісля цього листи можна обробляти наклепом чних обробках, чим і пояснюється дане обмеженпри ступені поверхневої деформації, що складає, ня. Він також негативно позначається на пластичкраще, від 1,2 до 2,5%, наприклад, близько 1,5%, ності. щоб максимально зменшити будь-яке утворення Вміст титану в складі повинний бути менше ступеня межі пружності. Краще не перевищувати 0,005% мас., вміст сульфуру - менше 0,015% мас., це значення 2,5%, тому що це може привести до 7 74872 8 зниження пластичності, але ι не опускати його ниперевищує 260МПа, міцність на розтягання, що жче 1,2% щоб уникнути проблем старіння. перевищує 400МПа, і коефіцієнт зміцнення наклеПісля цього можна переходити до нанесення пом, що перевищує 0,18. органічного покриття і до термічної обробки для Далі даний винахід буде проілюстрований на його нормальної фіксації. Така обробка може, нанижченаведених прикладах, при цьому в приклаприклад включати швидке нагрівання до 250°С із деній таблиці наведений склад у вагових % для підтримуванням цієї температури протягом прибрізних сталей, на яких проводилися випробування, лизно 30 секунд та з подальшим охолодженням. серед яких виливки 1-3 відповідають даному винаДля того, щоб мати можливість порівняти між ходу, тоді як виливок 4 приведений для порівнянсобою два варіанти термічної обробки, здійснюваня: ні при різних температурах і протягом різних проВиливок 1 Виливок 2 Виливок 3 Виливок 4 міжків часу застосовують величину, називану C 0,041 0,045 0,038 0,025 PAREQ визначувану як: Μn 0,853 0,989 0,598 0,227 ( exp( H / RT )dt ) xp(-AHZRT).dt). PAREQ=-0,76 log Si 0,089 0,167 0,088 0,006 де ΔΗ: енергія дифузії карбону в ферумі (приблизно 112кДж/моль), Τ: температура циклу який інтегрують на протязі термічної обробки. Чим вище температура термічної обробки і чим більше її тривалість тим нижче значення PAREQ. Два різних види термічної обробки, що мають ідентичне значення PAREQ, приведуть до однакового результату на одній і тій самій марці сталі. Якщо розглядати процес термічної обробки, у якому сталь доводять до температури 250°С и витримують при цій температурі протягом 30 секунд, то значення PAREQ дорівнює 10,26. У рамках даного винаходу нас більше цікавлять процеси термічної обробки із значенням PAREQ, що знаходиться в межах від 9,80 до 11,5. Органічні покриття, про які йде мова в даному винаході, краще, є покриттями, що містять полімер із сітчастою структурою, і, можливо, металеві кульки, наприклад, кульки цинку. Такі покриття, як правило, наносяться тонким шаром близько кількох мікронів і призначені, наприклад, для захисту сталі від корозії. Якщо сталь відповідно до даного винаходу спеціально призначена для нанесення такого типу покриття, то само собою зрозуміло, що вона може застосовуватися в будь-яких випадках, коли необхідна її стійкість до термічних обробок при значенні PAREQ, що знаходиться в межах від 9,80 до 11,50, незалежно від того, наносилося до цього на неї покриття чи ні. Третім об'єктом даного винаходу є листовий прокат з ізотропної сталі, що має склад відповідно до даного винаходу, а також листовий прокат, одержаний відповідно до способу відповідно до даного винаходу в його різних варіантах. Перевага надається листовій ізотропній сталі з вмістом марганцю від 0,55 до 0 65% мас. і з вмістом силіцію від 0,08 до 0,12% мас., яка після термічної обробки має значення PAREQ, що знаходиться в межах від 9,8 до 11,5, межу пружності, що перевищує 220МПа, подовження, що перевищує 36%, і коефіцієнт зміцнення наклепом, що перевищує 0,20. Кращою є також листова ізотропна сталь із вмістом марганцю від 0,95 до 1,05% мас. і з вмістом силіцію від 0,16 до 0,20% мас., яка після термічної обробки має значення PAREQ, що знаходиться в межах від 9,8 до 11,5, межу пружності, що Ν В Аl Ρ S Сu Νi Cr Τi Nb Mo 0,0035 0,0026 0,035 0,007 0,011 0,018 0,020 0,0012 0,0012 0,0042 0,0029 0,031 0,0065 0,0056 0,025 0,022 0,028 0,001 0,0032 0,0051 0,038 0,007 0,01 0,012 0,019 0,008 0,0041 0,050 0,006 0,012 0,010 0,017 0,032 0,002 0,016 Решта складу виливків 1-4, звичайно, є ферум і можливими виробничими домішками. Застосовувані скорочення А: подовження при розриві, в % Re: межа пружності, в Мпа Rm: міцність на розтягання, в Мпа n: коефіцієнт зміцнення наклепом Δr: коефіцієнт плоскої анізотропії r: коефіцієнт анізотропії Приклад 1 - Межа пружності і міцність на розтягання Одержують лист сталі зі складом кожного з виливків 1-3 відповідно до даного винаходу а також порівняльного виливка 4 при цьому відливають сляб який нагрівають приблизно до 1230°С и потім прокатують гарячим способом при середній кінцевій температурі прокатки 860°С. Змотують рулони при температурі приблизно 585°С, потім здійснюють холодну прокатку зі ступенем обтиснення 73%. Після цього здійснюють відпал у водні приблизно при 630°С приблизно протягом 7 годин з наступним повільним охолодженням протягом 30 годин. Завершують процес наклепом з рівнем поверхневої деформації 1,5%. Потім проводять перші випробування на розтягання в напрямку поперечному напрямку прокатки за стандартом NF EN 10002-1. Згодом цей лист піддають термічній обробці зі значенням PAREQ що дорівнює 10,26, і проводять другі випробування на розтягання за стандартом NF EN 10002-1 Термічна обробка включає нагрівання до 250°С зі швидкістю нагрівання 35°С за секунду з наступним витримуванням при цій температурі протягом 30 секунд. У такий спосіб визначають значення межі пружності ι механічної міцності листа й одержують такі результати: 9 74872 Виливок 1 Виливок 2 Виливок 3 Виливок 4 Re Rm Re Rm Re Rm Re Rm (МПа) (МПа) (МПа) (МПа) (МПа) (МПа) (МПа) (МПа) До термічної об- 241 робки Після термічної 247 обробки 373 258 400 243 357 262 353 380 266 396 240 355 329 355 Як видно з таблиці рівні Re і Rm виливків 1-3 відповідно до даного винаходу після термічної обробки не погіршилися, що підтверджує стійкість сталі відповідно до даного винаходу до такої обробки. Слід також відзначити чудові значення одержані для виливка 2 відповідно до даного винаходу, у якого межа пружності перевищує 260МПа а міцність на розтягання складає 400Мпа. Приклад 2 - Пластичність За допомогою випробувань описаних у прикладі 1 відомим способом визначають подовження при розриві А і коефіцієнт зміцнення наклепом n для усіх чотирьох виливків. Криві розтягання насамперед свідчать про те, що для виливків 1-3 відповідно до даного винаходу не спостерігалося жодного ступеня межі пружності як до термічної обробки, так і після неї. Що ж стосується виливка 4, для якого відзначався невеликий ступінь до термічної обробки, то після цієї термічної обробки він вже склав більше 10%, що робить таку сталь зовсім несумісною із задачами, поставленими перед даним винаходом. Інші результати наведені в наступній таблиці: Виливок 1 А n (%) (%) Виливок 2 А n (%) (%) Виливок 3 А n (%) (%) Виливок 4 А n (%) (%) До термічної 34.7 0,198 32,3 0,195 35,6 0,207 35,5 0,193 обробки Після терміч34,9 0,190 34,3 0,180 36,5 0,202 34,7 0,216 ної обробки При розгляді цих результатів відзначається гарний показник значень подовження при розриві, що дозволяє гарантувати нормальне виготовлення деталей штампуванням. Одержаний також гарний коефіцієнт зміцнення наклепом n, що гарантує нормальний рівень межі пружності для готових деталей завдяки ефекту зміцнення від наклепу під час штампування (так званий ефект деформаційного зміцнення ("work hardening")). Відзначається також, що виливок 3 відповідно до даного винаходу відрізняється чудовими показ Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 10 никами пластичності, подовження при розриві, а також коефіцієнта зміцнення наклепом. Значення, одержані для порівняльного виливка 4, наводяться як приклад, тому що ці значення не є принциповими при наявності ступеня більше 10%. Приклад 3 - Ізотропія Загальну анізотропію сталі визначають за допомогою середнього коефіцієнта нормальної анізотропії r: r r(0) r(90) 2r(45) 4 де r(0), r(90) та r(45) є значеннями коефіцієнтів нормальної анізотропії r у подовжньому напрямку, поперечному напрямку та у напрямку під кутом 45° до напрямку прокатки. Коефіцієнт площинної анізотропії Δr може бути визначений: r r(0) r(90) 2r(45) 2 Коефіцієнти визначають на листах до та після їхньої термічної обробки, аналогічної до термічної обробки, описаної в Прикладі 1. Результати приведені в наступній таблиці: Виливок 1 r r Виливок 2 r r Виливок 3 r r Виливок 4 r r До термічної 1,27 0,17 1,25 0,11 1,30 0,25 1,33 0,19 обробки Після терміч1,25 0,20 1,23 0,11 1,26 0,24 1,47 0,21 ної обробки Значення, одержані для порівняльного виливка 4, наводяться як приклад, тому що ці значення не є принциповими при наявності ступеня більше 10%. Відзначається, що ізотропія виливків сталі відповідно до даного винаходу в середньому є гарною і підвищує їхню здатність до глибокого штампування при цьому підкреслюється особливо примітне значення Δr виливка 2. Дійсно, автори даного винаходу дійшли висновку, що нітриди бору, які утворюються у сталі в ході контрольованого процесу, осаджуються на гарячому листі i не заважають наступній перекристалізації. Таким чином, листова сталь відповідно до даного винаходу є мікрографічною зернистою структурою з подовженням близьким до 1 та з низькими значеннями коефіцієнта анізотропії r. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601