Спосіб одержання сталевого листа, сталевий лист і деталь з нього

1. Спосіб одержання сталевого листа, що може бути зміцнений випалом, який включає виплавку сталі, до складу якої входять, мас. %: 0,03 ≤ С ≤ 0,06 0,50 ≤ Mn ≤ 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 ≤ 0,010 Ті ≤ 0,005, при цьому до складу сталі входить також бор, кількість якого відповідає наступному співвідношенню: 0,64 ≤ B/N ≤ 1,60, решта – залізо та домішки, обумовлені виплавкою, виливання сляба з даної сталі, наступну його гарячу прокатку для одержання листа, при цьому температура наприкінці прокатки перевищує температуру точки Ar3, намотування листа при температурі від 500 до 700 °С, холодну прокатку листа при ступені обтиснення від 50 до 80 %, термообробку шляхом безперервного відпалу тривалістю 2 (19) 1 3 80448 4 11. Деталь, одержана із заготовки, вирізаної зі 10. Зміцнений випалом сталевий лист за п. 9, який сталевого листа за п. 9 або 10, пофарбованого та відрізняється тим, що в ньому показник зміцненвипаленого при температурі нижче 200 °С. ня ВН2 становить більше 60 МПа. Даний винахід стосується способу одержання сталевих листів, а також сталевих листів та деталей, одержаних з цих листів. Сталеві листі та деталі можуть мати антикорозійне покриття, що наноситься, наприклад, гарячим або електролітичним цинкуванням. Сталеві листі призначені, зокрема, для виготовлення з них автомобільних зовнішніх деталей, таких, наприклад, як капот, а виливки товщиною, що перевищує товщину листів, використовуються, зокрема, для виготовлення конструкційних елементів автомобіля. Дійсно, автомобільні зовнішні деталі повинні бути виготовлені з матеріалу, що легко обробляється штампуванням, а після цієї операції має високий опір до вм'ятин, і який повинен мати якомога меншу вагу для зменшення зносу автомобіля. Однак ці різні властивості є суперечливими: матеріал має гарну здатність до обробки штампуванням при низькій межи його пружності, а для високого опору до вм'ятин він повинен мати високу міжу пружності та значну товщину. Отже, були створені сталі, так звані сталі "bake hardening" (або сталі ВН), які мають низьку міжу пружності перед деформацією, що дозволяє їх легко штампувати. Однак після штампування, наступного нанесення фарби та термообробки випалом (наприклад, при 170°С протягом 20 хв.) було відзначено, що границя пружності деталей або листів зі сталі ВН істотно зростає, що надає їм високого опору до вм'ятин. Застосовна до конструктивних елементів така властивість зміцнення при випалі покриття успішно застосовується, зокрема, для зменшення товщини і, отже, ваги цих деталей. З металургійної точки зору така зміна властивостей пояснюється переходом вуглецю сталі у твердий розчин. Вуглець має властивість осаджуватися на дислокаціях сталі до їхнього насичення, що і зміцнює сталь. Контролюючи кількість вуглецю у твердому розчині та щільність дислокацій у сталі під час застосування способу, можна при бажанні певною мірою підвищити міцність сталі, створюючи при цьому нові дислокації, насичуванні вуглецем, що є присутнім у вигляді твердого розчину та мігрує під дією термічної активації. Однак при цьому слід стежити за тим, щоб не допустити занадто великого вмісту вуглецю у твердому розчині, тому що цим можна викликати старіння сталі у вигляді передчасного зміцнення до початку штампування, що суперечило б поставленій меті. Відомі зміцнені випалом сталі, до складу яких входять марганець та кремній, а також значна кількість фосфору, що досягає близько 0,1 мас.%. Ці сталі характеризуються високими механічними властивостями та здатні збільшувати міжу пружності після випалу (ВН) до близько 45МПа, але схильні до значного природного старіння. Метою даного винаходу є створення зміцнених випалом сталей з високими механічними властивостями, збільшенням міжи пружності після випалу (ВН), щонайменше, на 40Мпа, які є менш чутливими до природного старіння, ніж сталі, відомі з рівня техніки. Тому першим об’єктом винаходу є спосіб одержання зміцнений випалом, який включає: - виплавку сталі, до складу якої входять, мас.%: до складу входить також бор у кількості: B 0,64 £ £ 1,60 N решта - залізо та домішки, обумовлені виплавкою, - виливання сляба з даної сталі, наступну його гарячу прокатку для одержання листа, при цьому температура наприкінці прокатки перевищує температуру точки Аr3; - намотування листа при температурі від 500 до 700°С; - холоднулрокатку листа при ступені обтиснення від 50 до 80%; - термообробку шляхом безперервного відпалу тривалістю менше 15хв.; - холодне деформування при ступені обтиснення від 1,2 до 2,5%. Відповідно до першого кращого варіанта виконання, термообробка шляхом безперервного відпалу включає: - нагрівання сталі до температури від 750 до 850°С; - ізотермічне витримування; - перше охолодження до температури від 500 до 380°С; - ізотермічне витримування; - друге охолодження до температури навколишнього середовища. Відповідно до другого кращого варіанта виконання перше охолодження включає перший етап повільного охолодження при швидкості менше 10°С/с та другий етап швидкого охолодження при швидкості від 20 до 50°С/с. 5 80448 6 Спосіб може також включати такі варіанти, перевищуючи при цьому стехіометричної кількості, узяті роздільно або в поєднанні: тому що вільна залишкова кількість може виклика- вміст марганцю та кремнію в сталі складає: ти металургійні проблеми та забарвлення кромок рулону. Для відомості нагадується, що точна стеMn, мас.% 4£ £ 15 хіометрія досягається при співвідношенні B/N = Si, мас.% 0,77. - вміст марганцю в сталі складає від 0,55 до Вміст алюмінію в складі, відповідно до вина0,65мас.%, вміст кремнію - від 0,08 до 0,12мас.%; ходу, становить від 0,015 до 0,070мас.%. і не дося- вміст марганцю в сталі складає від 0,95 до гає критичної величини. Алюміній присутній у мар1,05мас.%, вміст кремнію в сталі - від 0,16 до ці сталі, відповідно до винаходу, обумовленої 0,20мас/%; способом розливання, при якому цей елемент до- вміст азоту в сталі складає менше дають для розкислення стали. При цьому важливо 0,005мас.%; не перевищувати вміст 0,070мас.%, тому що в - вміст фосфору в сталі складає менше противному випадку виникають труднощі, викли0,015мас.%. кані включеннями оксидів алюмінію, які негативно Вміст вуглецю в складі, відповідно до винаховпливають на механічні властивості сталі. ду, вибирають від 0,03 до 0,06мас.%, тому що цей Вміст фосфору в сталі, відповідно до винахоелемент істотно знижує пластичність сталі. Однак ду, обмежений величиною менше 0,035мас.%, необхідно забезпечити його присутність у кількості краще, менше 0,015мас.%. Він (фосфор) дозволяє не менше 0,03мас.% для запобігання старінню. збільшити границю пружності марки сталі, але Вміст марганцю в складі, відповідно до винаодночасно підвищує і здатність до старіння при ходу, повинен досягати від 0,50 до 1,10мас.%. Матермообробці, чим і пояснюється його обмеження. рганець підвищує границю пружності сталі, але Крім того, він негативно впливає на пластичність. різко зменшує пластичність. При вмісті менше Вміст титану в складі повинен складати менше 0,50мас.%. спостерігаються процеси старіння, а 0,005мас.%, вміст сірки - менше 0,015мас.%, вміст при вмісті більше 1,10мас.%, різко знижується нікелю - менше 0,040мас.%, вміст міді - менше пластичність. 0,040мас.% і вміст молібдену - менше 0,010мас.%. Вміст кремнію в складі, відповідно до винахоВ дійсності ці різні елементи є залишковими еледу, повинен досягати від 0,08 до 0,20мас.%. Кремментами, обумовленими виплавкою сталі даної ній істотно підвищує границю пружності сталі при марки, які зустрічаються найчастіше. їхній вміст незначному зниженні пластичності, але значно необхідно обмежувати, тому що вони здатні утвозбільшує її здатність до старіння. Якщо вміст крерювати включення, які погіршують механічні власмнію становить менше 0,08мас.%, то сталь не має тивості марки сталі. До залишкових елементів мовисоких механічних властивостей, а при його вмісже належати також ніобій, який до складу не ті понад 0,20мас.%. виникають проблеми стосовно вводять, але який може бути присутнім у ньому у зовнішнього вигляду поверхні, на якій з'являється вигляді слідів, тобто, в кількості менше 0,004%, смугастість. краще, менше 0,001%, і найкраще, відсутні. Згідно з кращим варіантом виконання винахоДругим об'єктом винаходу є зміцнений випаду, співвідношення між вмістом марганцю та кремлом/сталевий лист, одержаний способом, відповінію становить від 4 до 15, що необхідно для попедно до винаходу, який характеризується межею редження труднощів, обумовлених крихкістю при пружності від 260 до 360МПа, границею міцності торцевому зварюванні. Дійсно, у випадку застосупри розтяганні від 320 до 460МПа, показником ВН2 вання інших показників спостерігається утворення вище 40МПа, краще, вище 60МПа, і плоскою діляоксидів у процесі такого ^ зварювання, що виклинкою кривої границі пружності 0,2% і менше. кає окрихчування. Нижче винахід пояснюється за допомогою Основне призначення бору полягає у зв'язуприкладів, при цьому в таблиці наведений склад ванні азоту в результаті раннього випадання в різних тестованих сталей в %.мас., з яких одержаосад нітридів бору. Однак він повинен бути присуні виливки 1-4, відповідно до винаходу, а виливок тнім у кількості, достатній для попередження за5 використовується для порівняння. надто великої кількості вільного азоту, істотно не С Мn Si N В АІ Р S Си Ni Ті Mo Виливок 1 0,044 0,546 0,089 0,0033 0,0025 0,047 0,006 0,010 0,020 0,019 0,001 0,002 Виливок 2 0,045 0,989 0,167 0,0042 • 0,0029 0,031 0,0065 0,0056 0,025 0,022 0,001 0,003 Виливок 3 0,038 0,598 0,088 0,0032 0,0051 0,038 0,007 0,01 0,012 0,019 0,001 0,008 Виливок 4 0,043 ] 1,000 0,179 0,0045 0,0029 0,029 0,009 0,008 0,017 0,016 0,001 0,002 Виливок 5 0,066 0,625 0,091 0,0039 0,058 0,078 0,0076 0,029 0,023 0,002 0,002 7 80448 Решту в складі виливків 1-5 утворюють, як звичайно, залізо та можливі домішки, обумовлені виплавкою. Вимірювання збільшення межи пружності після випалу Для кількісного визначення збільшення межи пружності сталі після випалу проводили традиційні випробування, що моделюють реальну обробку, при якій сталь штампують та випалюють. Потім зразок піддають одноосьовому розтяганню 2% та термообробці при 170°С протягом 20 хвилин. Під час цих операцій послідовно вимірюють: - межу пружності Re0 зразка, вирізаного зі сталевого листа після його безперервного відпалу; - межу пружності Re2% зразка після одноосьового розтягання 2%; - межу пружності ReTT після термообробки при 170°С протягом 20 хвилин. Різниця між показниками Re0 та Re2% дозволяє обчислити зміцнення після обробки (work hardening або WH - механічне зміцнення), а різниця між показниками Re2% та ReTT дає зміцнення після випалу, яке при цьому традиційному випробуванні позначається як ВН2. Застосовувані скорочення: А: подовження при розриві, %; Re: межа пружності, МПа; Rm: межу міцності при розтяганні, МПа; n: коефіцієнт нагартування; Р: плоскі ділянка кривої границі пружності, %. Приклад 1 З виливків 1-4 одержали сляби, які піддали гарячій прокатці при температурі вище Аr3. Температура наприкінці прокатки слябів склала 854880°С. Одержані листі змотували при температурі 580-620 °С і прокочували в холодному стані при ступені обтиснення 70-76%. Після цього листи піддали безперервному відпалу, який включає такі етапи: - нагрівання листа до температури 750°С при Зразок Виливок № 1 (перед старінням) Виливок № 1 (після старіння) Виливок № 2 (перед старінням) Виливок № 2 (після старіння) Виливок № 3 (перед старінням) Виливок № 3 (після старіння) Re, МПа 296 290 305 299 284 286 Після моделювання природного старіння протягом 6 місяців було встановлено, що виливки 1-3, відповідно до винаходу, не характеризуються поверненням плоскої ділянки, яка порушує зовнішній вигляд Z (0,2% або менше). Приклад 2 З виливків 1-5 виготовили сляби та піддали їх гарячій прокатці, при цьому температура наприкінці прокатки становила 850-880°С. Одержані листи змотали при температурі 580-620°С і піддали холодній прокатці при ступені обтиснення 70-76%. Потім сталеві листи піддали безперервному відпалу, який включає такі етапи: - нагрівання листа до температури 820°С при 8 швидкості 6°С/с, - витримування при цій температурі протягом 50 секунд, - повільне охолодження до 650°С при швидкості 4°С/с, - швидке охолодження до 400°С при швидкості 28°С/с, - витримування при цій температурі протягом 170 секунд, і - охолодження до температури навколишнього середовища при швидкості 5°C/c. Потім з листів вирізали зразки та вимірювали границі пружності Re0. Після цього зразки піддавали одноосьовому розтяганню 2% і вимірювали їхні границі пружності Re2% та інші механічні властивості. Після цього їх піддавали звичайній термічній обробці при 170°С протягом 20 хвилин та заміряли їхні нові межи пружності ReTT. Потім обчислювали показник ВН2. Одержані результати наведені в нижче у таблиці. Зразок Re, МПа Виливок № 1 Виливок № 2 Виливок № 3 296 305 284 Rm, МПа 384 422 379 Р,% 0 0 0,2 ВН2, МПа 67 44 64 Було встановлено, що виливки 1-3, відповідно до винаходу, мають високі механічні властивості, високий показник ВН2 і не мають або мають лише незначну плоску ділянку кривої межи пружності. Потім вирізали нові зразки зі сталевих листів, що пройшли безперервний відпал, і піддавали термообробці при 75°С протягом 10 годин. Ця термообробка рівнозначна природному старінню протягом 6 місяців при температурі навколишнього середовища. При цьому були одержані такі результати. Rm, МПа 384 394 422 431 379 393 n 0,208 0,165 0,189 0,160 0,194 0,157 Р,% 0 0,1 0 0 0,2 0,2 А, % 36,6 31,1 33,1 31,0 35,3 30,4 швидкості 7°С/с, - витримування при цій температурі протягом 30 секунд, - повільне охолодження до 650°С при швидкості 6°С/с, - швидке охолодження до 470°С при швидкості 45С/с, - витримування при цій температурі протягом 20 секунд, і - охолодження до температури навколишнього середовища при швидкості 11°С/с. Потім з листів вирізали зразки та виміряли границі пружності Re0. Після цього зразки піддали одноосьовому розтяганню 2% і виміряли їхні гра 9 80448 10 ниці пружності Re2% та інші механічні властивості. Після цього їх піддали звичайній термічній обробці Було встановлено, що виливки 1-4, відповідно при 170°С-протягом 20 хвилин і виміряли їхні нові до винаходу, мають високі механічні властивості, границі пружності ReTT. Потім розрахували показдуже високий показник ВН2 і не мають або мають ник ВН2. лише незначну плоску ділянку кривої границі пруОдержані результати наведені в нижче у табжності, на відміну від виливка № 5, плоска ділянка лиці. якого складала 1,2%. Потім вирізали нові зразки зі сталевих листів, що пройшли безперервний відпал, і піддали терRe, Rm, ВН2, Зразок Р, % мообробці при 75°С протягом 10 годин. Ця термоМПа МПа МПа обробка еквівалентна природному старінню протяВиливок № 1 290 389 0 74 гом 6 місяців при температурі навколишнього Виливок № 2 315 424 . 0 64 середовища. При цьому були одержані такі реВиливок № 3 282 377 0 82 зультати. Виливок № 4 310 413 0,2 59 Виливок № 5 333 436 1,2 40 Зразок Виливок № 1 (перед старінням) Виливок № 1 (після старіння) Виливок № 2 (перед старінням) Виливок № 2 (після старіння) Виливок № 3 (перед старінням) Виливок № 3 (після старіння) Виливок № 4 (перед старінням) Виливок № 4 (після старіння) Виливок № 5 (перед старінням) Виливок № 5 (після старіння) Re, МПа 290 294 315 325 282 295 310 311 333 335 Після моделювання природного старіння протягом 6 місяців було встановлено, що виливки №1-4, відповідно до винаходу, не характеризу Комп’ютерна верстка В. Клюкін Rm, МПа 389 412 424 447 377 415 413 425 436 446 n 0,197 0,160 0,180 0,147 0,185 0,148 0,187 0,163 0,186 0,167 Р, % ' 0 0,2 0 0 0 0 0,2 0,1 1,2 1,8 А,% 32,6 27,4 32,8 27,3 20,4 26,2 31,7 29,5 31,6 29,4 ються плоскою ділянкою, яка порушує зовнішній вигляд Z (0,2% або менше), на відміну від виливка 5, плоска ділянка якого складала 1,8%. 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