Спосіб і пристрій для одержання гарячекатаної багатофазної сталі зі створенням бажаної комбінації її властивостей

1. Спосіб одержання гарячекатаної багатофазної сталі з створенням бажаної комбінації її властивостей, багатофазна структура якої містить мінімум 30 % фериту і максимум 50 % мартенситу або бейніту, що одержують в звичайній лінії гарячої прокатки, лиття і прокатки тонких слябів, вузько- і середньоштабових станів або в лінії дротового стана зі стандартним складом і умовами проведення процесу гарячої прокатки і охолоджування, який відрізняється тим, що після охолоджування, що іде за гарячою прокаткою (10) або технологічною операцією виготовлення деталей за допомогою відпалу або проміжного відпалу (30, 35) із змінними температурою і тривалістю, створюють бажану комбінацію міцності і відношення межі текучості до межі міцності у багатофазній сталі, при цьому відпал (30, 35) виконують таким чином, що одержана структура містить феритну 2 (19) 1 3 90348 4 ним складом і умовами проведення процесу, який відрізняється тим, що він призначений для здійснення способу за будь-яким з пп. 1-7, при цьому у вказаній лінії в довільно вибраному місці змонтовано нагрівальний пристрій з можливістю здійснення відпалу (30, 35) із змінною температурою відпалу, яка менше або дорівнює 600° С, та зі змінною тривалістю відпалу, яка менше або дорівнює 120 секундам. 9. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що вказана багатофазна сталь є двофазною сталлю або сталлю з TRIP-ефектом. 10. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що нагрівальний пристрій являє собою піч безперервної дії, встановлену в лінії оцинковування для роботи в режимі "on-line". 11. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що нагрівальний пристрій являє собою піч, яка працює в режимі "off-line". 12. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що нагрівальний пристрій виконаний таким чином, що зональний відпал (35) здійснено в локально обмежених місцях деталі з вказаної сталі до або після її безпосереднього виготовлення у вигляді готового продукту. Винахід належить до способу і пристрою для створення визначених комбінацій властивостей гарячекатаної багатофазної сталі, багатофазна структура якої містить мінімум 30% фериту і максимум 50% мартенситу, наприклад, двофазної сталі і сталі з TRIP-ефектом, одержуваної на звичайній лінії для гарячої прокатки, лінії відливання і прокатки тонких слябів або на відповідних лініях вузько- і середньоштабових станів, або на лінії дротового стану зі стандартним аналізом і при стандартних умовах проведення процесу. Багатофазна сталь в порівнянні із звичайними сортами сталі має суттєво кращу комбінацію міцності і пластичності і тому набуває все більше значення, особливо в автомобільній промисловості. У цей час самими значними групами сортів сталі для автомобільної промисловості є двофазна сталь і сталь з TRIP-ефектом. При цьому, завдяки більш низьким виробничим витратам, варіант виробництва безпосередньо у вигляді гарячекатаної штаби має економічні переваги і тому є дуже перспективним. Для двофазної сталі характерним є низьке відношення межі текучості до межі міцності, що становить, як правило, 50-70%. У порівнянні зі сталлю HSLA (high-strength low-alloy), тобто з високоміцною, низьколегованою конструкційною сталлю, нарівні з низькою межею текучості при розтягненні при тих же значеннях межі міцності при розтягненні досягаються явно кращі показники відносного подовження. Для деяких додатків (наприклад, у випадку труб) бажано, щоб відношення межі текучості до межі міцності встановлювалося на визначеному рівні, в той час як відносне подовження при розриві було б можливо великим. Оскільки для одержання різних класів міцності безпосередньо для гарячекатаної штаби потрібні численні ноу-хау в частині способу, то відповідно до рівня техніки для кожного окремого матеріалу потрібно підбирати або хімічний аналіз, або умови проведення процесу, причому сталь з TRIPефектом, загалом, має більш високе відношення межі текучості до межі міцності, ніж двофазна сталь. З ЕР 1 108 072 В1 відомий спосіб одержання двофазної сталі, при якому після чистової прокатки з двоступеневим охолоджуванням одержують двофазну структуру, що складається на 70-90% з фериту і на 30-10% з мартенситу. Перше (повільне) охолоджування проводиться на ділянці охолоджування, на якій гарячекатана штаба певним чином послідовно охолоджується водою зі швидкістю охолоджування 20-30К/сек, в розташованих на відстані рівнях охолоджування. При цьому охолоджування проводиться таким чином, що крива охолоджування заходить в область фериту ще з такою високою температурою, що утворення фериту відбувається швидко. Це перше охолоджування продовжується доти, поки в ферит не перетвориться мінімум 70% аустеніту, потім без паузи починається подальше (швидке) охолоджування. Особливою властивістю сталі з TRIP-ефектом (transformation induced plasticity) зі структурою, що складається, наприклад, на 40-70% з фериту, на 15-40% з бейніту і на 5-20% із залишкового аустеніту, є перетворення метастабільного залишкового аустеніту в результаті зовнішньої пластичної деформації в мартенсит. Це перетворення пов'язане із збільшенням об'єму і з пластифікацією феритної матриці і зачіпає не тільки аустеніт, але і оточуючі компоненти структури, що викликає ще більше зміцнення і в результаті веде до подальшого збільшення подовжнього пластичного подовження. В сортах сталі, виготовлених таким чином, одержується незвичайна комбінація високої міцності з великою пластичністю, внаслідок чого вони особливо добре придатні для використання в автомобільній промисловості. З ЕР 1 396 549 A1 відомий спосіб виготовлення безперлітної гарячекатаної стальної штаби з TRIP-ефектом, в якому сталевий розплав, що містить як суттєвий компонент нарівні із залізом і неминучими домішками щонайменше один з елементів Ті або Nb, і за вибором деяку кількість одного або декількох інших елементів, а саме - максимум 0,8% Сr, максимум 0,8% Сu і максимум 1,0% Ni, відпивається в тонкий сляб, який при вхідній температурі порядку 850-1050°С піддається відпалу у відпалювальній печі протягом 10-60 хвилин при температурі 1000-1200°С. Після видалення окалини тонкі сляби піддаються гарячому чистовому прокатуванню в інтервалі температур 750-1000°С, а потім охолоджуються до температури змотування порядку 300-530°С в двох рівнях охолоджуван 5 ня із встановлюваною на першому рівні швидкістю охолоджування порядку щонайменше 150К/сек, і з перервою при охолоджуванні на 4-8 секунд. Нарівні з описаними умовами здійснення процесу має значення присутність Ті і/або Nb, оскільки ці елементи до початку гарячої прокатки залишаються в розчині і при подальшому виділенні, в числі іншого, підвищують дрібнозернистість гарячекатаної штаби, вміст залишкового аустеніту і його стабільність. Нарешті, з ЕР 1 394 279 В1 відомий спосіб одержання низьковуглецевої сталі високої міцності і пластичності з межею міцності при розтягненні більше 800МПа, з рівномірним відносним подовженням більше 5% і відносним подовженням при розриві більше 20%. З загартованого або поліпшеного вихідного матеріалу - сталі із вмістом 0,20% С, 1,60% Μn, а також із вмістом домішки бору і з кількістю мартенситної фази більше 90% - після холодної прокатки, що додає 20% повної деформації при прокатуванні, проводився відпал при температурі в інтервалі 500-600°С, причому одержувалася наддрібна кристалічна зерниста феритна структура порядку 100-300нм з виділеннями карбідів заліза в фериті. Відповідно до представленого рівня техніки задачею винаходу є створення способу і пристрою, за допомогою яких багатофазна сталь, що виробляється зі стандартним складом і в традиційних умовах проведення процесу, могла б перетворюватися на сорти сталі з майже будь-якими комбінаціями властивостей, тобто мати бажані комбінації величини та ізотропії властивостей. Поставлена задача відносно способу вирішується за допомогою відмітних ознак пункту 1 формули винаходу таким чином, що внаслідок охолоджування після охолоджування, що іде за гарячою прокаткою або іншою технологічною операцією, наприклад, виготовлення деталей, за допомогою подальшого або проміжного відпалу із змінними температурою і тривалістю, багатофазна сталь набуває бажаних комбінацій міцності і відношення межі текучості до межі міцності. Пристрій для здійснення способу характеризується ознаками пункту 8 формули винаходу. Переважні варіанти виконання винаходу наведені в залежних пунктах формули винаходу. Шляхом простого відпалу багатофазної сталі після її безпосереднього одержання, здійснюваного, згідно з винаходом, зі стандартним складом і при типових умовах проведення процесу, можна одержати майже будь-які комбінації різних речовин і комбінації властивостей (величина межі текучості і величина міцності при розтягненні). У той же час для одержання різних мір твердості багатофазної сталі для гарячекатаної штаби потрібні дуже складні ноу-хау в частині способу, а також відповідний попередній підбір легуючих елементів. Згідно з винаходом, відпал із змінною температурою 600°С, а також із змінною тривалістю 120 секунд проводиться так, щоб одержана структура складалася з феритної матриці, а також з відпущеного мартенситу або бейніту з часткою поверхні порядку 10-50%. При цьомутемпература відпалу завдяки тонкодисперсним відкладенням 90348 6 карбідів на границях зерен мартенситу або бейніту насамперед надає вплив на величину межі текучості при розтягненні, а за рахунок тривалості відпалу встановлюється рівень межі міцності при розтягненні. При аналізі структури можливо керуватись вимогами стандарту DIN EN ISO 643:2003, який встановлює взаємозв'язок між часткою поверхні, що займається певною структурою і її складом. Відпал може проводитися, згідно з винаходом, відповідно до умов, що склалися, незалежно від попередніх або подальших технологічних операцій в установці для безперервного відпалу в автономному режимі («off-line») або в рамках діючої потокової лінії («on-line»), наприклад, при оцинковуванні штаби на стадії підігрівання в лінії оцинковування перед надходженням у ванну для оцинковування. Крім того, згідно з винаходом, можливо, щоб відпалу піддавалися вже готові пресовані деталі (рамні конструкції, колеса, з'єднувальні елементи і подібне), завдяки чому додатково поліпшуються механічні властивості цих деталей. Перевагою цієї технології є те, що перетворення на деталь може здійснюватися на матеріалі, що добре піддається холодній обробці, з низькою межею текучості при розтягненні і з хорошим відносним подовженням, завдяки чому знос інструмента є порівняно невеликим. Внаслідок подальшого відпалу міцність деталей досягає значень, які в звичайних умовах можуть задаватися далеко не завжди, оскільки зусилля пресування формувальних машин було б недостатнім. Нарівні з повним відпалом деталі, згідно з винаходом, можливе також застосування направленого зонального відпалу локально обмежених місць деталі. При цьому переслідується мета часткової заміни в спеціалізованих зварних заготовках, так званих „Tailor Blanks". При використанні технології „Tailor Blanks" для досягнення бажаної твердості деталі на неї в певних місцях направленим чином наварюється сталь високої міцності. Однак, від такого наварювання можна було б відмовитися, якби замість цього у вказаних місцях проводився зональний відпал. Пристрій для забезпечення визначених комбінацій властивостей гарячекатаної багатофазної сталі за допомогою відпалу, згідно з винаходом, відрізняється наявністю нагрівальної установки, що монтується в будь-якому місці виробничої установки або потоковій лінії, в якій можливий відпал при температурі відпалу 600°С і тривалості 120 секунд. Ця нагрівальна установка може бути пристроєм повного відпалу, в якому відпал, наприклад, деталей, відбувається в автономному режимі («off-line») або в рамках діючої потокової лінії («on-line»), наприклад, при оцинковуванні штаби на стадії підігрівання в лінії оцинковування перед надходженням у ванну для оцинковування. Ефект відпалу, згідно з винаходом, пояснюється на наступному прикладі. Двофазна сталь частково має анізотропну властивість в'язкості в напрямі прокатки і в напрямі, поперечному останній. При короткочасному відпалі двофазної сталі, згідно з винаходом, у вигляді гарячекатаної штаби 7 90348 з межею міцності при розтягненні 980-1035н/мм2 протягом 60 секунд при температурі 500°С ця анізотропія властивостей вирівнюється в обох напрямах (ізотропні властивості). Як показано в нижченаведеній таблиці, невипалена гарячекатана штаба (при тривалості відпалу 0 секунд) виявляє явно різні значення відносного подовження при розриві в напрямі прокатки і в напрямі, попереч 8 ному останній. В результаті короткочасного відпалу (тривалістю 1 хвилина) величина межі міцності при розтягненні дещо зменшується, проте значення відносного подовження при розриві в загальній складності досягають більш високого рівня (див. таблицю 1, в якій Rp0,2 - умовна межа текучості, Rm - межа міцності, А - відносне подовження). Таблиця Властивості штаби Тривалість відпалу (сек.) 0 60 вздовж упоперек вздовж упоперек Rp0,2 (МПа) 473 469 503 513 Ці залежності, представлені на прикладі двофазної сталі, в рівній мірі належать також і до сталі з TRIP-ефектом. Інші деталі можливого вищеописаного відпалу, згідно з винаходом, більш детально пояснюються нижче за допомогою блок-схем, представлених на схематичних кресленнях, де показано: Фіг.1 - блок-схема процесу відпалу матеріалу штаби; Фіг.2 - блок-схема процесу відпалу матеріалу дроту; Фіг.3 - блок-схема процесу відпалу деталей. На Фіг.1-3 у вигляді блок-схем представлені окремі технологічні операції, необхідні, згідно з винаходом, для відпалу матеріалу штаби (Фіг.1), матеріалу дроту (Фіг.2) і деталей (Фіг.3), причому відповідний технологічний маршрут позначений пронумерованими стрілками, які вказують напрям. Загальним для всіх наведених блок-схем є те, що відправним моментом насамперед є гаряча прокатка, за якою для одержання багатофазної структури іде кероване охолоджування. Можливі подальші технологічні операції і момент проведення відпалу для різних матеріалів описуються нижче. На Фіг.1 зображені можливі технологічні маршрути 1, 2 операцій для відпалу матеріалу штаби перед подальшою обробкою. Відповідно до технологічного маршруту 1 після гарячої прокатки 10 і керованого охолоджування 20 проводиться відпал 30, а потім матеріал штаби направляється на подальшу обробку для одержання готового продукту 80. Відпал 30 може проводитися в режимі «online», для чого в діючу потокову лінію включена піч безперервної дії. Відповідно до представленого технологічного маршруту 2 відбувається, наприклад, оцинковування 40 гарячекатаної штаби, так що в режимі «on-line» на стадії підігрівання лінії оцинковування може бути проведений безперервний відпал 30. Услід за оцинковуванням 40 штаби проводиться подальша обробка аж до одержання з матеріалу штаби готового продукту 80. На Фіг.2 зображені можливі технологічні маршрути 1, 2, 3 для відпалу матеріалу дроту. Відповідно до зображеного технологічного маршруту 1 Rm (МПа) 1035 981 839 881 Rp0,2/Rm 0,46 0,48 0,60 0,58 А (%) 13,0 7,8 17,7 18,1 після гарячої прокатки 10 і подальшого керованого охолоджування 20 відбувається відпал, який тут, як і у випадку матеріалу штаби, може бути проведений в режимі «on-line». У цьому випадку за відпалом 30 безпосередньо іде подальша обробка аж до одержання готового продукту 80. Відповідно до технологічного маршруту 2 після можливого і у цьому випадку відпалу 30 в режимі «on-line», перш ніж матеріал дроту буде направлений на подальшу обробку для одержання готового продукту 80, здійснюється ще одна технологічна операція, а саме - пресування 50 з'єднувальних елементів. У порядку альтернативи це пресування 50 з'єднувальних елементів може бути проведене, як вказано в технологічному маршруті 3, до відпалу. У цьому випадку наявна послідовність таких технологічних операцій, як гаряча прокатка 10, кероване охолоджування 20, пресування 50 з'єднувальних елементів, відпал 30 і, нарешті, подальша обробка аж до одержання готового продукту 80. На Фіг.3 зображені можливі технологічні маршрути 1, 2, 3 для відпалу деталей, причому для всіх трьох технологічних маршрутів технологічна операція, що іде за керованим охолоджуванням 20, починається з одержання заготовки 60. Згідно з технологічним маршрутом 1 при виготовленні деталей з регульованими механічними властивостями після одержання заготовки 60 здійснюється пресування деталей 70. Потім вся деталь піддається відпалу 30 і після цього подається на подальшу обробку для одержання готового продукту 80. Згідно з технологічним маршрутом 2 при виготовленні деталей з попереднім локальним відпалом заготовки після одержання заготовки 60 здійснюється зональний відпал 35, внаслідок чого пресування деталей 70 повинно проводитися на заготовці 70, що пройшла локальну гарячу обробку, тобто на заготовці з локальними змінами механічних властивостей. У порядку альтернативи технологічному маршруту 2, відповідно до технологічного маршруту 3, виготовлення деталей з подальшою локальною зміною механічних властивостей здійснюється за 9 90348 допомогою зонального відпалу 35 пресованої деталі, завдяки чому пресування деталей 70 може успішно реалізовуватися на ще не обробленій заготовці. Після цього зонального відпалу 35 деталь з локально зміненою механічною міцністю може направлятися на подальшу обробку для одержання готового продукту 80. Перелік посилальних позицій 1, 2, 3 Технологічний маршрут 10 Гаряча прокатка Комп’ютерна верстка М. Ломалова 10 20 Кероване охолоджування 30 Відпал всієї деталі 35 Зональний відпал 40 Оцинковування штаби 50 Пресування з'єднувальних елементів 60 Одержання заготовки 70 Пресування деталей 80 Подальша обробка для одержання готового продукту 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