автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Микролегированные холоднокатаные стали повышенной прочностии штампуемости



ЦЕНТРА/ЬНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ им.И.П.БАРДИНА .

На правах рукописи

ГИРИНА ОЛЬГА АНАТОЛЬЕВНА

МИКРОЛЕГИРОВАННЫЕ ХОЛОДНОКАТАНЫЕ СТАЖ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ И ШТАМПгаЮСТИ

• 05.16.01. - "Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-1991

Работа выполнена в Институте качественных сталей ЦНИИчермета им.И.П.Бардина

доктор технических наук, профессор ГОЛОВАНЕНКО A.C.

доктор технических наук, профессор ФОНШГЕЙН Н.М.

доктор технических наук, профессор ЛИЗУНОВ В.И.

кандидат технических наук ПУСТОВАЛОВ В.И.

Ведущее предприятие: Автомобильный завод им. Ленинского комсомола

Защита состоится äÄ.40.1991 г. в Я0 час на заседании специализированного совета Д 141.04.02. при ЦНИИчермете им.И.П.Бардина по адресу: I07005,'Москва, 2-ая Бауманская, д.9/23.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ЦНИИчермета.

Автореферат разослан 40.09 .1991 г. Справки по телефону: 265-75-47

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

стар.науч.сотрудник Н.М.Александрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Снижение металлоемкости различной продукции, в частности, автомобилей и соответствующая экономия металлопроката являются важнейшими задачами народного хозяйства. Одним из путей ее решения служит использование материалов повышенной прочности в меньших сечениях. Применительно к холоднокатаным штампуемым сталям повышение прочности позволяет одновременно с уменьшением массы автомобиля снизить расход топлива, а также повысить безопасность автомобиля за счет более высокой энергоемкости сталей повышенной прочности (СПП) и увеличения долговечности узлов автомобиля. В то же время объем применения холоднокатаных СПП в отечественном автомобилестроении явно недостаточен и существенно ниже зарубежного уровня.

Наиболее важным препятствием к широкому и эффективному использованию СПП являются проблемы, связанные с неизбежным уменьшением штампуемости при повышении прочности сталей. В частности, параметры штампуемости существующих отечественных СПП с ов>450 Н/мм2 недостаточны для их применения при изготовлении кузовных деталей сложной конфигурации, которые оцределяют основное (по массе) потребление СПП за рубежом .

Кроме того, исходя из требований жесткости, предъявляемых к деталям автомобилей снизить толщину листа более, чем на 10-12%, как правило, не удается, так что достижение значений ав>450 Н/мм2 является часто излишним, обуславливая неоправданные потери штампуемости.

В связи с этим целью настоящей работы явилась разработка старлей "промежуточной прочности" повышенной штампуемости и определение их оптимального состава и технологических параметров производства на основе изучения формирования структуры, текстуры и механических свойств стали на всех основных стадиях процесса их изготовления.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

I) Исследование влияния микролегирования холоднокатаных мало-углеродитых сталей фосфором,, титаном и бором на формирование структуры, текстуры и механические свойства при горячей и холодной прокатке и рекристаллизационном отжиге. Выбор оптимального состава низколегированных автолистовых сталей, обеспечивающих наилучшее

сочетание прочностных и пластических свойств.

2) Изучение влияния параметров горячей и холодной прокаток и вида термической обработки на структуру, текстуру и механические свойства микролегированных сталей. Обоснование параметров технологии производства для получения микролегированных холоднокатаных листовых сталей повышенной штампуемости.

3) Комплексное исследование технологических и эксплуатационных свойств микролегированных (в том числе фосфористых) сталей и определение их места в ряду холоднокатаных сталей повышенной прочности.

4) Использование практических результатов работы при'освоении промышленного производства холоднокатаных микролегированных сталей на Новолипецком и Череповецком металлургических комбинатах и при внедрении этих сталей на автозаводах страны.

Научная новизна результатов работы. Установлены основные закономерности влияния микролегирования низкоуглеродистой раскисленной алюминием стали фосфором, бором и титаном на формирование механических свойств, текстуры и параметров штампуемости, которые заключаются в следующем:

- показано, что микролегирование фосфором в пределах от 0,05% до 0,08% после' отжига в колпаковых печах позволяет обеспечить наилучшее сочетание прочностных и пластических свойств ( oQ 2>235 Н/мм2, ов>375 H/mnt, ö4>37,5%, R>i,6 и n>6,200 ), стабильное'обеспечение которого требует регламентации суммарного содержания фосфора и углерода в стали. Дополнительное микролегирование фосфористых сталей титаном и бором поникает пластические свойства и показатель пластической анизотропии, что связано с формированием неблагоприятной структуры подката;

- установлено, что микролегирование фосфором способствует формированию благоприятной для штамповки текстуры, повышая интенсивность ориентировок tili!, а также затрудняя образование и рост центров рекристаллизации с промежуточными ориентировками, независимо от вида термической обработки. Микролегирование титаном и бором приводит к уменьшению количества ориентировок, близких к {III), и увеличению количества ориентировок, близких к {001}, и промежуточных ориентировок, что в целом создает текстуру, неблагоприятную для глубокой штамповки;

- установлено, что микролегирование фосфором не тормозит процесса первичной рекристаллизации раскисленной алюминием низко-

углеродистой стали; при микролегировании бором происходит торможение зарождения и роста зародышей рекристаллизации с благоприятной для штамповки ориентировкой {III);

- микролегирование фосфором увеличивает эффект упрочнения стали при сушке лакокрасочного покрытия до 40 Н/мм2 при отжиге в колпаковой печи и до 70 Н/мм2 при непрерывном отжиге. Дополнительное микролегирование фосфористой стали титаном уменьшает эффект упрочнения при сушке на 15 Н/мм2, что связано с уменьшением свободных атомов углерода в результате образования карбонитридов титана и формированием неблагоприятной структуры стали;

- показано, что тонколистовые (0,7- 2,0 мм) стали, микролегированные фосфором в пределах 0,02-0,08%, сохраняют вязкий механизм разрушения до -100 °С, независимо от вида термической обработки; микролегирование бором способствует повышению хладостойкос-ти фосфористой стали, понижая критическую температуру хрупкости.

Выявлены основные закономерности взаимосвязи технологических параметров с формирующейся структурой, текстурой и механическими свойствами фосфористых холоднокатаных сталей, обеспечивающие дополнительные резервы повышения штампуемости:

- установлено усиление благоприятной для штамповга ориентировки {Ш> и улучшение показателей штампуемости (R и п) фосфористых сталей при повышении степени обжатия при холодной прокатке до 70%, уменьшении содержания углерода от 0,05Ж до 0,03% и снижении скорости охлаждения полосы от температур (оку)-области при непрерывном отжиге;

- обнаружено увеличение эффекта "упрочнения при сушке" микролегированных сталей с увеличением степени обжатия до 8055 в результате измельчением зерна феррита и сокращения путей диффузии атомов углерода к внесенным деформацией дислокациями, с увеличением температуры окончания газового охлаждения до 700 °с;при непрерывном отжиге с высокой температурой смотки, что обусловлено превалирующим влиянием формирующейся при высокой температуре смотки структуры грубого цементита, способствующей сохранению большего количества атомов внедрения в твердом растворе;

Практическая ценность работы. На основании проведенных исследований влияния технологических параметров на комплекс свойств микролегированных сталей, определяющих их штампуемость на автозаводах, разработан состав и определены требования к структуре подката и соответственно к режимам горячей прокатки, величине обжатия

при холодной прокатке и режимам термической обработки, позволяющие получить микролегированные фосфористые стали с высоким комплексом прочностных и пластических свойств (о0 2>235 Н/мм2, ав>375 Н/мм2, 84>37,5%, Е>1,6 и п>0,200). Рекомендации настоящей работы по оптимальным режимам технологии использованы при отработке сквозной технологии производства микролегированных сталей в условиях Новолипецкого металлургического комбината.

Показан высокий комплекс эксплуатационных и технологических свойств микролегированных фосфористых сталей, позволивший определить их место в ряду низколегированных СПП, которое определяется : . - повышенной по сравнению с малоуглеродистой сталью 08Ю прочностью (на ~20%) при более высокой штампуемости (Й>1,6 , п>0,200), чем у других СПП;

- более высоким сопротивлением усталости по сравнению с низкоуглеродистой сталью типа 08Ю: на 20-30% в исходном состоянии,и на 40-50% после деформации и упрочнения при сушке лакокрасочного покрытия;

- удовлетворительной свариваемостью и повышением (на 10-20%) предела выносливости сварного соединения этих сталей по сравнению с соединением из стали 08Ю;

- высокой штампуемостью, обеспечивающей возможность изготовления крупногабаритных деталей, в том числе взамен низкоуглеродистой, раскисленной алюминием стали типа 08Ю сложной и особо сложной категорий вытяжки, что является важнейшим фактором существенного увеличения объемов применения СПП в конструкции автомобиля.

Реализация результатов работы в промышленности. Разработанная фосфористая сталь 08ЮП (ТУ 14-1- 4485-88), производство которой освоено на НЛМК, внедрена на ВАЗе для холодной штамповки деталей № 2101-5400174/5 "арка заднего колеса наружняя пр./лев." вместо низкоуглеродистой стали 08Ю категории вытяжки СВ. Годовой эффект на начальной стадии внедрения составляет НО тыс. руб. Получены положительные результаты при опробовании стали 08ЮП на Горь-ковском, Ульяновском, Львовском и Волжском автозаводах для изготовления 30 кузовных деталей.

На защиту выносятся следующие положения:

I. Установление основных закономерностей влияния микролегирования низкоуглеродистой раскисленной алюминием стали фосфором, бором и титаном на формирование механических-свойств, текстуры и параметров штампуемости.

2. Выявление основных закономерностей взаимосвязи технологических параметров с формирующейся структурой, текстурой и механическими свойствами микролегированных сталей.

' 3. Комплексное исследование технологических и эксплуатационных свойств микролегированных сталей с целью определения их места в ряду холоднокатаных сталей повышенной прочности.

4. Внедрение практических рекомендаций работы йри освоении промышленного производства холоднокатаных микролегированных сталей в условиях ШШК и внедрении их на автомобильных заводах страны.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции "Текстуры и рекристаллизация в металлах и сплавах", г.Свердловск, 1991г, и на международном семинаре '"Холоднокатаные автолистовые стали г.Липецк, июнь 1990г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 4 статьях, получено 3 авторских свидетельства.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 215 страницах текста, содержит 81 рисунок, 14 таблиц. Список использованной литературы включает 136 наименований отечественных и зарубежных авторов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводили на выплавленных в лабораторных условиях ЦНИИЧМ микролегированных сталях и опытно-промышленных плавках производства ШШК, химический состав которых указан в табл.1.

Лабораторные плавки проводили в открытой индукционной печи емкостью 60 кг с разливкой в слитки по 17 и 25 кг. Горячую прокатку сутунок проводили после нагрева в течение 4 часов при температуре 1200 °С с окончанием при температуре 900-860 °С, на толщину 4 мм. Прокатаные вгорячую листы переносили в печь с температурой 500-700 °С и охлаждали с печью до комнатной температуры, что имитировало процесс остывания рулона в промышленных условиях. Затем горячекатаную полосу■подвергали травлению в кислотной ванне и последующей холодной прокатке с различной степенью обжатия (от 50% до 80%).

Выплавку промышленных плавок осуществляли в конвертере емкостью 350 тонн с последующей непрерывной разливкой в слябы. Горячую прокатку проводили на непрерывном широкополосном стане НШС-2000.

Холодную прокатку проводили с обжатием на 50-70%. Термическую обработку осуществляли в колпаковых печах и агрегате непрерывного отжига (AHO).

Таблица I

Химический состав исследуемых сталей, % (по массе)

Сталь типа (выплавка) С Si Мп S | Р ; * AI Сг N Ti В'

08Ю (лабор.) (промышл.) 0,03 0,020,07 0,02 0,05 0,22 0,25 0,017 0,023 0,007 0,010 0,045 0,055 0,02 0,03 0,004 0,008 - - -

08ГСЮТ (промышл.) 0,06 0,45 1,25 0,020 0,010 0,065 0,03 0,005 0,055 -

ОЗХГЮ (промышл.) 0,05 0,20 1,20 0,017 0,009 0,055 0,35 0,006 -

06ХГСЮ (промышл.) 0,08 0,50 1,30 0,018 0,010 0,060 0,50 0,006 - -

08ЮТ (промышл.) 0,040,05 0,04 0,22 0,020 0,008 0,040 0,01 0,005 0,0120,014 0,000(

08ЮР (промышл.) 0,040,07 0,04 0,30 0,020 0,015 . 0,055 0,02 0,005 - 0,002' о,ооб:

08ЮТР (промышл.) 0,040,06 0,04 0,25 0,020 0,009 0,050 0,02 0,006 0,0120,030 0,0021 0,0051

08ЮП (лабор.) (промышл.) 0,04 0,030,06 0,02 0,05 0,25 0,25 0,005 0,018 0,055 0,0450,100 0,065 0,065 0,02 0,03 0,008 0,005 - -

08ЮПР (лабор.) (промышл.) 0,04 0,030,06 0,02 0,05 0,25 0,25 0,005 0,015 0,055 0,045- о;оэо 0,065 0,055 0,03 0,03 0,006 0,005 - 0,002! 0,0031 0,0061

08ЮПТР (промышл.) 0,040,09 0,05 0,25 0,015 0,0500,090 ! 0,060|0,03 0,006 0,0160,025 0,004( 0,0061

Всего в рамках работы было исследовано 40 промышленных и 10 лабораторных плавок сталей различного состава.

Термическую обработку образцов в лабораторных условиях проводили в камерной_электрической печи. Точность измерения температуры

составляла ±10 °С. Имитацию колпакового отжига осуществляли на образцах, запаенных в кварцевые ампулы (для предотвращения обезуглероживания) .

Метод световой микроскопии использовали для изучения размеров зерна феррита исследуемых сталей, морфологии и количества уг-леродсодержащей фазы.

Качественное исследование микроструктуры проводили на световом микроскопе "Neofot-21".

Количественный металлографический анализ структуры осуществляли на автоматическом анализаторе изображений "Эпиквант" методом. ориентированных секущих при увеличении (Х600-800) со шлифов, изготовленных в двух сечениях листа (параллельно и перпендикулярно направлению прокатки) по 500-600 хордам на каждое направление. Структуру характеризовали следующими параметрами: d| - средний размер зерна феррита вдоль прокатки, - средний размер зерна феррита, перпендикулярно направлению прокатки, коэффициент вытяну-тости ферритных зерен (KB=dj/di), V - объем углеродсодержащей фазы.

Электронномикроскопические исследования тонких фольг ( на просвет) на электронном микроскопе "Тесла BS-540" использовали для исследования морфологии упрочняющей структурной составляющей.

С помощью растрового электронного микроскопа "Stereo-scan-100" проводили идентификацию типа .упрочняющей фазы (при увеличении X2000-3000), изучение характера поверхности разрушения образцов после ударных испытаний и изучение распределения фосфора в ликвационной строчке.

Текстуру исследовали методом обратных и прямых полюсных фигур (ОПФ и ППФ), а также с помощью построения зависимостей нормированной интенсивности отражения плоскостей {001} в функции угла их отклонения относительно плоскости прокатки.

Определение стандартных и нестандартных статических механических характеристик (oQ 2» °Bi 64, Зр, R, AR, п) при испытаниях на разрыв исследуемых сталей проводили на испытательной машине "Instron - 1185" (Англия), снабженной тензометрами поперечной и продольной деформации и ЭВМ "Хьюлетт-Паккард-85", скорость деформирования «10_3 с-1. Относительная погрешность измерений составляла 0,5%. Испытания проводили в соответствии с рекомендациями ГОСТ I1701-84. Испытывали по 3-5 образцов на каждое направление вырезки относительно направления прокатки (0°, 90° и ,45°).

Исследования технологической пластичности (штампуемости) ис-

следуемых сталей проводили с помощью диаграмм предельной деформируемости (ДЦЦ). Для построения ДПД использовали методику ВАЗа, основанную на использовании стандартной испытательной машины МТЛ-ЮГ. Различные сочетания параметров деформированного состояния (главных деформаций и е2) при разрушении получали при реализации схемы отбортовки путем варьирования ширины образца заготовки. Величины £}■ и е2 вблизи зоны разрушения определяли с помощью предварительно нанесенной на исходный образец координатной сетки. Диаметр исходной окружности составлял й0 = 3 ± 0,05 мм, погрешность измерения <9%.

Ударные испытания проводили на нестандартных образцах размером 5x10x55 мм с острым надрезом (11=0,25 мм), составленных из холоднокатаных листов толщиной до 1,0 мм и сваренных на концах точечной сваркой . Сравнительные оценки характеристик разрушения получали при испытаниях на копре МК-30 с в интервале температур от -196 °С до +20 °С.

Испытания на многоцикловую усталость проводили на электрогидравлическом пульсаторе "1пвггоп-8031" при использовании знакопостоянного цикла отнулевого растяжения в соответствии с ГОСТ 1650474. Выбранная база испытаний составляла Ю6 циклов. Сравниваемые образцы испытывали как в исходном состоянии, так и после упрочнения при температуре сушки лакокрасочного покрытия. Сварные соединения предварительно деформированных образцов, выполненные контактной точечной сваркой в промышленных условия ВАЗа, испытывали только после имитации штамповки и сушки лакокрасочного покрытия.

Все количественные результаты подвергали статистическому анализу, определяя средние значения величин, дисперсии среднего значения и распределения, коэффициенты вариации, асимметрии и эксцесса. Для параметров структуры строили Гистограммы распределения измеряемой величины с определением полуширины гистограммы. •

ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗИ СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

. СО СТРУКТУРОЙ И МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ СТАЛЕЙ, МИКРОЛЕГИРОВАННЫХ БОРОМ И ТИТАНОМ

Создание • слабоупрочненных сталей повышенной штампуемости (о0 £>235 Н/мм2,ов>355 Н/мм2, 64>34Ж ) в настоящей работе основывалось на использовании эффектов микролегирования стали титаном, который упрочняет сталь в результате измельчения зерна и образова-

ли)

ния дисперсных карбонитридов , и бором, который при обработке в AHO может воздействовать на структуру стали, повышая устойчивость аустенита, а, связывая часть азота, должен увеличивать соотношение C/N в карбонитриде титана в пользу карбида, отличающегося большей растворимостью.

Исследования механических свойств сталей показало, что микролегирование стали 08Ю отдельно титаном или бором не обеспечивает необходимого комплекса прочностных и пластических свойств незави-. симо от вида термической обработки.

Показано положительное влияние титана в направлении уменьшения плоскостной анизотропии механических свойств и бора в направлении повышения прочности в присутствии титана, а также - уменьшение неоднородности механических свойств по длине рулона при использовании высокотемпературной смотки стали. Наилучшим комплексом прочностных и пластических свойств обладала сталь, микролегированная одновременно бором и титаном (08ЮТР).

Отработку технологии производства проводили на стали 08ЮТР. Сопоставление ее механических свойств после различной термической обработки показало, что после обработки в колпаковых печах при необходимом уровне прочности сталь 08ЮТР обладает более низкой пластичностью и менее острой текстурой, в связи с чем оптимальным для производства был признан непрерывный отжиг.

Оптимизация технологических режимов прокатки и непрерывного отжига проводилась с применением метода математического планирования. В качестве переменных параметров использовали Т^ и Тсм, как характеристики горячей прокатки, а также Тн и Тг0, как параметры непрерывного отжига, изменение которых наиболее сильно влияет на /структурное состояние стали. Другие параметры технологии оставались постоянными (Тн сляба=1250 °С, еобк=72£, ТШ=345±15°С, ТП0р=ЗОО±15°С, обжатие при дрессировке - 1,0-1,1%).

Совместное влияние управляемых факторов Х={ТКП,ТСМ,ТН,ТГ0} на выходные параметры - механические свойства стали У={о0 Rgg > оценивали по результатам многофакторного эксперимента, который осуществлялся по трехуровнему факторному плану и включал 24 сочетания варьируемых параметров технологии. Используя метод многомерной линейной регрессии, получили уравнения, позволившие построить серию графиков (типа приведенных на рис.1.), описывающих зависимости механических свойств от режимов технологии.

Представленные данные позволили выделить два оптимальных с

Зависимость механических свойств от варьируемых параметров технологиии

Таг860 & Тк„=860 $ Ткп=860

т т т т тм

7УЗГ 8Н 817 Тн_195 ЬИ 927 ¿45 Тн

точки достижения заданных свойств (oQ 2=2о5-280 Н/мм2, о0>355 Н/мм2, ö4>34%) варианта сочетаний технологических параметров:

1)ТКП=860±20 °С, Тсм=720±20 °С, ТН=830±2Э°С, ТГО=660±20°С;

2) Т_=860±20 °С, Т =600±20 °С, Ти=830±20 °С, Т=600±20 °С.

IUI ЪМ г1 1 и

Вариант с использованием высокой температуры смотки (Тсм> 700 °С) отличается важным недостатком в виде большей неоднородности структуры и механических свойств стаж по длине рулона. В этой связи повторный промышленный эксперимент был проведен по выбранным режимам технологии с использованием низкотемпературной смотки, при этом подтверждена правильность полученных рекомендаций.

В то же время сталь, микролегировэнная одновременно и бором и титаном, обеспечивая необходимое сочетание прочности и пластичности (Од 2>235 МПа, ав>355 МПа, ö4>34% ), имеет недостаточно высокий уровень показателей 1г.тампуемости (RwI.O и п<0,190).

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ХОЛОДНОКАТАНЫХ .

ФОСФОРИСТЫХ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА НА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЭТАПАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИХ ПРОИЗВОДСТВА

Исходя из литературных данных и сложившегося мирового опыта, наиболее перспективным для повышения этих показателей (Кип) является микролегирование фосфором. Преимуществом упрочнения твердого раствора феррита холоднокатаных сталей фосфором считают обеспечение острой текстуры и, соответственно, высокого значения коэффициента И. Для предотвращения возможного охрупчивания стали представлялось э|фективным дополнительное микролкгирование бором с введением микродобавок титана, предотвращающих образование нитридов бора и, как показано. выше,благоприятно влияющих на плоскостную анизотропию.

Исследование формирования структуры поджата показало, что оптимальной структурой подката (ферритная матрица с компактным расположением грубого цементита), обеспечивающей в дальнейшем формирование благоприятных для глубокой вытяжки свойств, обладает фосфористая сталь без дополнительного микролегирования.

Важным технологическим параметром, влияющм на формирование структуры, текстуры и механических свойств по зле рекристаллиза-ционного отжига является степень обжатия при холодной прокатке (е00ж). Показано, что характеристики штампуемости (И ,п) и полюсная плотность благоприятной для штамповки компоненты текстуры {III >

повышаются при увеличении еобк. Важным резервом повышения способности листовых материалов к штамповке является уменьшение содержания углерода , которое позволяет достичь высоких уровней полюсной плотности P{jjj) и показателей штампуемости при меньших степенях обжатия (рис.2.).

Для уточнения оптимальных режимов термической обработки исследовались зависимости параметров рекристаллизации от химического состава стали. Показано, что температура первичной рекристаллизации в сталях с фосфором практически не отличается от аналогичной для стали 08Ю (рис.3.). Присутствие бора отрицательно влияет на развитие благоприятной для штамповки ориентации плоскостей {III) в результате торможения образования зародышей с соответствующей ориентировкой. Проведенные исследования показали, что при отжиге в

Зависимость полюсной плотности Р{Ш) и показателя штампуемости Ё^у от степени обжатия при холодной прокатке (еог, )

Характер изменения начала первичной рекристаллизации холоднокатаных листовых сталей при температуре 575 °С в зависимости от степени об-

жатия при холодной прокатке и длительности выдержки

9 'Мю(с = о,<иу,) t - о$юпр Рис.3.

колпаковых печах фосфористых сталей желательно уменьшать скорость нагрева на ранних стадиях первичной рекристаллизации для образования большего числа центров зарождения с ориентировкой {III), увеличивая одновременно продолжительность выдержки для более полного протекания собирательной "рекристаллизации.

Исследования зависимости показателя R от состава стали свидетельствуют о полезности взаимного ограничения содержаний углерода и фосфора (рис.4.).

Зависимость коэффициента пластической анизотропии фосфористых сталей после отжига в колпаковой печи от содержания углерода (С) и содержания фосфора (Р)

Рис.4.

Важной характеристикой способности листового материала к штамповке является текстура. Сопоставление ОПФ фосфористых сталей с различным микролегированием после обоих видов термической обработки (рис.5.) показало, что наиболее благоприятной и острой текстурой обладает фосфористая сталь без дополнительного микролегирования после отжига в колпаковых печах.

Установлено, что микролегирование стаж фосфором повышает в отожженной стали количество ориентировок, близких к {III}, уменьшая количество ориентировок, близких к {001), и существенно уменьшает количество промежуточных ориентировок. Микролегирование стали бором и титаном не приводит к уменьшению количества промежуточных ориентировок, снижая, однако, в сравнении со сталью 08Ю, количество ориентировок, близких к (III).

Технологическим резервом повышения штампуемости стали с фос-

фором при термической обработке в AHO является уменьшение скорости охлаждения (а+7)-области, что повышает полюсную плотность плоскости {111) и коэффициент Н.

Достигаемый комплекс свойств (о0 2>235 Н/мм2, aß>355 Н/мм2, б4>35% ) выше для фосфорсодержащей стали без дополнительного микролегирования после отжига в колпаковой печи.

Обратные полюсные фигуры фосфористых сталей после различной термической обработки: а) - 08Ш; б) - 08ЮПР; в) - 08ЮПТР

И.М

в.та

а)

(«алг» t*i Ъ» ш оммГЩ 0.43

тог

«.г«

с.М

б)

AM ft» ft« » r» o-U

0.92

<.t an Q.64

Отжиг в колпаковой печи

Лг йя У.. I** к„

юмГ

Отжиг в AHO

в)

Рис.5.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА УРОВЕНЬ УПРОЧНЕНИЯ ПРИ СУШКЕ ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ МИКРОЛЕГИРОВАНШХ И ФОСФОРИСТЫХ СТАЛЕЙ

Важной характеристикой штампуемых сталей, способствующей повышению прочностных характеристик готовых деталей автомобиля без потери исходной пластичности является величина упрочнения стали при температурах сушки лакокрасочного покрытия (AOg1 сили ВН-эффект).

Показано, что повышению этой величины способствует понижение содержания углерода в исследуемых сталях (от 0,05% до 0,03%) и увеличение содержания фосфора (рис.6). Обнаружена зависимость ВН-эффекта от величины обжатия при холодной прокатке стали. Показана важная роль морфологии углеродсодержащей фазы, определялцая увеличение ВН-эффекта отожженной в AHO стали в результате повышения температуры смотки горячекатаной полосы. Подтверждено, что самым эффективным способом повышения ВН-эффекта является повышение скорости охлаждения полосы после термической обработки.

Зависимость упрочнения при сушке лакокрасочного покрытия от состава стали

„т д<У,,

Н.

SS' ТО

Щ)КОАПИК

Ш)

П-АНО

08 ЮЛ

08Ю

P.Con.i (•o.css)

ж

I

т

С =0Л5 »■0.08

к мам ¡МО С-ШС-ОСЗ P=io4S I p-o.oi дцо ._____Р«0Д85 _!

К Г""'"

шс.Б.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА МИКРОЛЕГИРОВАННЫХ И ФОСФОРИСТЫХ СТАЛЕЙ ПОВЫШЕННОЙ ШТАМПУЕМОСТИ

Для определения области применения разработанных микролегированных холоднокатаных сталей исследования их технологических и эксплуатационных свойств проводились в сравнении со сталью типа

ШО (ГОСТ 9045-80) и разработанными ранее сталями повышенной прочности типа 08ГСЮТ И ОЗХГЮ.

Наиболее объективную оценку штампуемости листовых материалов .дают диаграммы предельной деформируемости, которые в настоящей работе были построены совместно с НИИАТМ и ВАЗом.

Представленые на рис.7, границы обобщенных ДПД фосфористых сталей показывают, что в областях глубокой вытяжки и двухосного растяжения пластические свойства этих сталей близки к стали марки 08Ю категории вытяжки ОСВ. В области плоской деформации (е^О.З и е2=0) пластичность фосфористых сталей несколько ниже, чем у 08Ю, ■что связано с большей прочностью стали. .

Опробование новых сталей на автозаводах осуществлялось на деталях различной сложности, серийно изготовляемых из стали марки 08Ю. Стали, микролегированные титаном, по уровню штампуемости соответствуют стали марки 08пс категории вытяжки ВГ и стали марки 08Ю категории вытяжки СВ. Фосфористые стали 08ЮП и 08ЮПР пригодны для серийной штамповки деталей; изготавливаемых из стали 08Ю категорий вытяжки СВ и ОСВ.

Диаграммы предельной деформируемости фосфористой стали 08ЮП в сравнении со сталью 08Ю

Рис.7.

Общеизвестно отрицательное влияние повышенных содержаний фосфора на хладостойкость низколегированных конструкционных сталей, поэтому предполагаемое использование повышенных концентраций фосфора (0,05-0,08%) в климатических условиях нашей страны требовало соответствующих оценок сопротивления хрупкому разрушению. Ударные

вого холоднокатаного металла в сечениях до «I мм. Отмечено слабое влияние увеличения содержания фосфора на ударную вязкость тонколистовых материалов вплоть до -100°С. Значения ударной вязкости сталей 08Ю, 08пс и сталей с фосфором близки. Введение в фосфористую сталь бора приводит' к тому, что ударная вязкость практически не меняется до -196°С.

Были проведены циклические испытания образцов сравниваемых сталей как в состоянии поставки, так и в упрочненном состоянии, имитирующем свойства готовой детали после штамповки и сушки лакокрасочного покрытия (рис.8.). Все разработанные микролегированные стали обладают пределом выносливости на 30-40Ж выше предела выносливости стали 08Ю. После деформации и старения пределы выносливости всех сталей растут. При этом в результате большего эффекта "упрочнения при сушке" предел выносливости стали 08ЮП в упрочненном состоянии превышает предел выносливости более прочной в исходном

Кривые Велера исследуемых сталей

Н/'ММ2

РИС.8.

состоянии стали 08ГСЮТ, приближаясь по значению к стали ОЗХГЮ. Испытания точечных сварных соединений на сопротивление усталости показали, что соединения из фосфористой стали 08Ш обнаруживают большую долговечность по сравнению со сталью 08Ю при всех напряжениях цикла и обладают более высоким (на 10%) пределом выносливости.

вывода

1. На основании комплекса лабораторных и промышленных экспериментов, направленных на установление общих закономерностей формирования структуры, текстуры, механических свойств и показателей штампуемости на всех стадиях технологического процесса производства листовой холоднокатаной стали с различным микролегированием, разработаны микролегированные стали повышенной прочности и штампуемости для автомобилестроения и освоена технология их производства, обеспечивающая высокое сочетание прочностных и пластических свойств (о0 2>235 Н/мм2, ав>355 НУмм2, б4>34%, R>I,5 и п>0,200).

2. Многофакторный эксперимент с использованием двухуровнего факторного плана 2 и реализацией 24 режимов технологии, позволил установить зависимости механических свойств микролегированной бором и'титаном низкоуглеродистой стали марки 08ЮТР от параметров технологического производства с использованием непрерывного отжига. На основе анализа полученных регрессионных уравнений выбраны два варианта технологических режимов горячей прокатки и отжига в AHO, обеспечивающие необходимое сочетание прочности и пластичности (ов>355 Н/мм2, б4>35%):

1) Ттт=860±20 °С, Т =720-730 °С, Тп=820-850 °С, Т=650-670 °С,

KJ1 - ОМ „ И _ I и п

2) Ткп=860±20 °С, Тсм=600-620 °С, TH=820-Ö50 °С, ТГО=600-620 °С.

- Проведение повторных промышленных экспериментов по производству стали 08ЮР с использованием выбранных технологических режимов обнаружило высокую сходимость' с ожидаемыми результатами, что подтвердило эффективность использования математического планирования экспериментов при отработке параметров технологического производства автолистовой стали.

3. Показано, что фосфористая сталь (типа 08ЮП) с микродобавками фосфора от 0,05% до 0,08% после отжига в колпаковых печах позволяет обеспечить наилучшее сочетание характеристик прочности и технологической . пластичности.Дальнейшее увеличение пластичности

требует регламентации суммарного содержания фосфора и углерода в стали. Показано, что микролегирование 08Ш титаном и бором понижает пластические свойства и показатель пластической анизотропии, 'что связано с формированием неблагоприятной и наследуемой в процессе дальнейшей термической обработки'структуры подката.

4. Установлено, что микролегирование фосфором повышает интенсивность ориентировок {III>. одновременно затрудняя Образование и рост центров рекристаллизации с промежуточными ориентировками, независимо от вида термической обработки. Микролегирование титаном и бором приводит к уменьшению количества ориентировок, близких, к {III}, и увеличению количества ориентировок, близких к {(ЦШ и промежуточных ориентировок, что в целом создает неблагоприятную для глубокой штамповки текстуру.

5. Показано, что в исследуемом диапазоне концентраций присутствие повышенного содержания фосфора не оказывает влияния на процесс рекристаллизации раскисленной алюминием низкоуглеродистой стали; при микролегировании бором происходит торможение зарождения и роста благоприятно ориентированных зародышей Ш1>.

6. Установлено, что повышение температуры окончания газового охлавдения (снижение скорости охлавдения от температур (а+7)- области) при непрерывном отжиге приводит к повышению полюсной плотности P{jjij и коэффициента пластической анизотропии ИТфосфористых сталей. Фосфористая сталь после непрерывного отжига обладает более острой текстурой на поверхности листа и меньшим разбросом свойств от рулона к рулону в плавке.

7. Микролегирование раскисленной алюминием низкоуглеродистой стали фосфором в результате снижения скорости диффузии атомов углерода в а-железе способствует их сохранению в твердом растворе .после термической обработки и увеличению "упрочнения при - ерше" :(при температурах сушки лакокрасочного покрытия) до 40 Н/шг для стали, отожженой в колпаковой печи и до 70 Н/мм2 при непрерывном отжиге. Дополнительное микролегирование фосфористой стали титаном уменьшает эффект упрочнения при сушке на 15 Н/мм2, что связано превде всего с уменьшением числа свободных атомов углерода.

8. Резервом увеличения "упрочнения при сушке" микролегированных сталей является снижение содержания углерода, увеличение концентрации фосфора и повышение степени обжатия при холодной прокатке, что связано с измельчением зерна и сокращением путей диффузии избытка атомов углерода на границах к дислокациям, и увеличение

температуры окончания газового охлаждения до 700 °С при непрерывном отжиге, приводящей к увеличению концентрации атомов внедрения в а-растворе, а также повышение температуры смотки, создающей при последующем непрерывном отжиге- облака атомов углерода вокруг медленно растворимых грубых скоплений цементита, что оказывается более важным, чем увеличение путей диффузии атомов углерода.

9. Исследован высокий комплекс эксплуатационных и технологических свойств микролегированных сталей, позволивший определить их место в ряду низколегированных, сталей, повышенной прочности как сталей, обладающих повышенной (на 20?) прочностью при высокой штампуемости (К>1,5 , п>0,200). При этом установлено:

- отсутствие отрицательного влияния повышенных содержаний фосфора (0,02-0,08») на ударную вязкость холоднокатаных низкоуглеродистых сталей (0=0,03-0,05%) при температурах вплоть до - (100-196) °С;

- более высокое (на 20%-30%) сопротивление усталости микролегированной стали 08ЮГР и фосфористых сталей 08Ш и 08ШР по сравнению е низкоуглвродистой сталью 08Ю'В исходном состоянии, и еще более значительное (на 40%) относительное повышение предела выносливости в состоянии, имитирующем свойства готовой детали, в результате повышенной склонности фосфористой стали к упрочнению при температурах сушки лакокрасочного покрытия;

- удовлетворительная свариваемость фосфористых сталей и повышение (на 10-20%) предела выносливости сварного соединения этих сталей то сравнению с соединением из стали 08Ю;

- высокая штампуемость фосфористой стали 08Ш, обеспечивающая возможность штамповки деталей сложной конфигурации, в том числе взамен стали 08Ю сложной и особо сложной категорий вытяжки, что является важнейшим фактором возможности существенного увеличения объемов применения сталей повышенной прочности в конструкции автомобиля.

10. Фосфористая сталь 08Ш (ТУ 14-1 4485-88) толщиной 0,7 мм внедрена на ВАЗе для холодной штамповки деталей автомобиля "арка заднего колеса наружняя пр./лев." взамен стали 08Ю категории вытяжки СВ. Годовой эффект на начальной стадии внедрения составляет НО тыс. руб. Получены положительные результаты при опробовании стали типа 08Ш в толщинах 0,7-1,2 мм для изготовления 30 кузовных деталей на Волжском, Горьковском, Ульяновском и Львовском автозаводах.