автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Основные принципы управления структурой и механическими свойствами холоднокатаной низкоуглеродистой стали с различным типом и содержанием примесей

На правах рукописи

МИШНЕВ ПЕТР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ И МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ХОЛОДНОКАТАНОЙ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ С РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ И СОДЕРЖАНИЕМ ПРИМЕСЕЙ

05.16.01 - «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДПР 2012

Москва - 2012

005020497

Работа выполнена в ОАО «Северсталь» и Центре физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»

Научный руководитель: Родионова Ирина Гавриловна,

доктор технических наук, старший научный сотрудник,

Официальные оппоненты: Герасимов Сергей Алексеевич,

доктор технических наук, МГТУ им. Н.Э. Баумана, зам. зав. кафедрой Материаловедение

Моляров Валерий Георгиевич, кандидат технических наук, начальник отдела материаловедения и коррозии ООО «РАН КОМПЛЕКТ»

Ведущая организация: Московский автомобильно-дорожный

государственный технический университет (МАДИ)

Защита состоится «2о» апреля 2012 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 217.035.01 ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» по адресу: 105005, г. Москва, ул. 2-ая Бауманская, д. 9/23.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина».

Автореферат разослан «16» марта 2012 г.

Телефон для справок: +7 (495) 777-93-50

Ученый секретарь диссертационного совета

Наталья Михайловна Александрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Увеличение объемов производства сталей для автомобилестроения, как высокопрочных, так и высокоштампуемых, связано с ростом общего количества автомобилей, появлением новых автомобильных производств на территории России, заинтересованностью мировых и отечественных автопроизводителей в переходе на потребление российского автолиста. Это сопровождается повышением требований к качеству металлопродукции, в частности, к показателям штампуемости холоднокатаного проката. В то же время, особенностью современного этапа развития металлургии является изменение состава шихты, используемой при выплавке стали, увеличение доли металлолома, загрязненного примесями, многие из которых, попадая в сталь, оказывают отрицательное влияние на ее свойства, в частности, на показатели штампуемости. Поэтому актуальным является проведение работ, направленных на определение допустимого содержания различных примесей в низкоуглеродистых автолистовых сталях, не приводящего к снижению уровня свойств при существующей технологии, а также на разработку новых технологий, обеспечивающих высокий комплекс свойств при повышенном содержании примесей путем управления структурообразованием в стали, в частности, при рекристаллизационном отжиге в колпаковых печах.

Целью настоящей работы являлось установление закономерностей формирования структуры и свойств холоднокатаного проката из низкоуглеродистых автолистовьпс<- сталей в зависимости от содержания примесей, оптимизация технологических параметров производства для обеспечения наиболее высокого комплекса свойств проката с различным содержанием примесей.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Провести исследование влияния примесей на свойства низкоуглеродистой стали.

2. Установить закономерности влияния примесей на структуру и свойства холоднокатаного проката и выяснить возможности повышения свойств проката из низкоуглеродистой стали путем ограничения содержания примесей и/или корректировкой технологических параметров производства проката в зависимости от содержания примесей в стали.

3. Разработать технологические рекомендации, обеспечивающие наиболее высокий комплекс свойств проката из низкоуглеродистой стали с различным содержанием примесей.

4. Провести опробование и внедрение разработанных на основе установленных закономерностей технологических приемов в условиях промышленного производства холоднокатаного проката.

Научная новизна

В результате проведенных исследований получены следующие новые результаты:

1. Показано, что отрицательное влияние на штампуемость оказывают две основные группы примесей, различающиеся формами присутствия в стали: 1 - примеси, присутствующие в твердом растворе, либо по границам зерен в виде сегрегаций (кремний, фосфор, хром, никель, медь и др.), 2 - примеси, входящие в состав избыточных фаз (титан, ванадий, молибден, хром).

2. Влияние первой группы примесей происходит по двум механизмам: через твердорастворное упрочнение (кремний, фосфор, сурьма, олово, свинец) или через смещение рекристаллизационных процессов в область более высоких температур (хром, никель, медь). Для подавления твердорастворного упрочнения требуется ограничение допустимого содержания примесей (кремния - не более 0,02 %, фосфора - не более 0,015 %, суммарного содержания олова, свинца и сурьмы - не более 0,01 %). Отрицательное влияние второго механизма можно уменьшить корректировкой режима отжига, в частности, повышением температуры ступени 1 в среднем на 30 - 40 °С.

3. Впервые показана возможность управления формами присутствия примесей, отрицательное влияние которых связано с возможностью образования избыточных карбидных фаз (ванадий, молибден, хром). Для стали с высоким содержанием углерода при повышенном содержании хрома, ванадия и молибдена ([У]х[С] > 0,0001 %, [Сг]х[С] > 0,0008 %; [Мо]х[С] 2 0,00014 %) для обеспечения свойств, соответствующих категории вытяжки ВОСВ-Т, рекомендуется использовать повышенную продолжительность высокотемпературной стадии отжига, что приводит к растворению карбидных частиц, увеличению размера зерна феррита, повышению штампуемости.

4. Показано, что для стали со сравнительно высоким содержанием азота повышение максимальной температуры отжига более 720 °С по газовой среде (более 700 °С по металлу), несмотря на растворение карбидных частиц, приводит к ухудшению свойств - повышению предела текучести и снижению относительного удлинения, что связано с переходом металла в двухфазную ферритно-аустенитную область, формированием неоднородной структуры.

Практическая значимость работы состоит в следующем;

1. Разработаны рекомендации по оптимальному химическому составу и параметрам технологии производства холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали с различным содержанием примесей, обеспечивающие наиболее высокий комплекс его свойств.

2. Рекомендации работы использованы при выпуске опытных и промышленных партий низкоуглеродистой стали на ЧерМК ОАО «Северсталь». Отмечено повышение штампуемости, увеличение выхода годного проката наиболее высоких категорий вытяжки, в первую очередь, ВОСВ и ВОСВ-Т.

3. С момента реализации мероприятий выход проката стали 08Ю категории ВОСВ был увеличен в среднем с 88 до 100 %, что позволило получить экономический эффект 14,463 млн руб.

4. Результаты работы носят универсальный характер и могут найти применение при разработке технологий производства сталей, свойства которых зависят от содержания примесных элементов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Обоснование форм присутствия примесей и механизмов их влияния на структуру и свойства низкоуглеродистых холоднокатаных сталей.

2. Способы управления структурой и свойствами холоднокатаного проката с различным содержанием примесей.

3. Обоснование допустимого содержания примесей в стали, в том числе приводящих к ее твердорастворному упрочнению.

4. Обоснование оптимальных параметров сквозной технологии для формирования наиболее высоких показателей штампуемости холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали с различным содержанием примесей.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на И Конференции молодых специалистов «Перспективы развития металлургических технологий», ГНЦ РФ ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина», г. Москва, 8-9 декабря 2010 г, III научно-технической конференции по термической обработке «Новые стали для машиностроения и их термическая обработка», г. Тольятти, 13-15 апреля 2011 г, III Конференции молодых специалистов «Перспективы развития металлургических технологий», ГНЦ РФ ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина», г. Москва, 14-15 декабря 2011 г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в семи статьях, из них четыре в журналах из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 56 рисунков, 53 таблицы. Список использованной литературы включает 103 наименования отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1. Аналитический обзор литературы

В главе 1 представлен аналитический обзор литературы по различным аспектам повышения уровня свойств холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали, в частности путем оптимизации ее химического состава и технологических параметров производства. Показано, что кроме широко описанных в литературе основных частиц избыточных фаз, влияющих на свойства, существенное влияние на структуру и свойства может оказывать присутствие в стали примесей различных типов, содержание которых в настоящее время не ограничено действующими номативными документами. Рассмотрены основные тенденции в изменении содержания и форм присутствия примесей в низкоуглеродистой стали, литературные данные о механизмах влияния примесей на свойства холоднокатаного проката. Указаны области нерешенных вопросов, в частности пути обеспечения высокой штампуемости, увеличения выхода годного проката из низкоуглеродистой стали наиболее высоких категорий вытяжки (ВОСВ, ВОСВ-Т по ГОСТ 9045-93 и другим нормативным документам), даже при повышенном содержании в ней примесей, в том числе неконтролируемых. Это может достигаться введением ограничений на содержание некоторых примесей, а также оптимизацией параметров технологии для обеспечения наиболее высокого уровня свойств стали с повышенным содержанием некоторых примесей путем управления формами их присутствия, их влиянием на протекание рекри-сталлизационных процессов.

Глава 2. Материал и методики исследования

Основной объем исследований проводился на опытных и промышленных партиях холоднокатаного проката из стали 08Ю, произведенного на ЧерМК ОАО «Северсталь» в период с 2007 по 2011 гг. Выплавка стали осуществлялась в 350-тонном конвертере с применением внепечной обработки и непрерывной разливки в слябы толщиной 250 мм.

со с\

I

1Л

о

ОУ

н и О

о с

и с оо о

00 о X о а, «а

5= <

се Н и

я «

н и •я

о

«

0 0)

X и

01 V Э X я

2

я

гг <

ю

4> о < о *о V X Л н и о < Н1Ш при толщине проката 1 1,71-2,0 мм 00 1 Ч" СО

НЮГЗО 0,81-1,70 мм ГО 1П 1 т 1П г*

о ЕЗ НЯТ15 0,5-0,8 мм 00 1 43 Гч ю

Относительное удлинение б4, %, не менее, при толщине проката 2,01-3,20 мм о СП о см 1 1

1,51-2,0 мм о\ см 00 со о см

0,70-1,50 мм со см со ЧО со о см

менее 0,7 мм чо см см со ^ со 00 со о ^

Временное сопротивление ств, МПа шах о 0\ со о 00 СО 05£ о т со о см со

тш о Щ см о 1Л см о т см о т см о 1Л см

Предел текучести 0О 2, МПа, не более 1 1П о см 1Л о\ ?—1 т 00 Г-Н т гН

Категория вытяжки вг св осв восв | ВОСВ-Т 1

Требования к механическим свойствам высокоштампуемых сталей типа 08Ю, выпускаемых отечественными металлургическими предприятиями, в соответствии с ГОСТ 9045-93 приведены в табл. 1.

Содержание примесных элементов (табл. 2) менялось в разные периоды по ходу выполнения работы и приведено в соответствующих разделах.

Горячая прокатка слябов на полосы проводилась на непрерывном широкополосном стане 2000, включающем в себя черновую группу из пяти клетей и чистовую группу из семи клетей. Основными параметрами данного передела, которые могли оказать влияние на формирование структуры и свойств, были температуры нагрева слябов под прокатку (1250-1280 °С), окончания прокатки в черновой группе клетей Г5 (1020-1130 °С), начала прокатки в чистовой группе Т6 (920-1050 °С), температуры конца прокатки Та (820-880 °С) и смотки Тш (520-610 °С). Степень обжатия при холодной прокатке еи изменялась в диапазоне 50-80%, однако для

Таблица 2. Содержание основных элементов в стали 08Ю, мае %

Элемент Среднее Мин. Макс.

С 0,042 0,026 0,061

0,013 0,006 0,034

Мп 0,154 0,126 0,282

Р 0,009 0,004 0,015

Б 0,015 0,005 0,023

N 0,004 0,003 0,006

АУ 0,029 0,020 0,044

'Кислоторастворимый алюминий.

Время, ч

Рис. 1. Режим рекристаллизационного отжига в колпаковых печах

подавляющего большинства исследованных партий проката составляла 70-75 % (толщина проката 0,8-1,2 мм).

Принципиальная технологическая схема рекристаллизационного отжига в колпаковых печах приведена на рис. 1. Индексы в обозначениях температурных параметров соответствуют назначаемым температурам (по газу) на разных стадиях, в то время как фактические температуры по металлу изменялись в широких пределах: начала и окончания 1-й ступени (Т200500= 190+540 "С и 7^^=450+630 °С), начала и окон чания 2-й ступени (7^^=450+630 °С и Г720 = 650-730 °С), продолжительности нагрева до начала ступени 1 (т2ОО5М=240+540 мин), выдержки на ступени 1 (т^,^ =700+800 мин), нагрева до начала ступени 2 (т^ю „^Ш-гШ мин), выдержки на ступени 2 (т?20 = 840+1100 мин), а также время и температура замедленного охлаждения рулонов после отжига (гт™*,=50+100 мин и Г720.6М = 720+670 °С,

соответственно). Температура по металлу в садке принимается равной температуре нижнего контрольного рулона, на котором устанавливается контактный термоэлектрический термометр. Температура газа в печи измеряется радиационными пирометрами, установленными в низу садки. При исследовании механизмов формирования структуры и свойств использовали значения указанных температурных параметров, подразумевая под ними фактические температуры металла. При разработке технологических рекомендаций использованы значения температур на тех же стадиях отжига, но уже не температур металла, а назначаемых в печи температур (по газу). В этом случае использовали те же обозначения температур с добавле нием в конце индекса буквы «г», например, Т?20г).

По мере проведения работы и получения конкретных результатов корректировали технологические параметры горячей прокатки и отжига. Поэтому конкретные значения технологических параметров для различных партий проката приведены в соответствующих разделах.

Степень обжатия при дрессировке для всех партий составляла около 1 %.

Важным параметром, оказавшим влияние на свойства, оказалась масса рулона, которая изменялась в широком диапазоне - от 13 до 28 т.

Расчетную оценку вклада различных элементов в твердорастворное упрочнение осуществляли в соответствии с методикой, описанной в работе [1], по уравнению:

Дт„ = &62-С,. (1)

г —v

где G - модуль сдвига (для стали G=82-103 МПа; 5, =——— - параметр

г

м

размерного несоответствия, выраженный через величины атомных радиусов основного [гм] и растворенного [гJ элементов; CL- атомная концентрация растворенного компонента.

Расчеты температурно-концентрационных областей существования фаз в исследованных низкоуглеродистых сталях проводили с помощью усовершенствованной версии термодинамической компьютерной модели фазового состава сталей, приведенной в работе [2], которая позволяет при заданных общих концентрациях компонентов, температуре и давлении определить, какие из возможных в рассматриваемой системе фаз находятся в равновесии, рассчитать их количество и химический состав. Основные результаты расчетов представлены в виде температурных зависимостей равновесных долей избыточных фаз.

Исследование микроструктуры проводили на оптическом горизонтальном микроскопе NEOPHOT-21 после травления шлифов 4%-ным раствором азотной кислоты в этиловом спирте. Величину зерна определяли путем сравнения с эталонными шкалами, а также методом секущих (ГОСТ 5639-82). Определяли средние значения длины хорды вдоль и поперек направления прокатки Dx и D^ средний размер зерна по двум направлениям Z)cp, а также вытянутость зерна D/Dy

Для исследования частиц избыточных фаз использовали растровый электронный микроскоп JEOL JSM-6610 LV.

Частицы избыточных фаз исследовали на фольгах на просвет на аналитическом просвечивающем электронном микроскопе JEM200CX (JEOL, Япония) в комплекте со сканирующей приставкой EM-ASID3D2 и приставкой для энергодисперсионного микрорентгеноспектрально-го анализа LINK SYSTEMS SERIESII при рабочем увеличении от 15 до 30 тыс., ускоряющем напряжении 120 кВ и разрешении ~ 1 нм. Тип вклю-

чений определяли методом электронной микродифракции и по темно-польным изображениям. Фольги подготовлены дополнительной полировкой ионами аргона при ускоряющем напряжении до 5 кВ на установке 1Е 20 (1ЕСО).

Определение механических характеристик при испытаниях на растяжение (а02 (стт), <тв, 54, коэффициента нормальной пластической анизотропии г^ коэффициента деформационного упрочнения и) проводили по ГОСТ 11701 - 84 на испытательной машине 1№ТЮМ-1185.

Термическую обработку образцов от холоднокатаного (нагартова-ного) металла по различным режимам, имитирующим отжиг в колпако-вых печах, проводили в лабораторных условиях в камерной печи электросопротивления. Температуру образцов контролировали при помощи зачеканенной в них хромель-алюмелевой термопары, подсоединенной к цифровому термометру НН12. Точность измерения температуры составляла +3 "С.

Статистический анализ влияния на свойства параметров химического состава и технологии проводили по методикам, описанным в работе [3], с определением коэффициентов парной корреляции, а также построением регрессионных моделей зависимости свойств от значимых факторов.

Глава 3. Расчетные оценки влияния примесей на свойства холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали

В главе 3 приведены результаты расчетов возможных механизмов влияния примесей на свойства. Расчетную оценку вклада примесных элементов в твердорастворное упрочнение сравнивали с имеющимися экспериментальными данными.

Было показано, что корреляция расчетных данных с экспериментальными наблюдается, когда для расчетов используют значения не атомных радиусов, а ковалентных (особенно для фосфора, олова, свинца и сурьмы). Это связано со склонностью этих элементов к образованию ковалентных связей, как между собственными атомами, так и с атомами железа. При растворении в железе более близких по природе и размеру атомов элементов Сг, №, Си имеет место значительно меньшее изменение атомного радиуса.

Результаты расчета величины вкладов различных элементов в твердорастворное упрочнение (Дттр) при использовании

значений их атомных (/?ат) и ковалентных (Л ) радиусов, при разном содержании каждого элемента в диапазоне, характерном для металла исследованных плавок, приведены в табл. 3.

Видно, что уровень упрочнения от присутствия в стали 0,02-0,03% кремния в среднем составляет около 10 МПа (независимо от способа расчета), что и

Таблица 3. Результаты расчета величины вкладов различных элементов в твердорастворное упрочнение

Элемент Масса атома Содержание, % Атомные радиусы Ковалентные радиусы

массовый атомный Кт> пм V Ат1р,МПа Ко..' пм V Дт , МПа тр.'

28 0,02 0,039904 132 0,047619 7,42 111 минус 0,05128 8,605251

28 0,03 0,059856 11,13 12,90788

Р 31 0,010 0,018021 128 0,015873 0,372 106 минус 0,09402 13,06209

31 0,020 0,036043 0,745 26,12419

Сг 52 0,02 0,021487 130 0,031746 1,776 118 0,008547 0,128711

52 0,04 0,042974 3,551 0,257422

N1 59 0,02 0,018938 124 -0,01587 0,391 115 минус 0,01709 0,453761

59 0,03 0,028406 0,587 0,680641

Си 64 0,03 0,026187 128 0,015873 0,541 117 0 0

64 0,05 0,043645 0,978 0

РЬ 207 0,001 0,00027 175 0,388889 3,347 147 0,25641 1,454994

207 0,003 0,00081 10,041 4,364983

Яп 119 0,001 0,000469 162 0,285714 3,143 141 0,205128 1,619812

119 0,003 0,001408 9,428 4,859436

Хп 65 0,002 0,001719 138 0,095238 1,278 125 0,068376 0,65900

65 0,004 0,003438 2,557 1,318001

ЛБ 75 0,001 0,000745 139 0,103175 0,65 120 0,025641 0,040158

75 0,003 0,002235 1,951 0,120474

5Ь 122 0,001 0,000458 159 0,261905 2,576 140 0,196581 1,451059

122 0,004 0,001832 10,303 5,804234

- параметр размерного несоответствия.

наблюдается на практике. При использовании для расчетов упрочнения от присутствия в стали 0,010-0,020 % фосфора значений ковалентных радиусов результат соответствует эффектам, наблюдаемым на практике — около 20 МПа. Несмотря на низкое содержание в стали олова, свинца и сурьмы, они могут вносить существенный вклад в твердорастворное упрочнение из-за разницы в величинах их ковалентных радиусов и ко-валентного радиуса железа. Из данных, представленных в табл. 3, следует, что ограничение суммарного содержания указанных элементов - не более 0,01% обеспечит твердорастворное упрочнение от их присутствия в стали не более 10 МПа.

Низкие эффекты упрочнения от присутствия в стали хрома, никеля и меди также обусловлены малой разницей радиусов их атомов и железа. В соответствии с литературными данными их отрицательное влияние на свойства связано со смещением рекристаллизационных процессов к более высоким температурам. Поэтому представляется возможным снижение их отрицательного влияния путем оптимизации технологии отжига (в частности замедлением нагрева при более высоких температурах, чем для стали с низким содержанием таких элементов). Кроме того, следует учитывать возможность участия хрома в образовании выделений избыточных фаз.

В целом данные, представленные в табл. 3, свидетельствуют, что для снижения уровня твердорастворного упрочнения следует ограничивать содержание кремния, фосфора, олова, свинца и сурьмы.

Для уточнения механизмов влияния примесей, которые могут входить в состав избыточных фаз, провели термодинамический анализ областей существования избыточных фаз для модельных составов стали 08Ю, содержащих 0,17% Мп; 0,015% 51; 0,035% 0,04% С; 0,003% и 0,005% N (составы 1 и 2, соответственно) с различным содержанием Ть V, №>, Сг и Мо.

Показано, что при рассматриваемых содержаниях титана в диапазоне (0,001-0,004 %) возможно образование только его нитрида ПН которое полностью завершается при температурах начальных стадий горячей деформации (из-за высоких температур деформации в черновой группе клетей и отсутствия конкуренции со стороны других нитридообразую-щих элементов) (рис. 2, а). При содержании азота на уровне 0,003 % увеличение содержания титана до 0,003-1-0,004% приведет к снижению содержания свободного азота на 30 % и более и, таким образом, к изменению «стартовых» условий для реакции выделения нитрида алюминия при отжиге, что неблагоприятно скажется на штампуемости. Поэтому целесообразно ограничить содержание титана уровнем 0,002 %.

Установлено, что в рассматриваемых сталях термодинамически обоснованы выделения карбонитрида ниобия (рис. 2, б). В то же время, при

' "I---1-1-!-1-1-'-1-1-1-1—-1-1-;-V—|-,---и.иици -(-1-[—I-[-г—1—■-[--[—*—■ | ' ,-1-/—р-—,-1---

300 4СЗО 500 600 700 800 500 1000 1100 1200 1300 300 400 500 600 700 ЭМ 900 1000 1100 1200 1300

Таачюи»* г«ыл«риур»,'С

Рис. 2. Температурные зависимости равновесных мольных долей избыточных фаз для сталей 08Ю состава 2, содержащих титан (а) и ниобий (б)

Темтература,',С т.ичяич'Ъ

Рис. 3 Температурные зависимости равновесных мольных долей избыточных фаз (я) и состав карбонитрида ванадия (б) в сталях состава 1 и 2 с 0,001 % V

и 0,005 % V

концентрациях ниобия до 0,002% из-за малой доли выделений ЫЬ(С,М), его влияние на формирование структуры и свойств незначительно.

При анализе сталей, содержащих ванадий, показано (рис. 3), что в рассматриваемых сталях термодинамически обоснованы выделения его гцк-карбонитрида (близкого по составу к карбиду УС).

Его выделение может произойти в процессе отжига на начальных стадиях рекристаллизации, причем оно будет ускоряться присутствием повышенной плотности дислокаций в нагартованном металле, как из-за возрастания числа мест зарождения, так и ускорения диффузии. Не исключена и определенная суперпозиция с процессами сегрегирования примесей на границах зерен. В этом случае фактическое содержание

Рис. 4. Темкопольное изображение наноразмерных частиц УС

?0-0 5Й<И

углерода и ванадия на границах зерен будет существенно выше, чем в среднем по объему металла, что существенно повысит вероятность образования частиц карбида ванадия по границам зерен. Их выделение на начальных стадиях рекристаллизации приводит к измельчению зе-ренной структуры. Кроме того, такие частицы могут приводить к дисперсионному твердению.

Возможности образования в сталях с повышенным содержанием ванадия частиц УС была подтверждена результатами электронномикро-скопического исследования образцов холоднокатаного проката после отжига при 550 °С - температуре, при которой существование УС термодинамически обосновано (см. рис. 3). На рис. 4 представлено темнополь-ное изображение, полученное при размещении апертурной диафрагмы в местах дифракционной картины, где должны находиться отражения от ГЦК структур типа УС. Размеры таких частиц составляют примерно 5-20 нм.

При температуре отжига 500 °С процесс рекристаллизации еще не начался, и на фоне нерекристаллизованной структуры частицы УС выявить невозможно.

При содержании хрома порядка 0,04+0,06 % при температурах ниже ~400 °С возможно присутствие в стали сложного карбида типа Ме?С3, который может влиять на протекание рекристаллизационных процессов, особенно из-за возможности образования зернограничных сегрегаций. Поэтому его содержание желательно ограничить уровнем не более 0,04 %.

Расчеты показали, что при содержаниях молибдена порядка 0,01% ниже -450 °С возможно существование ^-карбида, который так же как и карбид, содержащий хром, может влиять на рекристаллизационные процессы (рис. 5). Поэтому механизм влияния молибдена должен быть подобен влиянию хрома, т. е. проявляться через образование частиц, особенно по границам зерен из-за процессов сегрегирования. Хотя хром в незначительных количествах входит в состав ^-карбида, его присутствие практически не изменяет равновесную долю этой фазы.

Из рис. 5 видно, что вероятность образования ^-карбида уменьшается при повышении температуры промежуточной выдержки (выдержки металла на первой ступени отжига), при этом уменьшается время пребывание

металла в температурном интервале, где существование ^-карбида термодинамически обосновано.

Таким образом, приводить к снижению штампуемое™ из-за образования выделений избыточных фаз (карбидов), влияющих на протекание рекристал-лизационных процессов и вызывающих дисперсионное твердение, в наибольшей степени могут ванадий, молибден и хром. В то же время, в процессе выдержки при максимальной температуре отжига 700 °С (при ее достаточной продолжительности, которую следует уточнить экспериментально) должно происходить растворение таких частиц и повышение штампуе-мости стали.

Глава 4. Статистический анализ влияния содержания примесей на механические свойства стали 08Ю, произведенной в 2007-2011 гг. по базовой технологии

По результатам статистического анализа влияния химического состава на свойства 2122 партий холоднокатаного проката из стали 08Ю (более 300 плавок), произведенных в 2007-2008 гг. по исходной технологии, получена регрессионная модель

ат = b0 + ¿jxSi+ ... +¿7xMo,

где b0 b? - параметры (коэффициенты) регрессии.

Которая свидетельствует о том, что на предел текучести наиболее значимо влияет содержание в стали Si, Р, Сг, А1к , V, Ti и Мо (формально значимые факторы приведены в табл. 4).

Использование модели для оценки влияния каждого элемента на предел текучести приводит к следующим выводам. Присутствие в стали кремния в количестве 0,02% и фосфора в количестве 0,015% вызывает повышение предела текучести соответственно на 6 МПа и 14 МПа, что хорошо коррелирует с результатами расчетов твердорастворного упрочнения - 8,6 и 13 МПа.

Температура,°С

Рис. 5. Результаты расчета конкуренции выделений цементита и е-карбида в сталях 08Ю (Ге+0,17 % Мп+0,04 % С), содержащих 0,005 % Мо (1), 0,01 % Мо (2) и 0,01 % Мо+0,04 % Сг (3)

Таблица 4. Значимые факторы модели

№ параметра регрессии Параметр регрессии Ь, Стандартная ошибка Ь1 ¿-критерий Стьюдента Уровень значимости ¿-критерия

0 Ьо 113,3 4,4 25,6080 0

1 51 279,1 93,1 2,9997 0,0027

2 Р 961,7 241,5 3,9815 0,0001

3 Сг 240 81,3 2,9525 0,0032

4 А1кр 252,2 82,7 3,0508 0,0023

5 V 7009,7 1197,7 5,8528 0

6 И 2576,5 997 2,5843 0,0098

7 Мо 1603,1 449 3,5741 0,0004

Упрочняющее влияние остальных элементов выше, чем их возможный вклад в твердорастворное упрочнение, и связано в основном с образованием выделений избыточных фаз. Увеличение содержания кислото-растворимого алюминия на 0,01 %, так же как и увеличение содержания титана на 0,001 %, приводит к увеличению предела текучести на 2,5 МПа. Это связано с увеличением количества частиц нитридов, образующихся в подкате и влияющих на измельчение зерна в холоднокатаном прокате, а также со снижением содержания азота в твердом растворе перед отжигом. Увеличение содержания ванадия и молибдена на 0,001 %, а хрома на 0,01 % приводит к повышению предела текучести, соответственно, на 7, 1,6 и 2,4 МПа, что может быть связано с образованием карбидных фаз, влияющих на рекристаллизационные процессы и дисперсионное твердение.

Статистический анализ для партий металла 2010 г. показал, что среднее значение предела текучести стало выше (167 МПа вместо 161 МПа в 2008 г.). Это связано с более высоким содержанием примесей: кремния, фосфора, хрома, ванадия, никеля, меди, олова и других элементов. При этом значимым стало влияние на предел текучести содержания никеля (коэффициент корреляции 0,21) и меди (коэффициент корреляции 0,23), что объясняется повышением их содержания по сравнению с уровнем 2008 г.

Для разработки предварительных рекомендаций по оптимальным значениям технологических параметров в процессе дополнительного статистического анализа учитывали различные факторы, определяющие фактические температуры металла на разных стадиях процесса: толщину проката, массу рулона и др. Показано, что для рулонов большой массы (более 24 т) при уменьшении толщины проката ниже 1 мм направление влияния некоторых параметров отжига меняется на противоположное (табл. 5).

Таблица 5. Коэффициенты корреляции механических свойств с параметрами отжига для проката разной толщины (масса рулона £ 24 т).

Параметр Толщина проката й не болеее 1 мм Толщина проката А свыше 1 мм

°т 5 5

Т200-500> С -0,1 0,05 0,41 -0,37

Т "С 200-500' ^ -0,12 0,11 0,39 -0,39

Т500-600" С 0,01 -0,02 0,08 -0,12

Т "С 500-600' -0,12 0,11 0,28 -0,3

т * с 600-720 ' -0,11 0,05 -0,05 -0,16

т °с * 600-720' -0,14 0,12 -0,08 ОД

Т720*' С -0,05 0 -0,03 -0,19

^2«, "С -0,13 0,09 -ОД 0,07

т * с '720-690 ' -0,02 0,05 0,05 0

т °с 720-690' -0,11 0,07 0,02 ОД

Тобщ'С -0,14 0,05 -0,04 -0,18

Масса рулона, т -0,05 0,02 -0,06 0,18

Масса садки, т -0,06 0 0,08 0,01

Место рулона в садке 0,06 -0,06 0,13 -0,22

Для вариантов с толщиной проката более 1 мм увеличение времени нагрева до начала ступени 1, а также температур начала и окончания ступени 1 приводит к повышению предела текучести и снижению относительного удлинения. Для тонкого проката (толщиной не более 1 мм) влияние указанных и некоторых других параметров отжига оказалось противоположным. При этом коэффициенты корреляции свойств с параметрами отжига оказались значительно ниже, чем с параметрами химического состава. Поэтому для дальнейшего анализа было принято решение ввести дополнительные ограничения на химический состав стали. Из рис. б видно, что к существенному повышению предела текучести приводит увеличение суммарного содержания хрома, никеля и меди до 0,08 % и более, а также содержания ванадия до 0,003 % и более.

Дальнейший анализ проводили именно для таких вариантов химического состава раздельно для плавок с повышенным содержанием ванадия (табл. 6 и рис. 7) и отдельно — для плавок с повышенным содержанием хрома, никеля и меди (табл. 7 и рис. 8).

Из табл. 6 видно, что наибольшее влияние на предел текучести оказали температура нагрева слябов под прокатку в шестой зоне методической печи Т (рис. 7, а); максимальная температура отжига Тпо (рис. 7,6),

Группы по [Сг+№+Си]

-о- Сраднм 31

Группы по [Сг+№+Си]:

0 — [Сг+№+Си] <0,04;

1 — 0,04 < [Сг+М+Си] <0,06;

2 — 0,06 < [Сг+№+Си] <0,08;

3 — 0,08 < [Сг+№+Си] <0,1;

4 — 0,1 < [Сг+№+Си] <0,12;

5 - 0,12 < [Сг+№+Си]

.......;■-.-!.....: .....................

.....:■• ^ .....1 . • Г ......!.......

. !: ; ..........."

; ....................-........

!н ........:........

........• •.;. ......;..........I................................

...........:.........-Т •...... ■ ! ......................б

С .»13 »,»£15 в ЗСгО 50525 Ф.0С24 С.ООЙ О .КМ» {.£^5 V.*

Рис. 6.

Зависимость предела текучести от: а — суммарного содержания Сг+№+Си; б— от содержания ванадия (масса рулона > 24 т; £ 1 мм)

Таблица б. Коэффициенты корреляции предела текучести с параметрами отжига (масса рулона > 24 т; < 1 мм и [V] 20,003%)

Параметр Коэффициенты корреляции с егт

Т720" С -0,13

Т "С 111 о" ^ -0,16

т с 720-690" 0,19

Т °С -0,35

Таблица 7. Коэффициенты корреляции предела текучести с параметрами отжига (масса рулона £24 т; йх/к 21 мм и [Сг+№+Си]>0,08 %")

Параметр Коэффициенты корреляции с ат

Т "С 200-500" -0,18

т °с 50О-4МО" ^ -0,18

т * с 600-720 ' -0,12

Т "С 600-720" ^ -0,18

Т720*' С -0,06

ТпУС -0,14

т * С 720-690 ' 0,08

Т "С 720—690" ^ -0,12

Т„6,„" -0,14

-0,08

а также время замедленного охлаждения от максимальной температуры отжига Туэд^ад. С увеличением температуры нагрева слябов под прокатку в шестой зоне методической печи выше 1270 °С и при максимальной температуре отжига более 700 °С существенно повышается доля партий, по пределу текучести соответствующих категории вытяжки ВОСВ-Т.

Растворение частиц УС является одной из причин снижения предела текучести при повышении максимальной температуры металла при

2» ..............г •............ I а ...............................;...........

1» .......г .....• • и •. ;

г 17»

150 . Г-Х'-:^:

■ ......;.....V.........

;

1330 1240 1250 1360 «70

1200 1300 1ЭЮ 1320 143

Рис. 7. Зависимость предела текучести стали 08Ю от температуры нагрева под прокатку (я) и температуры окончания ступени 2 рекристаллизационно-го отжига (б) (масса рулона £24 т; ¿1 мм и [V] > 0,003%)

отжиге. Увеличение времени замедленного охлаждения от максимальной температуры отжига может приводить к повторному выделению указанных частиц. Положительное влияние повышения температуры нагрева под прокатку может быть связано с диффузионным выравниванием концентрации углерода по толщине сляба, которое потом наследуется в прокате. При повышенной ликвации углерода, из-за его высокого содержания в центральной по толщине зоне проката возможно образование карбидов ванадия, которые могут не раствориться при отжиге.

При повышенном суммарном содержании хрома, никеля и меди (табл. 7) более значимо проявляется влияние промежуточных температур нагрева при отжиге: Тт_720 и несколько слабее Тш

Выявленные зависимости предела текучести от температур отжига

Рис. 8. Зависимость предела текучести (масса рулона>24 т; кхЫ<, 1 мм и [Сг+№+Си] >0,08 %) от температур: начала ступени 1 отжига (я); окончания

ступени 1 (б)

а б

(а 198 Н/мм2) (стт 165 Н/мм1)

Рис. 9. Микроструктура металла партий с не удовлетворительными и с удовлетворительными значениями аг (х 200)

на разных его стадиях (рис. 8) связаны с задержкой процессов рекристаллизации при повышенном суммарном содержания хрома, никеля и меди.

Исследование микроструктуры проката из стали с повышенным и низким содержанием примесей ([Сг+М+Си] = 0,14 и 0,08%, [V] = 0,005% и 0,0015%), имеющего соответственно неудовлетворительные и удовлетворительные значения стт =198 и 165 Н/мм2, показало что размер зерна феррита в первом случае существенно меньше (рис. 9). При этом зерно неоднородно: на фоне мелких зерен наблюдаются отдельные крупные зерна. Это свидетельствует о задержке процессов рекристаллизации в стали с повышенным содержанием примесей и о целесообразности корректировки режимов отжига (повышении температуры на разных его стадиях).

Из рис. 8 видно, что для снижения предела текучести стали 08Ю целесообразно увеличить температуры металла - Г200_500>400°С, Г500 600 > 540 °С.

Сравнение средних значений температур отжига на разных стадиях для всех партий проката толщиной не более 1 мм и более 1 мм, произведенных в 2010 г., свидетельствует о том, что при малой толщине проката фактические температуры по металлу оказываются существенно ниже (табл. 8), т. к. для обеспечения заданной температуры нагрева на разных стадиях отжига более толстый прокат следует нагревать дольше.

Табл. 8 Температура отжига на различных стадиях поизводства проката разной толщины (сравнение средних значений)

Параметр При толщине проката мм

не более 1 мм свыше 1 мм

Т 200-500 342,9 381,2

Г 500-600 531,6 550,7

Г 600-720 581,5 603,6

т 720 694,7 700,2

Г 720-690 693,8 698,5

Я «а а о

а <

а> <

О

г

о

ь.

О

а а, о н ее

а о

«о «

05

о <

Я

н и

ез

А Н и О

и >а

а «

и

О) V

г X

04 ев

Я" <

еЗ

К>+ ¡N+■0] 0,051 0,082 0,085 0,050

*0Г'[№1У] 1,49 0,99 0,98 еч о о

М/Гге] 6,36 7,05 13,2 18,57

ей 0,0003 о о о о о о о о 0,0004

Р 0,0014 0,0015 0,0015 0,0014

> 0,002 0,003 0,002 0,002

0 и ез г 55 0,0044 0,0034 0,0025 0,0021

а. И < 0,028 0,024 0,033 0,039

3 н и О < 0,034 0,029 0,039 0,044

>я § и и Г £ з и 0,022 [ 0,037 10,034 0,023

Мо 0,003 10,004 ] 10,005 0,003

2 0,014 0,021 0,023 0,013

и и 0,015 0,024 0,028 0,014

СЛ 0,0124 0,0075 0,0186 0,0078

си 0,010 0,012 0,011 0,009

Мп 0,155 0,188 0,17 0,154

53 0,011 0,025 0,009 0,013

и 0,048 0,038 0,044 0,052

ихвета бЦ ИИНЯОУЭ^ г-1 сч со чГ

Для указанных групп партий среднее значение Т200 ж отличается почти на 40°С, Г500600-на19°С, - на 22 °С, Тпо - на 5 °С). Следовательно, для обеспечения на тонком прокате такого же режима, как и на толстом прокате, целесообразно поднять температуры по газу, особенно на начальных стадиях отжига: Т20д 500г -примерно на 30-40 °С, ^5оо-боог ~ примерно на 20 °С, максимальную температуру отжига Г620г - на 10°С. Очевидно, что соблюдение указанных предварительных рекомендаций особенно важно для стали с повышенным содержанием примесей. В то же время с точки зрения создания унифицированной технологии производства целесообразно внедрение рекомендаций, которые бы позволили обеспечить высокий комплекс свойств стали с различным содержанием основных и примесных элементов. Для проверки возможности использования разработанных предварительных рекомендаций по режиму отжига для обеспечения высокого уровня свойств стали различного химического состава целесообразно проведение лабораторного моделирования различных режимов отжига образцов холоднокатаного проката из стали различного химического состава с последующим исследованием структуры и свойств.

Глава 5. Уточнение оптимальных режимов отжига для стали 08Ю различного химического состава по результатам лабораторного моделирования.

В главе 5 приведены результаты экспериментов по лабораторному моделированию различных режи-

Рис. 10. Зависимость среднего размера зерна от температуры первой ступени отжига

1*йТЖ» С

От.

МПа"5

1<ЯЖ, С

Рис.11. Механические свойства (а, б) и средний размер зерна феррита (в) в зависимости от температуры второй ступени отжига

мов колпакового отжига с последующим исследованием структуры и свойств образцов холоднокатаного проката толщиной 0,7-0,9 мм стали с различным содержанием примесей (табл. 9), проведенных для уточнения предварительных рекомендаций по корректировке параметров отжига.

Видно, что сталь плавок с условными номерами 1 и 4 отличалась низким содержанием примесей, а сталь плавок 2 и 3 высоким содержанием примесей, отрицательно влияющих на штампуемость. Для стали плавок 3 и 4 характерно низкое содержание азота.

Исследовали влияние на структуру и свойства температур первой ступени отжига проката: 350,400,450 и 500 °С и второй ступени: 700 °С и 720 "С.

При варьировании температуры первой ступени отжига (рис. 1) (температура второй ступени отжига - 700 °С, продолжительность выдержки на первой и второй ступенях 30 мин и 60 мин, соответственно) установлено, что для всех плавок наиболее крупное зерно обеспечивает отжиг с температурой первой ступени 500 °С (рис. 10).

При этом уровень свойств повысился (табл. 10): снизился предел текучести, увеличился коэффициент нормальной пластической

Таблица 10. Результаты механических испытаний стали после отжига при различных температурах первой ступени

№ образца Т, "С первой/второй ступени 0од,МПа сгв> МПа и г м

1 400/700 243 324 0,209 1,370

2 248 336 0,203 1,328

3 233 317 0,212 1,263

4 235 324 0,213 1,372

1 500/700 233 314 0,209 1,490

2 237 334 0,199 1,401

3 231 322 0,204 1,408

4 214 311 0,221 1,590

анизотропии. Поэтому было решено регламентировать температуру первой ступени - 500 "С, как обеспечивающую, при прочих равных условиях, наиболее высокий комплекс свойств.

На следующем этапе варьировали температуру второй ступени (700 и 720 °С). При переходе к более высокой температуре отжига наблюдалось некоторое укрупнение зерна, но значения предела текучести изменились мало (рис. 11).

Для плавки 1 наблюдается некоторое снижение значения относительного удлинения при повышении температуры отжига. Это может быть связано с тем, что из-за большего количества частиц нитрида алюминия, при повышении температуры отжига до 720 °С металл переходит в двухфазную á-y-область, что повышает неравномерность структуры.

Таким образом, для обеспечения высокого комплекса свойств сталей с различным содержанием примесей целесообразно использование двухступенчатого отжига с температурой металла на первой ступени на уровне 500 °С при максимальной температуре отжига 700 °С.

Глава 6. Опробование и внедрение разработанных рекомендаций по оптимальным режимам рекристаллизационного отжига в колпаковых печах холоднокатаного проката из стали 08Ю с различным содержанием примесей

В главе 6 приведены результаты опробования и внедрения разработанных рекомендаций для производства проката из стали с различным содержанием примесей.

Статистический анализ массива данных по 537 партиям проката, выпущенных в 2011 г. по разработанным рекомендациям, показал, что по пределу текучести категории вытяжки ВОСВ-Т соответствует 493 партии проката (92 %). Наблюдается некоторое повышение предела текучести при увеличении содержания углерода (особенно более 0,047 %), кремния

(более 0,020 %), а также произведений [С]х[У] (более 0,00010 и особенно более000014), [Сг]х[С] (более0,00014) и [Мо]х[С] (более0,00016) (рис. 12).

Для определения возможности получения высокого уровня свойств стали с неблагоприятным химическим составом был проведен статистический анализ влияния на свойства химического состава и параметров технологии для 86 партий, соответствующих условиям: содержание углерода не менее 0,047 %, содержание кремния более 0,015 %, значения произведений [У]х[С]>0,0001 %; [Сг]х[С] >0,0008 % и [Мо]х[С]>0,00014 %.

Для оставшихся плавок с неблагоприятным химическим составом из параметров химического состава сохранилось наиболее значимое вли-

«025 СМОЭ от нал

еш

! * ; в ■г -г и Г . ¿л.:,'-; — м"':........:........

'" Г.................~ . .....

: ! ; .................:.......!........ ; ! 1

д

о.йжм о,ооо-о о,ши с.оонв 9.95222 9.95агв

ЦвК

\г

......I .. I. : ' :

: Т.':'-'.....¡"Г ь'^лЦ/м и-

«к?. V, . ,

■ • - 1 1 : : :

; : ; : 1 |

о.озоог аооом а,оаюв аооосв цо&ою оооэтг о.мси о.«хт йооэтв зло® о.оом

оэоав о,гд« &0Э12 аюм ашв оапв аэого о-с

Рис. 12. Зависимость предела текучести от содержания углерода (а), кремния (6), произведения [С]х[У] (в), произведения [Сг]х[С] (г) и произведения [Мо]х[С](й)

Таблица 11. Коэффициенты корреляции механических свойств с параметрами химического состава для проката, произведенного по базовой и новой технологии

Параметр Коэффициенты корреляции механических свойств для проката, произведенного Разность коэффициентов, для

по старой технологии, для по новой технологии, для

ат, МПа <г„, МПа б4,% о, МПа а„ МПа «4,% ат, МПа ст„, МПа 64,%

С 0,19 0,29 -0,22 Т0,17 0,27 -0,18 -0,02 -0,02 0,04

51 0,31 0,35 -0,23 0,23 0,32 -0,16 -0,08 -0,03 0,07

Мп 0,4 0,43 -0,29 0,16 0,21 -0,1 -0,24 -0,22 0,19

Р 0,31 0,36 -0,2 0,21 0,28 -0,17 -ОД -0,08 0,03

Сг 0,38 0,46 -0,23 0,22 0,34 -0,2 -0,16 -0,12 0,03

Б -0,01 0,03 -0,01 -0,04 0,01 -0,05 -0,03 -0,02 -0,04

№ 0,35 0,38 -0,16 0,15 0,24 -0,19 -0,20 -0,14 -0,03

Си 0,38 0,41 -0,22 0,24 0,31 -0,19 -0,14 -од 0,03

А1 0,13 0,1 -0,02 0,02 0,04 0 -0,11 -0,06 0,02

N 0,05 -0,03 -0,03 0,02 -0,14 0,02 -0,03 -0,11 0,05

V 0,28 0,3 -0,21 0,26 0,3 -0,17 -0,02 0 0,04

Т1 0,27 0,27 -0,21 0,22 0,28 -ОД -0,05 0,01 0,11

ыь 0,15 0,12 -0,06 0,01 0,04 -0,02 -0,14 -0,08 0,04

Мо 0,29 0,31 -0,13 0,08 0,17 -0,06 -0,21 -0,14 0,07

В -0,01 0,17 -0,08 0,03 0,18 -0,14 0,04 0 -0,05

Ав 0,14 0,21 -0,11 0,1 0,19 -0,13 -0,04 0,01 -0,06

Бп 0,18 0,05 -0,03 0,16 0,08 -0,01 -0,02 -0,02 -0,02

А1кр 0,12 0,09 -0,01 0,01 0,03 0 -0,11 -0,06 0,01

[А1кр].[М] 0,12 0,05 -0,03 0,02 -0,06 0,01 -ОД -0,11 0,04

[AlK.pl/fN] 0,05 0,09 0,01 0 0,11 -0,01 -0,05 0,02 -0,02

[Сг+М+Си] 0,4 0,45 -0,23 0,23 0,32 -0,21 -0,17 -0,13 0,02

яние на предел текучести содержания кремния: его ограничение - не более 0,02 % остается обязательным условием обеспечения низких значений предела текучести (рис. 12, 6).

В то же время значимое влияние на предел текучести оказало время выдержки металла при максимальной температуре отжига, с увеличением которого до 18 ч подавляющее большинство партий соответствовало категории вытяжки ВОСВ-Т. Это связано с растворением частиц карбидов и укрупнением зерна.

Таким образом, при переходе на новую технологию отжига для стали с высоким содержанием углерода, при повышенном содержании хрома, ванадия и молибдена ([СМУ]> 0,0001 %, [Сг]х[С] >0,0008 %; [Мо]х[С] > 0,00014 %) для обеспечения свойств, соответствующих категории ВОСВ-Т, рекомендуется использовать повышенную продолжительность высокотемпературной стадии отжига - 18 ч.

Сравнение коэффициентов корреляции свойств с параметрами химического состава проката, произведенного по базовой и новой технологиям (табл. 11) свидетельствует, что повышение температуры 1 ступени существенно уменьшило влияние на свойства, в первую очередь, элементов, присутствующих в твердом растворе, но не вызывающих твердораствор-ного упрочнения (хрома, никеля, меди), а также марганца и молибдена.

Очевидно, что механизм влияния марганца такой же, как для хрома, никеля и меди - смещение рекристаллизации в область более высоких температур (влияние его содержания в указанных пределах на твердора-створное упрочнение минимально). Снижение отрицательного влияния молибдена может быть связано с тем, что при повышении температуры первой ступени его карбиды не успевают выделиться в достаточном количестве и поэтому не влияют на свойства стали.

Таким образом, переход на новую технологию обеспечивает получение механических свойств стали, соответствующих категории вытяжки ВОСВ-Т, даже на стали с повышенным содержанием примесей ([V] до 0,003 %, [Сг+№+Си] до 0,13 %, [Р] до 0,015 %, [Б!] до 0,02 %, при значении произведения [Мо]х[С] - не более 0,00016.

По результатам проведенных работ было внесены изменения в технологию отжига в колпаковых печах ПХП ЧерМК ОАО «Северсталь», разработаны и утверждены новые операционные карты на отжиг -ОК 105-16-03.01.28-2011 и ОК 105-16-03.01.29-2011.

При производстве проката по разработанным рекомендациям был обеспечен 100%-ный выход годного стали 08Ю категорий вытяжки ВОСВ и ВОСВ-Т (при производстве по базовой технологии до внедрения рекомендаций неудовлетворительные значения предела текучести на холоднокатаном прокате указанных категорий вытяжки составляли в среднем 12%). Экономический эффект от внедрения результатов работы за 2-е полугодие 2011 г. составил 14,463 млн руб.

Выводы

1. На основе теоретического и экспериментального исследования формирования структуры и свойств холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали с различным содержанием примесей разработаны технологические решения, обеспечивающие получение механических свойств стали, соответствующих категории вытяжки ВОСВ-Т даже на стали с повышенным содержанием примесей ([V] до 0,003%, [Сг+№+Си] до 0,13 %, [Р] до 0,015%, до 0,02%, при значении произведения [Мо]х[С] - не более 0,00016.

2. Показано, что помимо элементов, вызывающих твердорастворное упрочнение, содержание которых следует ограничивать (кремния - не более 0,020%, фосфора - не более 0,015%, сурьмы, олово и свинца - в сумме не более 0,01%), существует две группы примесных элементов, отрицательное влияние которых можно уменьшить путем оптимизации технологических параметров производства прокта. Так, присутствие в стали хрома, никеля и меди приводит к смещению рекристаллизационных процессов в область более высоких температур. Установлено, что их отрицательное влияние можно уменьшить повышением температуры промежуточной выдержки при отжиге на 30-40 °С. Поэтому было рекомендовано и внедрено повышение температуры начала промежуточной выдержки до 530 °С (по газу) вместо 500 °С, предусмотренной ранее. Данная рекомендация является универсальной и приводит к повышению уровня свойств проката из стали различного химического состава.

3. Показано, что увеличение максимальной температуры отжига выше 720 °С (по газу) для стали со сравнительно высоким содержанием азота может приводить к ухудшению свойств, в частности к снижению относительного удлинения, из-за перехода металла в двухфазную ферритно-аустенитную область и связанному с этим формированию неоднородной структуры. Поэтому с точки зрения унифицирования технологии для стали различного химического состава повышение максимальной температуры отжига более 720 "С (по газу) не целесообразно.

4. Отрицательное влияние на свойства примесей, входящих в состав карбидных фаз, образующихся при отжиге, вызывающих дисперсионное твердение и тормозящих рекристаллизационные процессы (ванадия, молибдена и хрома), можно уменьшить увеличением продолжительности высокотемпературной стадии отжига. Это приводит к растворению карбидных частиц, увеличению размера зерна и соответственно к повышению показателей штампуемости.

5. Рекомендации работы внедрены на ЧерМК ОАО «Северсталь». При производстве проката по разработанным рекомендациям был обеспечен 100%-й выход годного стали 08Ю категорий вытяжки ВОСВ и ВОСВ-Т (при производстве по базовой технологии до внедрения рекомендаций неудовлетворительные значения предела текучести на холоднокатаном прокате указанных категорий вытяжки составляли в среднем 12 %). Экономический эффект от внедрения результатов работы за 2-е полугодие 2011 г. составил 14,463 млн руб.

Список цитированной литературы:

1. Приходько В.М. Металлофизические основы разработки упрочняющих технологий. - М.: Машиностроение, 2003. - 381 с.

2. Шапошников Н.Г. Термодинамическое моделирование как инструмент совершенствования технологии нагрева слитков стали 12Х18Н10Т под прокатку // Металловедение. 2004. № 11. С. 2-9.

3. Мельниченко A.C. Статистический анализ в металлургии и материаловедении. - М. : МИСиС, 2009. С. 267.

Основные результаты опубликованы в работах:

1. Рыбкин H.A., Родионова И.Г., Шапошников Н.Г., Ефимова Т.М., Чиркина И.Н., Кузнецов В.В., Мишнев П.А. Разработка подходов к выбору оптимальных систем легирования и технологических параметров производства горячекатаных высокопрочных низколегированных сталей для автомобилестроения. // Металлург. 2009. № 8. С. 50-56.

2. Родионова И.Г., Зайцев А.И., Шапошников Н.Г., Чиркина И.Н., Покровский A.M., Немтинов A.A., Мишнев П.А., Кузнецов В.В. Влияние химического состава и параметров производства на формирование наноструктурной составляющей и комплекса свойств высокопрочных низколегированных конструкционных сталей. // Металлург. 2010. № 6. С. 33-39.

3. Родионова И. Г., Мишнев П. А., Жиленко С. В., Быкова Ю. С., Чиркина И. Н., Адигамов Р. Р., Ефимова Т. М. Металловедческие основы и технологические аспекты получения высокоштампуемых низкоуглеродистых сталей на современном этапе развития металлургических технологий. // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2011. №4. С. 12-27.

4. Родионова И.Г., Мишнев П.А., Адигамов P.P., Быкова Ю.С., Мельниченко A.C., Ефимова Т.М. Особенности формирования структуры и свойств холоднокатаных низкоуглеродистых сталей для автомобилестроения в зависимости от степени обжатия при холодной прокатке. 2012. № 2. С. 62-69.

5. Быкова Ю.С., Родионова И.Г., Мишнев П.А., Ефимова Т.М., Чиркина И.Н, Мельниченко A.C. Исследование влияния примесей на свойства стали 08Ю и разработка способов повышения уровня свойств путем корректировки технологических параметров в зависимости от содержания примесей. // «Новые стали для машиностроения и их термическая обработка». Сб. докл. III науч.-технич. конф. (13-15 апреля 2011, г. Тольятти), ОАО «АВТОВАЗ», 2011. С. 53-54.

6. Чиркина И.Н., Родионова И.Г., Жадановский Э.И., Жиленко C.B., Мишнев П.А., Ефимова Т.М., Шапошников Н.Г., Быкова Ю.С. Способы повышения комплекса свойств стали 08Ю, в том числе путем оптимизации режима отжига в колпаковых печах. // «Новые стали для машиностроения и их термическая обработка». Сб. докл. III науч.-технич. конф. (13-15 апреля 2011, г. Тольятти), ОАО «АВТОВАЗ», 2011. С. 57-58.

7. Чиркина И.Н. Родионова И.Г., Жадановский Э.И., Жиленко C.B., Мишнев П.А., Ефимова Т.М., Шапошников Н.Г. Металловедческие аспекты повышения комплекса свойств холоднокатаного автолистового проката из микролегированных сталей после отжига в колпаковых печах. // «Новые стали для машиностроения и их термическая обработка». Сб. докл. III науч.-технич. конф. (13-15 апреля 2011, г. Тольятти), ОАО «АВТОВАЗ», 2011. С. 59-60.

Подписано в печать 14.03.12. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Отпечатано в ЗАО «Металлургиздат» 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 9/23

61 12-5/2511

ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина», ЧерМК ОАО «Северсталь»

На правах рукописи

МИШНЕВ ПЕТР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ

И МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ХОЛОДНОКАТАНОЙ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ С РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ И СОДЕРЖАНИЕМ ПРИМЕСЕЙ

05.16.01 «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный сотрудник Родионова Ирина Гавриловна

Москва - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8

1.1 Динамика требований к свойствам холоднокатаного проката из 8 высокоштампуемой низкоуглеродистой стали и к ее химическому составу. Принципы выбора химического состава низкоуглеродистой стали для получения холоднокатаного проката с высокими показателями штампуемости

1.2 Влияние параметров сквозной технологии производства холоднокатаного 16 проката из низкоуглеродистой стали на формирование структуры и свойств

1.3 Основные тенденции в изменении содержания и форм присутствия 26 примесей в низкоуглеродистой стали. Механизмы их влияния на свойства холоднокатаного проката

1.3.1 Классификация примесей в низкоуглеродистой стали 26

1.3.2 Влияние примесных элементов, присутствующих в твердом 29 растворе, на свойства низкоуглеродистой стали

1.3.3 Влияние на свойства низкоуглеродистой стали примесных 34

элементов, входящих в состав избыточных фаз

1.4 Постановка цели и задач работы 42

2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 45

2.1 Материал для исследования 45

2.2 Методики исследования 47

2.2.1 Методика оценки влияния вклада твердорастворного упрочнения 48 на уровень механических свойств

2.2.2 Термодинамический анализ областей существования фаз в сталях 48 типа 08Ю

2.2.3 Методика металлографического исследования микроструктуры 48

2.2.4 Электронномикроскопическое исследование микроструктуры 49

2.2.5 Просвечивающая электронная микроскопия 49

2.2.6 Методика проведения механических испытаний 50

2.2.7 Методика лабораторного моделирования режимов 51 рекристаллизационного отжига

2.2.8 Методики статистического анализа 52

3 РАСЧЕТНЫЕ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ПРИМЕСЕЙ НА СВОЙСТВА 57 ХОЛОДНОКАТАНОГО ПРОКАТА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

3.1 Оценка влияния примесей на степень твердорастворного упрочнения 57 низкоуглеродистых сталей

3.2 Термодинамический анализ возможности образования избыточных фаз с 61 участием примесных элементов

ГЛАВА 4 СТАТЕСТИЧЕСКИЙ АНАЗИЗ ВЛИЯНИЯ ПРИМЕСЕЙ НА 73 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ 08Ю, ПРОИЗВЕДЕННОЙ В 2007-2011 ГГ. ПО БАЗОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

4.1 Механические свойства холоднокатаного проката, произведенного в 2007 г. 73

4.2 Механические свойства холоднокатаного проката из стали 08Ю, 84 произведенного в 2010 г. по базовой технологии

4.3 Разработка предварительных рекомендаций по технологическим 93 параметрам, обеспечивающим высокий комплекс свойств проката из стали с повышенным содержанием примесей

ГЛАВА 5 УТОЧНЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ОТЖИГА ДЛЯ СТАЛИ 08Ю 107 РАЗЛИЧНОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЛАБОРАТОРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

5.1 Химический состав, параметры горячей и холодной прокатки партий, 107 выбранных для лабораторного моделирования отжига по различным режимам

5.2 Исследование влияния температуры промежуточной выдержки при отжиге 108 на структуру и свойства

5.3 Исследование влияния максимальной температуры отжига (температуры 115 второй ступени) на структуру и свойства при двухступенчатом отжиге

5.4 Исследование влияния одноступенчатых режимов отжига на структуру и 119 свойства

ГЛАВА 6 ОПРОБОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО 126 ОПТИМАЛЬНЫМ РЕЖИМАМ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННОГО ОТЖИГА В КОЛПАКОВЫХ ПЕЧАХ ХОЛОДНОКАТАНОГО ПРОКАТА ИЗ СТАЛИ 08Ю С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРИМЕСЕЙ

ВЫВОДЫ 142

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 144

Введение

Актуальность проблемы. Увеличение объемов производства сталей для автомобилестроения, как высокопрочных, так и высокоштампуемых, связано с ростом общего количества автомобилей, появлением новых автомобильных производств на территории России, заинтересованностью мировых и отечественных автопроизводителей в переходе на потребление российского автолиста. Это сопровождается повышением требований к качеству металлопродукции, в частности, к показателям штампуемости холоднокатаного проката. В то же время особенностью современного этапа развития металлургии является изменение состава шихты, используемой при выплавке стали, увеличение доли металлолома, загрязненного примесями, многие из которых, попадая в сталь, оказывают отрицательное влияние на ее свойства, в частности, на показатели штампуемости. Поэтому актуальным является проведение работ, направленных на определение допустимого содержания различных примесей в низкоуглеродистых автолистовых сталях, не приводящего к снижению уровня свойств при существующей технологии, а также на разработку новых технологий, обеспечивающих высокий комплекс свойств при повышенном содержании примесей путем управления структурообразованием в стали, в частности, при рекристаллизационном отжиге в колпаковых печах.

Целью_настоящей работы являлось установление закономерностей

формирования структуры и свойств холоднокатаного проката из низкоуглеродистых автолистовых сталей в зависимости от содержания примесей, оптимизация технологических параметров производства для обеспечения наиболее высокого комплекса свойств проката с различным содержанием примесей.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Провести исследование влияния примесей на свойства низкоуглеродистой стали.

2. Установить закономерности влияния примесей на структуру и свойства холоднокатаного проката и выяснить возможности повышения свойств проката из низкоуглеродистой стали путем ограничения содержания примесей и/или корректировкой технологических параметров производства проката в зависимости от содержания примесей в стали.

3. Разработать технологические рекомендации, обеспечивающие наиболее высокий комплекс свойств проката из низкоуглеродистой стали с различным содержанием примесей.

4. Провести опробование и внедрение разработанных на основе установленных закономерностей технологических приемов в условиях промышленного производства холоднокатаного проката.

Научная новизна. В результате проведенных исследований получены следующие новые результаты:

1. Показано, что отрицательное влияние на штампуемость оказывают две основные группы примесей, различающиеся формами присутствия в стали: 1 -примеси, присутствующие в твердом растворе, либо по границам зерен в виде сегрегаций (кремний, фосфор, хром, никель, медь и др.), 2 - примеси, входящие в состав избыточных фаз (титан, ванадий, молибден, хром).

2. Влияние первой группы примесей происходит по двум механизмам: через твердорастворное упрочнение (кремний, фосфор, сурьма, олово, свинец) или через смещение рекристаллизационных процессов в область более высоких температур (хром, никель, медь). Для подавления твердорастворного упрочнения требуется ограничение допустимого содержания примесей (кремния - не более 0,020 %, фосфора - не более 0,015 %, суммарного содержания олова, свинца и сурьмы - не более 0,01 %). Отрицательное влияние второго механизма можно уменьшить корректировкой режима отжига, в частности, повышением температуры ступени 1 в среднем на 30 - 40 °С.

3. Впервые показана возможность управления формами присутствия примесей, отрицательное влияние которых связано с возможностью образования избыточных карбидных фаз (ванадий, молибден, хром). Для стали с высоким содержанием углерода при повышенном содержании хрома, ванадия и молибдена ([У]х[С] > 0,0001 %, [Сг]х[С] > 0,0008 %; [Мо]х[С] > 0,00014 %) для обеспечения свойств, соответствующих категории вытяжки ВОСВ-Т, рекомендуется использовать повышенную продолжительность высокотемпературной стадии отжига, что приводит к растворению карбидных частиц, увеличению размера зерна феррита, повышению штампуемости.

4. Показано, что для стали со сравнительно высоким содержанием азота повышение максимальной температуры отжига более 720 °С по газовой среде (более 700 °С по металлу), несмотря на растворение карбидных частиц, приводит к ухудшению свойств - повышению предела текучести и снижению относительного удлинения, что связано с переходом металла в двухфазную ферритно-аустенитную область, формированием неоднородной структуры.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Разработаны рекомендации по оптимальному химическому составу и параметрам технологии производства холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали с различным содержанием примесей, обеспечивающие наиболее высокий комплекс его свойств.

2. Рекомендации работы использованы при выпуске опытных и промышленных партий низкоуглеродистой стали на ЧерМК ОАО «Северсталь». Отмечено повышение штампуемости, увеличение выхода годного проката наиболее высоких категорий вытяжки, в первую очередь, ВОСВ и ВОСВ-Т.

3. С момента реализации мероприятий выход проката стали 08Ю категории ВОСВ был увеличен в среднем с 88 до 100 %, что позволило получить экономический эффект 14,463 млн руб.

4. Результаты работы носят универсальный характер и могут найти применение при разработке технологий производства сталей, свойства которых зависят от содержания примесных элементов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Обоснование форм присутствия примесей и механизмов их влияния на структуру и свойства низкоуглеродистых холоднокатаных сталей.

2. Способы управления структурой и свойствами холоднокатаного проката с различным содержанием примесей.

3. Обоснование допустимого содержания примесей в стали, в том числе приводящих к ее твердорастворному упрочнению.

4. Обоснование оптимальных параметров сквозной технологии для формирования наиболее высоких показателей штампуемости холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали с различным содержанием примесей.

Глава 1 Аналитический обзор литературы

1.1 Динамика требований к свойствам холоднокатаного проката из высокоштампуемой низкоуглеродистой стали и к ее химическому составу. Принципы выбора химического состава низкоуглеродистой стали для получения холоднокатаного проката с высокими показателями штампуемости

До настоящего времени основными сталями, используемыми в автомобилестроении, в частности, для лицевых деталей автомобиля, остаются «мягкие» непрочные стали, обладающие высокой штампуемостью. Термин «штампуемость» характеризует способность металла изменять свою форму при обработке давлением без нарушения сплошности. Для оценки штампуемости листового металла помимо основных механических свойств, определяемых при испытаниях на растяжение (предела текучести, предела прочности, относительного удлинения), используют такие показатели как коэффициент нормальной пластической анизотропии (г), коэффициент деформационного упрочнения (п), а также глубина сферической лунки при испытаниях по Эриксену [1].

В процессе проведения работ, направленных на повышение штампуемости, помимо традиционных категорий вытяжки ВГ, СВ и ОСВ, за последние 20 лет появились более высокие категории вытяжки - ВОСВ, ВОСВ-Т, ВОСВ-ТМ. Сталь более высоких категорий вытяжки характеризуется более низкими значениями предела текучести и более высокими значениями относительного удлинения, а также коэффициентов г и п.

Анализ рынка свидетельствует о постоянном росте объемов потребления в России стальной металлопродукции для автомобилестроения, которые должны существенно возрасти в ближайшие 20 лет. Это связано с рядом причин: увеличением общего количества автомобилей, появлением новых автомобильных производств на территории России, заинтересованностью мировых и отечественных автопроизводителей переходить на потребление российского автолиста и т.д. При этом, несмотря на увеличение доли использования высокопрочных сталей, ускоренными темпами будет развиваться потребление разных типов сталей, как высокопрочных, так и высокоштампуемых.

В настоящее время наиболее актуальным для использования конструкторскими службами представляется предложенное фирмой United States Steel (USS) разделение автомобильной стали по конструктивно-прочностным признакам на четыре класса (с подразделением на типы) [2]:

- низкоуглеродистая сталь,

- сталь с повышенным сопротивлением остаточным (неупругим) вмятинам,

- высокопрочная сталь,

- усовершенствованная высокопрочная сталь.

Из-за усложнения формы лицевых деталей автомобильных кузовов наблюдается постоянное увеличение требований к показателям штампуемости стали. Поэтому в течение последних 20-30 лет постоянно проводились работы, направленные на повышение штампуемости как традиционных низкоуглеродистых сталей типа 08Ю, так и появившихся позже сверхнизкоуглеродистых сталей типа IF (свободных от атомов внедрения) и сталей с ВН-эффектом (эффект упрочнения при сушке лакокрасочного покрытия), производство которых стало возможным благодаря освоению вакууматоров [1].

В свою очередь, в соответствии с [2], высокоштампуемые стали (низкоуглеродистые и сверхнизкоуглеродистые), в зависимости от требований к ним, разделяют на несколько типов.

- Сталь общего назначения типа CS [Commercial steel] обычно не контролируемого состава, имеющая чаще всего в холоднокатаном состоянии предел текучести (от) около 207 МПа, временное сопротивление (ов) около 304 МПа, удлинение (8) примерно 38 % и не контролируемый коэффициент упрочнения п. Она чувствительна к деформационному старению, сопровождающемуся снижением пластичности.

- Сталь с повышенной пластичностью типа DS [Drawing steel] заменяет ряд известных типов автомобильной стали, в том числе сталь типа DQ и DQSK. Имеет более высокую пластичность, чем предыдущий тип, поэтому назначается для вытяжки, контролируется по химическому составу в пределах: С = 0,02—0,08 %; Мп < 0,50 %; Р < 0,020 % и S < 0,030 %. В холоднокатаном состоянии (после отжига и дрессировки) обычно имеет в среднем следующие значения свойств: от = 175 МПа; ов = 297 МПа; 5 = 44 % и п — 0,232.

- Сталь для глубокой вытяжки типа DDS [Deep drawing steel] с несколько большими ограничениями по составу, чем предыдущий тип. Она содержит: С < 0,06 %; Мп < 0,50 %; Р < 0,020 %; S < 0,025 %, подвергается жесткому контролю по вредным примесям и газам. Типичные свойства в холоднокатаном состоянии (после отжига и дрессировки): от = 168 МПа; ов = 279 МПа; 5 = 45 % и п = 0,235.

- Сталь для особо глубокой вытяжки типа EDDS [Extra deepdrawing steel] содержит углерода до 0,02 %. При этом предел текучести может быть снижен до 105 МПа, предъявляются повышенные требования к коэффициентам анизотропии и упрочнения (г и п).

Требования к механическим свойствам и химическому составу стали для глубокой вытяжки по стандарту SAE J2329 показаны в таблице 1.1 [2].

Таблица 1.1 - Химический состав и механические свойства холоднокатаной стали для глубокой вытяжки Ш-сталь

Марка стали от, МПа а„, МПа 5,% г п с, макс. Мп, макс. Р, Макс. S, макс. А1, макс.

Grade 5 110-170 270 42 1,7 0,22 0,02 0,30 0,025 0,025 0,020

Так как определены только верхние ограничения к содержанию элементов, этим требованиям может удовлетворять и низкоуглеродистая и сверхнизкоуглеродистая стали. Предложенная в 70-х годах японскими металлургами сверхнизкоуглеродистая сталь в переводе с японского на английский язык именовалась как interstitial atoms freesteel, т. е. сталь, свободная от атомов внедрения; затем окончательно сложился международный термин IF-steel (IF-сталь) [3, 6]. Технология ее производства должна основываться на процессах, освобождающих сталь от примесей внедрения. Атомы внедрения (С, Н, О, N, В) по определению в IF-сталь не должны намеренно вноситься, хотя они могут присутствовать вследствие технологических процедур или как неизбежные примеси. Поэтому, как правило, в такую сталь вводят микролегирующие добавки (главным образом, титан и ниобий), которые связывают примеси внедрения (углерод и азот) в стойкие соединения (карбиды, нитриды, карбонитриды, карбосульфиды), обеспечивая чистоту твердого раствора и высокую штампуемость [58]. Сталь характеризуется высокой пластичностью (удлинением не менее 45 %) и низким отношением gt/gb — на уровне 155/297; обычно коэффициент п = 0,256. Со снижением содержания углерода в IF-стали возрастает коэффициент анизотропии (рисунок 1.1) [2].

2j25

г/»

1,5« ¡.2S

1 ч v °/o!Nb ^ 10 %С

Ч 2 X ч

»

8 «>23? 1.ИИ 1,188 9,631 0,1)9 |(312

С, %

Рисунок 1.1- Зависимость коэффициента анизотропии (Ланкфорда) от содержания углерода в стали, стабилизированной ниобием (1) и без ниобия (2)

Несмотря на то, что на сталях типа № возможно получение наиболее высоких показателей штампуемости, причем независимо от режимов рекристаллизационного отжига холоднокатаного проката, практика показывает, что и для низкоуглеродистых сталей, особенно подве