Введение к работе
Актуальность проблемы. Несмотря на значительные возможности современных станов горячей прокатки по производству тонколистового стального проката, остается существенной потребность автомобилестроительных предприятий в холоднокатаном прокате из высокоштампуемых низкоуглеродистых и высокопрочных низколегированных (микролегированных) сталей.
Формированию структуры и свойств проката толщиной от 0,5 до 1,2 мм, который получают при использовании высоких степеней обжатия при холодной прокатке – 70-75 % и более посвящено значительное количество работ. Их результаты позволили существенно повысить качество выпускаемой металлопродукции. При получении проката большей толщины – 1,5-2,0 мм и более, технологические возможности существующего оборудования во многих случаях не позволяют обеспечивать высокие степени обжатия при холодной прокатке. Снижение степени обжатия до 50-60 % и менее изменяет механизмы формирования структуры и свойств, что приводит к получению проката с неудовлетворительными механическими свойствами.
В связи с этим актуально проведение исследований, направленных на повышение уровня свойств холоднокатаных сталей, производимых путем малых (менее 70 %) степеней обжатия при холодной прокатке. Наиболее важными являются проблемы обеспечения свойств, соответствующих категориям вытяжки ВОСВ и ВОСВ-Т, для высокоштампуемых низкоуглеродистых сталей и предела текучести не менее 420 Н/мм2 для высокопрочных низколегированных сталей.
Целью настоящей работы являлось установление закономерностей формирования структуры и свойств холоднокатаного проката из высокоштампуемых низкоуглеродистых и высокопрочных микролегированных сталей, производимого посредством малых (менее 70 %) степеней обжатия при холодной прокатке, и разработка на основе выявленных закономерностей технологических режимов производства для обеспечения наиболее высокого комплекса свойств.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
1. Провести исследование влияния степени обжатия при холодной прокатке и последующего рекристаллизационного отжига на формирование микроструктуры, текстуры и свойств холоднокатаного проката из высокоштампуемых низкоуглеродистых и высокопрочных микролегированных сталей различного химического состава.
2. Изучить характер процессов формирования карбидных и нитридных фаз, в том числе протекающих при рекристаллизационном отжиге.
3. Установить механизмы упрочнения проката из стали, легированной марганцем и микролегированной ниобием.
4. Разработать технологические рекомендации, обеспечивающие наиболее высокий комплекс свойств проката. Провести опробование и внедрение разработанных на основе установленных закономерностей технологических приемов в условиях промышленного производства.
Научная новизна. В результате проведенных исследований получены следующие новые результаты:
1. Установлено, что снижение штампуемости холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали, получаемого при использовании малых степеней обжатия при холодной прокатке, связано с формированием неблагоприятной текстуры. Повышение текстурного показателя (отношения интенсивности благоприятных ориентировок к неблагоприятным) и штампуемости стали обеспечивается подавлением формирования при горячей прокатке субмикронных частиц нитрида алюминия, а также созданием условий для его выделения при отжиге на начальных стадиях рекристаллизации в виде мелкодисперсных частиц. Это достигается ограничением содержания в стали азота концентрацией не более 0,005 % и промежуточной выдержкой металла при температуре около 500 С в процессе нагрева при отжиге в колпаковых печах.
2. Впервые показано, что при снижении степени обжатия при холодной прокатке от 70-75 до 50-60 % пик кинетической С-образной кривой диаграммы образования сегрегаций углерода по границам зерен в процессе отжига холоднокатаного проката смещается примерно с 450 до 350 С. Поэтому температура, соответствующая наибольшей интенсивности сегрегирования углерода по границам зерен, становится существенно ниже температуры ступени 1 рекристаллизационного отжига, что подавляет образование сегрегаций и приводит к формированию крупнозернистой структуры феррита.
3. Разработаны способы обеспечения благоприятной структуры и высокой штампуемости проката из низкоуглеродистой стали, содержащей не менее 0,002 % ванадия, путем управления условиями выделения и типом частиц, содержащих ванадий (карбид или нитрид), в зависимости от степени обжатия при холодной прокатке. Показано, что причиной ухудшения свойств проката, полученного при использовании больших степеней обжатия при холодной прокатке, является образование зернограничных сегрегаций углерода с последующим выделением частиц карбида ванадия на начальных стадиях рекристаллизации, которые тормозят рост зерна. Увеличение температуры смотки такого проката свыше 550 С приводит к образованию не карбида, а нитрида ванадия уже в подкате в процессе охлаждения смотанного рулона. В результате снижается концентрация ванадия в твердом растворе перед отжигом, что предотвращает выделение карбида ванадия при отжиге и положительно влияет на свойства готовой продукции.
4. Установлено, что для проката из низкоуглеродистой стали, полученного с использованием малых степеней обжатия при холодной прокатке, вероятность выделения карбида ванадия при отжиге мала. В то же время, для более интенсивного выделения при отжиге на начальных стадиях рекристаллизации нитрида алюминия, что необходимо для формирования благоприятной текстуры, требуется подавить реакцию выделения нитрида ванадия при охлаждении смотанного рулона (сохранить азот в большей степени в твердом растворе до начала отжига). Это достигается использованием более низких температур смотки – не более 550 С.
5. Показано, что основным механизмом упрочнения высокопрочного холоднокатаного проката толщиной 1,5 мм и более из стали, легированной марганцем и микролегированной ниобием, является дисперсионное твердение, обусловленное выделением наноразмерных ( 10 нм) частиц карбонитрида ниобия. Ограничение максимальных значений температурных и временных параметров отжига необходимо для подавления укрупнения частиц, вызывающих дисперсионное твердение. Минимально допустимые значения указанных параметров определяются необходимостью протекания рекристаллизационных процессов для обеспечения требуемой пластичности.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
1. Разработаны рекомендации по химическому составу и оптимальным параметрам технологии производства для обеспечения наиболее высокого комплекса свойств холоднокатаного проката из высокоштампуемых низкоуглеродистых и высокопрочных низколегированных сталей, получаемого путем использования малых степеней обжатия при холодной прокатке.
2. Разработанные рекомендации позволяют производить прокат наиболее высоких категорий вытяжки не из сверхнизкоуглеродистых сталей типа IF, которые используются для указанных целей в настоящее время, а из более экономичных низкоуглеродистых сталей.
3. Рекомендации работы использованы при выпуске опытных и промышленных партий низкоуглеродистой стали категории вытяжки ВОСВ и ВОСВ-Т и низколегированной стали с пределом текучести не менее 420 Н/мм2 на ЧерМК ОАО «Северсталь». Они применимы для производства сталей подобного типа на других металлургических предприятиях.
На защиту выносятся следующие положения:
- Закономерности влияния химического состава стали, реакций сегрегирования атомов углерода на границах зерен и выделения избыточных фаз, степени обжатия при холодной прокатке и режимов рекристаллизационного отжига на формирование структуры и свойств проката.
- Способы управления структурой и свойствами холоднокатаного проката из низкоуглеродистых сталей в ходе рекристаллизационного отжига.
- Механизмы упрочнения холоднокатаного проката из стали, легированной марганцем и микролегированной ниобием, в зависимости от степени деформации при холодной прокатке.
- 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 III научно-технической конференции по термической обработке «Новые стали для машиностроения и их термическая обработка», г. Тольятти, 13-15 апреля 2011 г., 10-й научно-технической конференции «Новые перспективные материалы, оборудование и технологии для их получения», г. Москва, 17 ноября 2011 г.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в трех статьях 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 65 рисунков, 65 таблиц. Список использованной литературы включает 90 наименований отечественных и зарубежных авторов.
Похожие диссертации на Влияние малых степеней обжатия на формирование структуры и свойств холоднокатаных автолистовых сталей
