CZ290944B6

CZ290944B6 - Způsob výroby pásové oceli s vysokou pevností a dobrou tvárností

Info

Publication number: CZ290944B6
Application number: CZ19993219A
Authority: CZ
Inventors: Bernhard Dr.-Ing. Engl; Günter Dipl.-Ing. Stich
Original assignee: Thyssen Krupp Stahl Ag
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 2002-11-13
Also published as: CZ321999A3; ES2165157T3; PL186831B1; CN1082549C; CA2284124A1; WO1998040522A1; ZA982115B; ATE206472T1; AR010130A1; EP0966547B1; PL335639A1; CN1252105A; EP0966547A1; DE59801637D1; DE19710125A1

Abstract

e en se t²k zp sobu v²roby p sov oceli s vysokou pevnost o velikosti nejm n 900 MPa a dobrou tv rnost . Ocel obsahuj c (v % hmotnostn ch) 0,10 a 0,20 % uhl ku; 0,30 a 0,60 % k°em ku Si; 1,50 a 2,00 % manganu Mn; max. 0,08 % fosforu P; 0,30 a 0,80 % chromu Cr; a 0,40 % molybdenu Mo; a 0,20 % titanu Ti a/nebo zirkonu Zr; a 0,08 % niobu Nb; zbytek elezo a nevyhnuteln ne istoty se v roztaven m stavu odl v do bramy a n sledn za tepla v lcuje do tvaru p su. V lcovac teplota le nad 880 .degree.C, rychlost ochlazov n na v²stupn m v le kov m dopravn ku obn nejm n 30 .degree.C/s a nav jec teplota in 300 a 600 .degree.C.\

Description

Způsob výroby pásové oceli s vysokou pevností a dobrou tvárností

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby pásové oceli s vysokou pevností nejméně 900 MPa a dobrou tvárností.

Dosavadní stav techniky

Požadavek na snížení spotřeby pohonných hmot u vozidel přináší potřebu použití lehkých konstrukcí. Lehkých konstrukcí může být dosaženo zmenšením tlouštěk plechů. Ke kompenzaci takto podmíněných ztrát na pevnosti konstrukčních dílů musí být zvýšena pevnost materiálu. Zvyšování pevnosti představuje v normálním případě zmenšování tvárnosti. Plechy používané při stavbě vozidel musí být do konečné formy podmíněné designovými a funkčními požadavky zpracovány tvářením. Je-li zvyšování pevnosti a s tím spojené zhoršování tvárnosti příliš vysoké, dochází při tváření k selhání vzhledem k místním seškrcením a prasklinám. Z tohoto důvodu je zvyšování pevnosti omezeno.

Vývoj ocelí se na zlepšování poměru tvámost/pevnost stále zaměřuje.

V oblasti pevnosti pod 500 MPa byly již dosaženy zaznamenatelné úspěchy co se týče snížení tloušťky plechů a to použitím ocelí legovaných fosforem nebo mikrolegovaných ocelí. Ještě lepších výsledků bylo dosaženo u vytvrzovaných ocelí. V oblasti pevnosti mezi 500 a 800 MPa byly získány dobré hodnoty tvárnosti vývojem dvoufázových a takzvaných TRIP (Transformation-induced plasticity) ocelí.

Charakteristické hodnoty pro tváření mohou být ve velké míře získány pro praxi z tahové zkoušky. Zejména tažnost a n-hodnota (míra pro schopnost vytvrzování) představují důležité údaje. N-hodnota je charakteristická pro tvárnost při namáhání přetahováním. Toto je u většiny plechových dílů vozidla převládající způsob tváření. N-hodnota je v poměrně dobrém souladu s poměrem meze průtažnosti, což rovněž představuje použitelnou míru pro praxi pro schopnost vytvrzování materiálu.

Aby mohla být výhoda zvýšení pevnosti k redukci tloušťky plechu co nejvíce využita, je usilováno o co možná vysoké hodnoty tažnosti (A) a vytvrzení (n-hodnota).

Ocele s velmi vysokou pevností nad 800 MPa mohou být velmi efektivně použity k optimalizaci hmotnosti dílů s eventuelním zmačkáním jako jsou nárazníky. K tomu však musí být tloušťka plechu snížena z hodnoty nad 2,0 mm na tloušťku pod 2,0 mm, na zhruba 1,5 mm. Takovéto vysocepevné ocelové výrobky mohly být v minulosti dány k dispozici pouze jako za studená válcované plechy.

Především v oblasti nejvyšších pevností nad 800 MPa při použití obvyklých materiálových koncepcí k výrobě ocelového pásu válcovaného za tepla nebo za studená nejsou tvářecí schopnosti postačující k přetváření plechu do potřebných dílů. Vysoké pevnosti je přitom dosaženo vytvořením martenzitických struktur. Meze průtažnosti jsou ale u takovýchto ocelí rovněž velmi vysoké. Z toho odvozené hodnoty pro poměr meze průtažnosti popřípadě vytvrzení jsou odpovídajícím způsobem nízké. Toto vede vedle nepatrné tvárnosti k vysokým hodnotám odpružení, takže výlisky lze jen obtížně nebo vůbec ne vyrobit v požadovaném tvaru.

Z DE 33 23 255 Al je známa hliníkem uklidněná ocel o složení srovnatelném se složením oceli podle vynálezu. Tato ocel se odlije do bramy, která se válcuje za tepla do tvaru pásu při válcovací teplotě nejméně 800 °C. Následně se za tepla válcovaný pás ochladí ochlazovací rychlostí

-1 CZ 290944 B6 t

nejméně 5 °C/s a při teplotách 200 až 500 °C se navíjí. Za předpokladu, že válcovací teploty

880 °C nejsou překročeny, vykazují vyrobené ocelové pásy dobrou tažnost za nízkých teplot a dobrou tvárnost. Jejich pevnost však nevyhovuje požadavkům kladeným na vysocepevné ocelové pásy.

Jiný způsob výroby za tepla válcovaných ocelových pásů je znám z EP 0 080 809 Al. Ό tohoto známého způsobu se ocel sestávající v% hmotn. z 0,005 až 0,12 %C, <0,6% Si, 0,6 až

2,2 % Mn, < 0,005 % S, 0,005 až 0,08 % Al, 0,01 až 0,08 % Nb, 0,0005 až 0,002 % B, 0,004 až 0,03 % Ti, < 0,007 % N a zbytek železo, odlije do bramy. Tato brama se pak ohřeje na teplotu io nejméně 1000 °C, válcuje se za tepla v rozmezí teplot 640 až 850 °C s ůběrem nejméně 60 % při teplotě méně než 900 °C a následně se ochladí rychlostí 15 až 40°C/s na teplotu méně než 550 °C. Pevnost takto vyrobených pásů je však menší než 820 MPa.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je vyvinout pásovou ocel, která by měla vysokou schopnost vytvrzení, spolu s dobrou tvárností a vysokou pevností.

K řešení tohoto úkolu je podle vynálezu navržen způsob, při němž se ocel, sestávající z (v % hmotnostních):

0,10	až	0,20 % C
0,30	až	0,60 % Si
1,50	až	2,00 % Mn
max		0,08 % P
0,30	až	0,80 % Cr
až		0,40 % Mo
až		0,20 % Ti a/nebo Zr
až		0,08 %Nb

zbytek železo a nevyhnutelné nečistoty, roztaví, odlije do bramy a následně za tepla válcuje do 25 tvaru pásu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že válcovací teplota leží nad 880 °C, rychlost ochlazování na výstupním válečkovém dopravníku je nejméně 30 °C/s a navíjecí teplota je 300 až 600 °C.

Stanovené vytvoření velmi jemných mikrostruktur, sestávajících z měkkých a tvrdých fází vedle 30 sebe, v kombinaci s rozptýlením nejjemnějších vyloučenin, skýtá možnost získání atraktivních, dosud neznámých zpracovatelských a užitných vlastností. Vytvrzení struktury díky vícefázovosti ve spojení s tvrzením prostřednictvím jemného zrna a jemných částic jsou příčinnou multiplexního vytvrzovacího pochodu.

Obzvláštní hospodářský význam způsobu podle vynálezu spočívá v možnosti výroby pásové oceli válcované za tepla v tloušťkách pod 2,0 mm, například 1,5 mm. Výrobní postup nevyžaduje takto bezpodmínečně nákladný výrobní proces výroby pásu válcovaného za studená s přídavnými kroky válcování za studená a závěrečným žíháním.

Předkládaný způsob zahrnuje také možnost povrchového zušlechtění. Takto mohou být například naneseny elektrolyticky vyloučené zinkové vrstvy. Enormní zlepšení korozní ochrany prostřednictvím zinkové vrstvy je jako známá skutečnost předpokládáno. Dále je známo, že vysocepevné ocele mají díky přijímání vodíku při elektrolytickém pozinkování sklon ke zkřehnutí. Bylo prokázáno, že u pásové ocele podle vynálezu k těmto obávaným problémům nedochází.

Dále je popsán význam jednotlivých legujících prvků ajejich výrobní parametry.

-2CZ 290944 B6

Uhlík je nutný k vytvrzení struktury a k vytvoření jemných vyloučenin. Z důvodu svařitelnosti má být jeho obsah omezen na 0,1 až 0,2 %.

Křemík zvyšuje tvrdost směsných krystalů, k čemuž je ho zapotřebí nejméně 0,3 %. Z důvodu svařitelnosti a k zamezení vzniku nežádoucích okují je jeho obsah omezen na 0,6 %.

Mangan při obsahu nejméně 1,5 % zpomaluje přeměnu a způsobuje tvoření tvrdých produktů přeměny. K zamezení nepřístupně silných mikrosegregací je jeho obsah omezen na maximálně 2,0 %.

Fosfor může být přidáván k dalšímu zvyšování vytvrzování směsných krystalů, z důvodu svařitelnosti by však jeho obsah neměl převýšit 0,08 %.

Chrom podporuje při nejméně 0,3 % tvoření konečné struktury bohaté na bainit. Aby nedocházelo k přílišnému zpomalování proměny, měl by být jeho obsah omezen na maximálně 0,08 %.

Titan nebo zinek se nechají použít k vytvoření jemných vyloučenin s vytvrzujícím účinkem. Při obsahu nad 0,2 % tento účinek zřetelně klesá. Proto je maximální hodnota obsahu stanovena na 0,2 %.

Niob se přidává rovněž k vytvrzení vyloučenin. Výhodně by měl být přidán v nejmenším množství 0,04 %. Z důvodu účinnosti je jeho maximální obsah stanoven na 0,08 %.

Bor v rozmezí obsahu 0,0005 až 0,005% zlepšuje kalitelnost. Ktomu je do ocelí smartenzitickou přeměnou přidáván. Překvapujícím způsobem se ukázalo, že bor vyvolává také v předkládaném případě v bainitické základní struktuře signifikantní zvýšení pevnosti při nepatrném snížení tvárnosti.

Konečná válcovací teplota by měla v oblasti homogenního austenitu, což znamená ne pod 800 °C, aby byl zaručen dostatečně nízký odpor proti tvarovým změnám a aby se možnost vzniku jiných vyloučenin díky přeměně udržela malá.

Ochlazovací podmínky jsou voleny tak, že přeměna na perlit je vyloučena a probíhá dále do bainitického stupně. Podíly martenzitu mohou přispívat k dalšímu zpevňování. Dále má být dosaženo vytvrzení vylučováním nejjemnějších částeček. Za tím účelem je potřebné ochlazování z konečné válcovací teploty s ochlazovací rychlostí nejméně 30 °C/s. Tento ochlazovací postup je ukončen při teplotě pod 600 °C, zatímco pás je navíjen na naviják a potom ochlazen.

Příklady provedení vynálezu

Vynález je dále popsán s pomocí uvedených příkladů.

V tabulce 1 jsou uvedena chemická složení pásových ocelí 1 a 2 vyrobených podle vynálezu a martenzitické srovnávací oceli 3.

V tabulce 2 jsou uvedeny význačně mechanické vlastnosti pásových ocelí 1 a 2 vyrobených podle vynálezu a srovnávací oceli 3, které byly dostatečným tepelným zpracováním popuštěny na hodnoty uvedené v tabulce 2.

Srovnání vlastností vykazuje jasně značné přednosti pásové oceli vyrobené podle vynálezu. Vykazuje vyšší tažnost a lepší poměr meze průtažnosti jakožto míry pro vytvrzení.

Tabulka 3 ukazuje vliv nízké navíjecí teploty a následného tepelného zpracování na vlastnosti ocelového pásu vyrobeného podle vynálezu se složením oceli 1 v tabulce 1. Prostřednictvím

-3CZ 290944 B6 nízké navíjecí teploty, výhodně 330 °C, může být dosaženo zřetelných zvýšení pevnostních vlastností, viz příklad 4 v tabulce 3.

Další předmět vynálezu spočívá v dosažení výhodného působení následného tepelného zpraco5 vání. Překvapujícím způsobem se ukázalo, že tepelným zpracováním pásové oceli vyrobené podle vynálezu v teplotním rozmezí 500 až 850 °C mohou být ještě dále zvýšeny přetvářné schopnosti.

Příklady 4, 5 a 6 v tabulce 3 ukazují působení takovéhoto tepelného zpracování na ocel 1 se 10 složením podle tabulky 1. Takto je dosaženo takového stavu materiálu, který skýtá výhody pro konstrukční díly, které musí vykazovat vysokou pevnost, především mez průtažnosti, při dobré tvárnosti. Tento souhrn vlastností se nabízí pro výrobu za studená tvářených dílů s vysokými energetickými náklady (příklad 5a). Volbou vyšších žíhacích teplot může být dosaženo vysokých pevností při mimořádně nízkých poměrech meze průtažnosti popřípadě stejně významně vysoké15 ho zpevnění při dobrých hodnotách tažnosti (příklady 5b, 6a a 6c).

Hodně za tepla válcovaných výrobků vykazuje tu nevýhodu, že jejich výhodné vlastnosti se ztrácejí, když jsou nakonec válcovány za studená a rekrystalizačně žíhány. U pásové oceli vyrobené podle vynálezu bylo shledáno, že po následném válcování za studená a žíhání vykazuje 20 rovněž výhodné vlastnosti. Tak příklad 7 v tabulce 3 ukazuje, že pásová ocel 1 vyrobená podle vynálezu po válcování za studená s úběrem 50 % a následném žíhání dosahuje rovněž vysokých pevností při dále zlepšeném poměru meze průtažnosti oproti ocelovým pásům 1 a 2 pouze válcovaným za tepla.

Tabulka 1 (Hmotn. %)

Ocel	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Cr	Mo	Ti
1	0,14	0,47	1,83	0,007	0,002	0,025	0,004	0,34	0,12	0,15
2a	0,19	0,43	1,67	0,013	0,007	0,032	0,007	0,49	0,30	0,18
2b	0,17	0,53	1,82	0,013	0,012	0,049	0,012	0,77	0,02	0,18
3*	0,15	0,01	1,75	0,011	0,003	0,020	0,004	0,55	0,01	0,003

*) martenzitická srovnávací ocel

Tabulka 2

Ocel	Poloha zkoušky	Re N/mm²	Rm N/mm²	Re/Rm	Ag %	A5 %	Aeo %	WET °C	HT °C
1	podél	653	1065	0,61	8	18	11
napříč	652	1098	0,59	8	17	12	910	530
2a	podél	670	1115	0,60	7	16	10	880	550
2b	podél	680	1140	0,60	7	15	9	880	550
3*	podél	1050	1096	0,96	2	10	5	880	280

*) srovnávací ocel

Re - mez průtažnosti

R_m - pevnost v tahu

A_g - poměrné prodloužení

-4CZ 290944 B6

A5 - tažnost

Ago - tažnost

WET - konečná válcovací teplota

HT - navíjecí teplota

Tabulka 3

Příklad	Žíhání	R. N/mm²	Rm N/mm²	Re/Rm	Ago	WET °c	HT °c
°C	min
4	%	%	1203	1395	0,86	3	910	330
5a	600	120	1040	1070	0,97	9	910	330
5b	750	1	690	1190	0,58	7	910	330
6a	750	1	620	1095	0,58	6	910	530
6b	800	1	600	1086	0,55	10	910	530
6c	850	1	492	913	0,54	14	910	530
7a	800	1	627	1149	0,55	8	910	530
7b	850	1	446	959	0,47	12	910	530

*) válcováno za studená s úběrem 50 %

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob výroby pásové oceli s vysokou pevností nejméně 900 MPa a dobrou tvárností, obsahující v % hmotnostních:

0,10 až 0,20 % C 0,30 až 0,60 % Si 1,50 až 2,00 % Mn max 0,08 % P 0,30 až 0,80 % Cr až 0,40 % Mo až 0,20 % Ti a/nebo Zr až 0,08 % Nb

zbytek železo a nevyhnutelné nečistoty, která se roztaví, odlije do bramy a následně za tepla válcuje do tvaru pásu, vyznačující se tím, že válcovací teplota leží nad 880 °C, rychlost ochlazování na výstupním válečkovém dopravníku je nejméně 30 °C/s a navíjecí teplota je 300 až 600 °C.

2. Způsob podle nároku 1, vy z n a č uj í c í se t í m, že pásová ocel válcovaná za tepla se navíjí při teplotě maximálně 550 °C.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pásová ocel válcovaná za tepla se navíjí při teplotě maximálně 350 °C.

4. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že pásová ocel válcovaná za tepla se navíjí při teplotě nejméně 330 °C.

-5CZ 290944 B6

5. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že pásová ocel se válcuje za tepla na konečnou tloušťku maximálně 2,0 mm.

6. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že pásová 5 ocel válcovaná za tepla se vyhladí.

7. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že ocelový pás se moří a opatří kovovým povlakem.

ío

8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že kovový povlak se nanáší elektrolyticky.

9. Způsob podle nároku 7, v y z n a č u j í c í se t í m , že kovový povlak se nanáší pokovením ponorem.

10. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že ocelový pás se žíhá v rozmezí teplot 500 až 850 °C.

11. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 6, vyznačuj ící se tím, že po 20 válcování za tepla probíhá válcování za studená s úběrem nejméně 30 % a průběžné žíhání při teplotách 700 až 900 °C.

12. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 11,vyznačující se tím, že ocel je přídavně legována maximálně 0,15 % Mo.

13. Způsob podle jednoho nebo více znároků 1 až 12, vyznačuj ící se tím, že ocel je přídavně legována nejméně 0,04 % Ti a/nebo Zr.

14. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 13, v y z n a č uj í c í se tím, že ocel je 30 přídavně legována 0,0005 až 0,005 % B.

15. Způsob podle jednoho nebo více z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že ocel je přídavně legována nejméně 0,04 % Nb.