PL205645B1

PL205645B1 - Sposób wytwarzania blachy stalowej dwufazowej i sposób ciągłego cynkowania taśmy stalowej

Info

Publication number: PL205645B1
Application number: PL376232A
Authority: PL
Inventors: David P. Hoydick
Original assignee: Uec Technologies; Uec Technologies Llc
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2010-05-31
Also published as: PL376232A1; AU2003285144B2; EP1601809A1; MXPA05005619A; BR0315963A; KR20050089011A; KR100988845B1; WO2004048634A1; RU2294385C2; EP1601809A4; US6811624B2; RU2005114741A; CA2506571A1; US20040099349A1; JP2006508255A; BR0315963B1; AU2003285144A1

Description

Opis wynalazku

0,010-0,150% maksymalnie 0,04% maksymalnie 0,030% 0,03-1,50%

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania blachy stalowej dwufazowej i sposób ciągłego cynkowania taśmy stalowej.

Dwufazową ocynkowaną stal taśmową wytwarza się stosując dwustopniową sekwencję izotermicznego wygrzewania i wytrzymywania. W momencie zanurzania do kąpieli do cynkowania taśma znajduje się w temperaturze bliskiej temperatury stopionego metalu.

Procedura cynkowania polegająca na poddawaniu obróbce cieplnej i powlekaniu metalem taśmy stalowej jest znana ze stanu techniki i została szczegółowo opracowana. Zasadniczo walcowaną na zimno blachę stalową nagrzewa się do zakresu między temperaturami krytycznymi Ac1 a Ac3 w celu utworzenia austenitu i nastę pnie ozię bia tak, aby cz ęść austenitu przeszł a w martenzyt tworz ą c mikrostrukturę ferrytyczno-martenzytyczną. Obecne w stali pierwiastki stopowe, takie jak Mn, Si, Cr i Mo, wspomagają tworzenie martenzytu. W celu uzyskania odpowiedniej struktury stosowano róż ne procedury, a jedną z nich przedstawiono w opisie patentu Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 6 312 536 (Omiya i in.). We wspomnianym wyżej patencie, w procesie cynkowania na gorąco używa się blachy walcowanej na zimno. Skład blachy stalowej jest korzystny dla wytwarzania, w warunkach prowadzenia procesu, mikrostruktury złożonej głównie z ferrytu i martenzytu. W opisie patentu opisano ocynkowany dwufazowy produkt procesu.

Według Omiyi i in. dwufazową ocynkowaną stal w postaci blachy otrzymuje się w wyniku wygrzewania blachy stalowej walcowanej na zimno w temperaturze 780°C (1436°F) lub wyższej, typowo przez 10 do 40 sekund, i dalszego oziębiania z szybkością przynajmniej 5°C na sekundę, bardziej typowo z szybkością 20-40°C na sekundę, przed włożeniem do kąpieli do cynkowania o temperaturze 460°C (860°F). Według patentu Omiyi i in. stal powinna mieć następujący skład wyrażony w procentach wagowych:

Węgiel: 0,02-0,20% Aluminium:

Tytan: maksymalnie 0,01% Krzem:

Fosfor: maksymalnie 0,060% Siarka:

Mangan: 1,5-2,40% Chrom:

Molibden: 0,03-1,50% z zastrzeżeniem, że dla ilości manganu, chromu i molibdenu spełnione są następujące warunki: 3Mn + 6Cr + Mo = maksymalnie 8,1% oraz Mn + 6Cr + 10Mo = przynajmniej 3,5%.

W omawianym opisie patentowym wyraź nie stwierdza się , ż e począ tkowy etap obróbki cieplnej (wygrzewania) przeprowadza się w temperaturze przynajmniej 780°C (1436°F), zob. wiersze 64-67 w kolumnie 5 i wiersze 2-4 w kolumnie 6: „W celu otrzymania po żądanej mikrostruktury i osią gnięcia stabilnych parametrów odkształcalności korzystne jest ogrzewanie blachy stalowej w temperaturze 780°C lub wyższej, to znaczy o około 50°C powyżej temperatury Ac1. ... W celu otrzymania mikrostruktury składającej się głównie z ferrytu i austenitu ogrzewanie należy kontynuować przez ponad 10 sekund. Według dalszej części opisu blacha stalowa jest następnie oziębiana do temperatury kąpieli do cynkowania (zazwyczaj 440-470°C lub 824-878°F) ze średnią szybkością chłodzenia ponad 1°C/sekundę i zanurzana do tej kąpieli. Po nałożeniu powłoki i oziębieniu z szybkością 5°C/sekundę uzyskuje się pożądaną mikrostrukturę głównie ferrytyczno-martenzytyczną. Ewentualnie pokryta blacha może zostać ogrzana przed oziębieniem, w procesie zwanym często galwanealingiem, po pokryciu metalem, ale przed końcowym oziębieniem.

Zdaniem Omiya i in. nie jest możliwe uzyskanie dwufazowego produktu bez stosowania wysokich temperatur procesu wygrzewania, lub nie jest możliwe wytworzenie pożądanej mikrostruktury w etapie wytrzymywania po procesie wygrzewania w niskiej temperaturze.

Istota sposobu wytwarzania blachy stalowej dwufazowej, polega na tym, że stosuje się blachę stalową o składzie wyrażonym w procentach wagowych: 0,02-0,20% węgla, 0,010-0,150% aluminium, maksymalnie 0,01% tytanu, maksymalnie 0,5% krzemu, maksymalnie 0,060% fosforu, maksymalnie 0,030% siarki, 1,5- 2,40% manganu, 0,03-1,50% chromu, 0,03-1,50% molibdenu, z zastrzeżeniem, że dla ilości manganu, chromu i molibdenu spełniony jest następujący warunek: (Mn + 6Cr + 10Mo) = przynajmniej 3,5%. Blachę stalową wygrzewa się przez 20 do 90 sekund w temperaturze z zakresu od Ac1+25°C (Ac1+45°F), przynajmniej 727°C (1340°F), do Ac1+75°C (Ac1+135°F), nie więcej niż 774°C (1425°F). Po czym chłodzi się ją z szybkością przynajmniej 1°C na sekundę do temperatury z zakresu 454-493°C (850-920°F) oraz wygrzewa się blachę w temperaturze z zakresu 454-493°C (850-920°F) przez 20 do 100 sekund.

PL 205 645 B1

Korzystnie, jako blachę stalową stosuje się taśmę stalową, a obróbkę przeprowadza się systemem ciągłym z użyciem taśmy stalowej o długości przynajmniej 305 m (1000 stóp).

Korzystnie, przed wygrzewaniem lub w trakcie wygrzewania, lub bezpośrednio po wygrzewaniu prowadzi się powlekanie blachy stalowej w wannie do cynkowania ze stopionym metalem w temperaturze z zakresu 454-493°C (850-920°F). Podczas procesu powlekania utrzymuje się temperaturę blachy stalowej w granicach ±11°C (±20°F) względem temperatury stopionego metalu, tak aby zminimalizować przekazywanie ciepła pomiędzy blachą a stopionym metalem.

Korzystnie, blachę stalową chłodzi się następnie do temperatury otoczenia z szybkością przynajmniej 5°C na sekundę aż do uzyskania mikrostruktury dwufazowej złożonej głównie z ferrytu i martenzytu.

Korzystnie, przeprowadza się galwannealing blachy stalowej oraz chłodzi się pokrytą blachę z szybkością przynajmniej 5°C na sekundę aż do uzyskania mikrostruktury dwufazowej złożonej głównie z ferrytu i martenzytu.

Korzystnie, zawartość węgla w omawianej stali wynosi 0,03-0,12%.

Zgodnie z innym wynalazkiem sposób ciągłego cynkowania taśmy stalowej w linii składającej się z kąpieli do cynkowania, polega na tym, że podaje się zwój blachy stalowej o składzie: 0,02-0,20% węgla, 0,010-0,150% aluminium, maksymalnie 0,01% tytanu, maksymalnie 0,5% krzemu, a maksymalnie 0,060% fosforu, maksymalnie 0,030% siarki, 1,5-2,40% manganu, 0,03-1,50% chromu, 0,03-1,50% molibdenu, z zastrzeżeniem, że dla ilości manganu, chromu i molibdenu spełniony jest następujący warunek: (Mn + 6Cr + 10Mo) = przynajmniej 3,5%, do strefy ogrzewania w omawianej linii, przy czym przesuwa się taśmę przez strefę ogrzewania systemem ciągłym do nagrzania jej do temperatury 727-774°C (1340-1425°F), przesuwa się taśmę przez strefę wygrzewania utrzymując jej temperaturę w zakresie 727-771°C (1340-1420°F) przez 20 do 90 sekund, przesuwa się taś m ę przez strefę chł odzenia ochładzając ją z szybkością większą niż 1°C na sekundę, przerywa się chłodzenie taśmy gdy jej temperatura zostanie zmniejszona do ±17°C (±30°F) względem temperatury kąpieli do cynkowania, wytrzymuje się taśmę w temperaturze między 454-493°C (850-920°F) i ±17°C (±30°F) względem temperatury kąpieli do cynkowania przez 20 do 100 sekund, zanurza się taśmę do kąpieli do cynkowania i chł odzi się ją do temperatury otoczenia.

Korzystnie, czas przebywania taśmy stalowej w kąpieli galwanicznej wynosi 3-6 sekund.

Korzystnie, chłodzenie w strefie chłodzenia przeprowadza się z szybkością od 3 do 22°C (5 do 40°F) na sekundę.

Korzystnie, taśma zanurzana do kąpieli do cynkowania ma temperaturę ±6°C (±10°F) względem temperatury kąpieli.

Korzystnie, natychmiast po przerwaniu chłodzenia zanurza się taśmę w kąpieli do cynkowania.

Korzystnie, taśmę zanurza się w kąpieli do cynkowania przed upłynięciem okresu wygrzewania 20 do 100 sekund.

Korzystnie, zawartość węgla w taśmie stalowej wynosi 0,03-0,12% wagowych.

Korzystnie, taśmę stalową poddaje się galwanealingowi przed ochłodzeniem jej do temperatury otoczenia.

Autor wynalazku odkrył, w przeciwieństwie do obserwacji Omiyi i in. w cytowanym powyżej patencie, że do uzyskania pożądanej dwufazowej mikrostruktury nie tylko nie jest konieczne utrzymywanie początkowej temperatury wygrzewania równej 780°C (1436°F) lub wyższej, ale że można ją otrzymać utrzymując podczas początkowej obróbki cieplnej (wygrzewania) temperaturę w przedziale od Ac1+45°F, ale przynajmniej 727°C (1340°F), do Ac1+135°F, ale nie więcej niż 774°C (1425°F). W przeciwień stwie do zaleceń Omiyi, nie trzeba utrzymywać temperatury równej 780°C lub wyż szej, jeśli przestrzega się dalszej części procedury. Dla wygody w niniejszym dokumencie początkową obróbkę cieplną będzie określać się jako „wygrzewanie. Jednakże sposób według wynalazku nie różni się od metody Omiyi jedynie niższą temperaturą procesu wygrzewania. Po wygrzewaniu (Ac1+45°F) do 774°C (1425°F), zazwyczaj 727°C-772°C (1340-1420°F), a przed schłodzeniem do temperatury pokojowej (otoczenia) musi mieć miejsce etap izotermicznej obróbki cieplnej, określany terminem „wygrzewanie, w temperaturze 454-493°C (850-920°F), czasem w niniejszym dokumencie temperatura ta jest wskazywana jako 885°F±35°F, przez 20 do 100 sekund. W etapie wygrzewania blachę utrzymuje się w temperaturze 454-493°C (850-920°F), czasem w niniejszym dokumencie temperatura ta jest wskazywana jako 885°F±35°F, przez 20 do 100 sekund, przed schłodzeniem do temperatury pokojowej. Blachę powinno się chłodzić do temperatury pokojowej z szybkością przynajmniej 5°C na

PL 205 645 B1 sekundę. Należy zwrócić uwagę, że w patencie Omiyi i in. nie powiedziano nic na temat etapu wygrzewania w żadnej temperaturze, w żadnym okresie czasu w opisywanym procesie obróbki cieplnej.

Ponadto, badania autora wykazały, że jeśli tak jak proponuje Omiya, wygrzewa się stal w zdefiniowanym przez niego zakresie wysokich temperatur (na przykład przy temperaturze 802°C (1475°F)) i dalej kontynuuje cykl obróbki cieplnej przechodzą c do etapu wytrzymywania, jak opisano w niniejszym dokumencie 454°C- 493°C (850-920F), otrzymana stal nie ma pożądanej mikrostruktury głównie ferrytyczno-martenzytycznej, ale zawiera znaczne ilości bainitu i (lub) perlitu.

Dolną granicę temperatury etapu wygrzewania określono tu jako „Aci+45°F, ale przynajmniej 727°C (1340°F), ponieważ praktycznie wszystkie stale o składzie A będą miały temperaturę Ac1 przynajmniej równą 702°C (1295°F).

Stal powinna mieć skład podobny do składu stali podanego w opisie patentu Omiyi i in.:

Węgiel: 0,02-0,20% Aluminium: 0,010-0,150%

Tytan: maksymalnie 0,01% Krzem: maksymalnie 0,04%

Fosfor: maksymalnie 0,060% Siarka: maksymalnie 0,030%

Mangan: 1,5-2,40% Chrom: 0,03-1,50%

Molibden: 0,03-1,50% z zastrzeżeniem, że dla ilości manganu, chromu i molibdenu spełniony jest następujący warunek: Mn + 6Cr + 10Mo = przynajmniej 3,5%.

W stali wedł ug niniejszego wynalazku zawartość krzemu może się gać 0,5% i, korzystnie, zawartość węgla wynosi 0,03-0,12%, chociaż zakres zawartości węgla podany przez Omiyę także może się stosować. Ten zmodyfikowany skład stali w niniejszym wynalazku będzie określany jako skład A.

Zatem przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania blachy stalowej dwufazowej, na który składa się wygrzewanie blachy stalowej w temperaturze z zakresu od Ac1+45°F, ale przynajmniej 727°C (1340°F), do Ac1+135°F, ale nie wyższej niż 774°C (1425°F) przez 20 do 90 sekund, oziębianie blachy z szybkością mniejszą niż 1°C/sekundę do temperatury 454-493°C i wytrzymywanie blachy w temperaturze z zakresu 454-493°C (850-920°F) przez 20 do 100 sekund. Etap wygrzewania może mieć miejsce przed procesem cynkowania zanurzeniowego lub podczas niego, jako że temperatura wanny do cynkowania również powinna mieścić się w zakresie 850920°F (454-493°C). Natychmiast po zakończeniu procesu wygrzewania, niezależnie od tego czy blacha została ocynkowana czy nie, może ona zostać schłodzona do temperatury otoczenia z szybkoś cią przynajmniej 5°C/sekundę . Alternatywnie, po pokryciu blachy moż e ona zostać poddana galwanealingowi w konwencjonalny sposób, to znaczy poprzez ogrzewanie blachy przez 5-20 sekund do temperatury nie wyższej niż około 516°C (960°F) i chłodzenie z szybkością przynajmniej 5°C/sekundę. Cykle obróbki termicznej z procesem galwanealingu i cynkowania według wynalazku zamieszczono dla porównania na fig. 6.

Etap cynkowania zanurzeniowego przeprowadza się w sposób mniej lub bardziej typowy, to znaczy stal kontaktuje się ze stopionym metalem przez około 5 sekund, podczas gdy w niektórych przypadkach może wystarczać krótszy czas, stal można kontaktować w ciągu znacznie dłuższego czasu, co jednak nie spowoduje poprawy wyników. Taśma stalowa z reguły ma grubość około

0,7 mm do około 2,5 mm, a powłoka typowo około 10 μm. Po ukończeniu etapu wygrzewania i powlekania pokrytą stal można schłodzić do temperatury otoczenia, jak opisano w niniejszym dokumencie, lub poddać typowemu procesowi galwanealingu, jak opisano wyżej. Postępując według opisanej procedury otrzymuje się produkt o mikrostrukturze składającej się głównie z ferrytu i martenzytu.

W przemyśle powszechne jest przeprowadzanie cynkowania zanurzeniowego zasadniczo w sposób ciągły przy użyciu zwoju blachy stalowej, typowo o długości od 305 do 1829 m (1000 do 6000 stóp). W niniejszym wynalazku możliwa jest bardziej dogodna kontrola procesu, nie tylko dlatego, że etap wygrzewania przebiega w niskiej temperaturze, ale również dlatego, że taśma może mieć tę samą temperaturę przed zanurzeniem i po wyjęciu z wanny do cynkowania zanurzeniowego, dzięki czemu nie ma transferu ciepła między taśmą stalową a wanną, co mogłoby spowodować podgrzanie stopionego cynku i ograniczyć produkcję.

Wynalazek dotyczy szczególnie linii do cynkowania taśmy stalowej w sposób ciągły, składającej się z urządzenia do podawania taśmy i wanny do cynkowania. Wynalazek obejmuje także podawanie w sposób ciągły taśmy stalowej walcowanej na zimno (o składzie A) w postaci zwoju do strefy ogrzewania, przesuwanie taśmy przez strefę ogrzewania w sposób ciągły w celu nagrzania jej do temperatury w zakresie od Ac1+45°F, ale przynajmniej 727°C (1340°F), do Ac1+135°F, ale nie wyższej niż

PL 205 645 B1

774°C (1425°F), przesuwanie taśmy przez strefę wygrzewania w celu utrzymania temperatury taśmy w zakresie od Ac1+45°F, ale przynajmniej 727°C (1340°F), do Ac1 + 135°F, ale nie wyższej niż 774°C (1425°F), przez 20 do 90 sekund, przesuwanie taśmy przez strefę chłodzenia w celu jej schłodzenia z szybkością większą niż 1°C/sekundę , przerywanie chł odzenia taś my kiedy jej temperatura spadnie do temperatury z przedziału 885°F±35°F i także ±30°F temperatury kąpieli do cynkowania (korzystnie w granicach ±20°F temperatury kąpieli i bardziej korzystnie w granicach ±10°F temperatury kąpieli) przez 20 do 100 sekund, wytrzymywanie taśmy w temperaturze ±30°F temperatury kąpieli do cynkowania (korzystnie w granicach ±20°F temperatury kąpieli i bardziej korzystnie w granicach ±10°F stopni temperatury kąpieli) przez 20 do 100 sekund, zanurzanie taśmy do kąpieli do cynkowania i ewentualnie poddawanie powleczonej taśmy procesowi galwanealingu, oraz chłodzenie taśmy do temperatury otoczenia.

Temperatura kąpieli do cynkowania typowo wynosi około 466°C (870°F), 454-493°C (850-920°F). Wanna może znajdować się na początku strefy wygrzewania lub w pobliżu końca tej strefy, bądź gdziekolwiek indziej w strefie wygrzewania, lub też zaraz za nią. Czas przetrzymywania w kąpieli wynosi normalnie 3-6 sekund, ale może się nieco zmieniać, szczególnie wydłużać, na przykład do 10 sekund. Jak wskazano wyżej, jeśli jest to pożądane, po zanurzeniu i wyjęciu stali z kąpieli cynkowej blacha może być ogrzewana w typowy sposób przed schłodzeniem jej do temperatury pokojowej (proces galwanealingu).

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ogólny cykl obróbki termicznej według wynalazku, fig. 2 przedstawia wytrzymałość na rozciąganie w funkcji temperatury dla dwóch czasów wygrzewania (zob. dyskusję w przykładzie 1), fig. 3 przedstawia stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie w zależności od temperatury wygrzewania, fig. 4 przedstawia wpływ temperatury wygrzewania na stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie w warunkach opisanych w przykładzie 2, fig. 5 to kolejny wykres przedstawiający wpływ temperatury wygrzewania na stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie w warunkach opisanych w przykładzie 3, fig. 6 - modelowy cykl obróbki termicznej według wynalazku zamieszczono na.

Szczegółowy opis wynalazku

P r z y k ł a d 1

Próbki blachy stalowej poddawano obróbce termicznej według cyklu zamieszczonego na fig. 1. Próbki wygrzewano w różnych temperaturach. Jeden zbiór próbek wygrzewano w temperaturze 471°C (880°F) przez 35 sekund, a drugi zbiór wygrzewano w temperaturze 471°C (880°F) przez 70 sekund. Próbki stanowiła blacha stalowa walcowana na zimno o składzie A zdefiniowanym powyżej, a w szczególności stal ta zawierała (wagowo): 0,67% węgla, 1,81% manganu, 0,18% chromu i 0,19% molibdenu. Pozostałe składniki to typowe składniki niskowęglowej stali uspokojonej dodatkiem aluminium. Temperatury wygrzewania różniące się o 20°F wybrano z przedział u od 721°C do 821°C (od 1330 do 1510°F). Po ochł odzeniu okreś lono wł a ściwoś ci mechaniczne i mikrostrukturę poszczególnych próbek. Wyznaczono wytrzymałość na rozciąganie otrzymanych produktów w funkcji temperatury wygrzewania i czasu wygrzewania. Wyniki zamieszczono na fig. 2. Dla badanego materiału wartością docelową wytrzymałości termicznej było 600 Mpa. Wartość tę osiągnięto dla temperatur wygrzewania z zakresu od 732°C do około 788°C (od około 1350°F do 1450°F) dla obu czasów wygrzewania.

Celem doświadczenia opisanego w przykładzie 1 było uzyskanie mikrostruktury głównie ferrytyczno-martenzytycznej. Na jej obecność wskazuje wartość stosunku granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie. W przypadku zastosowania procedury i warunków opisanych w przykładzie 1 wskaźnikiem uzyskania struktury ferrytyczno-martenzytycznej jest stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie równy 0,5 lub mniejszy. Jeśli stosunek ten jest większy niż około 0,5, znaczną część mikrostruktury mogą stanowić inne niepożądane składniki, takie jak bainit, perlit i (lub) Fe3C. Na fig. 3 pokazano stosunek granicy plastyczności do wytrzymał o ś ci na rozcią ganie w funkcji temperatury wygrzewania dla dwóch czasów wygrzewania: 35 i 75 sekund. Należy zauważyć, że bardzo niską wartość tego stosunku, równą 0,45, uzyskuje się dla temperatur wygrzewania z przedziału od około 732°C do 777°C (od około 1350 do 1430°F) dla obu krzywych, co wskazuje na osiągnięcie optymalnych właściwości dwufazowych dla tego przedziału temperatur. Mikrostruktura ferrytyczno-martenzytyczna została potwierdzona przez analizę metalograficzną próbek wygrzewanych w temperaturze z zakresu 732-777°C (1350-1430°F). Przy użyciu ilościowej analizy metalograficznej z zastosowaniem procedury liczenia punktów, dla stali wygrzewanej w temperaturze 754°C

PL 205 645 B1 (1390°F) i wygrzewanej w temperaturze 471°C (880°F) przez 70 i 35 sekund otrzymano zawartość martenzytu w wysokości, odpowiednio, 14,5% i 13,5%. Nie zaobserwowano żadnych innych składników mikrostruktury (obrazy uzyskano stosując metodę trawienia Lepera, która dawała jasnoszary kolor ferrytu, biały martezytu i czarny perlitu oraz banitu). Zgodnie z oczekiwaniami, dla temperatur wygrzewania poniżej około 732°C (1350°F), z powodu niedostatecznego rozpuszczenia węgla co skutkowało ograniczeniem tworzenia martenzytu podczas chłodzenia, w mikrostrukturze pozostawał węglik żelaza.

W przypadku temperatur wygrzewania wyż szych od 777°C (1430°F) nieoczekiwanie stwierdzono pojawienie się bainitu w mikrostrukturze. Na przykład analiza metalograficzna wykazała, że zawartość bainitu w stali wygrzewanej w temperaturze 821°C (1510°F) i wygrzewanej w temperaturze 471°C (880°F) przez 70 sekund wynosi 8,5%. Wyniki te różnią się znacząco od tych uzyskanych przez Omiyę. Według Omiyi w tym przedziale temperatur wygrzewania, tj. koniecznie wyższych od 780°C (1436°F), oczekuje się utworzenia mikrostruktury ferrytycznomartenzytycznej. Badania wykonane przez autora niniejszego wynalazku wskazują, że w przypadku wyboru temperatury wygrzewania z zakresu proponowanego przez Omiyę i temperatury strefy wygrzewania w pobliżu 471°C (880°F) w mikrostrukturze obecne są znaczne ilości bainitu. Dla stali użytej w tym przykładzie, w celu uzyskania mikrostruktury ferrytyczno-martenzytycznej konieczny jest wybór temperatury wygrzewania z zakresu 732 do 777°C (1350 do 1430°F). W tabeli 1 zamieszczono parametry procesu obróbki cieplnej, wartoś ci stosunku granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie i zawartość składników mikrostruktury dla wygrzewanej w róż nych temperaturach stali z przykładu 1.

T a b e l a 1

Temp. wygrz. °C (°F)	Temp. wytrz. °C (°F)	Czas wytrz.(s)	Stos.*	% Martenzytu	% Bainitu
121 (1330)	471 (880)	35	0,50	<3	<1
721 (1330)	471 (880)	70	0,52	<3	<1
754 (1390)	471 (880)	35	0,45	14,5	<1
754 (1390)	471 (880)	70	0,44	13,5	<1
821 (1510)	474 (880)	35	0,52	4,5	11
821 (1510)	471 (880)	70	0,56	4,5	8,5

*Stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie

P r z y k ł a d 2

Różne blachy stalowe walcowane na zimno o składzie A poddano takiemu samemu cyklowi obróbki cieplnej co stal z przykładu 1, zob. fig. 1. Skład stali także zawierał się we wcześniej zdefiniowanym przedziale. Stal zawierała (w procentach wagowych): 0,12% węgla, 1,96% manganu, 0,24% chromu i 0,18% molibdenu oraz pozostałe składniki o zawartości typowej dla niskowęglowej stali uspokojonej dodatkiem aluminium. Podobnie zmierzono właściwości mechaniczne materiału. Wpływ temperatury wygrzewania na stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie dla tej stali dla 70-sekundowego wygrzewania w temperaturze 471°C (880°F) pokazano na fig. 4. Krzywa ma kształt podobny do kształtu krzywej z fig. 3, a analiza metalograficzna wykazała występowanie efektów strukturalnych dla różnych temperatur wygrzewania identycznych jak w poprzednim przykładzie.

Także podobnie jak pokazano w poprzednim przykładzie, jeśli wygrzewanie przeprowadza się w temperaturze 471°C (880°F), temperatura wygrzewania konieczna do uzyskania mikrostruktury ferrytyczno-martenzytycznej mieści się w zakresie od około 732°C do 774°C (od około 1350 do 1425°F).

P r z y k ł a d 3

Podobnie jak w poprzednich dwóch przykładach, blachę stalową walcowaną na zimno o składzie A poddawano procesowi obróbki cieplnej w cyklu zamieszczonym na fig. 1. Stal zawierała (w procentach wagowych): 0,076% węgla, 1,89% manganu, 0,10% chromu i 0,094% molibdenu oraz pozostałe składniki o zawartości typowej dla niskowęglowej stali. Po zakończeniu wygrzewania, analogicznie jak w poprzednich dwóch przykładach, wyznaczono właściwości mechaPL 205 645 B1 niczne i mikrostrukturę stali. Na fig. 5 przedstawiono zależność stosunku granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie dla tego materiału w zależności od temperatury wygrzewania, dla czasu wygrzewania wynoszącego 70 sekund. Otrzymano krzywą o kształcie zbliżonym do kształtu krzywych z poprzednich przykładów, z precyzyjnie uwidocznionym zakresem temperatur wygrzewania koniecznych dla uzyskania dwufazowej struktury ferrytyczno-martenzytycznej. Jednakże należy zauważyć, że krzywa wydaje się być przesunięta w prawo o około 30°F w porównaniu z krzywymi z poprzednich przykładów. Jest to spowodowane tym, ż e z powodu wyż szej zawartości krzemu temperatura Ac1 jest dla tej stali wyższa w porównaniu z temperaturą Ac1 stali z poprzednich przykładów. W tabeli 2 pokazano zakres temperatur wygrzewania koniecznych do uzyskania mikrostruktury ferrytyczno-martenzytycznej dla każdej stali i odpowiadającą jej temperaturę Ac1 (według Andrewsa). Preferowany zakres temperatur wygrzewania zależy od temperatury Ac1. Zasadniczo, opierając się na tej informacji można powiedzieć, że w przypadku gdy etap wygrzewania przeprowadza się w pobliżu 471°C (880°F) (885°F±35°F), zakres temperatur wygrzewania koniecznych do uzyskania dwufazowej mikrostruktury zależy od składu stali, to znaczy temperatura ta powinna znajdować się w przedziale od Ac1 + 45°F, ale przynajmniej 727°C (1340°F), do Ac1+135°F, ale nie więcej niż 774°C (1425°F).

T a b e l a 2

C (% w)	Mn (% w)	Cr (% w)	Mo (% w)	Si (% w)	Ac1 °C (°F)	Zakr. temp. FM °C (°F)*	Zakr. temp. stali dwufaz. w zal. od Ac1**
0,067	1,81	0,18	0,19	0,006	707 (1304)	732-777 (1350-1430)	Ac1+46 do Ac1+126
0,12	1,96	0,24	0,18	0,006	706 (1303)	732-771 (1350-1420)	Ac1+47 do Ac1 + 117
0,076	1,89	0,1	0,094	0,34	714 (1318)	749-788 (1380-1450)	Ac1+62 do Ac1+132

* Zakres temperatur koniecznych dla uzyskania struktury ferrytyczno-martenzytycznej (w stopniach w skali Fahrenheita) **Zakres temperatur koniecznych dla uzyskania stali dwufazowej w zależności od temperatury Ac1

P r z y k ł a d 4

W tabeli 3 przedstawiono wł a ściwoś ci mechaniczne dwóch stali o niższej zawartoś ci wę gla od stali z poprzednich przykładów. Stale te poddawano obróbce cieplnej według cyklu zamieszczonego na fig. 1, stosując temperatury wygrzewania 741°C (1365°F), 760°C (1400°F) i 802°C (1475°F), i wygrzewając stal w temperaturze 471°C (880°F) przez 70 sekund. W tabeli pokazano także oczekiwane zakresy temperatur wygrzewania konieczne do uzyskania dwufazowego produktu dla każdej stali, policzone na podstawie temperatury Ac1, jak opisano w przykładzie 3. Należy zauważyć, że dla temperatur wygrzewania równych 741°C i 760°C (1365°F i 1400°F) i znajdujących się w zakresie pożądanych temperatur dla obu stali, obserwuje się niskie, charakterystyczne dla mikrostruktury ferrytyczno-martenzytycznej, stosunki granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie. Ponadto, dla stali wygrzewanych w temperaturze 802°C (1475°F), która znajduje się poza zakresem pożądanych temperatur według wynalazku, stosunek ten jest znacznie wyższy z powodu obecności bainitu w mikrostrukturze.

T a b e l a 3

C (%w)	Mn (% w)	Mo (% w )	Cr (% w )	Ac1 °C (°F)	A_c1+45 do Ac1 + 135°C (°F)	TW* °C (°F)	GP* *(MPa)	WR*** (MPa)	S*** _*
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0,032	1,81	0,2	0,2	707 (1305)	732-779 (1350-1435)	741 (1365)	223	473	0,47
0,032	1,81	0,2	0,2	707 (1305)	732-779 (1350-1435)	760 (1400)	226	474	0,48

PL 205 645 B1 cd. tabeli 3

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0,032	1,81	0,2	0,2	707 (1305)	732-779 (1350-1435)	802 (1475)	261	462	0,56
0,044	1,86	0,2	0,2	707 (1304)	732-779 (1349-1434)	741 (1365))	244	559	0,44
0,044	1,86	0,2	0,2	707 (1304)	732-779 (1349-1434)	760 (1400)	239	548	0,44
0,044	1,86	0,2	0,2	707 (1304)	732-779 (1349-1434)	802 (1475)	265	519	0, 51

*TW = temperatura wygrzewania **GP = granica plastyczności ***WR = wytrzymałość na rozciąganie ****S = stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie

P r z y k ł a d 5

Wyniki zamieszczone w poprzednich przykładach opierają się na doświadczeniach laboratoryjnych. Podjęto także próby w walcowniach, które zweryfikowały omówiony powyżej schemat obróbki cieplnej stosowany w celu wytworzenia dwufazowej stali poddanej cynkowaniu zanurzeniowemu i ewentualnie galwanealingowi. W tabeli 4 zamieszczono wyniki prób przeprowadzanych w walcowniach dla stali poddanej galwanealingowi. Należ y zauważ y ć , ż e stale, dla których dane zamieszczono w tabeli mają praktycznie taki sam skład, a zatem i podobne temperatury Ac1. Oczekiwany zakres temperatur wygrzewania koniecznych dla utworzenia dwufazowej stali, policzony na podstawie temperatury Ac1 wynosi od około 732°C do 782°C (1350 do 1440°F). Temperatury i czasy wygrzewania dla różnych stali są całkowicie zgodne, a temperatury wygrzewania różnią się zasadniczo. W tabeli zamieszczono także parametry właściwości mechanicznych stali i stosunki granicy plastycznoś ci do wytrzymał o ś ci na rozcią ganie. Należy zauważ y ć, ż e stale 1-4 były wygrzewane w temperaturach z zakresu według wynalazku. W przypadku tych stali uzyskano oczekiwany stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie mniejszy niż 0,5. Analiza metalograficzna tych stali wykazała także obecność mikrostruktury ferrytycznomartenzytycznej z zawartością martenzytu około 15%. Stal 5 wygrzewano w temperaturze spoza zakresu według wynalazku. Stal ta miała stosunkowo wysoki stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie, bliski 0,61. Zawartość bainitu w tym materiale określona na podstawie analizy metalograficznej wyniosła około 11%. Podobne wyniki uzyskano w przypadku cynkowania jak i galwanealingu.

T a b e l a 4

Stal	1	2	3	4	5
Węgiel	0,067	0,067	0,067	0,067	0,77
Mn	1,81	1,81	1,81	1,81	1,71
Cr	0,18	0,18	0,18	0,18	0,19
Mo	0,19	0,19	0,19	0,19	0,17
Ac1	1304	1304	1304	1304	1306
Ac1 + 45 do	732-782	732-782	732-782	732-782	733-783
Ac1 + 135°C (°F)	(1349-1439)	(1349-1439)	(1349-1439)	(1349-1439)	(1351-1441)
Temp. wygrz.	743	751	761	772	802
	(1370)	(1383)	(1401)	(1421)	(1475)
Temp. wytrz.	470	472	474	476	477
	(878)	(881)	(885)	(888)	(890)
Czas wytrz.	70	70	70	70	64

PL 205 645 B1 cd. tabeli 4

Gr. plast.	292	299	294	296	327
Wytrz. na rozc.	606	610	614	618	538
Stos.*	0,48	0,49	0,48	0,48	0, 61

* Stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania blachy stalowej dwufazowej, znamienny tym, że blachę stalową o składzie wyrażonym w procentach wagowych: 0,02-0,20% węgla, 0,010-0,150% aluminium, maksymalnie 0,01% tytanu, maksymalnie 0,5% krzemu, maksymalnie 0,060% fosforu, maksymalnie 0,030% siarki, 1,5-2,40% manganu, 0,03-1,50% chromu, 0,03-1,50% molibdenu, z zastrzeżeniem, że dla ilości manganu, chromu i molibdenu spełniony jest następujący warunek: (Mn + 6Cr + 10Mo) = przynajmniej 3,5%, wygrzewa się przez 20 do 90 sekund w temperaturze z zakresu od Ac1+25°C (Ac1+45°F), przynajmniej 727°C (1340°F), do Ac1+75°C (Ac1+ 135°F), nie więcej niż 774°C (1425°F), chłodzi się ją z szybkością przynajmniej 1°C na sekundę do temperatury z zakresu 454-493°C (850-920°F) oraz wygrzewa się blachę w temperaturze z zakresu 454-493°C (850-920°F) przez 20 do 100 sekund.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako blachę stalową stosuje się taśmę stalową, a obróbkę przeprowadza się systemem ciągłym z użyciem taśmy stalowej o długości przynajmniej 305 m (1000 stóp).
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed wygrzewaniem lub w trakcie wygrzewania, lub bezpośrednio po wygrzewaniu prowadzi się powlekanie blachy stalowej w wannie do cynkowania ze stopionym metalem w temperaturze z zakresu 454-493°C (850-920°F).
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że podczas procesu powlekania utrzymuje się temperaturę blachy stalowej w granicach ±11°C (±20°F) względem temperatury stopionego metalu, tak aby zminimalizować przekazywanie ciepła pomiędzy blachą a stopionym metalem.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że blachę stalową chłodzi się następnie do temperatury otoczenia z szybkością przynajmniej 5°C na sekundę aż do uzyskania mikrostruktury dwufazowej złożonej głównie z ferrytu i martenzytu.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przeprowadza się galwannealing blachy stalowej oraz chłodzi się pokrytą blachę z szybkością przynajmniej 5°C na sekundę aż do uzyskania mikrostruktury dwufazowej złożonej głównie z ferrytu i martenzytu.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość węgla w omawianej stali wynosi 0,03-0,12%.
8. Sposób ciągłego cynkowania taśmy stalowej w linii składającej się z kąpieli do cynkowania, znamienny tym, że podaje się zwój blachy stalowej o składzie: 0,02-0,20% węgla, 0,010-0,150% aluminium, maksymalnie 0,01% tytanu, maksymalnie 0,5% krzemu, maksymalnie 0,060% fosforu, maksymalnie 0,030% siarki, 1,5-2,40% manganu, 0,03-1,50% chromu, 0,03-1,50% molibdenu, z zastrzeżeniem, że dla ilości manganu, chromu i molibdenu spełniony jest następujący warunek: (Mn + 6Cr + 10Mo) = przynajmniej 3,5%, do strefy ogrzewania w omawianej linii, przy czym przesuwa się taśmę przez strefę ogrzewania systemem ciągłym do nagrzania jej do temperatury 727-774°C (1340-1425°F), przesuwa się taśmę przez strefę wygrzewania utrzymując jej temperaturę w zakresie 727-771°C (1340-1420°F) przez 20 do 90 sekund, przesuwa się taśmę przez strefę chłodzenia ochładzając ją z szybkością większą niż 1°C na sekundę, przerywa się chłodzenie taśmy gdy jej temperatura zostanie zmniejszona do ±17°C (±30°F) względem temperatury kąpieli do cynkowania, wytrzymuje się taśmę w temperaturze między 454-493°C (850-920°F) i ±17°C (±30°F) względem temperatury kąpieli do cynkowania przez 20 do 100 sekund, zanurza się taśmę do kąpieli do cynkowania i chłodzi się ją do temperatury otoczenia.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że czas przebywania taśmy stalowej w kąpieli galwanicznej wynosi 3-6 sekund.
10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że chłodzenie w strefie chłodzenia przeprowadza się z szybkością od 3 do 22°C (5 do 40°F) na sekundę.
11. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że taśma zanurzana do kąpieli do cynkowania ma temperaturę ±6°C (±10°F) względem temperatury kąpieli.

PL 205 645 B1
12. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że natychmiast po przerwaniu chłodzenia zanurza się taśmę w kąpieli do cynkowania.
13. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że taśmę zanurza się w kąpieli do cynkowania przed upłynięciem okresu wygrzewania 20 do 100 sekund.
14. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że zawartość węgla w taśmie stalowej wynosi 0,03-0,12% wagowych.
15. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że taśmę stalową poddaje się galwanealingowi przed ochłodzeniem jej do temperatury otoczenia.