Патент на изобретение №2186871

(54) СТАЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам сталей для производства холоднокатаных горячеалюминированных полос и листов для изготовления глубокой вытяжкой топливных баков автомобилей. Предложенная сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,001-0,02, кремний 0,001-0,10, марганец 0,10-0,25, хром 0,001-0,06, никель 0,001-0,06, медь 0,001-0,06, титан 0,03-0,22, алюминий 0,01-0,06, азот 0,001-0,015, сера менее 0,025, фосфор менее 0,020, железо остальное. Техническим результатом изобретения является повышение качества горячеалюминированных полос и листов за счет снижения толщины интерметаллидного слоя и повышения коррозионной стойкости. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам сталей, используемых при производстве холоднокатаных горячеалюминированных полос и листов, предназначенных для изготовления глубокой вытяжкой деталей топливных баков автомобилей.

Для повышения коррозионной стойкости детали топливных баков автомобилей изготавливают из освинцованных стальных листов. Однако более высокими показателями эксплуатационной стойкости и безопасности обладают горячеалюминированные стальные листы. Применение горячеалюминированных полос и листов для изготовления деталей топливных баков сдерживается тем, что в процессе алюминирования и термообработки происходит деградация их свойств: возрастает прочность и ухудшается способность к глубокой вытяжке.

Горячеалюминированные полосы и листы для изготовления глубокой вытяжкой деталей топливных баков должны отвечать требованиям, приведенным в табл. 1.

Помимо механических свойств, нормируется толщина h интерметаллидного слоя между стальной основой и покрытием, которая не должна превышать 7 мкм, а также коррозионная стойкость: потеря веса Q образца после 200 циклов испытаний не должна быть более 3 мг/см².

Известна сталь [1] для изготовления горячеалюминированных листов следующего химического состава, мас.%:
Углерод – 0,020
Кремний – 0,1 – 2,2
Марганец – Менее 2,5
Титан – 0,1 – 0,5
Алюминий – 0,01 – 0,1
Азот – Менее 0,010
Железо – Остальное
при этом содержание в стали кремния, марганца и титана должно удовлетворять соотношениям: 1,9(Si)+0,9(Mn) 1; (Mn) > 0,5(Si); (Ti)/{(C)+(N)} 1.

Недостатком известной стали является низкая пластичность и неудовлетворительная штампуемость горячеалюминированных полос и листов.

Известна также сталь [2] для изготовления холоднокатаных горячеалюминированных листов, содержащая, мас.%:
Углерод – 0,001 – 0,05
Кремний – 0,11 – 0,40
Марганец – 0,51 – 1,20
Хром – 2,0 – 5,0
Никель – 0,1 – 0,3
Медь – 0,20 – 0,50
Титан – 0,03 – 0,15
Алюминий – 0,08 – 0,20
Азот – 0,006 – 0,015
Бор – 0,0003 – 0,003
Железо – Остальное
Горячеалюминированные листы, основа которых изготовлена из стали известного состава, вследствие недостаточных вытяжных свойств не пригодна для изготовления деталей бензобаков автомобилей. Кроме того, известная сталь не содержит неизбежно присутствующих в промышленно производимых сталях примесей серы и фосфора. Глубокое удаление указанных примесей существенно удорожает сталь.

Наиболее близкой по своему химическому составу и свойствам к предлагаемой является следующая сталь [3] для изготовления горячеалюминированных листов и лент, мас.%:
Углерод – Менее 0,05
Кремний – Менее 0,10
Марганец – Менее 1,0
Хром – 1,8 – 3,0
Никель – 0,10 – 0,50
Медь – 0,10 – 0,50
Алюминий – 0,06 – 0,15
Сера – Менее 0,05
Фосфор – Менее 0,05
Азот – Менее 0,02
Титан, цирконий, ниобий, ванадий – Более (C)+(N)
Железо – Остальное
Недостатки известной стали состоят в том, что горячеалюминированные листы и полосы, изготовленные не ее основе, имеют низкую способность к глубокой вытяжке. Толщина интерметаллидного слоя превышает допустимую, коррозионная стойкость в агрессивной среде топлива недостаточна. Низкое качество горячеалюминированных полос и листов из стали известного состава не позволяет применять их для производства деталей топливных баков автомобилей.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества горячеалюминированных полос и листов.

Указанная техническая задача решается тем, что сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод – 0,001 – 0,02
Кремний – 0,001 – 0,10
Марганец – 0,10 – 0,25
Хром – 0,001 – 0,06
Никель – 0,001 – 0,06
Медь – 0,001 – 0,06
Титан – 0,03 – 0,22
Алюминий – 0,01 – 0,06
Азот – 0,001 – 0,015
Сера – Не более 0,025
Фосфор – Не более 0,020
Железо – Остальное
Углерод в стали является упрочняющим элементом. При снижении концентрации углерода менее 0,001% прочностные свойства горячеалюминированных полос и листов недостаточны. Увеличение концентрации углерода сверх 0,02% снижает ее пластические свойства.

Кремний введен в сталь для раскисления, упрочнения стали и замедления роста интерметаллидного слоя. При концентрации кремния менее 0,001% его влияние проявляется слабо, что ведет к росту толщины интерметаллидного слоя и ухудшению качества горячеалюминированных листов. Увеличение его концентрации более 0,10% ухудшает вытяжные свойства.

Марганец раскисляет сталь, обеспечивает требуемое сочетание прочности и пластичности. При содержании марганца менее 0,10% сталь недостаточно раскислена и прочна. Увеличение его содержания сверх 0,25% чрезмерно упрочняет сталь, снижает ее пластичность.

Хром повышает прочность и коррозионную стойкость стали, снижает деградацию свойств и рост интерметаллидного слоя при нанесении покрытия и отжиге. Снижение содержания хрома менее 0,001% увеличивает деградацию механических свойств, выводя их за допустимые пределы. Увеличение его содержания сверх 0,06% ухудшает способность алюминированных листов к глубокой вытяжке.

Никель обеспечивает стабилизацию микроструктуры стали перед горячим алюминированием, повышает коррозионную стойкость изделий. Снижение концентрации никеля менее 0,001% приводит к резкому ухудшению механических свойств после горячего алюминирования. Увеличение содержания никеля более 0,06% не приводит к дальнейшему улучшению качества изделий, а лишь удорожает сталь.

Медь, кристаллизуясь в стали в последнюю очередь по границам зерен, повышает стойкость к межкристаллитной коррозии, особенно при нарушении сплошности покрытия. Снижение содержания меди менее 0,001% ухудшает показатель коррозионной стойкости. Увеличение содержания меди более 0,06% ухудшает способность горячеалюминированных полос и листов к глубокой вытяжке.

Титан упрочняет сталь, обеспечивает увеличение показателя деформационного упрочнения, улучшает вытяжные свойства горячеалюминированных полос и листов. Уменьшение содержания титана менее 0,03% снижает прочностные свойства стали, вызывает их нестабильность. При повышении содержания титана более 0,22% прочность стали выше допустимой.

Алюминий улучшает адгезию с покрытием, повышает коррозионную стойкость стали. Снижение содержания алюминия менее 0,01% интенсифицирует деградацию свойств горячеалюминированных листов, а увеличение его содержания более 0,06% приводит к уменьшению коэффициента нормальной пластической анизотропии ниже допустимого значения.

Азот, образуя нитриды алюминия и титана, упрочняет сталь, что способствует получению заданного сочетания механических свойств. При содержании азота менее 0,001% прочностные свойства стали ниже допустимых. Увеличение содержания азота сверх 0,015% способствует деградации свойств горячеалюминированных полос и листов.

Сера и фосфор в данной стали являются примесными элементами, концентрацию которых следует ограничивать, чтобы не ухудшить свойств. Глубокая очистка стали от этих примесей ведет к существенному ее удорожанию. При содержании серы более 0,025% или фосфора более 0,020% качество горячеалюминированных полос и листов ухудшается, что обусловлено ухудшением их способности к глубокой вытяжке при изготовлении деталей топливных баков. При меньших содержаниях серы и фосфора сталь предложенной композиции нейтрализует их вредное влияние за счет оптимальной концентрации остальных элементов. Это исключает необходимость глубокой степени десульфурации и дефосфорации, снижает стоимость производства стали.

Сталь выплавляют в электродуговой печи из передельного чугуна. В промежуточном ковше в сталь вводят ферросилиций, ферромарганец, феррохром, ферротитан, металлические никель, медь, алюминий, и продувают азотом. Готовую сталь разливают в слябы толщиной 250 мм и прокатывают на полунепрерывном широкополосном стане 1700 в полосы сечением 31400 мм. Затем полосы подвергают травлению и холодной прокатке на 5-клетевом стане 1700 до толщины 0,7 мм. Холоднокатаные полосы подвергают скоростному рекристаллизационному отжигу в проходной печи, затем горячему алюминированию методом погружения в расплав, содержащий 92% алюминия и 8% кремния. Толщина алюминиевого покрытия на каждой из сторон полосы составляет 25 мкм.

Горячеалюминированные полосы дрессируют с обжатием 2,5% и режут на листы. Готовые листы после испытаний по стандартным методикам (механические свойства, измерение толщины интерметаллидного слоя, стойкость против коррозии) используют для получения деталей топливных баков автомобилей методом глубокой вытяжки на прессе.

В табл. 2 приведены химические составы сталей для горячего алюминирования, а в табл. 3 – показатели качества горячеалюминированных листов.

Из табл. 3 следует, что сталь предложенного химического состава (составы 2-4) обеспечивает наилучшее качество горячеалюминированных листов по всем регламентированным показателям. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты 1 и 5) качество горячеалюминированных листов ухудшается. Также более низкое качество имеют горячеалюминированные листы при использовании стали-прототипа.

Горячеалюминированные листы, основа которых представляет собой стали составов 2-4, были использованы для изготовления глубокой вытяжкой деталей топливных баков автомобилей. Выход годных деталей составил 100%.

Технико-экономические преимущества стали предложенного состава состоят в том, что за счет оптимизации концентраций в ней легирующих элементов достигается требуемое сочетание механических свойств и коррозионной стойкости. Помимо этого, предложенная сталь допускает присутствие в ней примесей серы и фосфора в количествах, достижимых при обычных режимах плавки в дуговой электропечи. Исключение необходимости глубокой десульфурации и дефосфорации значительно удешевляет ее производство.

В качестве базового объекта принята сталь-прототип. Использование стали предложенного состава обеспечивает повышение рентабельности производства горячеалюминированных листов для изготовления деталей топливных баков на 25-30%.

Литература
1. Патент США 4571367, НКИ 428/653, 1986 г.

2. Авт. св. СССР 1749308, МПК С 22 С 38/54, 1992 г.

3. Заявка Японии 63-18043, МПК С 22 С 38/00, 1988 г. – прототип.

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, титан, алюминий, азот, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Углерод – 0,001-0,02
Кремний – 0,001-0,10
Марганец – 0,10-0,25
Хром – 0,001-0,06
Никель – 0,001-0,06
Медь – 0,001-0,06
Титан – 0,03-0,22
Алюминий – 0,01-0,06
Азот – 0,001-0,015
Сера – Менее 0,025
Фосфор – Менее 0,020
Железо – Остальноем

РИСУНКИ