Введение к работе
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 переходить 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 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 в зависимости от содержания примесей.
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 температур ступени 1 в среднем на 30-40 C.
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 (VC 0,0001 %, CrC 0,0008 %; MoC 0,00014 %) для обеспечения свойств, соответствующих категории ВОСВ-Т, рекомендуется использовать повышенную продолжительность высокотемпературной стадии отжига, что приводит к растворению карбидных частиц, увеличению размера зерна, повышению штампуемости.
4 .Показано, что для стали со сравнительно высоким содержанием азота повышение максимальной температуры отжига более 720 C по газу (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 феррито-аустенитную область, формированием неоднородной структуры.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
1. Разработаны рекомендации по оптимальным параметрам химического состава и технологии производства холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали с различным содержанием примесей, обеспечивающие наиболее высокий комплекс 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 годного стали марки 08Ю категории ВОСВ был увеличен в среднем с 88 до 100 %, что позволило получить экономический эффект 6,9 млн. руб.
4. Результаты работы носят универсальный характер и могут найти применение при разработке технологий производства сталей, свойства которых зависят от содержания в стали 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 том числе приводящих к 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 II 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 таблиц. Список использованной литературы включает 103 наименования отечественных и зарубежных авторов.
