CZ402497A3

CZ402497A3 - Feritická ocel, způsob její výroby a její použití

Info

Publication number: CZ402497A3
Application number: CZ974024A
Authority: CZ
Inventors: Bertram Ehrhardt; Thomas Heidelauf; Thomas Wilhelm Schaumann
Original assignee: Thyssen Stahl Ag
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1996-06-01
Publication date: 1998-06-17
Also published as: PL324555A1; WO1997000332A1; TR199701720T1; CN1190997A; HUP9801908A2; EP0750049A1; BR9608672A; AR002501A1; CA2224817A1; MX9710230A; HUP9801908A3

Description

Oblast techniky

Vynález se týká feritické oceli, způsobu výroby této oceli s převážně polygonálně-feritickou strukturou a jednou nebo několika uhlíkem obohacenými sekundárními fázemi, jakož i přednostního použití této oceli. Ocel má mít vysokou pevnost a dobrou tvárnost, jakož i zlepšenou kvalitu povrchu po tváření za tepla v posledním výrobním stupni.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy dvoj fázové oceli, které mají strukturu například z až 80 % objemových z polygonálního relativně měkkého feritu a zbytek z martenzitu bohatého na uhlík. Na uhlík bohatá druhá fáze, vyskytující se v menším množství, je uložena v předeutektoidní feritické fázi ve formě ostrůvků. Taková ocel má dobré mechanické vlastnosti a výhodnou tvárnost za studená.

Známé oceli s převážně polygonálním feritem v struktuře, jakož i s v ní uloženým martenzitem sestávají z (v % hmotnostních) 0,03 až 0,12 % C, až 0,8 % Si a 0,8 % až 1,7 % Mn (DE 29 24 340 C2) nebo 0,02 až 0,2 % C, 0,05 až 2,0 % Si, 0,5 až 2 %Mn, 0,3 až 1,5 % Cr, jakož i až 1 % Cu,Ni a Mo (EP 0 072 867 Bl). Obě oceli jsou uklidněny hliníkem a obsahují rozpustné zbytkové obsahy méně než 0,1 % AI. Křemík v těchto ocelích podporuje feritickou proměnu. V kombinaci s manganem a popřípadě s chromém se potlačuje tvorba perlitu. Tím se zajišťuje dostatečné obohacení uhlíkem v druhé fázi a dosahuje tvorby polygonálního feritu v převládajícím poměru • · · · • · · · « · • · · · • · • ···· · · · · ··· · · ···· ······ y ······· ·· ····· · ♦ · · ···· k druhé fázi. Tato známá legováni však mají tu nevýhodu, že se při válcování za tepla vytváří nehomogenní povrchová struktura, která se stává viditelnou prostřednictvím jazyků červených okují. Po moření zůstávají na povrchu nerovnosti. Pro mnoho případů použití je takový materiál neprodejný. Dosud se nepodařilo zlepšit kvalitu povrchu těchto za tepla válcovaných ocelí. Ostatně existuje poptávka po ocelích, které vykazují jak vysokou pevnost, tak dobrou schopnost tváření za studená. Tyto požadavky se mohou charakterizovat pomocí součinu meze pevnosti v tahu a poměrného prodloužení Rm*A5. Tento má být nad 16 000 N/mm² · % jak v podélném směru válcování, tak v příčném směru.

Z toho vyplývá úloha vyvinout ocel s převážně polygonálni feritickou strukturou, která vykazuje vynikající spektrum mechanických vlastností známých ocelí aspoň o stejné velikosti, s hodnotami meze pevnosti v tahu Rm > 500 N/mm² a hodnotami poměrného prodloužení A5 > 16000/Rm v % je právě tak tvárná za studená jako známé oceli, avšak po výrobě tvářením za tepla v posledním výrobním stupni vykazuje lepší povrchovou strukturu než známé oceli.

Podstata vynálezu

K řešení této úlohy se navrhuje ocel s (v % hmotnostních)

0, 05	až	0, 3	Q. Ό	uhlíku,
0, 8	až	3, 0	%	manganu,
0,4	až	2, 5	o. Ό	hliníku,
0, 01	až	0,2	%	křemíku,
méně	než	o,	08	% fosforu

• ·

···· ·· ···· ·· «· • · ······ ··· · · ····· • · · · · · ····4 • · · · ···· ··· ·· ···· ·« méně než 0,05 % siry, zbytkem železa včetně nevyhnutelných nečistot, se strukturou skládající se převážně z polygonálního feritu a menších podílů martenzitu a/nebo bainitu a/nebo zbytkového austenitu, která při uhlíkovém ekvivalentu (C_ekv.) větším než 0,1 až 0,325,s

C_ekv. = % C + 1/20 % Mn + 1/20 % Cr + 1/15 % Mo obsahuje hliník v množství v % hmotnostních AI >7,6' Cekv. - 0,36.

Žádoucí proměna v bainit nebo martenzit v napřed vytvořené feritové matrici způsobuje příznivý stav vlastního napětí struktury s pozitivním vlivem na schopnost tváření za studená. Zároveň se zvyšuje úroveň pevnosti v tahu ve srovnání s feriticko-perlitickou strukturou, jaká existuje ve známých za tepla válcovaných konstrukčních ocelích (ocel 37 až ocel 52) . Při podobně dobré schopnosti jako při známých konstrukčních ocelích pro přímé zpracování na geometricky náročně tvářené konečné produkty poskytuje vyšší pevnost možnost redukce tloušťky a tím úsporu hmotnosti. Taková ocel dosahuje nejen dobré úrovně pevnosti známých křemíkem legovaných dvoj fázových ocelí, nýbrž vykazuje po_ukončení_tváře- _ ní za tepla i zlepšenou kvalitu povrchu, jaká se požaduje například pro kotouče kol motorových vozidel, které se vyrábějí tvářením za studená oceli válcované za tepla.

Dodatečně se může ocel legovat následujícími dalšími prvky až do uvedených množství (v % hmotnostních) :

• · · ·

až	0, 05	O, Ό	titanu.
až	0, 8	O, Ό	chrómu,
až	0, 5	%	molybdenu.
až	0, 8	o, Ό	mědi /
až	0, 5	O. Ό	niklu.

Taková ocel, legovaná hliníkem místo křemíku, dosahuje poměrného prodloužení při přetržení A₅ > 34 % při hodnotě meze pevnosti v tahu R_m = 500 N/mm² a poměrného prodloužení při přetržení A₅ > 24 % při hodnotě meze pevnosti v tahu 700 N/mm², tj . součin Rm · A5 je určitě vyšší než 16.000 N/mm²«% jak v příčném směru válcování, tak v podélném směru válcování.

Charakteristickým znakem oceli podle vynálezu je značně zvýšený obsah hliníku ve srovnání se známými ocelemi na 0,4 - 2,5 %. Zato se omezil podle vynálezu obsah křemíku na méně než 0,2 %.

Známé oceli tohoto typu měly naproti tomu většinou obsahy křemíku nad 1 %. Oceli podle vynálezu legované hliníkem vykazují žádoucí bezperlitovou dvoj- nebo vícefázovou strukturní skladbu a mají vynikající pevnostní vlastnosti. Především je podstatně lepší kvalita povrchu za tepla tvářených_výrobků_c_než__doposud_byla známa u ocelí legovaných křemíkem. Hliník zajišťuje při obsahu v rozsahu od 0,4 do 2,5 % rozsáhlou tvorbu globulárního feritu. Tvorba perlitu se ve srovnání s ocelemi legovanými křemíkem silněji zpomaluje a může se jí při dodržování požadovaných technologických parametrů spolehlivě zabránit.

♦ · • · ·♦ • · · 9 · 9 ·· ···« « _r ······· ··· Q ·· ··· 99 99 99 99

Obsah uhlíku se s rozsahem od 0,05 do 0,3 % nachází v obvyklém rámci pro druhové oceli.

Mangan se přidává v množství od 0,8 do 3,0 % za účelem zabránění tvorby perlitu a aby vedle uhlíku obohacoval austenit. Mangan působí tak, že zpevňuje směsné krystaly a zvyšuje úroveň pevnosti. Obsahy uhlíku a manganu jsou z aspektů vyhnutí se perlitu a působení na tvorbu feritu v rámci stanoveném pomocí uhlíkového ekvivalentu vyměnitelné. Uhlíkový ekvivalent se vypočítá z:

Ce_kv. = % C + 1/20 % Mn + 1/20 % Cr + 1/15 % Mo.

Vyšší hodnoty uhlíkového ekvivalentu než 0,1 % podmiňují vyšší obsahy hliníku. Průsečík hodnoty uhlíkového ekvivalentu a k ní vhodné hodnoty hliníku má podle vynálezu ležet ve šrafované oblasti na obr. 1, aby se zajistil za velkokapacitních technologických výrobních podmínek podíl feritu nad 70 % a potlačení tvorby perlitu. Hodnota uhlíkového ekvivalentu by měla být k zajištění svařitelnosti omezena na max. 0,325.

Přísada titanu do 0,05 % zajišťuje vázání dusíku a zabraňuje vytváření natažených sulfidů manganu.

Chrom v množství až 0,8 % se může přidávat pro zlepšení odolnosti proti popouštění martenzitu a pro zabránění tvorby perlitu.

Molybden zvětšuje v množství do 0,5 % rozpětí úspěšných rychlostí ochlazování.

• · · ·

Měď a nikl v množství až právě 0,5 % mohou přispět ke snížení teploty skupenské proměny a k vyhnutí se perlitu.

K ovlivnění zaformování sulfidů je účelné zpracování kovové lázně vápníkem a křemíkem.

Konečná teplota válcování za tepla ET by měla být v rozsahu

Ar3 - 50 °C < ET < Ar3 + 100 °C.

Teplota Ar3, která má být v rozsahu od 750 do 950 °C, se pro obsahy hliníku do 1 % vypočítá z (rov.1)

Ar3 [’C] = 900 + 60 % AI - 60 % Mn - 300 % C,

U obsahů hliníku nad 1 do 2,5 % platí:

(rov.2)

Ar3 [°C] = 900 + 100 % AI - 60 % Mn - 300 % C.

Při výrobě pásu válcovaného za tepla z oceli podle vynálezu jsou dovoleny zvýšené konečné teploty válcování za tepla v porovnání s dosud převážně jen do 850 °C. Válcování při vyšších konečných teplotách válcování způsobuje pozitivní účinejc na_profn pásu válcovaného za tepla. Válcování může nastávat s menšími silami a rychlost válcování se může zvýšit. Kývání teplého širokého pásu ve svitku za účelem ochlazení před dokončovacím pořadím může odpadnout. Z toho celkem plyne zvýšení produktivity.

Ochlazení z konečné teploty válcování za tepla na teplotu navíjení, ležící mezi teplotou místnosti a 500 °C, nastává zrychleně s rychlostí ochlazování 15 až 70 K/s.

• · · ·

Při ochlazování z konečné teploty válcování za tepla se může při způsobu podle vynálezu v rozsahu od Ar3 do Ar3 - 200 °C pomocí vložení přestávky v ochlazování od 2 do 30 s, ve které rychlost ochlazování je menší než 15 K/s, dále podporovat tvorba feritu.

Obr. 2 ukazuje schematické znázornění výroby pásu válcovaného za tepla spojeně s průběhem ochlazování oceli podle vynálezu za a po válcování za tepla.

Z toho je patrné, že nežádoucímu vstupu do perlitické oblasti se může spolehlivě zabránit, když se dodržují uvedené podmínky pro konečnou teplotu válcování za tepla, rychlost ochlazování a teplota navíjení.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Ocel A podle vynálezu s hodnotami podle tabulky 1 se za tepla válcovala na konečnou tlošťku pásu 3,7 mm při konečné teplotě válcování za tepla 875 °C. Ochlazení z této teploty se provádělo při 30 K/s na teploty navíjení (HT) uvedené v tabulce 2. Vlastnosti této oceli A podle vynálezu se zjistily^ podle DIN EN 10002 na plochých vzorcích v tahu.

Hodnoty pro mez průtažnosti, mez pevnosti v tahu, poměrné prodloužení a poměr mezí průtažnosti pro polohy podélně a příčně ke směru válcování jsou uvedeny v tabulce 2.

• ·

Vzorek A se navíjel při vyšší teplotě (HT = 685 °C) . Tento nebyl zbaven perlitu a nedosahoval požadovaných vlastností .

Pro porovnání se do tabulky 2 zapsaly také příslušné pevnostní vlastnosti oceli B známé z DE 34 40 752 C2 se složením podle tabulky 1.

Pro ocel A podle vynálezu se měnila teplota navíjení mezi 80 °C a 350 °C. Takto zjištěné charakteristické hodnoty pevnosti objasňují, že ocel podle vynálezu má v celé oblasti navíjení velmi dobré vlastnosti, které při nejmenším zodpovídají vlastnostem známé křemíkem legované srovnávací oceli B.

V tabulce 2 jsou uvedeny také mechanické vlastnosti oceli C podle vynálezu se složením podle tabulky 1. Výsledky se zjistily u kruhového vzorku o průměru 4 mm tahem. Válcování za tepla se simulovalo pomocí zkoušky plochým pěchováním. Hodnoty se měřily v podélném směru (směr pohybu materiálu) . Teplota navíjení byla při prvním vzorku při 200 °C a při druhém vzorku při 400 ’C. Také tato ocel má výhodné spektrum mechanických vlastností; k tomu ale ještě lepší kvalitu povrchu než ocel B.

Výsledky uvedené v tabulce 2 objasňují, že poměr mezí průtažnosti je v celé oblasti teploty navíjení pod 0,8.

·· ·«·· ·· ····

* · ··· • ·

!Tabulka 1 .

(Chemické složení)

Ocel	C %	Mn %	Si %	P %	AI %	Cr %	N %	S %	Cekv.
A	0,076	1.45	0,053	0,019	1,23	0,35	0,002	<0,001	0,16
B·	0,090	0,38	0,71	0,013	0,025	0,62	0,006	0,009	0,14
C	0,090	1.51	0,03	<0,005	1.19	0,50	0,005	0,004	0,19
D	0,20	1,49	0,W	<0,005	1,99	0,02	0,005	0,004	0,27

Srovnávací ocel

Tabulka

??oZnáv!cí ocel⁰“¹⁰® ² ··> mimo namáhané oblasti (HT>500“C) '.

Určení vlastností podle DIN EN 10002 na plochých vzorcích tahem HT: teplota navíjení; Rp_{0 2} ^: 0,02 % -mez· protažení; R_m: mez pevnosti v tahu; Ac: poměrné prodloužení při přetržení. L: podélně/ Q: příčně

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

Feritická ocel s (v % hmotnostních) 0, 05 až 0 ,3 % uhlíku 0, 8 až 3 ,0 % manganu 0,4 až 2 ,5 % hliníku méně než 0, 2 % křemíku méně než 0, 08 % fosforu méně než 0, 05 % síry

zbytkem železa včetně nevyhnutelných nečistot, která při uhlíkovém ekvivalentu větším než 0,1 až 0,325 při

C_ekv. = % C + 1/20 % Mn + 1/20 % Cr + 1/15 % Mo obsahuje hliník v množství

AI > 7,6 - C_ekv. - 0,36 % hmotnostních.
2. Způsob výroby oceli podle nároku 1 s vysokou pevností, dobrou tvárností za studená a kvalitou povrchu ve stavu válcovaném za tepla a s dobrou válcovatelností za studená se strukturou sestávající převážně z předeutektoidního feritu a menších podílů martenzitu a/nebo bainitu a/nebo_zbytkového austenitu, která se odlévá v pásu, při počáteční teplotě válcování za tepla nad 1000°C a konečné teplotě válcování za tepla (ET) v rozsahu

Ar 3

50 °C < ET < Ar3 + 100 °C ·· ···· ·· 9··· ·· ·· • · · ♦ · · · · · · ····· · · · ··«· • · · · · · ······ · ·· · · · · · ···

99 999 99 9· 99 99 se válcuje za tepla, hned potom se ochlazuje z konečné teploty válcování za tepla (ET) rychlosti 15 až 70 K/s na teplotu navíjení v rozsahu pod 500 °C a navíjí se.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačuj ící tím, že ocel se dodatečně leguje s (v % hmotnostních)

až 0, 05 Q. Ό titanu, až 0, 8 % chrómu, až 0,5 % molybdenu, až 0, 5 O, O mědi, až 0, 8 % niklu,

jednotlivě nebo s několika.
4. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že v teplotním rozsahu mezi Ar3 a Ar3 - 200 °C se vloží přestávka v chlazení v trvání od 2 do 30 s, ve které je rychlost chlazení menší než 15 K/s.
5. Použití oceli podle nároku 1 jako materiálu pro výrobu za studená tvářených kotoučů kol.