RU2759389C2

RU2759389C2 - Способ изготовления листовой стали с покрытием

Info

Publication number: RU2759389C2
Application number: RU2020114243A
Authority: RU
Inventors: Анирбан ЧАКРАБОРТИ; Паскаль БЕРТО; Хассан ГАССЕМИ-АРМАКИ; Кристиан АЛЛЕЛИ; Тиаго МАЧАДО АМОРИМ
Original assignee: Арселормиттал
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2021-11-12
Also published as: RU2020114243A; HUE056714T2; MX2020004304A; MA50452A; PL3701057T3; CN111263830A; WO2018115948A1; UA126083C2; JP2021500475A; ES2901514T3; BR112020006003A2; BR112020006003B1; MA50452B1

Abstract

Группа изобретений относится к листовой стали с покрытием, способу изготовления листовой стали с покрытием и сварному соединению. Предложена листовая сталь с покрытием, содержащим от 10 до 40 мас. % никеля и остальное представляет собой цинк. Причем листовая сталь обладает микроструктурой, содержащей от 1 до 50 % остаточного аустенита, от 1 до 60 % мартенсита и необязательно по меньшей мере одну микроструктуру, выбранную из бейнита, феррита, цементита и перлита. Способ изготовления листовой стали с покрытием включает следующие далее стадии: А) получение отожженной листовой стали, характеризующейся определенным химическим составом, при котором листовую сталь подвергают отжигу при температуре в диапазоне между 600 и 1200°С, и В) нанесение на листовую сталь, полученную на стадии А), покрытия, содержащего от 1 до 40 мас. % никеля и остальное представляет собой цинк. Изобретение обеспечивает получение листовой стали с покрытием, которой не свойственны проблемы, связанные с жидкометаллическим охрупчиванием, после формовки и/или сварки. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 табл.

Description

Настоящее изобретение относится к способу изготовления листовой стали с покрытием. Изобретение, в частности, является хорошо подходящим для использования при изготовлении механических транспортных средств.

Покрытия на цинковой основе в общем случае используют потому, что они делают возможной защиту от коррозии благодаря наличию барьерной защиты и катодной защиты. Барьерный эффект получают в результате нанесения металлического покрытия на поверхность стали. Таким образом, металлическое покрытие предотвращает возникновение контакта между сталью и коррозионно-активной атмосферой. Барьерный эффект не зависит от природы покрытия и подложки. Наоборот, жертвенная катодная защита имеет в своей основе тот факт, что цинк представляет собой более активный металл в сопоставлении со сталью. Таким образом, в случае возникновения корродирования предпочтительно будет расходоваться цинк в сопоставлении со сталью. Катодная защита является существенной в областях, в которых сталь непосредственно подвергается воздействию коррозионно-активной атмосферы, подобных обрезанным кромкам, где окружающий цинк будет расходоваться прежде стали.

Однако, в случае проведения стадий нагревания в отношении таких листовых сталей с нанесенным покрытием из цинка, например, во время закалки под горячим прессом или сварки, в стали будут наблюдаться трещины, которые инициируются от поверхности раздела сталь/покрытие. Действительно, время от времени имеет место ухудшение механических свойств металла вследствие присутствия трещин в листовой стали с нанесенным покрытием после проведения вышеупомянутой операции. Данные трещины возникают в следующих далее условиях: высокая температура; наличие контакта с жидким металлом, характеризующимся низкой температурой плавления, (таким как цинк) в дополнение к присутствию внешнего напряжения; гетерогенное диффундирование расплавленного металла в зерно подложки и межзеренные границы. Обозначение такого явления известно при использовании термина «жидкометаллическое охрупчивание» (ЖМО), что также называется при использовании термина «жидкометаллическое растрескивание» (ЖМР).

Таким образом, задача изобретения заключается в предложении листовой стали с нанесенным металлическим покрытием, которой не свойственны проблемы, связанные с охрупчиванием ЖМО. Оно направлено на обеспечение наличия, в частности, простого в воплощении способа для получения детали, которой не свойственны проблемы, связанные с охрупчиванием ЖМО, после формовки и/или сварки.

Достижения данной задачи добиваются в результате предложения листовой стали, соответствующей пункту 1 формулы изобретения. Листовая сталь также может включать любые характеристики из пунктов от 2 до 12 формулы изобретения.

Достижения еще одной задачи добиваются в результате предложения способа, соответствующего пункту 13 формулы изобретения. Способ также может включать любые характеристики из пунктов от 14 до 17 формулы изобретения.

Достижения еще одной задачи добиваются в результате предложения сварного соединения, полученного контактной точечной сваркой и соответствующего пункту 18 формулы изобретения. Сварное соединение, полученное контактной точечной сваркой, также может включать характеристики из пунктов от 19 до 22 формулы изобретения.

В заключение, достижения еще одной задачи добиваются в результате предложения использования листовой стали или сборной конструкции, соответствующего пункту 23 формулы изобретения.

Другие характеристики задачи и преимущества изобретения станут очевидными после ознакомления со следующим далее подробным описанием изобретения.

Обозначения «сталь» или «листовая сталь» имеют в виду листовую сталь, рулон, пластину, характеризующиеся композицией, делающей возможным достижение деталью предела прочности при растяжении, доходящего вплоть до 2500 МПа, а более предпочтительно вплоть до 2000 МПа. Например, предел прочности при растяжении является большим или равным 500 МПа, предпочтительно большим или равным 980 МПа, в выгодном случае большим или равным 1180 МПа и даже большим или равным 1470 МПа.

Изобретение относится к листовой стали с нанесенным покрытием, содержащим от 10 до 40 % никеля, при этом остаток представляет собой цинк, причем такая листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 1 до 50 % остаточного аустенита, от 1 до 60 % мартенсита и необязательно по меньшей мере один элемент, выбираемый из: бейнита, феррита, цементита и перлита, и характеризуется следующим далее химическим составом при выражении через массу:

0,10 < C < 0,50 %,

1,0 < Mn < 5,0 %,

0,7 < Si < 3,0 %,

0,05 < Al < 1,0 %,

0,75 < (Si + Al) < 3,0 %

и исключительно необязательным образом один или несколько элементов, таких как

Nb ≤ 0,5 %,

B ≤ 0,005 %,

Cr ≤ 1,0 %,

Mo ≤ 0,50 %,

Ni ≤ 1,0 %,

Ti ≤ 0,5 %,

при этом остаток композиции составляют железо и неизбежные примеси, получающиеся в результате разработки. В данном случае мартенсит может быть отпущенным или неотпущенным.

Как это представляется без желания связывать себя какой-либо теорией, конкретная листовая сталь с нанесенным покрытием, содержащим цинк и никель и соответствующим настоящему изобретению, предотвращает проникновение жидкого цинка в сталь во время любых стадий нагревания, представляющих собой, например, сварку. Таким образом, при использовании способа, соответствующего настоящему изобретению, возможным является получение цинк-никелевых интерметаллических соединений во время вышеупомянутой стадии нагревания. Данные интерметаллические соединения характеризуются высокой температурой плавления и остаются твердыми во время вышеупомянутой стадии нагревания и, таким образом, предотвращают охрупчивание ЖМО.

Предпочтительно покрытие содержит от 10 до 30 %, более предпочтительно от 10 до 20 %, а в выгодном случае от 11 до 15 %, (масс.) никеля.

В одном предпочтительном варианте осуществления покрытие состоит из цинка и никеля.

В выгодном случае покрытие находится в непосредственном контакте с листовой сталью.

Предпочтительно покрытие имеет толщину в диапазоне между 5 и 15 мкм, а более предпочтительно между 5 и 10 мкм.

В одном предпочтительном варианте осуществления листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 5 до 25 % остаточного аустенита.

Предпочтительно листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 1 до 60 %, а более предпочтительно от 10 до 60 %, отпущенного мартенсита.

В выгодном случае листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 10 до 40 % бейнита, при этом такой бейнит включает от 10 до 20 % нижнего бейнита, от 0 до 15 % верхнего бейнита и от 0 до 5 % бескарбидного бейнита.

Предпочтительно листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 1 до 25 % феррита.

Предпочтительно листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 1 до 15 % неотпущенного мартенсита.

В соответствии с настоящим изобретением способ изготовления листовой стали с нанесенным покрытием включает следующие далее стадии:

А. получение отожженной листовой стали, характеризующейся химическим составом, соответствующим настоящему изобретению, при этом такую листовую сталь подвергают отжигу при температуре в диапазоне между 600 и 1200°С, и

В. нанесение на листовую сталь, полученную на стадии А), покрытия, содержащего от 1 до 40 % никеля, при этом остаток представляет собой цинк.

Предпочтительно на стадии А) листовую сталь подвергают отжигу в виде непрерывного отжига. Например, непрерывный отжиг включает нагревание, томление и стадию охлаждения. Он, кроме того, может включать стадию предварительного нагревания.

В выгодном случае термическую обработку проводят в атмосфере, содержащей от 1 до 30 % Н₂, при температуре точки росы в диапазоне между -10 и -60°С. Например, атмосфера содержит от 1 до 10 % Н₂ при температуре точки росы в диапазоне между -10°C и -60°С.

Предпочтительно покрытие на стадии В) осаждают при использовании способа вакуумного осаждения или электролитического осаждения. В выгодном случае покрытие осаждают при использовании способа электролитического осаждения.

После изготовления листовой стали в целях производства некоторых деталей транспортного средства, как это известно, проводят сборку при использовании сварки двух листовых металлов. Таким образом, во время сварки по меньшей мере двух листовых металлов получают сварное соединение, полученное при использовании контактной точечной сварки, при этом упомянутое место представляет собой соединительный элемент между по меньшей мере двумя листовыми металлами.

Для производства сварного соединения, полученного при использовании контактной точечной сварки и соответствующего изобретению, сварку проводят при использовании эффективной интенсивности в диапазоне между 3 кА и 15 кА, а усилие, приложенное к электродам, находится в диапазоне между 150 и 850 даН, при этом диаметр активной лицевой поверхности упомянутого электрода находится в диапазоне между 4 и 10 мм.

Таким образом, получают сварное соединение при использовании контактной точечной сварки по меньшей мере двух листовых металлов, включающих по меньшей мере одну листовую сталь с нанесенным покрытием, соответствующую настоящему изобретению, при этом сварное соединение включает менее чем 2 трещины, имеющие размер, составляющий более чем 100 мкм, и где наибольшая трещина имеет длину, составляющую менее чем 250 мкм.

Предпочтительно второй листовой металл представляет собой листовую сталь или листовой алюминий. Более предпочтительно второй листовой металл представляет собой листовую сталь, соответствующую настоящему изобретению.

В еще одном варианте осуществления сварное соединение, полученное при использовании контактной точечной сварки, включает третий листовой металл, представляющий собой листовую сталь или листовой алюминий. Например, третий листовой металл представляет собой листовую сталь, соответствующую настоящему изобретению.

Листовая сталь или стык, соединенный при использовании контактной точечной сварки, соответствующие настоящему изобретению, могут быть использованы при изготовлении деталей для механического транспортного средства.

Теперь изобретение будет разъяснено в экспериментах, проводимых только для предоставления информации. Они не являются ограничивающими.

Пример

Для всех примеров использованные листовые стали характеризуются следующей далее композицией при выражении в массовых процентах:

- Листовая сталь 1: С = 0,37 % (масс.), Mn = 1,9 % (масс.), Si = 1,9 % (масс.), Cr = 0,35 % (масс.), Al = 0,05 % (масс.) и Мо = 0,1 % и

- Листовая сталь 2: С = 0,18 % (масс.), Mn = 2,7 % (масс.), Al = 0,05 % (масс.) и Si = 1,8 % (масс.).

Эксперименты от 1 до 4 получали в результате проведения отжига в виде непрерывного отжига в атмосфере, содержащей 5 % Н₂ и 95 % N₂, при температуре точки росы -60°С. Листовые сталь 1 и сталь 2, соответственно, нагревали при температуре 900°С и 820°С. После этого на листы из экспериментов 1 и 2 наносили покрытие, содержащее 13 % никеля, при этом остаток представляет собой цинк. Покрытие осаждали при использовании способа электроосаждения.

В целях сопоставления в экспериментах 3 и 4 на листовые стали 1 и 2, подвергнутые термообработке в вышеупомянутом состоянии, электроосаждали чистый цинк.

Оценивали стойкость к охрупчиванию ЖМО для вышеупомянутых экспериментов при использовании способа контактной точечной сварки сопротивлением. С данной целью для каждого эксперимента две листовые стали с нанесенным покрытием сваривали друг с другом при использовании контактной точечной сварки сопротивлением. Тип электрода представлял собой продукт ISO Type B при диаметре 16 мм; усилие для электрода составляло 5 кН, а расход воды составлял 1,5 г/мин. Подробности в отношении сварочного цикла демонстрируются в таблице 1.

Таблица 1. Технологический режим сварки

Время сварки	Импульсы	Импульс (цикл)	Время охлаждения (цикл)	Время выдержки (цикл)
Цикл	2	12	2	10

После этого оценивали количество трещин, больших, чем 100 мкм, при использовании оптического микроскопа, а также метода СЭМ (сканирующей электронной микроскопии) в соответствии с представлением в таблице 2:

Таблица 2. Подробности в отношении охрупчивания ЖМО после контактной точечной сварки (состояние с укладкой в стопку 2 слоев)

Эксперименты	Покрытие	Листовая сталь	Толщина (мкм)	Количество трещин (> 100 мкм) при расчете на один шов контактной точечной сварки	Максимальная длина трещины (мкм)
Эксперимент 1 *	Zn – Ni	1	7	0	0
Эксперимент 2 *	Zn – Ni	2	7	0	0
Эксперимент 3	Zn	1	7	3	760
Эксперимент 4	Zn	2	7	2	250

*: в соответствии с настоящим изобретением.

Эксперименты 1 и 2, соответствующие настоящему изобретению, демонстрируют превосходную стойкость к охрупчиванию ЖМО в сопоставлении с экспериментами 3 и 4.

Характеристики стойкости к охрупчиванию ЖМО также оценивали при использовании состояния с укладкой в стопку 3 слоев. Для каждого эксперимента три листовых стали с нанесенным покрытием сваривали друг с другом при использовании контактной точечной сварки сопротивлением. После этого оценивали количество трещин, больших, чем 100 мкм, при использовании оптического микроскопа в соответствии с представлением в таблице 3.

Таблица 3. Подробности в отношении охрупчивания ЖМО после контактной точечной сварки (состояние с укладкой в стопку 3 слоев)

Эксперименты	Листовая сталь	Количество трещин при расчете на один шов контактной точечной сварки (> 100 мкм)	Максимальная длина трещины (мкм)
Эксперимент 1 *	1	1	150
Эксперимент 2 *	2	0	200
Эксперимент 3	1	7	850
Эксперимент 4	2	3	350

*: в соответствии с настоящим изобретением.

Claims

1. Листовая сталь с покрытием, содержащим от 10 до 40 мас. % никеля и остальное представляет собой цинк, причем листовая сталь обладает микроструктурой, содержащей от 1 до 50 % остаточного аустенита, от 1 до 60 % мартенсита и необязательно по меньшей мере одну микроструктуру, выбранную из бейнита, феррита, цементита и перлита, при этом листовая сталь характеризуется следующим химическим составом, мас. %:

0,10 < C < 0,50,

1,0 < Mn < 5,0,

0,7 < Si < 3,0,

0,05 < Al < 1,0,

0,75 < (Si + Al) < 3,0

и необязательно один или несколько элементов, таких как

Nb ≤ 0,5,

B ≤ 0,005,

Cr ≤ 1,0,

Mo ≤ 0,50,

Ni ≤ 1,0,

Ti ≤ 0,5,

и остальное – железо и неизбежные примеси.

2. Листовая сталь по п. 1, в которой покрытие содержит от 10 до 30 мас. % никеля.

3. Листовая сталь по п. 2, в которой покрытие содержит от 10 до 20 мас. % никеля.

4. Листовая сталь по п. 3, в которой покрытие состоит из цинка и никеля.

5. Листовая сталь по любому из пп. 1-4, в которой покрытие находится в непосредственном контакте с листовой сталью.

6. Листовая сталь по любому из пп. 1-5, в которой покрытие имеет толщину в диапазоне между 5 и 15 мкм.

7. Листовая сталь по п. 6, в которой покрытие имеет толщину в диапазоне между 5 и 10 мкм.

8. Листовая сталь по любому из пп. 1-7, в которой микроструктура листовой стали содержит от 5 до 25 % остаточного аустенита.

9. Листовая сталь по любому из пп. 1-8, в которой микроструктура листовой стали содержит от 1 до 60 % отпущенного мартенсита.

10. Листовая сталь по любому из пп. 1-9, в которой микроструктура листовой стали содержит от 10 до 40 % бейнита.

11. Листовая сталь по любому из пп. 1-10, в которой микроструктура листовой стали содержит от 1 до 25 % феррита.

12. Листовая сталь по любому из пп. 1-11, в которой микроструктура листовой стали содержит от 1 до 15 % неотпущенного мартенсита.

13. Способ изготовления листовой стали с покрытием, включающий следующие стадии:

А) получение отожженной листовой стали, характеризующейся химическим составом по любому из пп. 1-7, при этом указанную листовую сталь подвергают отжигу при температуре в диапазоне между 600 и 1200°С, и

В) нанесение на листовую сталь, полученную на стадии А), покрытия, содержащего от 1 до 40 мас. % никеля и остальное представляет собой цинк.

14. Способ по п. 13, в котором на стадии А) листовую сталь подвергают отжигу в виде непрерывного отжига.

15. Способ по п. 13 или 14, в котором на стадии А) отжиг проводят в атмосфере, содержащей от 1 до 30 % Н₂, при температуре точки росы в диапазоне между -10 и -60°С.

16. Способ по любому из пп. 13-15, в котором покрытие на стадии В) осаждают посредством вакуумного осаждения или электролитического осаждения.

17. Способ по п. 16, в котором покрытие осаждают посредством электролитического осаждения.

18. Сварное соединение, полученное контактной точечной сваркой по меньшей мере двух металлических листов, содержащих по меньшей мере листовую сталь по любому из пп. 1-12, при этом сварное соединение содержит менее чем 2 трещины, имеющие размер, составляющий более чем 100 мкм, при этом наибольшая трещина имеет длину, составляющую менее чем 250 мкм.

19. Сварное соединение по п. 18, в котором второй металлический лист представляет собой листовую сталь или листовой алюминий.

20. Сварное соединение по п. 19, в котором второй металлический лист представляет собой листовую сталь по любому из пп. 1-12 или листовую сталь, полученную способом по любому из пп. 13-17.

21. Сварное соединение по любому из пп. 18-20, содержащее третий металлический лист, представляющий собой листовую сталь или листовой алюминий.

22. Сварное соединение по п. 21, которое не имеет трещин, имеющих размер, составляющий более чем 100 мкм.