RU2812417C1 - Method for producing high-strength steel sheet - Google Patents
Method for producing high-strength steel sheet Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812417C1 RU2812417C1 RU2023118901A RU2023118901A RU2812417C1 RU 2812417 C1 RU2812417 C1 RU 2812417C1 RU 2023118901 A RU2023118901 A RU 2023118901A RU 2023118901 A RU2023118901 A RU 2023118901A RU 2812417 C1 RU2812417 C1 RU 2812417C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- strength
- carbon
- cooling
- sheet
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 10
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 8
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 229910000954 Medium-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000001887 electron backscatter diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000005246 galvanizing Methods 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- -1 aluminum nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- VCTOKJRTAUILIH-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);sulfide Chemical class [S-2].[Mn+2] VCTOKJRTAUILIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения высокопрочного стального листа, и может быть использовано для изготовления из него ответственных элементов сельскохозяйственной землеройной техники. Настоящее изобретение направлено на получение высокой прочности и пластичности в среднеуглеродистой стали после термомеханической обработки, заключающейся в горячей прокатке и последующей трехступенчатой обработке «закалка-распределение».The invention relates to the field of metallurgy, namely to a method for producing high-strength steel sheets, and can be used for the manufacture of critical elements of agricultural earth-moving equipment from it. The present invention is aimed at obtaining high strength and ductility in medium carbon steel after thermomechanical processing consisting of hot rolling and subsequent three-stage quenching-distribution processing.
В настоящее время производители сельскохозяйственной и землеройной техники предъявляют спрос на высокопрочные стали с пределом текучести σ0,2≥1200 МПа, из которых планируется изготавливать рабочие элементы землеройных машин. К данным сталям, предъявляются требования по сочетанию высокой твердости, прочности, износостойкости, хорошей пластичности и удовлетворительной ударной вязкости. Данные стали используются в авиастроении, ракетостроении и космической технике. Их применение в производстве автомашин, транспортной и землеройной техники сдерживается высокой стоимостью. В связи с этим необходима разработка новых экономнолегированных сталей и способов их обработки для удовлетворения текущих потребностей отрасли в виде высоких эксплуатационных характеристик и приемлемой стоимости.Currently, manufacturers of agricultural and earth-moving equipment are in demand for high-strength steels with a yield strength σ 0.2 ≥1200 MPa, from which it is planned to manufacture working elements of earth-moving machines. These steels are subject to requirements for a combination of high hardness, strength, wear resistance, good ductility and satisfactory impact toughness. These steels are used in aircraft manufacturing, rocketry and space technology. Their use in the production of cars, transport and earth-moving equipment is hampered by their high cost. In this regard, it is necessary to develop new low-alloy steels and methods for their processing to meet the current needs of the industry in the form of high performance characteristics and acceptable cost.
Известен способ получения сверхпрочного стального листа, раскрытый в патенте RU 2684912 С2 от 03.07.2015. Сверхпрочная сталь имеет следующий химический состав, масс. %: 0,34-0,40 С, 1,50-2,30 Mn, 1,50-2,40 Si, 0,35-0,45 Cr, 0,07-0,20 Мо, 0,01-0,08 Al и менее 0,05 Nb, остальное Fe и неизбежные примеси. Предлагаемый способ заключается в изготовлении стального листа с покрытием и без покрытия, который включает следующие последовательные стадии: холодная прокатка, нагрев до температуры Та, причем температура Та выше, чем температура превращения стали Ас3, охлаждение нагретого стального листа до температуры Tq более низкой, чем температура превращения стали Ms, и находящейся в диапазоне от 200 до 230°С, и отжиг для перераспределения углерода при температуре Тр 350-450°С с выдержкой при этой температуре в течение времени перераспределения 25-55 секунд, при этом после перераспределения стальной лист оцинковывают и охлаждают до комнатной температуры. Полученный стальной лист с покрытием имеет структуру, содержащую, по меньшей мере 60% мартенсита и 12-15% остаточного аустенита.There is a known method for producing heavy-duty steel sheets, disclosed in patent RU 2684912 C2 dated 07/03/2015. Heavy-duty steel has the following chemical composition, wt. %: 0.34-0.40 C, 1.50-2.30 Mn, 1.50-2.40 Si, 0.35-0.45 Cr, 0.07-0.20 Mo, 0.01 -0.08 Al and less than 0.05 Nb, the rest is Fe and inevitable impurities. The proposed method consists in the production of coated and uncoated steel sheet, which includes the following successive stages: cold rolling, heating to a temperature T a , and the temperature T a is higher than the steel transformation temperature A c3 , cooling the heated steel sheet to a temperature T q more lower than the transformation temperature of steel M s , and located in the range from 200 to 230 ° C, and annealing for carbon redistribution at a temperature T p 350-450 ° C with exposure at this temperature for a redistribution time of 25-55 seconds, while After redistribution, the steel sheet is galvanized and cooled to room temperature. The resulting coated steel sheet has a structure containing at least 60% martensite and 12-15% retained austenite.
Недостатком данного способа являются относительно низкие прочностные свойства - предел прочности листа не превышает 1470 МПа. В процессе термической обработки присутствует стадия обработки стального листа горячим цинкованием или цинкованием с отжигом, что усложняет технологический процесс получения требуемого уровня характеристик.The disadvantage of this method is the relatively low strength properties - the tensile strength of the sheet does not exceed 1470 MPa. In the heat treatment process, there is a stage of processing the steel sheet by hot-dip galvanizing or galvanizing with annealing, which complicates the technological process of obtaining the required level of characteristics.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является патент RU 2716920 С2 "Способ производства листовой стали, характеризующейся улучшенными прочностью, пластичностью и формуемостью", в котором раскрыт способ получения высокопрочного стального листа химического состава, мас. %: 0,18≤С≤0,25, 0,9≤Si≤1,8, 0,02≤Al≤1,0, при этом 1,00≤Si+Al≤2,35, 1,5<Mn≤2,5, 0,010≤Nb≤0,035, 0,10≤Cr≤0,40, Fe и неизбежные примеси - остальное. Микроструктура листа состоит из следующих фаз: от 20% до 50% межкритический феррит, от 10% до 20% остаточный аустенит, от 25% до 45% отпущенный мартенсит, от 10% до 20% свежий мартенсит и бейнит и от 30% до 60% суммарное количество отпущенного мартенсита и бейнита. Термическая обработка состоит из нагрева под закалку до температуры tA, соответствующей межкритической области, закалку листа при скорости охлаждения от 20°С/с до 50°С/с до температуры закалки QT от Ms - 50°С до Ms - 5°С, нагрев листа до температуры распределения РТ от 375°С до 450°Си выдержку листа при температуре распределения РТ в течение времени распределения Pt, составляющего по меньшей мере 50 с, и охлаждение листа до комнатной температуры. Данный лист может показывать предел текучести до 750 МПа, временное сопротивление разрыву до 980 МПа, относительное удлинение после разрыва более 21%.The closest in technical essence to the proposed invention is patent RU 2716920 C2 “Method for the production of sheet steel characterized by improved strength, ductility and formability”, which discloses a method for producing high-strength steel sheet of chemical composition, wt. %: 0.18≤C≤0.25, 0.9≤Si≤1.8, 0.02≤Al≤1.0, with 1.00≤Si+Al≤2.35, 1.5< Mn≤2.5, 0.010≤Nb≤0.035, 0.10≤Cr≤0.40, Fe and inevitable impurities - the rest. The microstructure of the sheet consists of the following phases: from 20% to 50% intercritical ferrite, from 10% to 20% retained austenite, from 25% to 45% tempered martensite, from 10% to 20% fresh martensite and bainite, and from 30% to 60 % total amount of tempered martensite and bainite. Heat treatment consists of heating for quenching to a temperature tA corresponding to the intercritical region, quenching the sheet at a cooling rate from 20°C/s to 50°C/s to the quenching temperature QT from Ms - 50°C to Ms - 5°C, heating sheet to a distribution temperature PT from 375°C to 450°C and holding the sheet at a distribution temperature PT for a Pt distribution time of at least 50 s, and cooling the sheet to room temperature. This sheet can show a yield strength of up to 750 MPa, a tensile strength of up to 980 MPa, and an elongation after break of more than 21%.
Сочетание прочности и пластичности, определяемое как величина произведения временного сопротивления разрушению на относительное удлинение (σB×δ) не превышает 21000 МПа×%. Недостатком данного способа является относительно высокое содержание Mn в стали, наличие дорогого Nb и относительно невысокое значение (σB×δ).The combination of strength and ductility, defined as the value of the product of temporary fracture resistance and relative elongation (σ B ×δ) does not exceed 21000 MPa ×%. The disadvantage of this method is the relatively high Mn content in steel, the presence of expensive Nb and the relatively low value (σ B ×δ).
Из анализа литературных данных выявлено, что технической проблемой в данной области является необходимость в разработке режимов термомеханической обработки высокопрочной среднеуглеродистой стали для изготовления деталей рабочих органов сельскохозяйственной землеройной техники.From the analysis of literature data, it was revealed that a technical problem in this area is the need to develop thermomechanical processing modes for high-strength medium-carbon steel for the manufacture of parts for working parts of agricultural earthmoving equipment.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка режимов термомеханической обработки среднеуглеродистой стали, обеспечивающих высокую прочность и пластичность.The objective of the present invention is to develop thermomechanical processing modes for medium-carbon steel that provide high strength and ductility.
Техническим результатом изобретения является получение высокопрочного горячекатаного и термически обработанного стального листа из среднеуглеродистой стали, обладающий одновременно высокой прочностью (предел текучести не ниже 1200 МПа) в сочетании с высокой пластичностью (относительное удлинение не менее 19%), в результате чего параметр σB×δ≥31 ГПа⋅%.The technical result of the invention is the production of high-strength hot-rolled and heat-treated steel sheet from medium-carbon steel, which simultaneously has high strength (yield strength of at least 1200 MPa) combined with high ductility (relative elongation of at least 19%), resulting in the parameter σ B ×δ ≥31 GPa⋅%.
Для решения технической проблемы и достижения заявленного технического результата выполняется термомеханическая обработка на среднеуглеродистой стали с химическим составом, содержащим в мас. % углерод (0,30-0,46), кремний (1,50-2,0), марганец (1,00-1,40), хром (0,50-0,80), молибден (0,20-0,40), алюминий (0-0,02), остальное железо и неизбежные примеси.To solve the technical problem and achieve the stated technical result, thermomechanical processing is performed on medium-carbon steel with a chemical composition containing, by weight. % carbon (0.30-0.46), silicon (1.50-2.0), manganese (1.00-1.40), chromium (0.50-0.80), molybdenum (0.20 -0.40), aluminum (0-0.02), the rest is iron and inevitable impurities.
Режим термомеханической обработки включает: горячую прокатку, нагрев до температуры аустенизации, закалку в горячей среде (соляном расплаве) и операцию «распределения». Для получения высокопрочного стального листа, с пределом текучести на растяжение не менее 1200 МПа, пределом прочности не менее 1650 МПа и относительным удлинением не менее 19% из стали, характеризующейся наличием в структуре первичного мартенсита, остаточного аустенита, бейнита и вторичного мартенсита, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, алюминий, характеризующийся тем, что сталь нагревают до температуры 1100-1080°С, и выдерживают при данной температуре не менее 1 часа для гомогенизации, прокатку осуществляют от температуры 1100-1050°С до температуры не менее 900°С с обжатием не менее 60% и последующим охлаждением на воздухе, затем повторно нагревают до температуры AC3+30-50°С, в сталь, но не ниже 900°С, до полной аустенизации, охлаждают до температуры закалки в соли, предварительно нагретой до температуры на 30-70°С ниже температуры начала мартенситного превращения Ms, при скорости закалки 210 - 250°С в секунду в интервале температур 900-300°С, обеспечивая получение в структуре не менее 60% остаточного аустенита при продолжительности операции от 200 до 500 секунд, затем нагревают в растворе расплавленной соли до температуры 350-410°С, что выше температуры начала мартенситного превращения Ms, при этом время «распределения» определяют от 500 до 2000 секунд, так, чтобы в структуре начал образовываться бейнит, финальное охлаждение проводят на воздухе для самоотпуска вторичного мартенсита.The thermomechanical treatment mode includes: hot rolling, heating to austenitization temperature, quenching in a hot environment (molten salt) and the “distribution” operation. To obtain a high-strength steel sheet, with a tensile yield strength of at least 1200 MPa, a tensile strength of at least 1650 MPa and a relative elongation of at least 19% from steel characterized by the presence in the structure of primary martensite, retained austenite, bainite and secondary martensite containing carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, aluminum, characterized by the fact that the steel is heated to a temperature of 1100-1080°C and maintained at this temperature for at least 1 hour for homogenization, rolling is carried out from a temperature of 1100-1050°C to a temperature of at least 900 °C with compression of at least 60% and subsequent cooling in air, then reheated to temperature A C3 +30-50 °C, into steel, but not lower than 900 °C, until complete austenization, cooled to the quenching temperature in salt, first heated to a temperature 30-70°C below the temperature of the onset of martensitic transformation Ms, at a quenching rate of 210 - 250°C per second in the temperature range 900-300°C, ensuring the production of at least 60% retained austenite in the structure with an operation duration of 200 up to 500 seconds, then heated in a solution of molten salt to a temperature of 350-410°C, which is higher than the temperature of the onset of the martensitic transformation Ms, while the “distribution” time is determined from 500 to 2000 seconds, so that bainite begins to form in the structure, final cooling carried out in air to self-temper secondary martensite.
Температуру начала мартенситного превращения Ms и объема образовавшегося бейнита определяют путем дилатометрических исследований.The temperature of the onset of martensitic transformation Ms and the volume of formed bainite are determined by dilatometric studies.
Углерод обеспечивает высокую прочность и твердость сплава. Уменьшение содержания углерода менее заявленного уровня приводит к снижению прочности, а более высокое содержание по сравнению с заявленными пределами отрицательно влияет на пластичность. Углерод также оказывает положительное влияние на закаливаемость указанной стали. В связи с этим содержание углерода ограничивается пределом от 0,30 до 0,46 масс. %.Carbon provides high strength and hardness of the alloy. Reducing the carbon content below the declared level leads to a decrease in strength, and a higher content compared to the declared limits negatively affects ductility. Carbon also has a positive effect on the hardenability of said steel. In this regard, the carbon content is limited to 0.30 to 0.46 mass. %.
Кремний оказывает положительное влияние на способность к закалке и обеспечивает повышенную прочность за счет подавления выделения цементита при операции «распределение». Для обеспечения высокой твердости и прочности, в состав стали включают от 1,5 до 2,0 масс. % кремния. Слишком высокое содержание кремния оказывает отрицательное действие на пластичность и ударную вязкость стали.Silicon has a positive effect on hardenability and provides increased strength by suppressing the release of cementite during the spreading operation. To ensure high hardness and strength, the steel composition includes from 1.5 to 2.0 wt. % silicon. Too high a silicon content has a negative effect on the ductility and toughness of steel.
Легирование стали хромом приводит к повышению прочности стали. Марганец и хром, повышают прокаливаемость стали, позволяя значительно увеличить толщину закаливаемых деталей при снижении скорости охлаждения при закалке. Высокое содержание хрома (выше 0,8%) приводит к снижению прочности, пластичности и ударной вязкости, поэтому введение в заявленную сталь хрома ограничено в пределах от 0,5 до 0,8 масс. %.Alloying steel with chromium increases the strength of steel. Manganese and chromium increase the hardenability of steel, allowing a significant increase in the thickness of hardened parts while reducing the cooling rate during hardening. A high chromium content (above 0.8%) leads to a decrease in strength, ductility and toughness, therefore the introduction of chromium into the claimed steel is limited to 0.5 to 0.8 wt. %.
Легирование марганцем приводит к раскислению и упрочнению, а также связывает серу, образуя сульфиды марганца. Содержание марганца в пределах 1,0 - 1,4 масс. % приводит к улучшению ударной вязкости и твердости.Alloying with manganese leads to deoxidation and hardening, and also binds sulfur, forming manganese sulfides. Manganese content is in the range of 1.0 - 1.4 wt. % leads to improved toughness and hardness.
Легирование стали молибденом в диапазоне 0,2-0,4 масс. % приводит к повышению коррозионной стойкости, твердости, а также улучшает ее прокаливаемость. Также молибден предотвращает отпускную хрупкость в процессе термообработки. Легирование стали молибденом более 0,4 масс. % экономически не целесообразно.Alloying steel with molybdenum in the range of 0.2-0.4 wt. % leads to increased corrosion resistance, hardness, and also improves its hardenability. Molybdenum also prevents temper brittleness during heat treatment. Alloying steel with molybdenum more than 0.4 wt. % is not economically feasible.
Алюминий - основной раскислитель, применяемый при выплавке среднеуглеродистых сталей и необходим для связывания азота в нитриды алюминия и для эффективного сдерживания роста зерна, а также для предотвращения связывания бора в нитриды. Остаточное содержании алюминия в стали не должно превышать 0,02 масс. %, т.к. при превышении этого количества в составе неметаллических включений, неизбежно присутствующих в металле, будет большое количество алюминатов и шпинелей, приводящих к снижению прочностных и пластических характеристик.Aluminum is the main deoxidizer used in the smelting of medium-carbon steels and is necessary for the binding of nitrogen into aluminum nitrides and for effectively inhibiting grain growth, as well as to prevent the binding of boron into nitrides. The residual aluminum content in steel should not exceed 0.02 wt. %, because if this amount is exceeded, the composition of non-metallic inclusions inevitably present in the metal will contain a large amount of aluminates and spinels, leading to a decrease in strength and plastic characteristics.
Горячая прокатка обеспечивает измельчение исходных аустенитных зерен, что благоприятно влияет на структурные параметры мартенсита после закалки. Это, в свою очередь, приводит к повышению механических свойств низко- и среднеуглеродистых сталей до значительно более высокого уровня. Измельчение исходного аустенитного зерна необходимо, чтобы повысить ударную вязкость и предел текучести, а также пластичность сталей. Температура нагрева под прокатку выбирается выше, чем температура аустенизации при традиционной термической обработке (закалка + отпуск), но ниже чем 1150°С для получения минимального размера исходных аустенитных зерен. Используется обжатие при прокатке не менее 60%, чтобы обеспечить повышение свойств стали, с последующим охлаждением на воздухе.Hot rolling ensures refinement of the initial austenite grains, which has a beneficial effect on the structural parameters of martensite after quenching. This, in turn, leads to an increase in the mechanical properties of low and medium carbon steels to a significantly higher level. Refining the original austenite grain is necessary to increase the impact strength and yield strength, as well as the ductility of steels. The heating temperature for rolling is selected higher than the austenitization temperature during traditional heat treatment (quenching + tempering), but lower than 1150°C to obtain the minimum size of the initial austenite grains. A rolling reduction of at least 60% is used to ensure an increase in the properties of steel, followed by cooling in air.
Для оптимизации свойств среднеуглеродистые стали подвергают двухступенчатой термической обработке «закалка-распределение» (Q&P) после горячей прокатки, чтобы получить структуру, состоящую из первичного мартенсита в количестве не менее 40%, 20-40% остаточного аустенита и бейнита, 20-40% вторичного мартенсита. Нагрев выполняют до температуры AC3+30 - 50°С, но не ниже 900°С, до полной аустенизации с последующим охлаждением в соли, предварительно нагретой до температуры закалки. В предлагаемом способе температура закалки подбирается на 30-50°С ниже температуры начала мартенситного превращения Ms, для получения мартенсита и контролируемого объема остаточного аустенита. Температура и время изотермической выдержки при закалке обеспечивает получение не менее 60% остаточного аустенита. Время изотермической выдержки при закалке от 200 до 500 секунд позволяет полноценно провести процедуру закалки в промышленном исполнении, поскольку нет необходимости предотвращения формирования бейнита в избыточном объеме. Нагрев в печи в расплавленной соли до более высокой температуры по сравнению с температурой закалки необходим для стабилизации остаточного аустенита за счет его насыщения углеродом, который диффундирует в него из мартенсита. «Распределение» проводят при температуре выше Ms в растворе расплавленной соли, нагретой между 350°С и 410°С для выполнения операции перераспределения углерода между мартенситом и остаточным аустенитом. Время распределения составляет от 500 до 2000 секунд, а выбор температуры и времени этой операции определяется необходимостью образования бейнита при этой операции. В бейните паралельно происходит процесс формирования остаточного аустенита. Затем следует охлаждение на воздухе до комнатной температуры со скоростью не более 10°С в секунду до температуры 200°С, чтобы успел произойти самоотпуск вторичного мартенсита, который содержит большее количество углерода, чем первичный мартенсит. Температура распределения выбирается ниже, чем температура образования карбида Fe3C, поскольку его выделение приводит к понижению предела текучести, из-за уменьшения содержания углерода, как в мартенсите, так и в остаточном аустените. В результате такой обработки формируется структура, состоящая из не менее 40% первичного мартенсита, 20-40% остаточного аустенита и бейнита, 20-40% вторичного мартенсита. Формирование такой структуры позволяет достигать одновременно высокой прочности и пластичности. Большое время выдержки при «распределении» повышает технологичность процесса получения структуры и снижает неоднородность, что может привести к более высококачественной продукции со стабильными свойствами.To optimize properties, medium-carbon steels are subjected to a two-stage quench-distribution (Q&P) heat treatment after hot rolling to obtain a structure consisting of at least 40% primary martensite, 20-40% retained austenite and bainite, 20-40% secondary martensite. Heating is carried out to a temperature of A C3 +30 - 50°C, but not lower than 900°C, until complete austenitization, followed by cooling in salt, previously heated to the hardening temperature. In the proposed method, the quenching temperature is selected 30-50°C below the onset temperature of the martensitic transformation Ms, to obtain martensite and a controlled volume of retained austenite. The temperature and time of isothermal holding during hardening ensures the production of at least 60% retained austenite. The isothermal holding time during hardening from 200 to 500 seconds allows for a full industrial hardening procedure, since there is no need to prevent the formation of bainite in excess. Heating in a molten salt furnace to a higher temperature than the quenching temperature is necessary to stabilize the retained austenite by saturating it with carbon that diffuses into it from the martensite. “Distribution” is carried out at a temperature above M s in a molten salt solution heated between 350°C and 410°C to perform the operation of redistributing carbon between martensite and retained austenite. The distribution time ranges from 500 to 2000 seconds, and the choice of temperature and time for this operation is determined by the need for bainite formation during this operation. In bainite, the process of formation of retained austenite occurs in parallel. This is followed by cooling in air to room temperature at a rate of no more than 10°C per second to a temperature of 200°C, so that self-tempering of secondary martensite, which contains a larger amount of carbon than primary martensite, occurs. The distribution temperature is chosen lower than the formation temperature of Fe 3 C carbide, since its precipitation leads to a decrease in the yield strength due to a decrease in the carbon content in both martensite and retained austenite. As a result of this treatment, a structure is formed consisting of at least 40% primary martensite, 20-40% retained austenite and bainite, 20-40% secondary martensite. The formation of such a structure makes it possible to achieve both high strength and ductility. A long dwell time during “distribution” increases the manufacturability of the process of obtaining the structure and reduces heterogeneity, which can lead to higher-quality products with stable properties.
Примеры осуществленияExamples of implementation
Высокопрочный горячекатаный лист из среднеуглеродистой стали со следующим химическим составом масс. %: 0,44 С, 1,81 Si, 0,82 Cr, 1,33 Mn, 0,28 Мо, 0,02 Al, остальное Fe и неизбежные примеси (содержание S и Р не более 0,008 масс. %) был получен горячей прокаткой и обработкой «закалка-распределение» (Q&P). Для подбора температур Q&P обработки определялись температуры Ms и Mf с использованием закалочного дилатометра при скорости закалки не менее 200 град/сек при температуре в интервале 900 - 300°С и в интервале 300 - 70°С со скорость 76 град/сек. Температуры Ms и Mf составили 270°С и 51°С.High-strength hot-rolled medium carbon steel sheet with the following chemical composition of the masses. %: 0.44 C, 1.81 Si, 0.82 Cr, 1.33 Mn, 0.28 Mo, 0.02 Al, the rest Fe and inevitable impurities (S and P content no more than 0.008 wt. %) was obtained by hot rolling and quenching and distribution (Q&P) processing. To select Q&P treatment temperatures, the Ms and Mf temperatures were determined using a quenching dilatometer at a quenching rate of at least 200 deg/sec at a temperature in the range of 900 - 300°C and in the range of 300 - 70°C at a rate of 76 deg/sec. Temperatures Ms and Mf were 270°C and 51°C.
Пример 1. Высокопрочный горячекатаный лист из среднеуглеродистой стали был получен согласно следующим технологическим операциям:Example 1 High strength hot rolled medium carbon steel sheet was produced according to the following process steps:
1) Нагрев заготовки низкоуглеродистой стали в муфельной печи до температуры деформации 1080°С и выдержка в течение 1 часа;1) Heating a low-carbon steel billet in a muffle furnace to a deformation temperature of 1080°C and holding for 1 hour;
2) Прокатка в интервале температур 1100°С-900°С с обжатием 60% и последующим охлаждением на воздухе;2) Rolling in the temperature range 1100°C-900°C with compression of 60% and subsequent cooling in air;
3) Закалка, включающая аустенизацию при температуре 900°С с выдержкой в течение 300 секунд, охлаждение в горячей среде (соляном расплаве) при температуре 200°С в течение 200 секунд;3) Hardening, including austenitization at a temperature of 900°C with exposure for 300 seconds, cooling in a hot environment (molten salt) at a temperature of 200°C for 200 seconds;
4) Распределение при температуре 350°С в течение 500 секунд в соляном расплаве, с последующим охлаждением на воздухе.4) Distribution at a temperature of 350°C for 500 seconds in molten salt, followed by cooling in air.
Пример 2. Высокопрочный горячекатаный лист из среднеуглеродистой стали был получен согласно следующим технологическим операциям:Example 2 High strength hot rolled medium carbon steel sheet was produced according to the following process steps:
1) Нагрев заготовки низкоуглеродистой стали в муфельной печи до температуры деформации 1080°С и выдержка в течение 2 часов;1) Heating a low-carbon steel billet in a muffle furnace to a deformation temperature of 1080°C and holding for 2 hours;
2) Прокатка в интервале температур 1100°С-900°С с обжатием не менее 70% и последующим охлаждением на воздухе;2) Rolling in the temperature range 1100°C-900°C with compression of at least 70% and subsequent cooling in air;
3) Закалка, включающая аустенизацию при температуре 900°С с выдержкой в течение 300 секунд, охлаждение в горячей среде (соляном расплаве) при температуре 230°С в течение 360 секунд;3) Hardening, including austenitization at a temperature of 900°C with exposure for 300 seconds, cooling in a hot environment (molten salt) at a temperature of 230°C for 360 seconds;
4) Распределение при температуре 400°С в течение 1000 секунд в соляном расплаве, с последующим охлаждением на воздухе.4) Distribution at a temperature of 400°C for 1000 seconds in molten salt, followed by cooling in air.
Пример 3. Высокопрочный горячекатаный лист из среднеуглеродистой стали был получен согласно следующим технологическим операциям:Example 3 High strength hot rolled medium carbon steel sheet was produced according to the following process steps:
1) Нагрев заготовки низкоуглеродистой стали в муфельной печи до температуры деформации 1100°С и выдержка в течение 2 часов;1) Heating a low-carbon steel billet in a muffle furnace to a deformation temperature of 1100°C and holding for 2 hours;
2) Прокатка в интервале температур 1100°С - 900°С с обжатием 80% и последующим охлаждением на воздухе;2) Rolling in the temperature range 1100°C - 900°C with compression of 80% and subsequent cooling in air;
3) Закалка, включающая аустенизацию при температуре 900°С с выдержкой в течение 300 секунд, охлаждение в горячей среде (соляном расплаве) при температуре 240°С в течение 500 секунд;3) Hardening, including austenitization at a temperature of 900°C with exposure for 300 seconds, cooling in a hot environment (molten salt) at a temperature of 240°C for 500 seconds;
4) Распределение при температуре 410°С в течение 2000 секунд в соляном расплаве, с последующим охлаждением на воздухе.4) Distribution at a temperature of 410°C for 2000 seconds in molten salt, followed by cooling in air.
Результаты испытаний на растяжение при комнатной температуре и твердость по методу Роквелла выполнены в соответствии с ГОСТ. Доля остаточного аустенита определялась с использованием растрового микроскопа с приставкой для ДОРЭ (дифракция обратнорассеянных электронов) анализа. Результаты приведены в таблице 1.The results of tensile tests at room temperature and hardness using the Rockwell method were carried out in accordance with GOST. The proportion of retained austenite was determined using a scanning microscope with an attachment for EBSD (electron backscatter diffraction) analysis. The results are shown in Table 1.
Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом обеспечивает комплекс высоких эксплуатационных характеристик горячекатаного листа, а именно высокую прочность, твердость и пластичность, кроме того позволяет получать одновременно высокий уровень прочности и пластичности, что подтверждается показателем сочетания прочности и пластичности (σВ×δ), определяемым как величина произведения временного сопротивления разрушению и относительного удлинения.The proposed technical solution, in comparison with the prototype, provides a complex of high performance characteristics of hot-rolled sheets, namely high strength, hardness and ductility, in addition, it allows one to simultaneously obtain a high level of strength and ductility, which is confirmed by the indicator of the combination of strength and ductility (σ B ×δ), determined by as the value of the product of temporary fracture resistance and relative elongation.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2812417C1 true RU2812417C1 (en) | 2024-01-30 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2524970A1 (en) * | 2011-05-18 | 2012-11-21 | ThyssenKrupp Steel Europe AG | Extremely stable steel flat product and method for its production |
| RU2680042C2 (en) * | 2014-07-03 | 2019-02-14 | Арселормиттал | Method of manufacturing high-strength steel sheet with improved strength, plasticity and formability |
| RU2686729C2 (en) * | 2014-07-03 | 2019-04-30 | Арселормиттал | Method of producing high-strength steel sheet with coating, having high strength, ductility and moldability |
| RU2687284C2 (en) * | 2014-07-03 | 2019-05-13 | Арселормиттал | Method of producing high-strength steel sheet with coating, having improved strength and ductility, and obtained sheet |
| RU2716920C2 (en) * | 2015-12-21 | 2020-03-17 | Арселормиттал | Method of producing sheet steel, characterized by improved strength, ductility and formability |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2524970A1 (en) * | 2011-05-18 | 2012-11-21 | ThyssenKrupp Steel Europe AG | Extremely stable steel flat product and method for its production |
| RU2680042C2 (en) * | 2014-07-03 | 2019-02-14 | Арселормиттал | Method of manufacturing high-strength steel sheet with improved strength, plasticity and formability |
| RU2686729C2 (en) * | 2014-07-03 | 2019-04-30 | Арселормиттал | Method of producing high-strength steel sheet with coating, having high strength, ductility and moldability |
| RU2687284C2 (en) * | 2014-07-03 | 2019-05-13 | Арселормиттал | Method of producing high-strength steel sheet with coating, having improved strength and ductility, and obtained sheet |
| RU2716920C2 (en) * | 2015-12-21 | 2020-03-17 | Арселормиттал | Method of producing sheet steel, characterized by improved strength, ductility and formability |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110088342B (en) | High-strength cold-rolled steel sheet having high formability and method for producing same | |
| KR102470965B1 (en) | Steel sheet having excellent toughness, ductility and strength, and manufacturing method thereof | |
| JP6306711B2 (en) | Martensitic steel with delayed fracture resistance and manufacturing method | |
| JP6108046B1 (en) | High-strength cold-rolled steel sheet, high-strength hot-dip galvanized steel sheet, and high-strength galvannealed steel sheet | |
| RU2757020C1 (en) | Cold-rolled and heat-treated sheet steel and method for manufacture thereof | |
| US8926768B2 (en) | High-strength and high-ductility steel for spring, method for producing same, and spring | |
| US20230141152A1 (en) | Cold rolled heat treated steel sheet and a method of manufacturing thereof | |
| KR20180099867A (en) | High strength steel sheet and manufacturing method thereof | |
| WO2012105126A1 (en) | High-strength cold-rolled steel sheet having excellent processability and high yield ratio, and method for producing same | |
| CN113316650B (en) | High-strength steel strip | |
| CN111771009A (en) | Automobile steel and manufacturing method thereof | |
| WO2021089851A1 (en) | Medium manganese steel product and method of manufacturing the same | |
| JP2022501510A (en) | High-strength cold-rolled steel sheet with high hole expansion property, high-strength hot-dip galvanized steel sheet, and manufacturing method thereof | |
| US11261503B2 (en) | Method for producing a flat steel product made of a manganese-containing steel, and such a flat steel product | |
| CN113840930A (en) | Cold rolled and coated steel sheet and method for manufacturing the same | |
| WO2021123880A1 (en) | Cold-rolled and annealed steel sheet and manufacturing method | |
| JP7020594B2 (en) | Steel sheets, members and their manufacturing methods | |
| JP7006849B1 (en) | Steel sheets, members and their manufacturing methods | |
| RU2812417C1 (en) | Method for producing high-strength steel sheet | |
| RU2813066C1 (en) | Method for producing high-strength steel sheet | |
| RU2813064C1 (en) | Method for producing high-strength steel sheet | |
| RU2813069C1 (en) | Method for producing high-strength steel sheet | |
| JP2022535255A (en) | Cold-rolled and coated steel sheet and method for producing same | |
| KR20230016218A (en) | Heat-treated cold-rolled steel sheet and its manufacturing method | |
| RU2800436C1 (en) | Method for manufacturing a billet for a cutting blade tool for agricultural excavation equipment from high-strength steel |