УДК 669.14.018.262:544.11
^Р^ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина» - 70 лет
АВТОЛИСТОВЫЕ СТАЛИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
ДЛЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ
И ПОВЫШЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ
© Родионова Ирина Гавриловна, д-р техн. наук; Углов Владимир Александрович, канд. техн. наук; Зайцев Александр Иванович, д-р физ.-мат. наук, проф.
ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина».
Россия, Москва. E-мail: cpmc@yandex.ru
Протасов Анатолий Всеволодович, канд. техн. наук
ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ им. академика А.И.Целикова». Россия, Москва. E-mail: protasov@vniimetmash.ru Мишнев Петр Александрович, канд. техн. наук; Адигамов Руслан Рафкатович, канд. техн. наук; Павлов Сергей Игоревич
ЧерМК ОАО «Северсталь». Россия, г. Череповец
Ласьков Сергей Алексеевич; Николаев Олег Анатольевич
ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Россия, г. Магнитогорск
Кирюшин Александр Анатольевич; Тихонов Аркадий Константинович, д-р техн. наук, проф. ОАО «АВТОВАЗ». Россия, г. Тольятти Рябчиков Виктор Георгиевич
ОАО «КАМАЗ». Россия, г. Набережные Челны Статья поступила 06.03.2014 г.
Быстрое развитие мирового автомобилестроения, отставание до начала XXI в. качества и сортамента отечественных автолистовых сталей от мирового уровня определили актуальность проведения данной работы. На отечественных металлургических предприятиях освоено производство более 30 новых марок автолистовых сталей нового поколения. Техническое перевооружение предприятий, использование оригинальных научных подходов, основанных на управлении выделениями неметаллических избыточных фаз, состоянием твердого раствора и границ зерен, формами присутствия примесей, позволили разработать высокоэффективные ресурсосберегающие технологии, обеспечивающие наиболее высокий комплекс свойств при минимальных затратах.
Ключевые слова: автолистовые стали нового поколения; разработка технологии производства; низкоуглеродистые и сверхнизко-углеродистые стали; микролегированные стали повышенной прочности (СПП); выделения неметаллических избыточных фаз; состояние твердого раствора, границ зерен; формы присутствия примесей.
Быстрое развитие мирового автомобилестроения, отставание до начала XXI в. качества и сортамента отечественных автолистовых сталей от мирового уровня потребовало разработки технологий и освоения производства на отечественных металлургических комбинатах высококачественных экономичных автолистовых сталей нового поколения. Это относится и к высокоштампуемым сталям, предназначен-2 ным для глубокой вытяжки, используемым для лицевых деталей автомобиля (холоднокатаных ™ высоких категорий вытяжки, в том числе го-рячеоцинкованных), и к сталям повышенной £ прочности (СПП), используемым как для ком-< понентов безопасности, так и для снижения г массы автомобиля.
Основной причиной отставания качества и сортамента автолистовых сталей отечественного производства в указанный период от мирового уровня были ограниченные возможности металлургических технологий из-за отсутствия установок вакуумирования стали (УВС) для получения сверхнизкого содержания углерода, современных агрегатов непрерывного горячего цинкования и другого оборудования. Кроме того, было ослаблено взаимодействие металлургических предприятий с научно-исследовательскими институтами. Тем не менее анализ мирового опыта производства современных автолистовых сталей и проведение серии научных исследований по разработке новых сталей позволили выявить резервы для повышения качества и снижения затрат на произ-
водство, которые были учтены при освоении производства таких сталей в России.
В 90-е годы XX в. отечественные металлургические комбинаты начали техническое перевооружение, модернизацию производства на самом высоком современном уровне, эти работы были продолжены в начале 2000-х годов и выполняются в настоящее время [1, 2]. В указанный период было проведено техническое перевооружение и автомобильных заводов, направленное на возможность эффективной переработки автолистовых сталей нового поколения.
Проведение модернизации явилось необходимым, но недостаточным условием освоения производства автолистовых сталей нового поколения, так как в качестве основной была поставлена задача - превзойти лучшие зарубежные аналоги по пластичности и стабильности прочностных свойств, а также по технико-экономическим показателям. Для этого потребовались выбор наиболее экономичных систем легирования, разработка технологий, обеспечивающих высокий уровень свойств даже при повышенном содержании в стали примесей, а также максимальное энерго- и ресурсосбережение.
Решение проблемы основывалось на разработке и использовании подходов, позволяющих получить необходимое структурное состояние и свойства стали путем управления выделениями неметаллических избыточных фаз, состоянием твердого раствора, границ зерен, формами присутствия примесей на разных стадиях производства и переработки металлопродукции. При этом был использован комплекс методов теоретических и экспериментальных исследований, включающий термодинамический анализ областей существования избыточных фаз [3], металлографическое и электронно-микроскопическое исследование микроструктуры стали с использованием методов микрорентгеноспектрального анализа состава неметаллических включений, определение содержания примесей внедрения в твердом растворе методом внутреннего трения, рентгено-структурный анализ, исследование кинетики сегрегирования примесей на границах зерен [4-7], механические испытания, лабораторное моделирование режимов прокатки и рекристаллизаци-онного отжига, дилатометрическое исследование фазовых а^у- и у^-а-превращений.
Ниже представлены результаты использования указанных научных подходов для разработки
* В работе принимали участие В.Я.Тишков, С.В.Жиленко, О.В.Долгих.
технологий и освоения производства некоторых видов автолистовых сталей нового поколения.
Разработка научных основ и технологических принципов повышения показателей штампуемости холоднокатаных низкоуглеродистых автолистовых сталей. Еще в 90-е годы благодаря техническому перевооружению отечественных металлургических предприятий стало возможным производство холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали типа 08Ю 1 группы отделки поверхности, высоких категорий вытяжки, достигаемых после отжига в кол-паковых печах, в частности, благодаря снижению содержания в стали серы и азота.
В то же время в первом десятилетии XXI в. в отдельные периоды стали возникать проблемы, связанные с резким снижением показателей штампуемости отдельных партий проката, в частности, с получением более высокого предела текучести и более низкого относительного удлинения, чем требуемые для стали высших категорий вытяжки ВОСВ и ВОСВ-Т.
Исследования показали, что снижение содержания серы в стали менее 0,015%, а азота менее 0,003% при неизменных значениях содержания остальных элементов и технологических параметров изменяет условия образования, количество и морфологию выделений избыточных фаз - МиБ, АШ, что приводит, в частности, к недопустимому для рассматриваемых сталей измельчению зерна [8, 9].
На основе проведенных исследований закономерностей формирования частиц в зависимости от содержания в стали серы и азота скорректированы технологические параметры, что позволило не только предупредить снижение комплекса свойств, но и обеспечить его существенное повышение. Так, одна из рекомендаций по оптимизации морфологии частиц нитрида алюминия (минимизации его выделения в виде субмикронных частиц в горячекатаном подкате с целью его выделения в виде наноразмерных частиц в процессе отжига на начальных стадиях рекристаллизации) заключалась в уменьшении времени между окончанием прокатки и началом ускоренного охлаждения*. Это стало возможным на ЧерМК ОАО «Северсталь» благодаря реконструкции ламинарной ^ установки на стане 2000 - введению двух дополнительных секций первого участка в мае 2005 г. ^ Другие рекомендации касались корректировки оптимальных значений отношения А1/Ы: для ста- £
174 172 170 168
С
S 166
164 162 160 158
0 1 2 3 4 5 Группы по [Cr+Ni+Cu]
Группы по [Cr+Ni+Cu], %: 0 - [Cr+Ni+Cu] <0,04; 1 - 0,04 < [Cr+Ni+Cu] <0,06; 2 - 0,06 < [Cr+Ni+Cu] <0,08; 3 - 0,08 < [Cr+Ni+Cu] <0,1; 4 — 0,1 < [Cr+Ni+Cu] <0,12; 5 — 0,12 < [Cr+Ni+Cu]
600 550 -
210 200 190
с 180
С
170
о
160 150 140 130
0,001 0,002 0,003 0,004
V, %
Рис. 1. Зависимость предела текучести стали 08Ю:
а - от суммарного содержания Сг+№+Си; б - от содержания ванадия
ли с содержанием азота 0,003% и менее - 10-18, при содержании азота 0,004-0,006% - 6-10; снижения обжатий при прокатке в последних клетях непрерывного широкополосного стана НШС 2000.
Для улучшения морфологии частиц МпБ в стали с низким содержанием серы рекомендованы повышение температур прокатки в черновой группе клетей (Т5 не менее 1100 °С), использование теплозащитных экранов (энкопанелей) и другие технологические приемы.
В отличие от серы и азота содержание в сталях многих других примесей в последние годы возрастает (из-за увеличения доли металлолома, загрязненного такими примесями), что при неизменных технологических параметрах может приводить к снижению штампуемости. Особенно это относится к хрому, никелю и меди, а также ванадию (рис. 1).
Однако повышение требований к чистоте шихты по указанным примесям неизбежно при-
и
\ 500 -
Й 450 -
400 -
350 -
300
20
40 60 Время, мин
80
100
0,0004-
0Н—|—\—|——|—51—|—|—|—|—|—|—|—^—г1—!—|—т 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Температура, °С
Рис. 2. С-образные диаграммы сегрегирования углерода по границам зерен стали 08Ю (а) и температурные зависимости равновесных мольных долей избыточных фаз в сталях с 0,001 и 0,005% V (б)
ведет к повышению затрат на производство, что неприемлемо для продукции массового назначения. В связи с этим с 2007 по 2011 гг. были выполнены работы по оптимизации параметров производства стали 08Ю производства ОАО «Северсталь» в зависимости от содержания примесей [10-12].
Показано, что кроме кремния и фосфора, содержание которых необходимо ограничивать из-за твердорас
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.