На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ Виктор Валентинович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОГО ЛИСТА ИЗ НОВОЙ ВЫСОКОПРОЧНОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ СТАЛИ С ПОВЫШЕННОЙ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТЬЮ Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Череповец 2008

Работа выполнена на Череповецком металлургическом комбинате ОАО Северсталь.

Научный консультант: - доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники РФ Гарбер Эдуард Александрович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники РФ Чиченев Николай Алексеевич - кандидат технических наук Чащин Валерий Васильевич

Ведущая организация: АКХ ВНИИМЕТМАШ им. академика А.И. Целикова

Защита диссертации состоится 22.10.2008 года в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 002.060.02 при Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук по адресу: 117334, г. Москва, Ленинский пр., дом 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук Автореферат разослан л_2008 г.

Справки по телефону: (495) 135-96-29

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Шелест А.Е.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Концепция современного автомобиля предусматривает существенное повышение безопасности его эксплуатации и снижение расходов на его изготовление и обслуживание. Успешная реализация этой концепции во многом зависит от применения высококачественных автомобильных сталей, обладающих высокой прочностью, сочетающейся с хорошей штампуемостью и коррозионной стойкостью. Эти свойства определяются химическим составом стали и технологией изготовления из неё листовой продукции, принятых на предприятиях черной металлургии.

Зарубежная металлургическая промышленность предлагает большой ассортимент высокопрочных сталей с различным структурным состоянием, уровнем прочности и пластичности для применения в легковых и грузовых автомобилях.

Конкурентноспособность отечественных металлургических предприятий, выпускающих автомобильный листовой прокат, зависит от того, смогут ли они предложить потребителям автомобильную сталь не уступающую по качеству продукции зарубежных металлургов и имеющую при этом приемлемую цену.

Данная диссертационная работа направлена на решение этой задачи, что определяет её актуальность. Разработанная на Череповецком металлургическом комбинате (ЧерМК) ОАО Северсталь автомобильная сталь не уступает по качеству зарубежным аналогам, а по некоторым показателям превосходит их: она обладает повышенными характеристиками прочности и стойкости к атмосферной коррозии при сохранении высокой пластичности, при этом обладает эффектом упрочнения в процессе её термической обработки у автопроизводителя.

До настоящего времени была хорошо проработана технология получения автомобильных листов из низкоуглеродистых сталей (типа 08Ю), низкоуглеродистых сталей с твёрдорастворным упрочнением и IF сталей. Эти стали не полностью удовлетворяли возросшим требованиям автомобилестроителей по прочности и коррозионной стойкости.

Чтобы обеспечить выполнение указанных требований, в работе был исследован комплекс вопросов, включая улучшение химического состава сверхнизкоуглеродистой стали, путём дополнительного легирования фосфором и медью, усовершенствования режимов горячей прокатки, травления, холодной прокатки, рекристаллизационного отжига и дрессировки.

Исследования выполнялись с использованием теоретических методов, лабораторных и промышленных экспериментов в условиях действующего производства.

Цель работы состояла в разработке и внедрении технологии производства конкурентноспособного тонколистового проката из сверхнизкоуглеродистой стали с повышенными характеристиками прочности и коррозионной стойкости для автомобильной промышленности, обеспечивающей заданный комплекс прочностных и пластических характеристик при относительно низких производственных затратах.

Для достижения поставленной цели в работе решались, применительно к разрабатываемому виду проката, следующие задачи:

- исследование влияния легирования фосфором и медью сверхнизкоуглеродистой стали на механические и функциональные свойства холоднокатаного проката и определение химического состава, обеспечивающего заданный комплекс механических свойств и повышенную стойкость к атмосферной коррозии;

- определение режима нагрева слябов, температурных режимов горячей прокатки, смотки и охлаждения рулонов, разработка режима солянокислотного травления горячекатаных полос;

- исследование деформационного упрочнения разрабатываемой стали при холодной прокатке и адаптация упруго-пластической модели напряженно-дефомированного состояния полосы в очаге деформации с учётом установленной зависимости;

- исследование влияния положения нейтрального сечения в очаге деформации при непрерывной холодной прокатке на текстуру, показатели штампуемости и чистоту поверхности холоднокатаных полос;

- разработка режимов непрерывной холодной прокатки с заданным положением нейтральных сечений очагов деформации в клетях непрерывного стана, с целью снижения загрязненности поверхности холоднокатаных полос и обеспечения требуемого комплекса свойств готового листа;

- определение зависимости механических свойств и показателей штампуемости готовой холоднокатаной стали от суммарного обжатия при холодной прокатке, режимов рекристаллизационного отжига и дрессировки;

- определение ключевых параметров сквозной технологии прокатного передела и их эффективных значений.

Научная новизна.

1. Разработана сверхнизкоуглеродистая высокопрочная холоднокатаная листовая сталь для автомобилестроения, обладающая ВН-эффектом и повышенной коррозионной стойкостью; впервые установлены рациональные диапазоны содержания в ней фосфора 0,03Ц0,05% и меди 0,2Ц0,3%.

Новая сверхнизкоуглеродистая сталь, отличающаяся регламентированным содержанием фосфора и меди, и изделие, выполненное из нее, защищены патентом РФ № 2237101. Решением международного жюри Архимед-2005 VIII международного салона промышленной собственности разработка Сталь для глубокой вытяжки награждена золотой медалью.

2. Для анализа закономерностей пластического формоизменения в процессе холодной прокатки полос из разработанной автомобильной стали впервые применена упруго-пластическая модель напряженно-деформированного состояния полосы в очаге деформации с использованием вновь установленной для этой стали зависимости предела текучести от обжатия.

3. Впервые установлено влияние положения нейтрального сечения в очаге деформации на характеристики текстуры разработанной стали: увеличение относительной длины зоны отставания увеличивает долю компонентов текстуры стали, благоприятных для штамповки, что значительно повышает коэффициент нормальной пластической анизотропии r и показатель упрочнения n.

4. Экспериментальным путём установлено комплексное влияние положения нейтрального сечения в очаге деформации на чистоту поверхности полосы и расход энергии при холодной прокатке: увеличение зоны отставания повышает чистоту поверхности, но увеличивает расход энергии; увеличение зоны опережения вызывает противоположный эффект. Это объясняется влиянием противоположно направленных напряжений трения в очаге деформации: в зоне отставания - вперёд по ходу прокатки, в зоне опережения - в обратном направлении. Способ непрерывной прокатки тонких полос на многоклетьевом стане, включающий управление положением нейтрального сечения в очагах деформации клетей, защищён патентом РФ № 2238809.

5. Установлены количественные зависимости механических свойств и показателей штампуемости разработанной холоднокатаной стали от суммарного обжатия при холодной прокатке, режимов рекристаллизационного отжига и степени деформации при дрессировке.

Практическая значимость работы.

1. Определены ключевые параметры сквозной технологии прокатного передела и их эффективные значения при производстве разработанной стали, включая температуру нагрева слябов, температуры горячей прокатки и смотки, режим обжатий и натяжений при холодной прокатке, режимы рекристаллизационного отжига и дрессировки. Технология обеспечила получение заданного комплекса механических свойств, и показателей штампуемости листов. Способ производства холоднокатаной стали для холодной штамповки защищён патентом РФ № 2313584.

2. На основе адаптированной упруго-пластической математической модели напряженно-деформированного состояния полосы в очаге деформации предложен способ регулирования межклетевых напряжений и частных обжатий на непрерывном стане, позволяющий путём изменения соотношения протяженностей зон отставания и опережения в очаге деформации влиять на качество поверхности полосы и на энергетические затраты.

3. С использованием адаптированной упруго-пластической модели напряженно-деформированного состояния полосы в очаге деформации рассчитаны деформационные и энергосиловые параметры холодной прокатки разработанной стали с заданными положениями нейтральных сечений в очагах деформации клетей непрерывного стана. Применительно к высокопрочной сверхнизкоуглеродистой стали определены режимы деформации, обеспечивающие высокую чистоту поверхности полос и снижение энергозатрат при холодной прокатке.

Реализация и внедрение результатов работы:

1. Разработана и внедрена в условиях ЧерМК ОАО Северсталь технология производства высокопрочной сверхнизкоуглеродистой автолистовой стали, обладающей ВН-эффектом и повышенной коррозионной стойкостью;

выпущена маршрутная карта МК105-16-242-05.

Режимы горячей прокатки внедрены на стане 2000 листопрокатного цеха № 2. Режимы холодной деформации внедрены на непрерывном 5-тиклетевом стане 1700. Режимы рекристаллизационного отжига и дрессировки внедрены в цехе отделки металла производства холоднокатаного листа.

2. Выпущены технические условия ТУ14-105-738-04 на поставку нового вида продукции, получившего наименование марки 01ЮПД. Использование опытных и промышленных партий листов из стали 01ЮПД на автомобильных заводах подтвердили эффективность разработанной стали и технологии ее производства.

3. Внедрение разработанной стали и технологии ее производства обеспечивают экономический эффект в условиях ЧерМК ОАО Северсталь 5,74 млн. руб. в год.

4. Применение в автомобилестроении экономно легированной фосфором и медью сверхнизкоуглеродистой высокопрочной холоднокатаной стали обладающей ВН-эффектом и повышенной коррозионной стойкостью, вместо обычной низкоуглеродистой стали, позволило улучшить эксплуатационные характеристики автомобилей, а именно - повысить сопротивляемость вмятинам и коррозионную стойкость панелей кузова автомобиля.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: V конгрессе международного союза прокатчиков (Череповец, 2003); международной конференции IF Steels 2003 (Япония, Токио, 2003), международной конференции Association for Iron & Steel Technology 2004 (September 15-17, 2004, USA, Tennessee, Nashville); второй международной конференции по новым разработкам в металлургической технологии (Riva del Garda, Italy, 19-21 September 2004); международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию ОАО Северсталь (Череповец, 2006); международной конференции Машины, технологии, материалы (София, Болгария, 2007).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 12 научных работах и 3 патентах Российской Федерации.

Достоверность результатов и сделанных на их основе выводов обеспечивается применением корректных методов теоретического анализа процессов формоизменения металлов при их деформации, сопоставлением расчетных и измеренных значений параметров, результатами внедрения усовершенствованной технологии на промышленных агрегатах при производстве товарной продукции. Достоверность математического моделирования подтверждена сравнением с экспериментальными данными.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, библиографического списка, включающего 100 наименований, и 3 приложений. Объем работы составляет страниц, 20 рисунков, 36 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, выбрана цель работы и определены задачи исследований.

В первой главе выполнен обзор научно-технических публикаций, посвященных современной концепции развития и классификации автомобильных сталей, особенностям IF сталей с BH-эффектом, как основы для разработки продукта с улучшенными потребительскими свойствами, а также вопросам теории и технологии производства стального автолиста; выполнен анализ требований, предъявляемых к автомобильным сталям.

Вопросам теории и технологии производства холоднокатаного автомобильного листа в отечественной металлургии посвящены работы известных учёных Павлова И.М., Полухина П.И., Целикова А.И., Пименова А.Ф., Мазура В.Л., Гарбера Э.А. и других. Анализ литературных источников показал, что основными тенденциями развития современных автомобильных сталей, является применение в составе кузова и других частей автомобиля широкого сортамента сталей с высокими прочностными характеристиками, при сохранении параметров пластичности. В последнее десятилетие были разработаны и получили большое распространение новые виды проката с уникальными свойствами. Перспективными являются холоднокатаные высокопрочные IF стали, обладающие повышенной стойкостью к коррозии, что позволит заменить более дорогую оцинкованную сталь.

С одним из основных отечественных производителей автомобилей ОАО ГАЗ согласованы следующие требования к механическим свойствам холоднокатаного листа из высокопрочной коррозионностойкой стали:

0,2 =180-210 МПа; в = 300-380 МПа; 4 32% (h=0,70-1,50мм);

4 34% (h=1,51-2,00мм); r90 2,0; n90 0,20; BH2 40 МПа.