CC BY
9
Металлургия и материаловедение
ОПТИМИЗАЦИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБРАБОТКИ ГОРЯЧЕОЦИНКОВАННОГО ПРОКАТА C КЛАССОМ ПРОЧНОСТИ 380 МПа Бахтин Алексей Сергеевич, инженер (e-mail: bahtin_as@nlmk.com) ПАО «НЛМК», г. Липецк, Россия Белоусов Владислав Александрович, к.ф.-м.н., нач. отдела (e-mail: belousov_va@nlmk.com) ПАО «НЛМК», г. Липецк, Россия Копылов Дмитрий Викторович, рук. группы (e-mail: kopylov dv@nlmk.com) ПАО «НЛМК», г. Липецк, Россия Цыганов Алексей Игоревич, инженер (e-mail: tsyganov_ai2@nlmk.com) ПАО «НЛМК», г. Липецк, Россия
В статье рассмотрены результаты анализа двух технологий производства высокопрочного горячеоцинкованного проката с классом прочности 380 МПа. Исследованы микроструктура стальной основы и механические свойства готовой продукции в зависимости от используемого химического состава и технологических режимов производства. Обоснована принципиальная возможность снижения себестоимости готовой продукции за счет исключения микролегирования ванадием и ниобием.
Ключевые слова: горячеоцинкованный прокат, механические свойства, стальная основа, микроструктура, высокопрочная низколегированная сталь, конструкционная углеродистая сталь.
Современное автомобилестроение предъявляет очень высокие требования к качеству металла. Каждая металлическая панель должна обладать особенными свойствами. Это связано как с требованиями надежности автомобиля (пассивная безопасность кузова в случае аварии, а также, его стойкость к коррозии), так и с вопросами экологии (чем легче автомобиль, тем меньше топлива он потребляет). Одним из вариантов решения данной проблемы является использование высокопрочного проката, в том числе, с цинковым покрытием [1,2].
В данной работе рассмотрен высокопрочный горячеоцинкованный прокат с классом прочности 380 МПа. Обычно данная сталь используется автопроизводителями для изготовления компонентов кузова, элементов подвески и шасси. В связи с тем, что данные стали обладают высоким пределом текучести, они хорошо подходят для холодного деформирования. Данный прокат также применяют для изготовления корпусов и элементов
днища автомобиля, где необходима высокая прочность, повышающая срок эксплуатации [3,4].
В рамках выявления оптимальной микроструктуры готовой продукции горячеоцинкованного проката с вышеуказанным классом прочности в ПАО «НЛМК» были проанализированы две технологические схемы производства. Типичный химический состав анализируемых плавок представлен в таблице 1.
Таблица 1 - Химический состав сталей
Вариант производства Содержание элементов, мас. %
С Мп № V
1 < 0,080 < 0,90 < 0,015 < 0,015
2 < 0,012 < 0,60 < 0,010 < 0,010
Обе технологии имеют принципиально одинаковую схему производства:
- выплавка в конвертере, внепечная обработка и разливка в слябы;
- горячая прокатка на непрерывном широкополосном стане НШС 2000 с различной температурой смотки;
- солянокислотное травление в линии НТА;
- холодная прокатка на 5-клетевом стане холодной прокатки 2030 с различной степенью обжатий 59 % для первого варианта химического состава и ~ 66 % для второго);
- термическая обработка с разной температурой выдержки, горячее цинкование и дрессировка в линии АНГЦ.
Типичная микроструктура готовой продукции, произведённой по двум технологиям, представлена в таблице 2 и на рис. 1-4. Необходимо отметить, что в случае использования микролегирования ванадием и ниобием (1 вариант) отмечается больший размер зерна (7,5-7,8 мкм против 6,1-6,4 мкм) и меньшая вытянутость ферритных зерен (коэффициент вытянутости 1,40-1,42 против 1,50-1,55).
Таблица 2 - Микроструктура готовой продукции
Вариант производства Углеродосодержащая фаза (УСФ) Средний размер зерна феррита Бер, мкм Коэффициент вытянутости Квыт
1 Перлит + цементит 7,5-7,8 1,40-1,42
2 Структурно-свободный цементит 6,1-6,4 1,50-1,55
Л*1—'
Рис. 1. Микроструктура готовой продукции (1 вариант производства)
Г* Г , }
Рис. 2. Микроструктура готовой продукции (2 вариант производства)
Рис. 3. УСФ готовой продукции (1 вариант производства)
Рис. 4. УСФ готовой продукции (2 вариант производства)
Так как у высокопрочного оцинкованного проката, используемого в автомобильной промышленности, нормируются требования к пределу текучести при растяжении ^р0,2), пределу прочности при растяжении и относительному удлинению при разрыве A80, то для информативности распределения данных показателей представлены на рис. 5-7.
Как видно из представленных выше распределений, при использовании 1 варианта производства наблюдается более высокий комплекс показателей прочности и пластичности. Это обусловлено наличием Т с МЫЪ, что способствует измельчению зерна, а также протеканию процесса дисперсионного твердения. Однако, стоит отметить, что за счет указанных легирующих элементов, увеличивается себестоимость готовой продукции по причине дороговизны ферросплавов (БеУ и БеМЬ).
При использовании второго варианта был достигнуты более оптимальные пластические характеристики и показатели штампуемости. Это вызвано снижением эффективности дисперсионного твердения (исключение микролегирования ванадием и ниобием) и уменьшением размера зерна феррита. Данных результатов удалось достичь за счет более высокого со-
держания углерода, а также применения более оптимального режима горячей прокатки (более низкая температура смотки), повышенных степеней обжатий при холодной прокатке и низкой температуры выдержки при отжиге в линии АНГЦ.
Рис. 5. Распределение предела текучести при растяжении
Рис. 6. Распределение предела прочности при растяжении
Рис. 7. Распределение относительного удлинения
Заключение
Исходя из вышеописанной информации, для производства высокопрочного оцинкованного проката с классом прочности 380 МПа наиболее целесообразно исключить микролегирование V и МЬ. В данном случае необходимый уровень механических свойств можно получить за счет оптимизации процессов, протекающих в прокатном производстве (режим холодной и горячей прокатки, температуры отжига в линии АНГЦ). При использовании данного варианта производства себестоимость готовой продукции будет значительно ниже (исключение микролегирования V и МЬ, а также снижением концентрации Мп при выплавке стали), также будет получен более оптимальный уровень пластических характеристик и показателей штампуемости.
Список литературы
1. Беняковский М.А. Автомобильная сталь и тонкий лист. / М.А. Беняковский, В. А. Масленников. - Челябинск: Издательский дом Череповец, 2007. - 636 с.
2. Парамонов В. А. Производство автомобильного листа с покрытиями / В. А. Парамонов, В.В. Левенков // Современные достижения в металлургии и технологии производства сталей для автомобильной промышленности: труды межд. семинара. - М., 2004. - С. 226.-229.
3. Mushenborn W. Coated steel sheet - facing automotive challenges / W. Mushenborn, M. Steinhorts // Современные достижения в металлургии и технологии производства сталей для автомобильной промышленности: труды межд. семинара. - М., 2004. - С. 206.-225.
4. B.K. Show, R. Veerababu, R. Balamuralikrishnan, G. Malakondaiah. Effect of vanadium and titanium modification on the microstructure and mechanical properties of a microalloyed HSLA steel. Materials science and engineering: a, Defence Metallurgical Research Laboratory, 2010.
Bakhtin Alexey Sergeevich, Engineer of coating technologies group, JSM NLMK, Lipetsk, Russia
Belousov Vladislav Aleksandrovich, Cand. Physico-Mathematical Sci. JSM NLMK, Lipetsk, Russia
Kopylov Dmitry Viktorovich, Head of coating technologies group JSM NLMK, Lipetsk, Russia
Tsyganov Alexey Igorevich, Engineer of coating technologies group, JSM NLMK, Lipetsk, Russia
OPTIMIZATION OF CHEMICAL COMPOSITION AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF TREATMENT OF HOT-DIP-GALVANIZED STEEL WITH A STRENGTH CLASS OF 380 MPA
Abstract. This study contains the analysis results of two production technologies of hot-dip galvanized steel with high proof strength grade HX300LAD. Steel sheet microstructure and mechanical properties of finished product were researched depending on chemical composition and process parameters. The possibility to reduce the production cost of finished product by removal of vanadium and niobium microalloying (by structural steel using) is justified. Key words: hot-dip galvanized steel, mechanical properties, microstructure, HSLA-steel, structural steel.
