Плакированная коррозионностойкая листовая сталь для получения изделий холодной штамповкой

 

///1 Изобретение относится к металлургии, а именно к получению трехслойных листов и полос, плакированных с двух сторон коррозионно-стойкими сталями, предназначенных для получения изделия холодной штамповкой. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости при минимальном расходе легирующих элементов, обеспечение отсутствия склонности к старению при сохранении уровня пластичности и штампуемости, а также высокого качества соединения слоев. В трехслойной коррозионно-стойкой листовой стали для получения изделий холодной штамповкой, состоящей из основного слоя из низколегированной стали и плакирующих слоев из коррозионно-стойких сталей, прочность сцепления слоев не ниже прочности стали основного слоя, толщина плакирующего слоя с каждой стороны составляет от 30 мкм до 15% от общей толщины листа, а сталь основного слоя содержит, мас. %: углерод 0,003-0,08; марганец 0,10-0,80; кремний 0,10-0,80; азот 0,002-0,006; алюминий и/или титан 0,01-0,18; железо остальное, при этом отношение содержания алюминия и/или титана к содержанию азота составляет 5-25. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению трехслойных листов и полос, плакированных с двух сторон коррозионно-стойкими сталями, предназначенных для получения изделий холодной штамповкой. Основные требования, предъявляемые к указанным полосам и лентам высокое качество соединения слоев, коррозионная стойкость плакирующего слоя при минимальном расходе легирующих элементов, а также высокие характеристики пластичности и штампуемости в состоянии поставки и после вылеживания при комнатной температуре, то есть отсутствие склонности к старению.

Известна трехслойная сталь с плакирующими слоями из высоколегированных коррозионно-стойких сталей и основой из низкоуглеродистой стали, получаемая с использованием сварки взрывом. При этом прочность сцепления слоев ниже прочности основного слоя, входящего в композицию, и в процессе деформации слоев как прокаткой, так и при штамповке могут возникать расслоения.

Известны штампуемые стали с покрытием из свинца, Zn-Ni с органическими добавками, которые обладают высокой штампуемостью, но недостаточной коррозионной стойкостью. Время до появления коррозии на свинцовом покрытии составляет в среде соляного тумана 24 ч, в парах топлива 1 ч; на Zn-Ni покрытии в среде соляного тумана 48 ч; в среде топлива 4 ч.

Известна трехслойная листовая сталь из заготовок, полученных электрошлаковой наплавкой, с основным слоем из стали 10, плакированная с двух сторон слоями из коррозионно-стойкой стали аустенитного класса, характеризующаяся высокой прочностью сцепления слоев и коррозионной стойкостью. Однако низкая штампуемость этой стали глубина выдавливания сферической лунки при испытаниях по Эриксену не превышает 8 мм не позволяет использовать ее для получения моделей холодной штамповкой.

Известна плакированная коррозионно-стойкая сталь с основой из стали 08Ю, в которой толщина плакирующих слоев прямо пропорциональна их удлинениям (прототип). При этом высокая пластичность композиции достигается регулированием толщины плакирующего слоя. При использовании для плакирования высокопластичных коррозионно-стойких сталей типа 08x18Н10, увеличение толщины плакирующих слоев приводит к повышенному расходу легирующих элементов. При использовании малопластичных коррозионно-стойких сталей, например, сталей ферритного класса увеличение пластичности композиции за счет уменьшения толщины плакирующего слоя приводит к снижению коррозионной стойкости. Кроме того, сталь 08Ю без специальной корректировки химического состава, после термической обработки по режимам коррозионно-стойких сталей, применяемым для трехслойного проката, склонна к старению.

Цель изобретения повышение коррозионной стойкости при минимальном расходе легирующих элементов, обеспечение отсутствия склонности к старению при сохранении уровня пластичности и штампуемости, а также высокого качества соединения слоев.

Сущность изобретения заключается в том, что в трехслойной коррозионно-стойкой листовой стали для получения изделий холодной штамповкой, состоящей из основного слоя из низколегированной стали и плакирующих слоев из коррозионно-стойких сталей, прочность сцепления слоев не ниже прочности стали основного слоя, толщина плакирующего слоя с каждой стороны составляет 30 мкм до 15% от общей толщины листа, а сталь основного слоя содержит, мас.

Углерод 0,003-0,08 Марганец 0,10-0,80 Кремний 0,10-0,80 Азот 0,002-0,006 Алюминий и/или титан 0,01-0,18 Железо Остальное при этом отношение содержания алюминия и/или титана к содержанию азота составляет 5-25% Высокая прочность сцепления слоев, обеспечиваемая использованием для получения трехслойной заготовки способа наплавки электродами из нержавеющей стали коррозионно-стойкого плакирующего слоя на срез плакирующего слоя (по ГОСТ 10885) не ниже прочности стали основного слоя, позволяет подвергать трехслойную сталь значительной деформации без нарушения сплошности соединения слоев, в частности, получать холоднокатаную трехслойную листовую сталь толщиной 0,5 мм и менее, а также получать изделия из нее холодной штамповкой. При меньшей прочности сцепления слоев в процессе деформации терхслойной стали наблюдаются расслоения.

Ограничение значений толщины плакирующего слоя интервалом 30 мкм 15% общей толщины листа обеспечивает удовлетворительную коррозионную стойкость трехслойной стали при минимальном расходе легирующих элементов. При снижении значений толщины плакирующего слоя менее 30 мкм снижается коррозионная стойкость трехслойного проката. Увеличение толщины плакирующего слоя выше 15% толщины листа приводит к значительному расходу легирующих элементов. Кроме того, уменьшение доли основного слоя в общей толщине листа при использовании в качестве плакирующих слоев малопластичных сталей приводит к снижению характеристик пластичности и штампуемости трехслойной стали.

Ограничение содержания углерода в стали основного слоя интервалом 0,003-0,08% обеспечивает высокие характеристики пластичности и штампуемости. Снижение содержания углерода менее 0,003% не приводит к дополнительному повышению штампуемости, и следовательно, не целесообразно. Повышение содержания углерода более 0,08% снижает штампуемость трехслойной стали, а также ее коррозионную стойкость из-за диффузии углерода из основного слоя в плакирующий.

Содержание марганца и кремния в пределах 0,10-0,80% Обеспечивает формирование в стали основного слоя ферритной структуры с минимальным содержанием твердорастворным упрочнением, что положительно сказывается на штампуемости трехслойного проката. Увеличение содержания марганца и кремния более 0,80% снижает критическую скорость охлаждения, что может привести к появлению мартенсита в стали основного слоя после термической обработки, и, следовательно, снизить пластичность и штампуемость. Уменьшение содержания марганца и кремния ниже 0,10% не целесообразно, так как не приводит к дополнительному повышению штампуемости, но может привести к недостаточно полному раскислению стали.

Содержание азота в стали основного слоя от 0,002 до 0,006% обеспечивает при указанном в формуле изобретения содержании нитридообразующих элементов - алюминия и (или) титана в количестве 0,01-0,18 удовлетворительную штампуемость за счет формирования оптимальной структуры с номером ферритного зерна 6-9, а также отсутствие склонности к старению. При содержании азота более 0,006% для полного связывания его в нитриды и предупреждения склонности к старению требуется более высокое содержание нитридообразующих элементов. Большое количество мелкодисперсных нитридов в структуре низкоуглеродистой стали приводит к получению мелкого ферритного зерна и, следовательно, к снижению штапмуемости. Уменьшение содержания азота ниже 0,002% технически трудно осуществимо и экономически не целесообразно.

Уменьшение содержания алюминия и/или титана менее 0,01% приводит к получению в стали основного слоя крупнозернистой структуры с номером ферритного зерна 4-5, что приводит к снижению пластичности.

Алюминий и(или) титан, вводимые в сталь основного слоя в количестве (5-25)% N, связывая азот в нитриды, обеспечивают отсутствие склонности к старению. Содержание нитридообразующих элементов менее 5% N недостаточно для связывания азота. Увеличение содержания нитридообразующих элементов выше 25% N не требуется для связывания азота, но может привести к твердорастворному упрочнению феррита и снижению штампуемости.

Пример Трехслойные заготовки с основным слоем из низкоуглеродистой стали различного химсостава получали методом электрошлаковой наплавки заготовок основного слоя электродами из коррозионно-стойкой стали аустенитного и ферритного классов -08Х18Н10 и 08Х18ФБ. Кроме того, трехслойные заготовки композиции 08Х18Н10Т + 10 + 08Х18Н10Т получали сваркой взрывом. Толщина плакирующего слоя в заготовке составляла от 2 до 20% общей толщины заготовки.

Заготовки нагревали для горячей прокатки до температур 1200-1250^oC и прокатывали на полосу толщиной 2,0-3,0 мм. Полосы подвергали травлению для удаления окалины и холодной прокатке на конечную толщину 0,8-1,5 мм. Готовый прокат подвергали термической обработке в проходной печи, охлаждению водо-воздушной смесью и окончательному травлению для удаления окалины.

Содержание основных элементов в стали основного слоя приведено в таблице.

Прочность сцепления слоев в биметаллической заготовке оценивали по результатам испытаний на срез (ГОСТ 10885). Метод электрошлаковой наплавки при правильно подобранном режиме обеспечивал прочность сцепления слоев более 350 Н/мм², то есть не ниже прочности основного слоя 300-350 Н/мм². При использовании сварки взрывом прочность сцепления не превысила 300 Н/мм².

Прочность сцепления, а следовательно и способность к формоизменению без отслоений в готовом прокате, оценивали по результатам испытаний на изгиб на угол 180^o.

Уровень механических свойств, в том числе штампуемость, оценивали по следующим характеристикам пределу текучести, временному сопротивлению, относительному удлинению ₄, коэффициенту нормальной пластической анизотропии R, коэффициенту деформационного упрочнения n (испытание на машине Инстрон) и глубине выдавливания при испытаниях по Эриксену. Склонность к старению оценивали по изменению глубины выдавливания по Эриксену после искусственного старения при 100^oC в течение 1 ч, что примерно соответствует двум месяцам естественного старения. Условно приняли, что разрабатываемая сталь соответствует предъявляемым требованиям по штампуемости, другим механическим характеристикам и склонности к старению, если трехслойные образцы выдерживают испытания на изгиб на угол 180^o без отслоений плакирующего слоя, значения предела текучести составляют не более 350 Н/мм², отношение предела текучести к временному сопротивлению не более 0,7, относительное удлинение ₄ не менее 35% коэффициент нормальной пластической анизотропии R не менее 0,9, коэффициент деформационного упрочнения n не менее 0,16, глубина выдавливания сферической лунки при испытаниях по Эриксену h не менее 10 мм, снижение глубины выдавливания сферической лунки при искусственном старении 100^o, 1 ч. h не более 1 мм.

Коррозионную стойкость трехслойной стали оценивали по результатам испытаний в течение 100 ч в 30%-ной азотной кислоте по уменьшению массы образцов, а также результатам испытаний в камере соленого тумана (ГОСТ 9.308.85, метод I) и в среде топлива и его паров по специальной методике.

Методика проведения испытаний в среде топлива и его паров.

Для испытаний было выбрано топливо-аналог бразильского бензина состава: 78 об. неэтилированного бензина марки АИ-93 и 22 об. технического этилового спирта.

Испытания проводились по следующему циклу: 1. Выдержка образцов при 60^oС 8 ч.

2. Естественное остывание до температуры окружающей среды 16 ч.

3. Повторение п.п.1 и 2.

4. В течение 2 сут выдержка образцов при температуре окружающей среды.

Условились коррозионную стойкость трехслойной стали считать удовлетворительной, если скорость коррозии в 30%-ной HNO₃ составляет не более 0,5 мм/год, а при испытаниях в соленом тумане и в среде топлива и его паров через 1000 ч коррозия отсутствует. При этом расход коррозионно-стойкой стали на единицу металлопродукции должен быть не более 30%

Формула изобретения

Плакированная коррозионностойкая листовая сталь для получения изделий холодной штамповкой, состоящая из основного слоя из низколегированной стали и плакирующих слоев из коррозионностойких сталей, отличающаяся тем, что прочность сцепления слоев не ниже прочности стали основного слоя, толщина плакирующего слоя с каждой стороны составляет от 30 мкм до 15% от общей толщины листа, а сталь основного слоя содержит, мас.

Углерод 0,003 0,08
Марганец 0,1 0,8
Кремний 0,1 0,8
Азот 0,002 0,006
Алюминий и/или титан 0,01 0,18
Железо Остальное
при этом отношение содержания алюминия и/или титана к содержанию азота составляет 5 25.

РИСУНКИ

Рисунок 1