CC BY
25
Металлургия и материаловедение
УДК 621.78-977
КОРРЕКТИРОВКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
ВЫСОКОПРОЧНОГО ГОРЯЧЕОЦИНКОВАННОГО ПРОКАТА
МАРКИ СТАЛИ S420GD Бахтин Алексей Сергеевич, аспирант (e-mail: [email protected]) Липецкий государственный технический университет, г. Липецк, Россия Белоусов Владислав Александрович, к.ф.-м.н., нач. отдела (e-mail: [email protected]) ПАО «НЛМК», г. Липецк, Россия Копылов Дмитрий Викторович, рук. группы (e-mail: [email protected]) ПАО «НЛМК», г.Липецк, Россия
Статья посвящена анализу двух технологий производства высокопрочного горячеоцинкованного проката марки стали S420GD (по EN 10346:2015). Исследованы микроструктура стальной основы и механические свойства готовой продукции в зависимости от технологической схемы производства основы оцинкованного проката. Обоснована принципиальная возможность производства марки S420GD с улучшением механических свойств и снижением себестоимости продукции. Показано, что использование горячекатаного подката позволяет получить более стабильный уровень механических свойств.
Ключевые слова: горячеоцинкованный прокат, микроструктура, механические свойства, стальная основа.
Одним из самых важных требований к высокопрочному горячеоцинко-ванному прокату является обеспечение требуемых механических свойств в узких пределах. Данные свойства в основном определяются химическим составом, режимами обработки и параметрами микроструктуры стальной основы. Целью работы являлась оптимизация данных характеристик для получения более высоких прочностных показателей [1-3].
В ПАО «НЛМК» уже существовала технология для производства горячеоцинкованного проката марки S420GD (EN 10346:2015) по следующей схеме: выплавка в конверторе низколегированной низкоуглеродистой стали, горячая прокатка на толщины 3,2 - 3,5 мм, травление, холодная прокатка на конечную толщину 1,5 - 2,0 мм, отжиг и нанесение цинкового покрытия на агрегате непрерывного горячего цинкования (АНГЦ).
Недостатком данной технологии являлся нестабильный уровень механических характеристик готовой продукции. Типичная микроструктура стали
(феррит, углеродосодержащая фаза (УСФ)), производимой по вышеописанной схеме, приведена на рис.1-2.
Рис. 1. Микроструктура стальной Рис. 2. УСФ стальной основы основы 84200Б 84200Б
(существующая технология) (существующая технология)
Структура представлена мелкозернистым ферритом, перлитом и структурно-свободным цементитом нулевого балла. В результате проведённого анализа было обнаружено от 0 до 50 % нерекристаллизованных зерен феррита (размером Бср = 4,6-7,6 мкм с коэффициентом вытянутости Квыт = 1,05-1,65). На отдельных партиях металла при наличии нерекри-сталлизованных зерен отмечаются отклонения от требуемых механических свойств - низкие значения относительного удлинения. При полностью рек-ристаллизованой структуре отмечается получение заниженных показателей предела текучести и прочности. Путем подбора температурно-скоростных параметров обработки в линии АНГЦ не удавалось достичь постоянного соответствия всех механических свойств требованиям для данной марки оцинкованного проката.
В связи с повышенным спросом на высокопрочный оцинкованный прокат была разработана новая схема производства марки стали 84200Б: выплавка низколегированной низкоуглеродистой стали в конверторе, горячая прокатка на конечные толщины 1,5 - 2,5 мм, травление, отжиг и нанесение цинкового покрытия на АНГЦ.
Целью данной технологии было получить более стабильный уровень механических свойств в совокупности со снижением энергозатрат на производство данной марки стали, вызванное корректировкой химического состава (исключение микролегирования титаном и снижение содержания ниобия) и исключением из цикла производства одного технологического передела.
Микролегирование титаном и ниобием приводит к повышению температуры рекристаллизации, при этом их наличие необходимо для повышения
уровня прочностных свойств. В случае использования холоднокатаной основы микролегирование может приводить к получению нерекристаллизо-ванной структуры. Степень холодной деформации при холодной прокатке при существующей технологии составляет ~50 %, что является недостаточным для получения мелкого зерна феррита, обеспечивающего высокий уровень прочностных свойств, при последующей термической обработке в линии АНГЦ.
Данных недостатков лишена предлагаемая технологическая схема производства с использованием горячекатаной основы. Микролегирование ниобием, протекание динамической рекристаллизации при горячей прокатке, выдержка полосы при высокой температуре в смотанном рулоне обеспечивают получение полностью рекристаллизованной мелкозернистой структуры с высоким уровнем механических свойств.
Типичная микроструктура готовой стали с использованием в качестве основы горячекатаного проката представлена на рис. 3-4.
Рис. 3. Микроструктура стальной Рис. 4. УСФ стальной основы основы Б4200Б Б4200Б (предложенная техноло-
(предложенная технология) гия)
По итогам реализации предложенной технологии получена полностью рекристаллизованная структура, представленная мелкими ферритными зернами (размером Бср = 3,1-3,5 мкм, Квыт = 1,25-1,37) и мелкодисперсными выделениями перлита.
Анализируя две рассматриваемые технологические схемы, необходимо отметить, что в случае использования предложенной горячекатаной основы наблюдается более мелкозернистая структура, полученная при высоких температурах на стадии горячей прокатки, размер которой незначительно увеличился после отжига, при этом нерекристаллизованные зерна в структуре отсутствуют. В случае использования холоднокатаной основы из деформированной структуры при обработке в АНГЦ не удавалось достичь аналогичных размеров зерен - наблюдались либо крупный размер зерна, либо частично нерекристаллизованная структура.
К горячеоцинкованной марке стали Б4200В предъявляются требования к пределу текучести при растяжении (Яр02), пределу прочности при растя-
жении (Ят) и относительному удлинению при разрыве А80. В качестве сравнения на рис. 5-7 приведены распределения данных показателей для двух технологических схем производства - действовавшей ранее и предложенной. Пунктирной линией указано минимальное значение для механических свойств для сталей марок Б4200В и Б4500В по стандарту БК 10346:2015.
Рис. 5. Распределение предела текучести при растяжении в зависимости от технологической схемы
580
560
540
5 520
5 500
34500Б
480
34200Б
Холоднокатаная основа
Горячекатаная основа
Рис. 6. Распределение предела прочности при растяжении в зависимости от технологической схемы
Рис. 7. Распределение предела прочности при растяжении в зависимости от технологической схемы
Как видно из представленных выше распределений, горячеоцинкован-ный прокат с горячекатаной основой имеет более стабильные показатели механических свойств и полностью соответствует по требованиям не только для марки S420GD, но и для более высокой (с более высокими прочностными свойствами) марки S450GD. Это обусловлено особенностями микроструктуры, получаемой по предложенной технологии, - мелкозернистой, полностью рекристаллизованной.
Заключение
Изменение технологической схемы производства привело к изменению микроструктуры, что позволило добиться требуемого уровня механических свойств. Также стоит отметить, что данная технология снижает себестоимость готовой продукции за счет корректировки химического состава (исключение микролегирования титаном и снижение содержания ниобия) и исключения из цикла производства одного технологического передела.
Список литературы
1. Беняковский М.А., Д.Л. Гринберг Производство оцинкованного листа. - М: Металлургия, 1973. - 256 с.
2. Хайстеркамп Ф., Хулка К., Матросов Ю.И., Морозов Ю.Д., Эфрон Л.И., Столяров В.И., Чевская О.Н. Ниобийсодержащие низколегированные стали. - М: Интермет Инжиниринг, 1999. - 94 с.
3. Проскуркин Е.В., Попович В.А., Мороз А.Т. Цинкование: Справочник -М: Металлургия, 1988. - 528 с.
Bakhtin Alexey Sergeevich, graduate student
Lipetsk State Technical University, 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
CHANGE OF TECHNOLOGY OF MANUFACTURE OF HIGH-STRENGTH HOT-DIP GALVANIZED STEEL GRADE S420GD
Abstract. The article is addressing the analysis of two technologies for the production of high-strength hot-dip galvanized steel grade S420GD (acc. to EN 10346: 2015). The microstructure of steel substrate and mechanical properties of finished products are investigated in the context of process routes for the production of steel substrates for zinc coating. The paper substantiates the fundamental possibility ofproducing S420GD grade with improved mechanical properties and reduced production costs. It is demonstrated that the use of hot-rolled substrate for galvanizing provides for better stability of mechanical properties. Keywords: hot-dip galvanized steel, microstructure, mechanical properties, steel substrate.
