RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 185228 (21) Numer zgłoszenia: 331212 ( 13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 04.07.1997 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: 04.07.1997, PCT/EP97/03541 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: 22.01.1998, WO98/02589, PCT Gazette nr 03/98 (51) IntCl7 B23P 17/00 C21D 8/02 C22C 38/04 Opis patentowy przedrukowano ze względu na zauważone błędy (54) Stalowa blacha walcowana na gorąco i sposób jej wytwarzania (30) Pierwszeństwo: 12.07.1996,DE,19628135.0 09.05.1997, DE,19719546.6 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 05.07.1999 BUP 14/99 (73) Uprawniony z patentu: THYSSEN STAHL AG, Duisburg, DE (72) Twórcy wynalazku: Manfred Espenhahn, Essen, DE Thomas Heller, Duisburg, DE Jürgen Esdohr, Alpen, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2003 WUP 04/03 (74) Pełnomocnik: Grabowska Małgorzata, SULIMA*GRABOWSKA*SIERZPUTOWSKA, Biuro Patentów i Znaków Towarowych s.c. PL 185228 B1 (57) 1. Blacha walcowana na gorąco o grubości poniżej 5 mm, zwłaszcza poniżej 2 mm, ze stali zawierającej (w % wag.) 0,12-0,25% węgla, 1,20-2,0% manganu, jako resztę żelazo wraz z nieuniknionymi zanieczyszczeniami, w tym do 0,015% fosforu i do 0,003% siarki, znamienna tym, że stal zawiera (w % wag.) 0,02-0,05% glinu, poniżej 0,07% krzemu i ma strukturę martenzytyczną z mniejszym niż 5% udziałem innych cząstek strukturalnych łącznie. 6. Sposób wytwarzania blachy walcowanej na gorąco o grubości poniżej 5 mm, zwłaszcza poniżej 2 mm, ze stali o składzie według zastrz. 1-5 i o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 800, znamienny tym, że wlewek nagrzewa się do 1000-1300, w temperaturze 950-1150 walcuje się wstępnie i w temperaturze walcowania końcowego powyżej Ar3 walcuje się, przy czym tak wytworzoną blachę walcowaną na gorąco ochładza się do temperatury zwijania wynoszącej od 20 do temperatury początku przemiany martenzytycznej oraz zwija się, przy czym osiąga się strukturę martenzytyczną w ponad 95%.
Stalowa blacha walcowana na gorąco i sposób jej wytwarzania 1. Blacha walcowana na gorąco o grubości poniżej 5 mm, zwłaszcza poniżej 2 mm, ze stali zawierającej (w % wag.) 0,12-0,25% węgla, 1,20-2,0% manganu, jako resztę żelazo wraz z nieuniknionymi zanieczyszczeniami, w tym do 0,015% fosforu i do 0,003% siarki, znamienna tym, że stal zawiera (w % wag.) 0,02-0,05% glinu, poniżej 0,07% krzemu i ma strukturę martenzytyczną z mniejszym niż 5% udziałem innych cząstek strukturalnych łącznie. 2. Blacha walcowana na gorąco według zastrz. 1, znamienna tym, że stal zawiera dodatkowo do wyboru co najmniej jeden z następujących pierwiastków (w % wag.): do 1,0% chromu, do 0,1% miedzi, do 0,5% molibdenu, do 0,1% niklu, do 0,009% azotu. 3. Blacha walcowana na gorąco według zastrz. 2, znamienna zawartością chromu 0,5-0,6 i azotu 0,005-0,009%. 4. Blacha walcowana na gorąco według zastrz. 2, znamienna tym, że zawiera tytan w ilości niezbędnej do stechiometrycznego związania (Ti = 3,4% N) zawartego w stali azotu, oraz do 0,0025% B. 5. Blacha walcowana na gorąco według zastrz. 1, znamienna tym, że zawartość krzemu jest ograniczona do poniżej 0,04% krzemu. 6. Sposób wytwarzania blachy walcowanej na gorąco o grubości poniżej 5 m m, zwłaszcza poniżej 2 mm, ze stali o składzie według zastrz. 1-5 i o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 800, znamienny tym, że wlewek nagrzewa się do 1000-1300, w temperaturze 950-1150 walcuje się wstępnie i w temperaturze walcowania końcowego powyżej Ar3 walcuje się, przy czym tak wytworzoną blachę walcowaną na gorąco ochładza się do temperatury zwijania wynoszącej od 20 do temperatury początku przemiany martenzytycznej oraz zwija się, przy czym osiąga się strukturę martenzytyczną w ponad 95%. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że ochładzanie od temperatury walcowania końcowego do temperatury zwijania prowadzi się w czasie 18/5 wynoszącym poniżej 10 s. 8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że drogą odpowiedniego doboru temperatury zwijania w zakresie od 20 do temperatury początku przemiany martenzytycznej ustala się wytrzymałość na rozciąganie blachy walcowanej na gorąco w granicach 800-1400. 9. Blacha walcowana na gorąco według zastrz. 1albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienna tym, że jest cynkowana ogniowo. 10. Zastosowanie ocynkowanej ogniowo blachy walcowanej na gorąco ze stali według zastrz. 1-5 i wytworzonej sposobem według zastrz. 6-8 na poddawane dużym obciążeniom mechanicznym części konstrukcyjne w budowie samochodów, np. wsporniki bocznych wzmocnień przeciwuderzeniowych i amortyzatory. 11. Blacha walcowana na gorąco o grubości poniżej 5 mm, zwłaszcza poniżej 2 mm, ze stali zawierającej (w % wag.) 0,08-0,12% węgla, 1,20-2,0% manganu, jako resztę żelazo wraz z nieuniknionymi zanieczyszczeniami, w tym do 0,015% fosforu i do 0,003% siarki, znamienna tym, że stal zawiera (w % wag.) 0,02-0,05% glinu, poniżej 0,07% krzemu i ma strukturę martenzytyczną z mniejszym niż 5% udziałem innych cząstek strukturalnych łącznie. 12. Blacha walcowana na gorąco według zastrz. 11, znamienna tym, ze stal zawiera dodatkowo co najmniej jeden z następujących pierwiastków (w % wag.): do 1,0% chromu, do 0,1% miedzi, do 0,5% molibdenu, do 0,1% niklu, do 0,009% azotu. 13. Blacha walcowana na gorąco według zastrz. 12, znamienna zawartością chromu 0,5-0,6 i azotu 0,005-0,009%. 14. Blacha walcowana na gorąco według zastrz. 12, znamienna tym, że zawiera tytan w i- lości niezbędnej do stechiometrycznego związania (Ti=3,4% N) zawartego w stali azotu, oraz do 0,0025% B. 15. Blacha walcowana na gorąco według zastrz. 11, znamienna tym, że zawartość krzemu jest ograniczona do poniżej 0,04% krzemu.
185 228 3 16. Sposób wytwarzania blachy walcowanej na gorąco o grubości poniżej 5 mm, zwłaszcza poniżej 2 mm, ze stali o składzie według zastrz. 11-15 i o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 800, znamienny tym, że wlewek nagrzewa się do 1000-1300, w temperaturze 950-1150 walcuje się wstępnie i w temperaturze walcowania końcowego powyżej Ar3 walcuje się, przy czym tak wytworzoną blachę walcowaną na gorąco ochładza się do temperatury zwijania wynoszącej od 20 do temperatury początku przemiany martenzytycznej oraz zwija się, przy czym osiąga się strukturę martenzytyczną w ponad 95%. 17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że ochładzanie od temperatury walcowania końcowego do temperatury zwijania prowadzi się w czasie 18/5 wynoszącym poniżej 10 s. 18. Sposób według zastrz. 16 albo 17, znamienny tym, że drogą odpowiedniego doboru temperatury zwijania w zakresie od 20 do temperatury początku przemiany martenzytycznej ustala się wytrzymałość na rozciąganie blachy walcowanej na gorąco w granicach 800-1400. 19. Blacha walcowana na gorąco według zastrz. 11 albo 12, albo 13, albo 14, albo 15, znamienna tym, że jest cynkowana ogniowo. 20. Zastosowanie ocynkowanej ogniowo blachy walcowanej na gorąco ze stali według zastrz. 11-15 i wytworzonej sposobem według zastrz. 16-18 na poddawane dużym obciążeniom mechanicznym części konstrukcyjne w budowie samochodów, np. wsporniki bocznych wzmocnień przeciwuderzeniowych i amortyzatory. * * * Przedmiotem wynalazku jest blacha walcowana na gorąco, o grubości co najwyżej 5 mm, ze stali o dużej wytrzymałości i sposób jej wytwarzania. Pod określeniem blacha walcowana na gorąco należy rozumieć taśmę walcowaną na gorąco. Zgodnie z aktualnym stanem techniki wytwarza się blachę walcowaną na gorąco mającą wytrzymałość wynoszącą około 800. W tym przypadku chodzi o stale mikrostopowe walcowane drogą obróbki cieplno-plastycznej. W przypadkach, w których wymagana jest szczególna duża wytrzymałość, stosuje się miękką blachę walcowaną na gorąco i nadaje się jej wymaganą wytrzymałość dla danego elementu konstrukcyjnego drogą obróbki cieplnej wykańczającej. Diabłach o grubości poniżej 2,0 mm zwykle jest wymagane dodatkowe walcowanie na zimno do uzyskania końcowej grubości. Wymagana wytrzymałość jest w tym przypadku uzyskiwana metodą odpowiedniej obróbki cieplnej. Z US 4 406 713 jest znana stal o dużej wytrzymałości i dużej ciągliwości i dobrych własnościach obróbczych, która zawiera 0,005 do 0,3% C, 0,3 do 2,5% Mn, do 1,5% Si i co najmniej jeden składnik stopowy węgliko- i azotkotwórczy wybrany z grupy Nb, V, Ti i Zr w ilości odpowiednio do 0,1%, do 0,15%, do 0,3% i 0,3%. Stal taką po austenityzacji poddaje się hartowaniu w ten sposób, że zawiera 5 do 65% ferrytu i jako resztę martenzyt. Nadaje się ona szczególnie do wytwarzania drutów i prętów. Z GB 2 195 658 Al znane są odkuwki ze stali o zawartości 0,01-0,20% C, do 1,0% Si, 0,5-2,25% Mn, do 1,5% Cr, do 0,05% Ti, do 0,10% Nb, 0,005-0,015% N i do 0,06% Al. Oziębianie stali ze strefy austenitu powinno być tak sterowane, aby osiągnąć całkowicie martenzytyczną strukturę. Ujawniono jednak tylko przykłady dla zawartości węgla poniżej 0,10% i krzemu powyżej 0,17%. Zawartość siarki wynosi powyżej 0,01% i jest stosunkowo duża. Ponadto stale znane z EP 0 072 867 A1mają zawartość węgla poniżej 0,10% i krzemu powyżej 0,15%. Blacha walcowana na gorąco po przerwanym oziębianiu ma strukturę dwufazową z poligonalnego ferrytu i mieszaniny perlitu i bainitu. Ponadto znaną z DE 30 07 560 Al blachę walcowaną na gorąco oziębia się po walcowaniu z szybkością 1 K/s lub szybciej, dla uzyskania struktury dwufazowej z ferrytu i martenzytu. Ze względu na zadowalające własności odnośnie ciągliwości i spawalnicze zaleca się, aby zawartość węgla była w zakresie 0,02-0,09%. Korzystnie zawartość krzemu wynosi 1,0% i jest stosunkowo duża.
4 185 228 Celem wynalazku jest wytworzenie blachy stalowej o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 800 i jednocześnie dobrych własnościach dla przeróbki plastycznej na zimno przy grubości w zakresie co najwyżej 5 mm. Chodzi tu o poszerzenie możliwości zastosowania blach walcowanych na gorąco do obróbki plastycznej na zimno, jak tłoczenie na zimno, co prowadzi do istotnych korzyści ekonomicznych, które przejawiają się w wyeliminowaniu walcowania na zimno i obróbki cieplnej. Dla rozwiązania tego zadania zaproponowano zgodnie z wynalazkiem blachę walcowaną na gorąco o grubości poniżej 5 mm, zwłaszcza poniżej 2 mm, i o wytrzymałości na rozciąganie 800-1400, ze stali o następującym składzie (w % wagowych): 0,08-0,25% węgla, 1,20-2,0 % manganu, 1,02-0,05% glinu, poniżej 0,07% krzemu, reszta żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, w tym do 0,015% fosforu i do 0,003% siarki, o strukturze martenzytycznej z mniejszym niż 5% udziałem innych cząstek strukturalnych łącznie. Stal może zawierać dodatkowo do wyboru co najmniej jeden z następujących pierwiastków w % wagowych: do 1,0% chromu, do 0,1% miedzi, do 0,5 % molibdenu, do 0,1% niklu, do 0,009% azotu. Korzystnie zawartości powinny być następujące: węgla 0,08-0,15%, manganu 1,75-1,9%, chromu 0,5-0,6 i azotu 0,005-0,009%. Można dodać tytanu w ilości niezbędnej do stechiometrycznego związania (Ti = 3,3% N) zawartego w stali azotu, aby ochronić dodany w ilości do 0,0025% bor przed związaniem z azotem, dla zwiększenia wytrzymałości i hartowności skrośnej. Ograniczenie zawartości krzemu poniżej 0,04% wpływa na poprawienie jakości powierzchni. Sposób wytwarzania blachy walcowanej na gorąco o grubości poniżej 5 mm, zwłaszcza poniżej 2 m m, ze stali o żądanym składzie i wytrzymałości na rozciąganie powyżej 800 obejmuje następujące czynności: wlewek nagrzewa się do 1000-1300, w temperaturze 950-1150 walcuje się wstępnie i w temperaturze walcowania końcowego powyżej Ar3 walcuje się, przy czym tak wytworzoną blachę walcowaną na gorąco ochładza się do temperatury zwijania w zakresie od 20 do temperatury początku przemiany martenzytycznej celem przemiany w strukturę martenzytyczną o całkowitej zawartości innych składników strukturalnych poniżej 5%, oraz zwija się. Korzystnie ochładzanie od temperatury walcowania końcowego do temperatury zwijania prowadzi się w czasie t 8/5 wynoszącym poniżej 10 s. (t 8/5 = czas chłodzenia od 800 do 500) Temperaturę Ar3 można wyznaczyć z następującego równania: Ar3= 910-310x(%C)-80x(%Mn)-20x(%Cu)-15x(%Cr)- 5x(%Ni)- 80x(%Mo) Temperaturę początku przemiany martenzytycznej Ms można wyznaczyć z następującego równania: Ms= 500-300x(%C)-33x(%Mn)-22x(%Cr)-17x(%Ni)- 11x(%Si)- 11x(%Mo) Korzystnie wytrzymałość na rozciąganie blachy walcowanej na gorąco ustala się w granicach 800-1400 N/ m m 2 dzięki odpowiedniemu dobraniu temperatury zwijania w zakresie wyżej podanych wartości.
185 228 5 Blachę walcowaną na gorąco można poddać cynkowaniu ogniowemu dla uzyskania odporności na korozję. Blachy ocynkowane o dużej wytrzymałości i dobrych własnościach dla przeróbki plastycznej na zimno stosuje się korzystnie na poddawane dużym obciążeniom mechanicznym części konstrukcyjne w budowie samochodów, np. wsporniki bocznych wzmocnień przeciwuderzeniowych i amortyzatory. W stali według wynalazku uzyskuje się dużą wytrzymałość bez użycia drogich składników stopowych i stosowania wyżarzania, jak to miało miejsce w przypadku znanych stali. Wynalazek zostanie wyjaśniony za pomocą następujących przykładów. Przykład 1 Wykonano wlewek ze stali zawierającej (w % wag.) 0,15% C, 0,01% Si, 1,77% Mn, 0,014% P, 0,003% S, 0,028% Al, 0,0043% N, 0,526% Cr, 0,017% Cu, 0,003% Mo, 0,027% Ni, jako resztę Fe. Wlewek nagrzano do temperatury około 1250, w temperaturze około 1120 wstępnie przewalcowano i w temperaturze 840 jako temperaturze walcowania końcowego poddano walcowaniu do grubości końcowej wynoszącej 2 mm, następnie ochłodzono i w temperaturze 50 zwinięto. Otrzymano przy tym w ponad 95% strukturę martenzytyczną. Uzyskano granicę plastyczności wynoszącą 1120 i wytrzymałość na rozciąganie 1350 przy wartościach wydłużenia do 11,1 %. Przykład 2 Stal o takim samym składzie jak w przykładzie 1 przerobiono na blachę walcowaną na gorąco o grubości 3,5 mm. Dane podano w tabeli 1. Wytrzymałość jej była znacząco wyższa, gdy zwinięto ją w temperaturze 95 zamiast powyżej 400. Próba Temp. walcowania, Tabela 1 Temp. zwijania, Rp0,2 N/mm, 1 845 95 940 1243 2 845 95 997 1305 3 845 95 983 1199 4* 850 420 742 803 5* 850 420 691 793 6* 850 420 641 741 7 845 95 916 1089 8 845 95 1037 1293 9 845 95 1073 1328 10* 835 455 672 768 11* 835 455 643 760 12* 835 455 676 778 * Przykłady porównawcze Blacha walcowana na gorąco przed przeróbką na zimno do postaci końcowej może być poddana cynkowaniu ogniowemu. Podczas obróbki cieplnej przy cynkowaniu martenzyt podlega odpuszczaniu. Wychodząc z blachy o wytrzymałości na rozciąganie 1200-1400, po obróbce cieplnej cynkowania otrzymano wytrzymałość na rozciąganie 800-1100. P rzykład 3 Blachę walcowaną na gorąco o grubości 2,0 i 1,6 mm poddano cynkowaniu. W poniższej tabeli 2 podano własności w stanie po walcowaniu i stanie po cynkowaniu.
6 185 228 Tabela 2 Grubość Stan po walcowaniu Stan po cynkowaniu Re Re mm % % 1,6 1052 1393 5,7 1065 1095 7 1,6 1048 1387 7,6 1040 1082 5,5 2,0 1098 1361 6,6 1058 1082 5,9 P rzykład 4 Wytworzono blachę walcowaną na gorąco o grubości 1,6 i 1,8 mm sposobem podanym w przykładzie 1. Parametry wytwarzania i otrzymane własności wytrzymałościowe podano w tabeli 3, która zawiera ponadto skład chemiczny badanych materiałów. P rzykład 5 W tabeli 4 podano odpowiednie dane dla blachy walcowanej na gorąco o grubości 1,4 mm.
185 228 7 C Si 0,15 0,01 Mn 1,77 Grubość Warunki walcowania mm V2 F 1 ET 1,8 1125 900 845 1,8* 1110 1035 850 1,6 1130 900 845 1,6 1110 1020 840 *) Przykład porównawczy P 0,014 HT Rp0,2 200 1054-500 485 110 1052-200 1024 Tabela 3 Skład chemiczny (% wag.) S Al N 0,003 0,028 0,0042 Próba rozciągania: wzdłuż 1376 633 Rp02/ 0,77 0,77 6,5 15,9 Agl 3,1 8,5 x 8944 10064 1393 1392 0,76 0,74 5,7 6,0 2,9 3,4 7940 8352 Cr 0,526 Rp0,2 N/mm 1033 459 995 1063 Cu Mo 0,017 0,003 Próba rozciągania: w poprzek 1342 632 Rp02/ 0,77 0,73 5,1 17,2 A gl 2,4 9,7 1306 0,76 4,5 1,5 1399 0,76 7,1 3,9 Ni 0,027 x 6844 10870 5877 9943
8 185 228 C 0,15 Grubość mm 1,4 1,4 1,4 Si Mn 0,01 1,77 Warunki walcowania V2 ET EH 1125 833-350 1120 825-500 1120 827-60 P Rp0,2 877 636 1068 Tabel a 4 Skład chemiczny (% wag.) S 0,014 0,003 Al 0,028 N 0,0042 Próba rozciągania: wzdłuż 962 Rp02/ 0,91 5,0 Ag1 2,0 x 4810 746 0,85 11,4 6,1 8504 1304 0,82 6,4 3,3 8345 C r 0,526 Rp0,2 850 634 1107 Cu Mo 0,017 0,003 Próba rozciągania: w poprzek 952 Rp02/ 0,89 6,0 Al 3,1 758 0,84 9,7 5,5 1131 0,83 5,6 3,7 Ni 0,027 x 5712 7353 7453 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.