Prace IMŻ 3 (2011) 1 Roman KUZIAK Instytut Metalurgii Żelaza TECHNOLOGIA CIĄGŁEGO WYŻARZANIA BLACH CIENKICH W artykule przedstawiono podstawowe informacje dotyczące technologicznych podstaw procesu ciągłego wyżarzania blach cienkich walcowanych na zimno. Cechą charakterystyczną ciągłego wyżarzania, w przeciwieństwie do wyżarzania długookresowego w piecach kołpakowych, jest jego duża wydajność. Pełny cykl procesu: nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie i starzenie, trwa około 300 500 sekund. W tym czasie, w stali zachodzą przemiany fazowe obejmujące rekrystalizację odkształconego ferrytu, przemianę struktury ferrytyczno-perlitycznej w austenit (podczas nagrzewania i wygrzewania) i odwrotną przemianę austenitu w ferryt w stalach niskowęglowych lub w strukturę złożoną z ferrytu i martenzytu i/lub bainitu w stalach wielofazowych, a na końcu starzenie. Przemysłowe linie ciągłego wyżarzania umożliwiają również przeprowadzenie operacji cynkowania. I ta możliwość jest coraz częściej wykorzystywana, zwłaszcza w produkcji blach dla przemysłu samochodowego. W artykule zawarto również informacje dotyczące funkcjonujących rozwiązań technologicznych w liniach do wyżarzania oraz scharakteryzowano wpływ parametrów profilu termicznego stosowanego dla różnych gatunków stali podczas procesu ciągłego wyżarzania na właściwości mechaniczne blach. Słowa kluczowe: blachy cienkie, wyżarzanie ciągłe, cynkowanie, profil temperaturowy, przemiany fazowe, właściwości mechaniczne TECHNOLOGY FOR CONTINUOUS ANNEALING OF SHEET This paper presents the basic information on technological basis for continuous annealing of cold-rolled sheets. Unlike batch annealing in bell-type furnaces, the characteristic feature of continuous annealing is its high efficiency. The complete process cycle, i.e. heating, soaking, cooling and ageing, takes approx. 300 500 seconds. In this time, there occur phase transformations in steel, which include recrystallisation of deformed ferrite, transformation of ferriticpearlitic structure into austenite (during heating and soaking) and reverse transformation of austenite into ferrite in low-carbon steels and into the structure consisting of ferrite and martensite and/or bainite in multi-phase steels, and, in the end, ageing. The industrial continuous annealing lines also allow galvanising to be carried out. And this possibility is more and more often used, especially in production of sheets for the automotive industry. This paper also includes the information on technological solutions existing in the annealing lines and describes the influence of parameters of the thermal profile used for various grades of steel during the continuous annealing on mechanical properties of sheets. Key words: sheets, continuous annealing, galvanising, temperature profile, phase transformations, mechanical properties 1. WSTĘP Przed rokiem 1950 wyżarzanie blach zimnowalcowanych prowadzono wyłącznie w piecach kołpakowych. Cechą charakterystyczną tego procesu, stosowanego do chwili obecnej, jest długi czas obróbki cieplnej, dochodzący nawet do 50 godzin. W latach 50. XX wieku nastąpił przełom w tej dziedzinie[1]. Po raz pierwszy zastosowano wyżarzanie ciągłe do produkcji blach cienkich o wysokiej wytrzymałości i bardzo dobrej ciągliwości, z przeznaczeniem do wytwarzania puszek na konserwy. W przeciwieństwie do wyżarzania w piecach kołpakowych, czas cyklu temperaturowego podczas wyżarzania ciągłego wynosi zaledwie kilku minut. Systematyczne badania nad efektywnym wykorzystaniem metody ciągłego wyżarzania do kształtowania właściwości mechanicznych blach gorąco- i zimnowalcowanych rozpoczęto w Japonii na przełomie lat 60. i 70. ub. wieku. W latach 70. wdrożono szereg nowych technologii w warunkach przemysłowych. Kolejnym etapem rozwoju linii ciągłych było uruchomienie produkcji blach głębokotłocznych i wysokowytrzymałych. Obecnie, głównie z ekonomicznych względów, rośnie również stopień wykorzystania linii ciągłego wyżarzania do wytwarzania blach cienkich ze stali o niższej podatności do odkształcenia plastycznego. Stosowanie metody wyżarzania ciągłego zamiast długookresowego obniża koszty pracy o 73% i zużycie energii o 23% [1]. Obecnie linie technologiczne ciągłego wyżarzania zapewniają uzyskanie znacznie szerszego przedziału właściwości mechanicznych blach, w porównaniu do technologii bazujących na wyżarzaniu długookresowym. Do końca 1990 roku powstało 45 takich linii przemysłowych o zróżnicowanej prędkości pasma, od 100 300 m/min, i maksymalnej temperaturze profilu temperaturowego w przedziale 500 850 C.
2 Roman Kuziak Prace IMŻ 3 (2011) 2. PODSTAWY METODY CIĄGŁEGO WYŻARZANIA BALCH Dla potrzeb niniejszego opracowania, zmiany temperatury blachy w funkcji czasu w trakcie procesu wyżarzania nazwano profilem temperaturowym. Podstawowymi parametrami profilu temperaturowego są szybkość i czas nagrzewania, temperatura piku i czas wygrzewania, szybkość chłodzenia, temperatura końca intensywnego chłodzenia, temperatura i czas starzenia, oraz szybkość końcowego chłodzenia. Ponieważ technologia ciągłego wyżarzania ma zastosowanie głównie do blach cienkich, zróżnicowanie temperatury na przekroju blach w tym procesie jest małe. Z tego powodu profil termiczny jest charakterystyczną cechą procesu; jego parametry są zróżnicowane w zależności od gatunku stali zastosowanego do produkcji blach. Skrócenie czasu wyżarzania w procesie ciągłym, w porównaniu do wyżarzania długookresowego, spowodowało wzrost wymagań odnośnie stabilności składu chemicznego stali i profilu temperaturowego. Blachy cienkie o niższej plastyczności wytwarza się w liniach ciągłych poprzez zastosowanie mniej wymagających reżimów technologicznych, na ogół obniżając temperaturę i/lub całkowity czas profilu temperaturowego. Obecnie, coraz częściej łączy się proces wyżarzania z cynkowaniem ogniowym. Porównanie typowych profili temperaturowych dla procesu ciągłego wyżarzania i cynkowania przedstawiono na rysunku 1, zaś na rysunku 2 przedstawiono schemat linii ciągłego wyżarzania z cynkowaniem zanurzeniowym, w których realizowane są profile temperaturowe przedstawione na rysunku 1. Zastosowany profil temperaturowy w liniach ciągłych w przypadku blach ze stali głębokotłocznych ma nie tylko spowodować zajście rekrystalizacji i uzyskanie odpowiedniego steksturowania ferrytu, ale również wydzielenie węgla z roztworu stałego w postaci cząstek cementytu i/lub cząstek (Ti,Nb) 4 C 2 S 2 w stalach IF. Dla blach ze stali BH ma on na celu regulację zawartości węgla w roztworze stałym. Z kolei w stalach wielofazowych profil temperaturowy ma na celu uzyskanie odpowiedniego składu fazowego blach oraz odpuszczenie martenzytu i starzenie ferrytu. Przykłady profili temperaturowych w metodzie ciągłego wyżarzania stosowanych dla blach z różnych gatunków stali przedstawiono na rysunku 3. Rys. 1. Profil temperaturowy dla procesu ciągłego wyżarzania blach cienkich (a) i wyżarzania połączonego z cynkowaniem (b) Fig. 1. Temperature profile for continuous annealing of sheets (a) and annealing combined with hot dip galvanising (b) Z rysunku 3 wynika, że stale wysokowytrzymałe wymagają zastosowania niższych temperatur przestarzenia, bowiem ze wzrostem temperatury przestarzenia maleje ich wytrzymałość. Typowy profil temperaturowy stosowany w technologii wyżarzania blach ze stali DP przedstawiono w pracy [2]. Rys. 3. Schemat profili temperaturowych w linii ciągłego wyżarzania blach w zależności od gatunków stali: CQ stale zwykłej jakości; DQ stale do tłoczenia; DDQ stale głębokotłoczne; EDDQ stale ultra głębokotłoczne, HSQ stale wysokowytrzymałe Fig. 3. Diagram of temperature profiles in the line for continuous annealing of sheets, depending on steel grades: CQ commercial quality; DQ drawing quality; DDQ deep drawing quality; EDDQ extra deep drawing quality, HSQ high-strength quality Rys. 2. Przykładowy schemat linii technologicznej ciągłego wyżarzania z cynkowaniem zanurzeniowym Fig. 2. Example diagram of process line for continuous annealing with hot-dip galvanising
Prace IMŻ 3 (2011) Technologia ciągłego wyżarzania blach cienkich 3 3. TECHNOLOGIA CIĄGŁEGO WYŻARZANIA W porównaniu do wyżarzania długookresowego, proces ciągły charakteryzuje się bardzo dużą szybkością nagrzewania i krótkim czasem wygrzewania. Blacha walcowana na zimno, zwinięta w krąg, przeznaczona do procesu ciągłego wyżarzania, jest rozwijana. Początek pasma jest przygrzewany na zakładkę do końca pasma, które aktualnie poddawane jest zabiegowi wyżarzania. Przed wyżarzaniem powierzchnia blachy jest oczyszczana ze smarów walcowniczych za pomocą wodnego roztworu wodorotlenku sodu, oraz z innych osadów za pomocą szczotki obrotowej. Dalsze oczyszczanie powierzchni ze smarów następuje podczas nagrzewania blachy w strefie wstępnego nagrzewania. Wysoka temperatura w tej strefie, kształtująca się w przedziale 1200 1230 C, powoduje odparowanie zanieczyszczeń. Z uwagi na krótki okres przebywania w tej strefie, wynoszący zaledwie kilka sekund, blacha nie osiąga tak wysokiej temperatury, jak temperatura strefy. Produkcja blach cynkowanych typu full hard wymaga bardzo precyzyjnej kontroli procesu odtłuszczania powierzchni, w celu zapewnienia odpowiedniej zwilżalności ciekłego cynku, a równocześnie zachowania wymaganej wytrzymałości blachy poprzez kontrolę procesu rekrystalizacji. Bardzo dobrym materiałem dla uzyskania tej kategorii blach są stale zawierające dodatek tytanu, dzięki któremu można je nagrzewać do wysokich temperatur bez spowodowania istotnych zmian w strukturze. Blacha po opuszczeniu strefy wstępnego wyżarzania wchodzi w strefę nagrzewania/wygrzewania, do której wprowadzana jest atmosfera redukcyjna, zapobiegająca nie tylko powstawaniu powierzchniowej warstwy tlenków, ale również powodująca redukcję tlenków powstałych wcześniej. Temperatura tej strefy może osiągać wartość do około 900 C. Czas przebywania blach cienkich w tej strefie dla uzyskania przez wymaganej temperatury wygrzewania wynosi około 10 sekund. W przypadku blach grubych może on wynosić kilka minut. Maksymalne temperatury, do których nagrzewane są blachy, mieszczą się w przedziale 700 850 C. Zmiana profili temperaturowych, wymagana przy zmianie gatunków stali lub grubości pasma, realizowana jest przez sterowanie prędkością przesuwu blachy. Bezpośrednio po wygrzewaniu, blacha przechodzi do strefy chłodzenia. W liniach ciągłego wyżarzania stosowane są różne systemy chłodzenia, umożliwiające uzyskanie dużych szybkości chłodzenia. System chłodzenia w liniach wyposażonych w urządzenia do cynkowania nie pozwala jednak uzyskać dużych szybkości chłodzenia. Składa się on z dysz powietrznych i wentylatorów. Celem chłodzenia jest uzyskanie temperatury blachy, bezpośrednio przed zanurzeniem, zbliżonej do temperatury kąpieli cynkowej. Niska temperatura blachy spowodować może osadzanie się aluminium na powłoce cynkowej, co powoduje jej przyleganie do rolek prowadzących, a następnie odrywanie warstwy cynku, co znacznie pogarsza jakość powierzchni. Zbyt wysoka temperatura może zaś spowodować powstanie zbyt grubej warstwy przejściowej Zn-Fe. W liniach ciągłych, bez cynkowania, stosowane są bardziej zaawansowane systemy chłodzenia, które scharakteryzowane zostaną w dalszej części opracowania. Pokrywanie powłoką ochronną przeprowadza się w zbiorniku z kąpielą Zn lub Zn-Al w momencie, gdy temperatura blachy osiągnie wartość zbliżoną do temperatury kąpieli. Po opuszczeniu zbiornika grubość powłoki ochronnej regulowana jest za pomocą noża powietrznego. Parametrami, które wpływają na grubość powłoki jest ciśnienie powietrza i odległość szczeliny wyjściowej od blachy. Blachy pokryte powłoką na bazie cynku, bardzo często poddawane są procesowi przeżarzania, który powoduje tworzenie się faz z układu Fe-Zn. Proces ten polega na bardzo szybkim nagrzewaniu blachy za pomocą palników. Temperatura i czas procesu przeżarzania jest tak ustalony, aby uzyskać odpowiedni skład fazowy powłoki. Z uwagi na przyczepność powłoki stosuje się go do blach przeznaczonych na wyroby, których powierzchnia jest pokrywana farbą. Powłoka po przeżarzaniu nie zabezpiecza jednak tak efektywnie przed korozją, jak bezpośrednio po cynkowaniu. Wydajność urządzeń do ciągłego wyżarzania jest bardzo wysoka. W przypadku blach karoseryjnych osiągać może nawet 280 t/h przy szybkości przemieszczania blachy około 800 m/min. Funkcjonujące obecnie linie ciągłego wyżarzania można podzielić można na trzy kategorie [1]: Do wyżarzania i cynkowania blach o małych wymiarach (grubość/szerokość), charakteryzujące się niską temperaturą maksimum profilu temperaturowego i dużą prędkością przesuwu blachy (600 m/min). Do wyżarzania blach cienkich o dużej szerokości z wysoką temperaturą profilu temperaturowego. Linie wielofunkcyjne, przeznaczone zarówno do wyżarzania w połączeniu z cynkowaniem, jak i bez cynkowania, w których warunki wyżarzania ustalone są na zasadzie kompromisu między dwoma poprzednimi typami linii. Cechą charakterystyczną linii ciągłego wyżarza jest ich podział na strefy charakteryzujące się zróżnicowanymi warunkami wymiany ciepła. Czas przebywania blachy w poszczególnych strefach regulowany jest poprzez prędkość jej przesuwu oraz liczbę pionowych rolek prowadzących. W większości rozwiązań, linia technologiczna do wyżarzania ciągłego składa się z następujących stref [3]: Strefa wstępnego nagrzewania, w której następuje wzrost i ustabilizowanie temperatury blachy. Strefa nagrzewania, w której temperatura rośnie szybko. Strefa wygrzewania, w której temperatura blachy rośnie bardzo wolno, ewentualnie utrzymuje stałą wartość. Strefa wolnego chłodzenia. Strefa intensywnego chłodzenia. Strefa starzenia. Strefa końcowego chłodzenia. Po schłodzeniu do temperatury otoczenia, blachy na ogół poddawane są walcowaniu wygładzającemu z gniotem poniżej 1%. Celem tej operacji jest wyeliminowanie zjawiska zlokalizowanego płynięcia plastycznego (wyraźnej granicy plastyczności), które niekorzystnie wpływa na jakość powierzchni. Charakterystyka poszczególnych stref linii do ciągłego wyżarzania przedstawia się następująco: Strefa wstępnego nagrzewania Blacha w tej strefie nagrzewana jest za pomocą gazów odzyskanych ze strefy nagrzewania, w której sto-
4 Roman Kuziak Prace IMŻ 3 (2011) sowane są promienniki rurowe. Obecnie, w użyciu są trzy typy systemów wstępnego nagrzewania. Bezpośrednio wykorzystujące gazy z promienników rurowych. Są one bardzo wydajne, jednak powierzchnia blachy podlega znacznemu utlenianiu. Systemy wykorzystujące powietrze nagrzane za pomocą wymienników ciepła, do których wprowadza się gazy spalinowe ze strefy nagrzewania. Są one mniej efektywne od systemów bezpośredniego nagrzewania. Podobnie jak w przypadku sekcji bezpośrednio wykorzystujących gazy z promienników, tutaj również utlenianie powierzchni jest dużym problemem. Systemy nagrzewania za pomocą gazów obojętnych podgrzewanych przez wymienniki ciepła. Ten typ nagrzewania jest najmniej wydajny, jednak w odróżnieniu do ww. typów zapobiega on utlenianiu powierzchni blach. Strefa nagrzewania W strefie tej blacha, przemieszczająca się pionowo do góry i w dół na długości do około 20 m, jest nagrzewana do wymaganej temperatury piku profilu termicznego za pomocą promienników rurowych. Promienniki rurowe, które znajdują się w wolnych przestrzeniach między segmentami blachy, nagrzewane są gazami spalinowymi. Maksymalna temperatura blachy uzyskiwana w tej strefie wynosi około 900 C, jednak w praktyce mieści się ona w przedziale 800 900 C. Czas, w którym blacha przebywa w strefie nagrzewania jest na ogół tak ustalany, aby proces rekrystalizacji ferrytu został zakończony przed wejściem jej do strefy wygrzewania. Strefa wygrzewania Temperatura w strefie wygrzewania jest ustalana za pomocą promienników rurowych lub grzejników elektrycznych. W porównaniu do konwencjonalnych metod obróbki cieplnej, czas wygrzewania jest stosunkowo krótki, na ogół wynosi 10 20 sekund, Rozmieszczenie promienników rurowych oraz konstrukcja strefy powinny zapewnić uzyskanie znikomego zróżnicowanie temperatury na przekroju i długości blachy. Strefa spowolnionego chłodzenia Po wygrzewaniu następuje wolne chłodzenie blachy z szybkością około 10 C/s do temperatury w przedziale 650 670 C. Spadek temperatury blachy uzyskiwany jest w wyniku strat radiacyjnych oraz w wyniku łagodnego przepływ atmosfery gazowej. Strefa intensywnego chłodzenia Strefa ta ma bardzo duże znaczenie dla procesu ciągłego wyżarzania. Wykorzystuje się w niej wiele systemów chłodzenia, jednak najczęściej używany jest system chłodzenia za pomocą strumienia gazu (mieszanina gazów lub wodór). W przypadku chłodzenia za pomocą atmosfery gazowej, stosuje się gazy schładzane w wodno/gazowych wymiennikach ciepła. Gazy te z dużą szybkością uderzają o powierzchnię blachy. Metoda ta umożliwia uzyskanie szybkości chłodzenia blachy w granicach 70 80 C/s. Jednak jest ona bardzo kosztowna z uwagi na duży pobór mocy przez dmuchawy wymuszające obieg gazu. Stosowanie wodoru w atmosferze, w ilości 50 60%, może spowodować wzrost szybkości chłodzenia do około 100 C/s, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów eksploatacyjnych. System chłodzenia za pomocą atmosfery zawierającej wodór wymaga jednak stosowania specjalnych procedur bezpieczeństwa i odizolowania strefy intensywnego chłodzenia od reszty linii technologicznej. Stosowane są również inne systemy intensywnego chłodzenia. Przykładem mogą być rolki odginające blachę, chłodzone od wewnątrz wodą. System ten jest obecnie w fazie rozwoju. Z uwagi na fakt, iż charakteryzuje się on niskimi kosztami eksploatacyjnymi, może być stosowany z innymi systemami chłodzenia. Niekorzystną cechą tego systemu jest duża niestabilność warunków odprowadzania ciepła. Ponadto, w liniach ciągłych stosowane są trzy wysokowydajne systemy intensywnego chłodzenia: Chłodzenie za pomocą natrysku wodnego; Metoda chłodzenia za pomocą strumienia wody zapewnia osiągnięcie największych szybkości chłodzenia (500 1000 C/s), jednak może ona być stosowana jedynie do wytwarzania blach ze stali wysokowytrzymałych. Chłodzenie za pomocą gorącej wody (HOWAQ) Chłodzenie przeprowadza się w zbiornikach napełnionych gorącą wodą. Blachy cienkie po zastosowaniu tego sposobu chłodzenia charakteryzują się bardzo dobrą jakością powierzchni, zaś szybkość chłodzenia wynosi do około 150 C/s. Jednak metoda ta jest niewydajna dla temperatur poniżej 500 C. Chłodzenie mgłą wodno-powietrzną. System chłodzenia mgłą wodną opracowała firma NSC. Działa on w połączeniu z systemem nagrzewania indukcyjnego blachy. Jest on dedykowany technologiom, w których wymagane są duże szybkości chłodzenia i wyżarzania blachy w warunkach izotermicznych (produkcja blach ze stali TRIP). Stosowanie wysokowydajnych systemów chłodzenia pogarsza jakość powierzchni, na której tworzy się warstwa tlenków. Linie ciągłego wyżarzania umożliwiają produkcję blach o szerokości 600 1850 mm i grubości 0,15 3,0 mm. Zakres produkcji obejmuje blachy ze stali niskoi wysokowęglowych, do tłoczenia, głębokotlocznych, HSLA, DP, TRIP, na ogół z zastosowaniem cynkowania. 4. WPŁYW PARAMETRÓW PROFILI TEMPERATUROWYCH W PROCESIE WYŻARZANIA NA MIKROSTRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE BLACH DO TŁOCZENIA I BLACH GŁĘBOKOTŁOCZNYCH Najważniejszą grupą stali poddawanych procesowi ciągłego wyżarzania są stale do tłoczenia i głębokotłoczne. Sposób nagrzewania tych stali powinien zapewnić uzyskanie w pełni zrekrystalizowanej mikrostruktury o wyróżnionej orientacji ferrytu z płaszczyznami krystalicznymi typu (111) równoległymi do płaszczyzny walcowania. Natomiast podczas chłodzenia niezwykle istotna jest kontrola zawartości węgla w roztworze stałym (rys. 4). Znaczenie kolejnych etapów chłodzenia przedstawia się następująco: cd wolne chłodzenie: zapobiega odkształceniom pasma, w trakcie chłodzenia zapoczątkowany zostaje proces segregacji węgla do granic ziaren; de intensywne chłodzenie, umożliwia uzyskanie dużego przesycenia roztworu stałego atomami węgla. Pozwala to uzyskać dużą wartość siły napędowej dla
Prace IMŻ 3 (2011) Technologia ciągłego wyżarzania blach cienkich 5 Rys. 4. Segregacja węgla w blachach do tłoczenia w procesie wyżarzania ciągłego Fig. 4. Carbon segregation in drawing quality sheets during continuous annealing procesu wydzieleniowego cementytu podczas przestarzenia (e-f). de chłodzenie wodą to temperatury otoczenia, a następnie przestarzenie (sposób alternatywny). Proces wydzieleniowy cementytu podczas przestarzenia może zachodzić poprzez dyfuzję węgla i wydzielanie w granicach ziarn ferrytu lub poprzez zarodkowanie i wzrost wewnątrz ziarn. Mechanizm tego procesu zależy od stopnia przesycenia roztworu stałego atomami węgla oraz od temperatury. Optymalny sposób chłodzenia powinien ograniczyć drogę dyfuzji węgla dla procesu wydzieleniowego oraz stworzyć warunki do szybkiego postępu procesu przestarzenia, co powoduje uzyskanie dużych rozmiarów cząstek cementytu. Występowanie drobnych cząstek cementytu w strukturze powoduje wzrost wytrzymałości blach, co obniża ich podatność na odkształcenia plastyczne. Badania Obary pokazały, że wzrost udziału zarodkowania cementytu w osnowie ferrytu uzyskać można poprzez wzrost szybkości chłodzenia i obniżenie temperatury przestarzenia [3]. Podobny efekt wywołuje wzrost wielkości ziarna ferrytu. Na rysunku 5 przedstawiono graniczne wielkości ziarna ferrytu, przy których rozpoczyna się proces wydzieleniowy cementytu wewnątrz ziaren ferrytu, w zależności od szybkości chłodzenia i temperatury przestarzenia. Odległość między cząstkami cementytu zależy od początkowego stężenia węgla w roztworze stałym, bezpośrednio po szybkim chłodzeniu do temperatury przestarzenia. Rysunek 6 pokazuje, że najmniejszą odległość między cząstkami uzyskuje się w temperaturach przestarzenia w przedziale 250 300 C. Konieczność zabezpieczenia antykorozyjnego blach spowodowała szybki rozwój urządzeń do zanurzeniowego nanoszenia powłok cynkowych. Rys. 5. Zależność granicznej wielkości ziarna ferrytu, przy której rozpoczyna się proces wydzieleniowy cementytu w osnowie ferrytu od temperatury przestarzenia i szybkości chłodzenia [3] Fig. 5. Relationship between the limit ferrite grain size at which the process of cementite precipitation in ferrite matrix starts and overageing temperature and cooling rate [3] Rys. 6. Wpływ początkowej zawartości węgla w roztworze stałym i temperatury przestarzenia na średnią odległość między węglikami [4] Fig. 6. Effect of initial carbon content in solid solution and overageing temperature on average distance between carbides [4]
6 Roman Kuziak Prace IMŻ 3 (2011) 5. PRODUKCJA BLACH ZE STALI WIELOFAZOWYCH DLA PRZEMYSŁU MOTORYZACYJNEGO Metaloznawcze podstawy oraz metody wytwarzania blach cienkich ze stali wielofazowych dla przemysłu motoryzacyjnego były przedmiotem publikacji autora [5]. Linie ciągłego wyżarzania coraz szerzej stosuje się do produkcji blach cienkich ze stali wysokowytrzymałych dla przemysłu samochodowego. Elementy stosowane obecnie w konstrukcji samochodu muszą charakteryzować się następującymi cechami: obniżona masa, duża sztywność konstrukcji, wysokie standardy dotyczące bezpieczeństwa podczas zderzenia. W zależności od charakterystyki obciążenia i kryteriów projektowych, do produkcji elementów karoserii powinno stosować się materiały o optymalnych wskaźnikach E n / lub G n / oraz R p0.2 / (E moduł sprężystości, G moduł odkształcenia postaciowego). Wartość wykładnika n zależy od charakterystyki obciążenia elementu oraz od kryteriów konstrukcyjnych i mieści się w przedziale 0,33 1,00. Zatem współczynniki sprężystości, gęstość i granica plastyczności są podstawowymi wskaźnikami decydującymi o zastosowaniach różnych gatunków stali Bardzo ważnym zagadnieniem w stosowaniu stali do produkcji elementów karoserii samochodowych jest ich plastyczność technologiczna oraz podatność do spawania i zgrzewania. Czynnikami, które decydują o stosowaniu stali, jako materiału konstrukcyjnego dla przemysłu motoryzacyjnego są niskie koszty produkcji w porównaniu do innych materiałów oraz możliwość recyklingu. Dla sprostania wymaganiom użytkowym opracowano różne gatunki stali wysokowytrzymałych, wywodzących się ze stali niskowęglowych uspakajanych aluminium. Do stali tych zalicza się stale wolne od atomów międzywęzłowych stale IF, stale BH, których charakterystyczną cechą jest wzrost granicy plastyczności w procesie wyżarzania lakieru. Stale BH znajdują zastosowanie w produkcji elementów karoserii, od których wymaga się odporności na wgniecenia. Stale te są umacniane roztworowo (Mn, P, Si), zaś górne wartości granicy plastyczności uzyskiwane dla blach z tych stali wynoszą odpowiednio 320 i 450 MPa. Stale o wyższej wytrzymałości od stali IF i BH uzyskuje się z wykorzystaniem umocnienia wydzieleniowego. W ten sposób opracowano grupę stali typu wysokowytrzymałych umacnianych wydzieleniowo (HSLA) do zastosowań w przemyśle samochodowym. Negatywną cechą tych stali jest silne obniżenie plastyczności wraz z jednoczesnym wzrostem ich wytrzymałości. Z tego powodu obserwuje się obecnie duży rozwój stali typu DP, których struktura umożliwia połączenie bardzo dobrej plastyczność z wysoką wytrzymałością. W zależności od udziału objętościowego martenzytu/bainitu, stale DP wytwarzane są obecnie w następujących kategoriach wytrzymałości: 450, 500, 600 MPa. Możliwe jest jednak uzyskanie wytrzymałości znacznie wyższych tj. 800, 1000, 1200 i 1400 MPa. Dalszym krokiem w rozwoju wysokowytrzymałych stali, charakteryzujących się dobrą ciągliwością i plastycznością technologiczną było opracowanie produkcji blach cienkich ze stali TRIP. W strukturze tych stali występuje austenit szczątkowy (6 12%), który podlega przemianie w martenzyt podczas odkształcenia plastycznego. Zjawisko to powoduje, że stale TRIP cechują się doskonałą charakterystyką umocnienia przy bardzo wysokiej wytrzymałości (600, 700 i 800 MPa). Podobnie, rozwijane są również technologie ciągłego wyżarzania blach ze stali CP i MART. 6. PODSUMOWANIE W ostatniej dekadzie, intensywnemu rozwojowi podlegają technologie ciągłego wyżarzania blach głęboko- i ultragłębokotłocznych oraz blach ze stali wielofazowych dla przemysłu motoryzacyjnego z powłokami cynkowanymi. Technologia ta jest bardziej efektywna ekonomicznie i zapewnia uzyskanie zróżnicowanych właściwości mechanicznych, a przede wszystkim dużą jednorodność tych właściwości na długości i szerokości pasma, w porównaniu do metody wyżarzania długookresowego. Z tego powodu wzrasta zapotrzebowanie na blachy wytwarzane tą metodą. Stosowanie ciągłego wyżarzania wymaga bardzo precyzyjnego kontrolowania składu chemicznego i parametrów profilu temperaturowego. Osiąga się to poprzez sterowaniem komputerowe on line, przebiegiem procesu. Umożliwia to nie tylko utrzymywanie wymaganych reżimów technologicznych, ale także szybkie przejście na produkcję zróżnicowanego asortymentu blach. Z tego powodu można przewidywać ciągły rozwój tej technologii i rozszerzanie asortymentu produkcji. LITERATURA 1. Materials Science and Technology, A Comprehensive Treatment, vol.7 Constitution and Properties of Steels, ed. R.W. Cahn, P. Haasen, E.J. Kramer, VCH 1992, 293 2. Molenda R., Kuziak R.: Prace IMŻ 2 (2011), 29. 3. Obara T., Satoh S., Irie K.: Proc. Symp. On Metallurgy and Continuously Annealed Sheet Steel: eds. B.L. Briamfitt, P.L.Mangonon, Warrendale, AIME, 1982, 83. 4. Katoh H., Takeichi H., Takahashi N., Abe M.: Proc. Symp. On Technology of Continously Annealead Cold Rolled Sheet Steel, Ed. R. Pradham, Detroid, 1984, AIME, 37. 5. Kuziak R., Kawalla R., Waengler S.: Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol, VIII, 2008, No.2, 103. Pracę wykonano w ramach projektu NR07-0053- 10/2011.