Фосфор повышает растворимость углерода в феррите, что способствует уменьшению скорости образования цементита. Весьма эффективно упрочняет твердый раствор.

ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА TRIP СТАЛИ

TRIP-сталь обладает эффектом упрочнения в процессе штамповки, которому сопутствует нарастание и её пластических свойств. Упрочнение и относительно высокая пластичность TRIP-стали на вытяжном прессе не исключает у нее и ВН - эффекта, с упрочнением уже готовой детали еще на 40- 100 Н/мм² (TRIP - сталь - Transformation Induced Plasticity - трансформация, индуцирующая пластичность стали).

Сопоставление предела прочности и относительного удлинения холоднокатаных, отожженных полос из трех типов TRIP - стали, отличающихся легированием кремнием и алюминием, а также микролегированием ниобием, с теми же свойствами полос из IF - стали и двухфазной стали (DP) свидетельствует об уникальности упомянутой выше стали с Трип-эффектом. В частности, произведение предела прочности на относительное удлинение (показатель качества тонколистового проката) у полос из Трип - сталей в 1,5 раза выше.

Причина уникальных свойств Трип - стали кроется в её фазовом составе. Ступенчатая, не ординарная скорость охлаждения горячекатаных полос на отводящем рольганге широкополосного стана, или термическая обработка холоднокатаных полос на агрегате непрерывного действия, способного создать управляемые циклы нагрева и охлаждения стали заданного химического состава, превращают исходную микроструктуру в конгломерат фаз - феррита, бейнита и остаточного метастабильно аустенита, количество которого - находится обычно в пределах 5 - 15%. Последний, во время пластической деформации стали под пуансоном вытяжного пресса, трансформируется: процесс перехода γ-α - кристаллические решетки железа сопровождается неизбежным улучшением пластических свойств стали и её упрочнением.

Способность метастабильного аустенита трансформироваться в мартенсит во время пластической деформации при изготовлении деталей ракетных двигателей впервые применили в 1949 году, разрабатывая технологический процесс производства холоднокатаной нержавеющей стали, содержащей до 18% никеля.

Технологический процесс производства TRIP - стали содержит не только режимы создания микроструктуры, в составе которой - аустенит оптимального относительного объема, но и режимы, обеспечивающие его сохранение после термической обработки, при комнатной температуре, то есть до момента пластической деформации холоднокатаного, отожженного металла на предприятиях автомобилестроения. Стабилизация аустенита достигается насыщением его углеродом в объеме > 1мас.%. Это возможно применением оптимального химического состава стали, выверенным температурным режимом горячей прокатки полос и двухступенчатой термической обработкой холоднокатаного металла, включающей отжиг в межкритическом интервале температур (Ас₃ – Ас₁) и выдержку в интервале температур бейнитного превращения структуры (350 - 450°С).

Основным легирующим элементом, оказывающим заметное влияние на все превращения фаз, и определяющим окончательную микроструктуру и механические свойства Трип - стали, является углерод. Его содержание в этой стали обычно на порядок больше, чем в других автомобильных сталях (IF,BH, DP и др.). Необходимость этого кроется в том, что Трип - эффект может быть осуществлен только при наличии в структуре высокообогащенного углеродом аустенита, благодаря которому он не меняет своё кристаллографическое строение вплоть до комнатных температур.

Кроме углерода, на формирование и стабилизацию остаточного аустенита существенно влияют кремний и марганец. Кремний сдерживает выделение карбидов при образовании бейнита, обеспечивая диффузию углерода в остаточный аустенит. Марганец стабилизирует аустенит, снижает температуру его превращения, то есть препятствует образованию мартенсита при охлаждении полос во время их термической обработки. Кроме того, марганец, как и кремний, увеличивает прочность стали, упрочняя твердый раствор.

Фосфор повышает растворимость углерода в феррите, что способствует уменьшению скорости образования цементита. Весьма эффективно упрочняет твердый раствор.

Для повышения Трип - эффекта, улучшения прочностных и пластических свойств стали ее легируют ниобием. Его влияние обусловлено участием в фазовых превращениях структуры стали во время горячей прокатки, отжига в межкритическом интервале температур и изотермической выдержки в температурном диапазоне формирования бейнита. Ниобий повышает долю остаточного аустенита в микроструктуре отожженной стали, усиливает его стабилизацию и оказывает сильное сдерживающее влияние на образование мартенсита еще до приложения усилий к готовому прокату на вытяжных прессах автомобилестроительных предприятий, особенно заметное на Трип - стали, горячекатаные полосы которой были свернуты в рулоны при температуре металла - 500°С начальная температура мартенситного превращения уменьшается до 100°С.

Ниобий эффективно влияет на размер зерен матрицы, на перемещение их границ и миграцию элементов. Он сдерживает образование бейнита за счет возможной блокировки центров кристаллизации исключительно тонкими дисперсными карбонитридами. Размер зерен матрицы структуры холоднокатаных полос уменьшается с 50 до 18 мкм² по мере увеличения содержания в стали ниобия до 0,04% масс.

Особенностью производства горячекатаных полос практически всех марок низкоуглеродистых сталей является заметное влияние скорости их охлаждения на отводящем рольганге стана и температуры свертывания в рулон на микроструктуру и свойства готового проката. Горячекатаные полосы из Трип-стали - не исключение.

Этапы охлаждения полос на ШСГП представлены схемой на
рисунке 3.1. [5]

Они составляют основу завершающей стадии технологического процесса горячей прокатки:

• окончание горячей прокатки полосы при температуре ее выше Аr₃, - микроструктура стали, - аустенит;

• охлаждение полосы со скоростью 40 - 50°С/с до Т₁, соответствующей межкритическому интервалу температур;

• охлаждение полосы со скоростью около 10°С/с до Т₁, - температуры несколько выше Аr, - во время которого протекает процесс выделения феррита из 50 - 60% объема аустенита;

• охлаждение полосы со скоростью 40 - 50°С/с до Т₂ - (350 - 450°) - начала превращения оставшейся части аустенита в бейнит;

• свертывание полосы в рулон и продолжение превращения аустенита в бейнит, сдерживаемого увеличением объема фазы - структура сохраняет до 10% (и более) метастабильного остаточного аустенита.

Рисунок 3.1 - Схема соотношения микроструктуры и температуры горячекатаной полосы, готовой, после завершения процесса своего охлаждения, к эффекту трансформации метастабильного остаточного аустенита во время последующей пластической деформации.

α - феррит; γ- аустенит; α_Б - бейнитный феррит, γ_ост - остаточный аустенит.

Температура свертывания полос из Трип - стали может достигать на ШСГП 700°С. В этом случае структура горячекатаной стали будет отнесена к классу бейнитно - перлитной. Сталь будет хорошо деформироваться на станах холодной прокатки.

Холодная прокатка полос, свернутых при температуре около 500°С, идет со значительно большими усилиями. Однако в этом случае можно получить более однородную мелкозернистую структуру.

12 3 4 Следующая ⇒