blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-3-4-201-210blackmet-1862Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESИсследование критериальных параметров достижения BH эффекта в сверхнизкоуглеродистых сталях для глубокой вытяжкиCriteria for achieving the BH effect in ultra-low carbon steels for deep drawingГоркушаД. В.GorkushaD. V.

Инженер-исследователь лаборатории диагностики материалов.

119991, Москва, Ленинский пр., 49

Research Engineer of the Laboratory of Materials Diagnostics.

Moscow

gorkushadmitry@gmail.comКомоловаО. А.KomolovaO. A.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории диагностики материалов.

119991, Москва, Ленинский пр., 49; 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Laboratory of Materials Diagnostics.

Moscow

o.a.komolova@gmail.comГригоровичК. В.GrigorovichK. V.

Академик РАН, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией диагностики материалов.

119991, Москва, Ленинский пр., 49; 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Academician, Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Laboratory of Materials Diagnostics.

Moscow

АлпатовА. В.AlpatovA. V.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории диагностики материалов/

119991, Москва, Ленинский пр., 49; 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Laboratory of Materials Diagnostics.

Moscow

АрсенкинА. М.ArsenkinA. M.

Кандидат технических наук, заместитель заведующего лабораторией материаловедения и сварки

143026, Москва, Инновационный центр Сколково, ул. Нобеля, 7

Cand. Sci. (Eng.), Deputy Head of the Laboratory “MaterialsScience and Welding”.

Moscow

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, РАНРоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RASRussian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS; National University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian FederationТМК НТЦ, ОООРоссияTMK STC, LLCRussian Federation202025052020633-4201210Copyright © Горкуша Д.В., Комолова О.А., Григорович К.В., Алпатов А.В., Арсенкин А.М., 20202020Горкуша Д.В., Комолова О.А., Григорович К.В., Алпатов А.В., Арсенкин А.М.Gorkusha D.V., Komolova O.A., Grigorovich K.V., Alpatov A.V., Arsenkin A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1862

В работе исследовались ключевые технологические параметры стабильного получения стального листа марок IF с ВН-эффектом. Описаны особенности сверхнизкоуглеродистых IF сталей и IF сталей с BH-эффектом, схема процесса упрочнения IF-BH стали при горячей сушке кузова автомобиля после покраски. Приведены данные по химическому составу IFи IF-BH сталей, производимых на зарубежных и отечественных предприятиях. Разобраны причины проявления такого дефекта стального листа, как полосы скольжения, возникающие при появлении площадки текучести на диаграмме растяжения стальных образцов. Приведено и разобрано требование по «сроку годности», предъявляемое к маркам стали IF-BH. Показана формула расчета содержания углерода эффективного в стали на основе содержания общего углерода, ниобия, титана и азота. Приведен диапазон углерода эффективного в стали для достижения оптимальной величины BH-эффекта на основе ранее опубликованных работ. Для условий отечественного предприятия проанализированы результаты промышленных плавок и даны рекомендации по таким критериям, как диапазон оптимального содержания углерода, рекомендуемые максимальные концентрации углерода и азота в стали, величина BH-эффекта, гарантирующие высокий выход годного при производстве стального листа IF-BH. Проведены расчеты различных вариантов микролегирования IF-BH стали титаном и ниобием. Сформулированы критерии, позволяющие стабильно получать заданную величину BH эффекта в холоднокатаных сверхнизкоуглеродистых сталях. Предложена двухэтапная схема микролегирования титаном и ниобием. Показано влияние размера зерен в листовой стали на наличие и величину BH-эффекта и наличие/отсутствие площадки текучести на диаграмме растяжения в листовом металле в исходном состоянии.

The authors have investigated key technological parameters of stable production of IF steel sheet with BH-effect. The features of ultralow carbon IF steels and IF steels with BH effect are described. Scheme of IF-BH steel hardening during hot drying of the car body after painting is considered. Data on the chemical composition of IF and IF-BH steels produced at Russian and worldwide enterprises are presented. The authors have analyzed the reasons of appearance of such a defect in the steel sheet as slip bands that arise when the yield area appears on the tensile diagram of steel samples. The requirement on the “shelf life” presented to the IF-BH steel grades is given and disassembled. The article considers the formula for calculating effective carbon content in steel based on the total carbon content in steel, niobium, titanium and nitrogen. The range of carbon effective in steel is given to achieve the optimal value of the BH effect based on previously published works. The results of industrial IF-BH steel production have been analyzed for the conditions of Russian enterprise and recommendations were given on criteria such as the optimum carbon content range in solid solution, the recommended maximum total concentrations of carbon and nitrogen in steel, and the BH effect value guaranteeing a high yield of IF-BH steel sheet in the production. Calculations of various options of microalloying by titanium and niobium for IF-BH steel were done. Criteria are formulated that allow stably obtaining a given value of the BH effect in cold-rolled ultralow-carbon steels. A two-stage scheme for microalloying by titanium and niobium is proposed. The influence of grain size in sheet steel on the presence and value of the BH effect is described as well as on the presence/absence of a yield plateau on the tensile diagram in the sheet metal in the initial state.

марки стали IF и IF-ВНдостижение BH-эффектауглерод эффективныйконцентрации углерода и азота в IF и IF-ВН сталяхмикролегирование IF-ВН сталейIF steelIF-BH steelBH-effecteffective carbon contentconcentrations of carbon and nitrogen in IF and IF-BH steelsmicroalloying of IF-BH steelsИсследование  выполнено  при  финансовой  поддержке  РФФИ  в  рамках научного проекта №18-29-24146 мкThe work was financially supported by the RFBR in the framework of scientific project No. 18-29-24146 mkReferencesCarlsson B. Choice of tool materials for punching and forming of extra- and ultra-high strength steel sheet // 3rd Int. Conf. and Exhibition on Design and Production of Dies and Molds and 7th Int. Symp. on Advances in Abrasive Technology, Bursa, Turkey, June 17 - 19, 2004. 2004. Р. 253 - 256.Carlsson B. Choice of tool materials for punching and forming of extra- and ultra-high strength steel sheet. In: 3rd Int. Conf. and Exhibition on Design and Production of Dies and Molds and 7th Int. Symp. on Advances in Abrasive Technology, Bursa, Turkey, June 17-19, 2004. 2004, pp. 253-256.Takahashi M. Development of high strength steels for automobiles // Nippon Steel Technical Report. July 2003. No. 88. P. 2 - 7.Takahashi M. Development of high strength steels for automobiles. Nippon Steel Technical Report. 2003, no. 88, pp. 2-7.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.Lakhtin Yu.M., Leont’eva V.P. Materialovedenie [Materials science]. Moscow: Mashinostroenie, 1990, 528 p. (In Russ.).Лейрих И.В., Смирнов А.Н., Писмарев К.Е. Тенденции развития и применения листовых сталей в автомобилестроении // Донецький нацюнальний техшчний ушверситет. Наук^ пращ. «Металурпя». 2007. Випуск 9(122). C.12 - 18.Leirikh I.V., Smirnov A.N., Pismarev K.E. Trends in the development and use of sheet steel in automobile industry. Donets’kii natsional’nii tekhnichnii universitet. Naukovi pratsi. Metalurgiya. 2007, vol. 122, no. 9, pp. 12-18. (In Russ.).Leslie W.C. The Physical Metallurgy of Steels. New York: McGraw Hill Book Company, 1981. - 396 p.Leslie W.C. The Physical Metallurgy of Steels. New York: McGraw Hill Book Company, 1981, 396 p.Hutchinson W.B., Nilson K.I., Hirsch J. Metallurgy of vacuum degassed products. Warrendale, PA: TMS, 1990. P. 109 - 126.Hutchinson W.B., Nilson K.I., Hirsch J. Metallurgy of Vacuum Degassed Products. Warrendale, PA: TMS, 1990, pp. 109-126.Ballarin V, Soler M., Perlade A. etc. Mechanisms and modeling of bake-hardening steels: Part I. Uniaxial Tension // Metallurgical and Materials Transactions A. June 2009. Vol. 40a. P. 1367 - 1374.Ballarin V, Soler M., Perlade A., Lemoine X., Forest S. Mechanisms and modeling of bake-hardening steels: Part I. Uniaxial Tension. Metallurgical and Materials Transactions A. 2009, vol. 40a, pp. 1367-1374.Gillespie Th. Fundamentals of Vehicle Dynamic. SAE International, 1999.Gillespie Th. Fundamentals of Vehicle Dynamic. SAE International, 1999.Tian P., BaiR. G., Zhang X.L. etc. Influencing factors of Nb-Ti treated ULC-BHsteels bake hardening property // International Conference on Artificial Intelligence and Industrial Engineering (AIIE 2015). P. 597 - 600.Tian P., Bai R.G., Zhang X.L., Gao H., Cui Y., Zhong Z.Y. Influencing factors of Nb-Ti treated ULC-BH steels bake hardening property. In: Int. Conf. on Artificial Intelligence and Industrial Engineering (AIIE 2015). 2015, pp. 597-600.Mohrbacher H. Niobium Based Metallurgical Concepts and Strategies for the Production of IF-HS and IF-BH Steel Grades.URL: http://www.niobelcon.com/NiobelCon/resources/Niobium-Based-Metallurgical-Concepts-and-Strategies-for-the-Production-of-IF-HS-and-IF-BH-Steel-Grades.pdf (дата обращения: 02.02.2020).Mohrbacher H. Niobium Based Metallurgical Concepts and Strategies for the Production ofIF-HS and IF-BH Steel Grades. Available at URL: http://www.niobelcon.com/NiobelCon/resources/Niobium-Based-Metallurgical-Concepts-and-Strategies-for-the-Production-of-IF-HS-and-IF-BH-Steel-Grades.pdf (Accessed 02.02.2020).Van Snick A., Lips K., Vandeputte S. etc. Modern LC and ULC sheet steels for cold forming: processing and properties // Conference Proceedings. Vol. II (ed. W. Bleck). Institute of Ferrous Metallurgy, Aachen, Germany, 1998. P. 413 - 424.Van Snick A., Lips K., Vandeputte S., De Cooman B.C., Dilewijns J. Modern LC and ULC sheet steels for cold forming: processing and properties. In: Conference Proceedings. Vol. II. Bleck W. ed. Aachen, Germany: Institute of Ferrous Metallurgy, 1998, pp. 413-424.Taeg-Woo Lee, Sung-Il. Kim, Moon-Hi Hong etc. Microstructural characterization and thermodynamic analysis of precipitates in ultra-low-carbon bake hardened steel // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 582. P. 428 - 436.Taeg-Woo Lee, Sung-Il. Kim, Moon-Hi Hong, Won-Yong Kim, Young-Gyu Yoo, Sung-Hwan Lim. Microstructural characterization and thermodynamic analysis of precipitates in ultra-low-carbon bake hardened steel. Journal of Alloys and Compounds. 2014, vol. 582, pp. 428-436.Tian P., Cui Y., Bai R.G. etc. Influencing factors of Nb-Ti treated ULC-BH steels’ bake hardening property // Int. Conf. on Artificial Intelligence and Industrial Engineering (AIIE 2015)/ P. 597 - 600.Tian P., Cui Y., Bai R.G., Zhang X.L., Gao H., Zhong Z.Y. Influencing factors of Nb-Ti treated ULC-BH steels’ bake hardening property. In: Int. Conf. on Artificial Intelligence and Industrial Engineering (AIIE 2015), pp. 597-600.Vasil’ev A.A., Kuzmin N.L., Chelnokov V.A., Lee H.-C. Special features of strain aging of sheet automobile IFBH steel // Metal Science and Heat Treatment. 2007. Vol. 49. No. 1 - 2. P. 32 - 38.Vasil’ev A.A., Kuzmin N.L., Chelnokov V.A., Lee H.-C. Special features of strain aging of sheet automobile IFBH steel. Metal Science andHeat Treatment. 2007, vol. 49, no. 1-2, pp. 32-38.Ghosh P., Ghosh C., Ray R.K., Bhattacharjee D. Precipitation behavior and texture formation at different stages of processing in an interstitial free high strength steel // Scripta Materialia. 2008. Vol. 59. P. 276 - 278.Ghosh P., Ghosh C., Ray R.K., Bhattacharjee D. Precipitation behavior and texture formation at different stages of processing in an interstitial free high strength steel. ScriptaMaterialia. 2008, vol. 59, pp. 276-278.Paul Surajit Kumar, Raj Abhishek, Biswas P. etc. Tensile flow behavior of ultra low carbon, low carbon and micro alloyed steel sheets for auto application under low to intermediate strain rate // Materials and Design. 2014. Vol. 57. P. 211 - 217.Paul Surajit Kumar, Raj Abhishek, Biswas P., Manikandan G., Ver-ma R.K. Tensile flow behavior of ultra low carbon, low carbon and micro alloyed steel sheets for auto application under low to intermediate strain rate. Materials and Design. 2014, vol. 57, pp. 211-217.Seong-Hee Lee, Yoshihiro Saito, Kyung-Tae Park, Hyuk Shin. Microstructures and mechanical properties of ultra low carbon IF steel processed by accumulative roll bonding process // Materials Transactions. 2002. Vol. 43. No. 9. P. 2320 - 2325.Seong-Hee Lee, Yoshihiro Saito, Kyung-Tae Park and Hyuk Shin. Microstructures and mechanical properties of ultra low carbon IF steel processed by accumulative roll bonding process. Materials Transactions. 2002, vol. 43, no. 9, pp. 2320-2325.ГОСТ Р 54153-2010 Сталь. Метод атомно-эмиссионного спектрального анализа.GOST R 54153-2010 Stal’. Metod atomno-emissionnogo spekt-ral’nogo analiza [Steel. Atomic emission spectral analysis method]. (In Russ.).Горкуша Д.В., Комолова О.А., Григорович К.В. Анализ причин повышенного содержания углерода и азота в стали класса IF для условий ОАО «ММК» // Теория и технология металлургического производства. 2015. № 1 (16). С. 60 - 64.Gorkusha D.V., Komolova O.A., Grigorovich K.V. Analysis of causes of high carbon and nitrogen in IF steel for the conditions of Magnitogorsk Iron & Steel Works. Teoriya i tekhnologiya metal-lurgicheskogoproizvodstva. 2015, no. 1(16), pp. 60-64. (In Russ.).Такеши Х. Результаты исследований листовой IF-стали // Современные достижения в металлургии и технологии производства сталей для автомобильной промышленности. Междунар. семинар 17 - 18 февраля 2004 г., Москва, 2004. С. 46 - 48, 52 - 56.Takeshi H. Sheet IF steel. In: Sovremennye dostizheniya v metallur-gii i tekhnologii proizvodstva stalei dlya avtomobil’noi promyshlen-nosti. Mezhdunar. seminar 17-18 fevralya 2004g., Moskva [Modern Advances in Metallurgy and Steel Production for the Automotive Industry. Int. Seminar, February 17-18, 2004, Moscow], pp. 46-48, 52-56. (In Russ.).Зинько Б.Ф., Степанова А.А., Изотов А.В. Особенности технологии выплавки IF-стали со сверхнизким содержанием примесей // Современные достижения в металлургии и технологии производства сталей для автомобильной промышленности. Междунар. семинар 17 - 18 февраля 2004 г., Москва, 2004. С. 57 - 59, 63 - 64.Zin’ko B.F., Stepanova A.A., Izotov A.V Technological features of smelting of IF steel with ultra-low impurity content. In: Sovremen-nye dostizheniya v metallurgii i tekhnologii proizvodstva stalei dlya avtomobil’noi promyshlennosti. Mezhdunar. seminar 17-18 fevralya 2004 g., Moskva [Modern Advances in Metallurgy and Steel Production for the Automotive Industry. Int. Seminar, February 17-18, 2004, Moscow], pp. 57-59, 63-64. (In Russ.).Бигеев В.А., Николаев А.О. Особенности производства особонизкоуглеродистых автокузовных сталей на установке циркуляционного вакуумирования в ККЦ ОАО «ММК» // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2012. Т. 1. № 70. С. 130 - 135.Bigeev V.A., Nikolaev A.O. Production of extra-low-carbon car body steels in RH-degasser at the BOF shop of Magnitogorsk Iron & Steel Works. Aktual’nye problemy sovremennoi nauki, tekhniki i obrazovaniya. 2012, vol. 1, no. 70, pp. 130-135. (In Russ.).Пат. 2681961 РФ. Способ производства особонизкоуглеродистой стали / С.В. Никонов, Р.Р. Адигамов, А.В. Краснов и др.; заявка № 2018117989 от 15.05.2018.Nikonov S.V., Adigamov R.R., Krasnov A.V., Shvetsov A.A., Bikin K.B., Zubov A.V. Sposob proizvodstva osobonizkouglerodistoi stali [Method of extra-low-carbon steel production]. Patent RF no. 2681961. Publ. 05.27.2014. (In Russ.).Горкуша Д.В., Грирорович К.В., Карасев А.В., Комолова О.А. Изменение содержания различных типов неметаллических включений в процессе внепечной обработки низкоуглеродистой стали класса IF // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Том 62. № 5. С. 345 - 352.Gorkusha D.V., Grigorovich K.V., Karasev A.V., Komolova O.A. Content modification of different types of non-metallic inclusions during low-carbon IF steel ladle treatment. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019, vol. 62, no. 5, pp. 345-352. (In Russ.).Chen Ji-ping, Kang Yong-lin, Hao Ying-min etc. Microstructure and properties of Ti and Ti+Nb ultra-low-carbon bake hardened steels // Journal of Iron and Steel Research, International. 2009. Vol. 16. No. 6. P. 33 - 40.Chen Ji-ping, Kang Yong-lin, Hao Ying-min, Liu Guang-ming, Xiong Ai-ming. Microstructure and properties of Ti and Ti+Nb ultra-low-carbon bake hardened steels. Journal of Iron and Steel Research, Int. 2009, vol. 166, no. 6, pp. 33-40.Quanshe Sun, Weizhong Jiang. The match between drawability and enamelability of cold-rolled ultra low carbon sheet steels // XXI International Enamellers Congress. 18 - 22 May 2008, Shanghai -China. P. 53 - 65.Quanshe Sun, Weizhong Jiang. The match between drawability and enamelability of cold-rolled ultra low carbon sheet steels. In: XXI Int. Enamellers Congress. 18-22 May 2008 Shanghai, China, pp. 53-65.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.