ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бардина» Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии Автомобильные стали. Классификация.
Причины возникновения необходимости разработки стали с повышенным комплексом свойств Снижение веса Снижение расхода топлива Повышение ездовых характеристик Повышение прочности Повышение поглощения энергии при аварии Снижение выброса CO 2 в атмосферу 2 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Применение различных материалов в кузове автомобиля 3 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Увеличение веса автомобиля Увеличение веса, % 4 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Применяемые материалы и их свойства 5 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Удлинение, % Общая классификация Временное сопротивление, МПа Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии 6
Программы направленные на создание сверхлегкого кузова 7 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Программы (ISII), нацеленные на разработку и применение новых материалов при производстве автомобиля. Программа создания сверхлегких высокопрочных стальных корпусов §Снижение веса корпуса на 25% по сравнению с базовыми моделями того иного класса, без увеличения стоимости; §Увеличение прочности на кручение 80%; § Увеличение прочности на изгиб на 52%; § Соответствие всем “краш”-нормам. Программа создания ультралегких стальных дверей и капотов • Снижение веса на 42% по сравнению с базовыми моделями того иного класса, без увеличения стоимости; • Снижение веса дверей на 22% по сравнению с лучшими в своем классе дверями с ребрами жесткости. Программа создания стальных систем подвески Программа разработки общей концепции Программа создания автомобиля будущего из стали • Снижение веса на 34% по сравнению с существующими конструкцию; • Приближение к весу систем на основе сплавов алюминия при снижении стоимости на 30%. • Себестоимость для автомобилей класса С составляет 9200 -10200 долл. ; • Расход топлива должен составлять 3, 2 – 4, 5 литра на 100 км; • Применение сталей с возможностью полной вторичной переработки и снижение до минимума вредных веществ. • Снижение веса корпуса на 35% сравнению с базовыми моделями; • Применение 10 новых марок прогрессивных высокопрочных сталей. 8 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Ассортимент применяемых сталей в соответствии с программой FSV ( автомобиль будущего из стали) 9 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Классификация автолистовых сталей в соответствии с программой ULSAB-AVC (сверхлегкий кузов автомобиля) Применяемые типы стали: Прогрессивные типы сталей: Mild = мягкая углеродистая сталь DP = двухфазная IF = повышенной штампуемости CP = многофазная IS = изотропная BH = термоупрочненная TRIP =трансформируемая повышенной пластичности CMn = марганцовистая HSLA = низколегированная повышенной прочности Mart = мартенситная Принятая классификация имеет следующие обозначения: ХХ ааа/bbb, где ХХ – тип стали; ааа – минимальный предел текучести (σт) в МПа; bbb – минимальное временное сопротивление (σв) в МПа Высокопрочная автолистовая сталь т = 210 -550 МПа Ультравысокопрочная автолистовая сталь т > 550 МПа Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии 10
Удлинение, % Классификация высокопрочных и прогрессивных сталей Временное сопротивление, МПа 11 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Хронологическое развитие марок стали для изготовления кузовов автомобиля. 12 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Перечень основных европейских стандартов на двухфазные и низколегированные стали 1. EN 10268 -06 Холоднокатаная плоская продукция с высоким пределом текучести для холодной штамповки. Наименование сталей по ЕN 10027 -1, LA – низколегированные стали, включающие один или более элементов Nb, Ti, V. Допускаются испытания на поперечных или продольных образцах. 2. EN 10149 -2 -95 Горячекатаная продукция, изготовленная из сталей с высоким пределом текучести для холодной штамповки. Часть 2. Условия поставки для сталей, прокатанных термомеханическим способом. Подразделение марок стали соответствует EN-10141 -1. 3. EN 10346 -09 Плоская стальная продукция с непрерывным горячим покрытием 13 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Технические требования к HSLA и DP-сталям Стандарт Марка стали σ02 σB МПа δmin % Показатель упрочнения n 10 -UT min Индекс упрочнения при нагреве BH 2 , Мпа min Изгиб при 180° мин. диам. раскатки Анизотропия r min 0. 5 t 1 t 1 t 1. 5 t 2 t 2 t EN 101492 Европа Холоднокатаные HSLA 1 EN 10268 -06 Европа HC 340 LA HC 380 LA HC 420 LA 340 -420 380 -480 420 -520 410 -510 440 -560 470 -590 21 19 17 Холоднокатаные DP-стали 2 pr. EN 10336 -05 Европа 3 EN 10149 -2 Европа 4 pr. EN 10346 -09 Европа HCT 500 X HCT 600 X HCT 780 X HCT 980 X 300 -380 340 -420 450 -560 600 -750 500 600 780 980 S 420 MC S 460 MC S 500 MC S 550 MC S 600 MC S 650 MC S 700 MC 420 460 500 550 600 650 700 480 -620 520 -670 550 -700 600 -760 650 -820 700 -880 750 -950 HDT 580 X HCT 780 X HCT 980 X 330 -460 450 -580 570 -720 580 780 980 23 20 14 10 0, 16 0, 15 0, 14 - 30 30 Горячекатаные HSLA <3 ≥ 3 16 19 15 17 12 14 11 13 10 12 Горячекоцинкованные DP-стали 19 14 10 0. 13 - 30 30 30 14 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Деформационное упрочнение автолистовых сталей Механические свойства HLSA, DP и TRIP до штамповки (лист) и после штамповки (стенка отштампованной детали) 15 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Механизмы упрочнения углеродистых и низколегированных сталей - твердорастворное упрочнение, - упрочнение измельчением зерна или другие варианты диспергирования структурных составляющих, - дисперсионное твердение (упрочнение дисперсными частицами), - упрочнение путем создания в ферритной матрице высокопрочных структурных составляющих. Традиционные стали (IF-стали, стали с ВН-эффектом, низколегированные HSLA) Перспективные стали (DP, Trip) 16 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Зависимость конечной структуры сталей от скорости и режима охлаждения 17 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Высокопрочные IF-стали Основные технологические параметры производства Микроструктура Ti-Nb стабилизированной IF-стали Химический состав: Ti или Ti-Nb - для стабилизации. Mn, Si, P – повышение прочности n Горячая прокатка: Ткп : 860 -960 °С Тсм : 600 - 730 °С (для обеспечения полной стабилизации углерода) n Термообработка: Тотж : 800 – 860°C n Дрессировка: εдр: 0, 5 -0, 8% n 18 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Основные принципы легирования и выбора технологических параметров для обеспечения BH-эффекта после термообработки Титан: – связывание азота в Ti. N; – связывание углерода и серы в Ti 4 C 2 S 2; – образование карбидов титана Ti. C. Ниобий: – присутствие в карбосульфидах (Н – фазе); – связывание углерода в карбиды Nb. C; – сегрегация на границах ферритных зерен (в сталях с сверхстехиометрическим химическим составом). n n Основная задача при производстве сталей с BH-эффектом сохранить не связанный в стойкие карбиды от 6 -20 ppm углерод Более стабильный уровень свойств в том числе и BH-эффекта достигается при легировании Ti совместно с Nb. Изменение уровня прочности достигается за счет твердорастворного упрочнения (Mn, Si, P) Повышение температуры смотки приводит к увеличению BH-эффекта 19 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Частично стабилизированные стали с BH-эффектом Основные технологические параметры производства n n Схема формирования ВН-эффекта и его оценки при испытании на растяжение Химический состав: Ti, Nb Горячая прокатка: Ткп : 860 -960 o. C; Тсм: 600 -730 o. C. Термообработка: Тотж : 750 – 850 o. C. Дрессировка: εдр: 0, 5 -1, 5% 20 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Влияние температуры отжига на величину BH-эффекта сталей с различным микролегированием 21 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
HSLA- стали (Высокопрочные низколегированные стали) Основные технологические параметры производства n n n Химический состав: Mn, Si, Ti, Nb, V, Горячая прокатка: Ткп : 880ºС Тсм : 550 -650ºС Термообработка: Тотж : 600 -860ºС Дрессировка: εдр: 1, 2 -1, 5% Микроструктура HSLA x 1000 Увеличение Tкп увеличивает вклад в упрочнение дисперсионного твердения n Понижение Tкп увеличивает вклад в упрочнения измельчение зерна n Увеличение Тсм выше 600 приводит к снижению дисперсионного твердения из-за увеличения размеров частиц n При Tcм ниже 600 рекристаллизация смещается в область более высоких температур 22 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
DP (двухфазные стали) Схематическое представление микроструктуры DP сталей Микроструктура стали DP 500, x 500 Основные технологические параметры производства n Химический состав: C, Mn, Si, Cr, Mo Горячая прокатка: Ткп -900; Тсм -550. Термообработка: Тотж – в двухфазной области. n Дрессировка: εдр: 0, 5 -0, 8%. n n 23 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Схемы охлаждения горячекатаной DP-стали Охлаждение воздухом Ткп Тнуо~800 о. С ТА Т~600 -700 о. С S Охлаждение водой С А В Ткуо~500 о. С Тсм~450 о. С 24 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Схемы получения холоднокатаной DP-стали 25 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
ТRIP, ПНП – пластичность наведенная превращением Схематическое представление микроструктуры TRIP сталей Микроструктура TRIP стали Тнагр. Vохл. Тнач. изотерм. выд-ки τизотерм. выд-ки Тк-ца изотерм. выд-ки Время термообработки, сек. Температура, °С Схемы термической обработки TRIP-сталей в агрегатах непрерывного действия Тнагр. 10 -20 о. С/сек. 30 -300 сек. Время термообработки, сек. Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии 26
Температура, °С Обобщенная схема получения TRIP- стали Время термообработки, сек. n n n В низколегированных TRIP- сталях остаточный аустенит в основном стабилизируется С и в некотором объеме также Mn. Для насыщения аустенита углеродом при бейнитном превращении вводится соответствующее количество легирующих элементов, таких как Si, Al и/или P, предотвращающих выделение С в виде Fex. C. При высоких температурах изотермической выдержки наблюдаются повышенная кинетика превращения и снижение количества образованного бейнита. При низких температурах изотермической выдержки кинетика превращения задерживается, и превращение обычно не завершается в течение времени изотермической выдержки на агрегатах непрерывного действия. 27 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Механические свойства трип-сталей 28 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Стали с комплексной фазовой структурой (Complex Phase (CP) steels). Типичный состав холоднокатаных мультифазных сталей: С – 0, 13 – 0, 15%, Mn ~ 1, 5%, Nb ~ 0, 02 – 0, 03%. Основные характеристики мультифазных г/к сталей Сталь Толщина, мм т, Н/мм 2 в, Н/мм 2 р , % 80, % т/ в СР 800 до 3. 5 740 820 10 14 0. 90 СР 1000 1. 5 810 1020 8 11 0. 80 СР 800 СР 1000 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии 29
Мартенситные стали (Martensit (Mart) steels). Типичный состав мартенситных сталей: С – 0, 11 – 0, 17%, Mn ~ 1, 6%, Nb ~ 0, 02 – 0, 03%. Основные характеристики мартенситных г/к сталей Толщина, мм т, Н/мм 2 в, Н/мм 2 р, % 80, % т/ в 1. 5 1030 1350 2 7 0. 75 Сталь MS 1200 MS 1300 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии 30
Схемы производства мультифазных сталей 31 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Высокомарганцовистые стали Химический состав и механические свойства Типичный хим. состав Механические свойства Марка стали С Mn Al Si 0, 2, МПа в , МПа , % Сталь Гатфильда 0, 91, 4 11, 515 - 0, 301, 0 250400 8001000 3545 TWIP 0, 6 23 - - 450 1000 60 TWIP Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии 32
Схемы производства TWIP - сталей 33 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Наноструктурированная сталь NANO Hiten Марка стали Химический состав и механические свойства T(mm) YS(N/mm 2) TS(N/mm 2) El(%) λ(%) 3. 2 754 805 24 97 2. 0 794 806 20 112 1. 6 788 830 19 106 780 High λ 3. 4 706 781 18 81 780 Conventional precipitation 3. 2 734 811 18 38 780 NANO Микроструктура и выделения в стали NANO Hiten 34 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
WQ HITEN Grade 780 GA 980 1180 Химический состав и механические свойства Design Type Thickness (mm) JFE-CA 780 Y 2 JFE-CA 780 SF JFE-CA 980 Y 2 Low YR Type High λ Type Low YR Type 1. 4 1. 2 JFE-CA 980 SF High λ Type 1. 2 JFE-CA 980 SF 2 JFE-CA 1180 SF JFE-CA 1180 Y 2 Extra High λ Type Low YR Type 1. 2 1. 6 1. 2 Mechanical properties* YS TS El λ (N/mm 2) (%) 430 810 22 30 600 830 19 80 610 1010 18 30 740 1020 16 50 800 1010 14 70 900 1020 7 100 1030 1230 7 60 960 1210 14 30 Ceq. ** (wt%) 0. 15 0. 12 0. 18 0. 09 0. 17 0. 23 Схема производства 35 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
QUENCHING AND PARTITIONING (Q&P) HEAT TREATMENT Схема термической обработки Механические свойства 36 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Usibor (стали для горячей штамповки) Химический состав и механические свойства Марка стали Максимальное содержание элементов, % (масс) Механические свойства В состоянии поставки После горячей Штамповки С MBWW Si Mn P S Cr+ Mo Ti B σт, МПа σв, Мпа δ 4, % (мин) σт, Мпа σв, Мпа δ 4, % 0, 25 0, 40 1, 4 0, 025 0, 01 0, 5 0, 005 >320 >500 10 1100 1650 5, 0 310400 480560 20 MBWK Схема производства Схема штамповки 37 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Автолистовые стали различных классов прочности, разрабатываемые с участием ЦНИИчермет Обозначения Принятые названия Mild Низкоуглеродистая (08 Ю) IF, BH IFHSS BH HSS Сверхнизкоуглеродистая повышенной штампуемости (без атомов внедрения) и с BHэффектом Высокопрочная Сверхнизкоуглеродистая (без атомов внедрения) Высокопрочная сверхнизкоуглеродистая с ВНэффектом HSLA Низколегированные повышенной прочности DP Двухфазные стали TRIP CP MART Сталь с TRIP-эффектом Многофазная Мартенситная Разработки Оптимизация технологии для повышения комплекса свойств и снижения затрат на производство Освоено на отечественных заводах в виде промышленных партий Идет освоение на отечественных заводах. В настоящее время освоены горячеоцинкованные т>220 Н/мм 2 Идет освоение на отечественных заводах. В настоящее время освоены горячекатаные стали с т>500 Н/мм 2, холоднокатаные стали т>350 Н/мм 2 Идет освоение на отечественных заводах. В настоящее время освоены горячекатаные и холоднокатаные стали с в>500 Н/мм 2 (DP 500, DP 550) Ведутся опытные проработки по освоению производства (с 2008 г. ) Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии 38
Зависимость величины смятия при ударе от прочности при растяжении образцов куполообразной формы, изготовленных из сталей HLSA, DP и TRIP 39 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Типичные детали для изготовления которых используется низколегированная сталь 40 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Примеры использования двухфазных сталей и ТРИП сталей 41 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Примеры использования CP, Mart сталей Усилитель двери СP 1000 Фланец сиденья СP 600 Усилитель бампера MS 1300 Усилитель двери MS 1200+EZ 42 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Удлинение, % Направление исследований в разработке новых материалов Временное сопротивление, МПа 43 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Материалы третьего поколения n n Микролегированные DP Модифицированные TRIP ¨ ¨ ¨ n n Микролегированные TRIP-DUAL Бейнитные стали с TRIP-эффектом TRIP без полигонального феррита B-TRIP, M-TRIP Двойная закалка Q&P Ультрамелкий феррит TWIP Fe 15 Mn 3 Al 3 Si Стали для горячей штамповки 44 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Удлинение, % Стали 3 -го поколения Временное сопротивление, МПа Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии 45
Удлинение, % Марганцовистые стали и Q&P Временное сопротивление, МПа Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии 46
Удлинение, % Марганцовистые стали Временное сопротивление, МПа 47 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
Удлинение, % Микролегированные TRIP и Q&P Временное сопротивление, МПа Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии 48
Потребление в России высокопрочного металлопроката 49 Центр физической химии, материаловедения, биметаллов и специальных видов коррозии
1. Определение высокопрочных автолистовых сталей, а точнее те граничные значения прочностных характеристик, в соответствии с которыми на данном этапе сталь относят к непрочным, высокопрочным и ультравысокопрочным. Технические требования к высокопрочным автолистовым сталям. 2. Классификация высокопрочных автолистовых сталей, принятые названия и обозначения, а также примерный уровень свойств. 3. Преимущества и недостатки автолистовых сталей различных классов с точки зрения потребительских свойств и технологичности. 4. Основные механизмы упрочнения традиционных и перспективных автолистовых сталей и пути их достижения (в общем виде). 50
Спасибо за внимание 51
Скачать презентацию ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бардина» Центр физической
Классификация автосталей1.ppt