CN101565794A - 一种高强度热轧汽车大梁钢板及其制造方法 - Google Patents

一种高强度热轧汽车大梁钢板及其制造方法 Download PDF

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黄镇如
徐嘉春
徐国栋
梅冰
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Abstract

本发明提供了一种高强度热轧汽车大梁钢板，其化学成分包含：C：0.05～0.10wt％、Si≤0.10wt％、Mn：1.1～1.85wt％、P≤0.025wt％、S≤0.0030wt％、Al：0.015～0.060wt％、N≤0.0060wt％、Nb：0.015～0.050wt％、Ti：0.015～0.150wt％、Ca≤0.0050％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了所述钢板的制造方法，包括控轧控冷工艺。采用上述化学成分配比以及合理的生产工艺，使得本发明热轧汽车大梁钢板的屈服强度可达550～700MPa级，具有优良的冷成型性能及较高的疲劳强度，适用于制造汽车车架纵梁横梁等构件。

Description

一种高强度热轧汽车大梁钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料类，具体地说，本发明涉及热轧钢材，更具体地说，本发明涉及一种用于汽车车架的高强度热轧钢板。
背景技术
汽车车架一般由纵梁和横梁组成，经由悬挂装置、前桥、后桥支承在车轮上，必须具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。纵梁、横梁一般采用冲压或滚压成形加工，随着钢板强度的提高，冲压机的冲压力需增加，冲压后的回弹量也将增大，因此高强度大梁的成形一般采用滚压成形。
由于汽车车架一般采用冷加工成形，纵梁和横梁之间采用铆接、螺栓连接或焊接，车架承受发动机、车厢和装载货物的重量、经受车轮的冲击，因此汽车大梁用钢板必须具备高的疲劳强度、较好的冲压性能和冷弯性能，以适应冷冲成型加工要求。
为了提高汽车的装载能力，重型汽车车架常采用双梁、即主梁加副梁的方法，这不仅增加制造成本，也增加了汽车重量和燃油消耗。减重节能、降低排放是当代汽车发展的方向，汽车工业对轻量化、安全、排放、成本控制及燃油经济性要求越来越高，这就驱使汽车工业采用高强度钢板。汽车大梁用钢板一般为微合金高强度钢，具有较高屈强比，其厚度大都为5～10mm。国内汽车用量最多的是屈服强度355MPa级大梁钢板，如16MnL和09SiVL等大梁钢板，少数汽车厂采用屈服强度500MPa级大梁钢板，如QStE500TM。
经检索，现有以下一些专利文献涉及热轧汽车钢板，其化学成分见表1。
表1相关热轧汽车钢板的化学成分(wt％)
Figure A20081003641500041
中国专利申请200510100421.2涉及一种采用薄板坯连铸连轧技术生产V-N微合金高强度钢带，其含氮量较高，利用薄板连铸坯再结晶控轧细化晶粒和V(C，N)析出强化提高钢带的强度，钢带的屈服强度为420～700Mpa。
中国专利申请01820102.4涉及一种抗拉强度690MPa以上的高扩孔高延展性的高强度热轧薄钢板，热轧后采用两段式冷却，工艺较为复杂，属铁素体+贝氏体钢，为了有利于铁素体的析出，钢中含Si比较高，它是以TiC和NbC的析出提高钢的强度。
中国专利申请200510047632.4涉及一种700MPa级高强度超细晶粒热轧带钢，其含Nb量较高，板坯加热温度1200℃、终轧温度790～850℃、卷取温度450～600℃，钢组织结构为铁素体加少量的贝氏体。
中国专利申请200510047633.9涉及一种700MPa级F/B高强度热轧带钢，它增加了C与Ti的含量，从而提高带钢的强度，但碳含量过高会影响钢的冷成型性能。
日本专利申请JP11343536涉及的是一种含有Cr的抗拉强度780MPa级卡车大梁和桥壳用高强度热轧钢板。
考虑到汽车大梁钢板不仅应具有高强度、优良冷成型等性能，且易于生产，成本低廉等因素，本发明者进行了化学成分配比及工艺的研究，设计出了一种屈服强度在550～750Mpa级的热轧汽车大梁钢板，从而完成了本发明。
本发明的一个目的在于提供一种热轧汽车大梁钢板。
本发明的另一个目的在于提供这种热轧汽车大梁钢板的制造方法。
发明内容
本发明的第一个方面提供一种高强度热轧汽车大梁钢板，所述汽车大梁钢板的化学成分包含：C：0.05～0.10wt％、Si≤0.10wt％、Mn：1.10～1.85wt％、P≤0.025wt％、S≤0.0030wt％、Al：0.015～0.060wt％、N≤0.0060wt％、Nb：0.015～0.050wt％、Ti：0.015～0.150wt％、Ca≤0.0050wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在一个优选实施方式中：所述汽车大梁钢板的化学成分中还包括V：0.015～0.150wt％。
下面，对本发明汽车大梁钢板的化学成分作用作详细叙述。
C：提高钢板强度的元素，作为碳化物形成元素对强化铁素体强度十分有利，但含碳量太高会降低钢板的冷成形性能和焊接性能，含碳量太低不仅不能保证足够的强度，而且会增加制造成本。因此本发明中碳含量控制在0.05～0.10wt％。
Si：在钢中起固溶强化作用，但含硅钢易恶化钢板的表面质量，从而降低钢的疲劳性能，因此最好把硅含量控制在0.10wt％以下。
Mn：固溶强化元素，若含量过低会导致钢的强度不足，含量太高则会使钢的塑性下降，本发明中Mn含量控制在1.10～1.85wt％。
P、S：钢中的杂质元素，含量应越低越好，本发明中P含量控制在0.025wt％以下、S含量控制在0.0030wt％以下。
Al：钢中的脱氧元素，可减少钢中的氧化物夹杂，纯净钢质，提高钢板的成形性能和疲劳强度，一般，Al的含量控制在0.015～0.060wt％。
Ti、Nb、V：有效细化晶粒、提高强度和韧性的元素，以碳化物和碳氮化物的形式存在于钢中。Nb可明显提高奥氏体未再结晶温度，对细化晶粒有强烈的作用。Ti、V是碳化物形成元素，对提高钢的强度有明显的作用，本发明尽量控制Nb含量为0.015～0.050wt％、Ti含量为0.015～0.150wt％、V含量为0.015～0.150wt％。
N：在钢中以氮化物和碳氮化物形式存在，过多的N将消耗钢中的钛，形成对钢塑性不利的TiN夹杂物，从而降低钢的疲劳性能，因此在本发明钢的化学成分中，控制N含量在0.0060wt％以下。
Ca：可改变钢中硫化物的形态，提高钢板的塑性和韧性，因此本发明的钢中加入了0.0050wt％的Ca。
本发明的第二个方面提供一种高强度热轧汽车大梁钢板的制造方法，该方法包括冶炼、铸造、加热、轧制、冷却、卷取工序，其中轧制工序在奥氏体区进行，轧制变形量＞80％，终轧温度840～900℃，终轧后的钢板冷却至530～600℃卷取。
在本发明钢板的制造过程中：板坯在奥氏体再晶界区进行粗轧，通过轧制变形后的再结晶细化奥氏体晶粒，钢板的变形量在80％以上，通过奥氏体低温区的轧制变形，使奥氏体晶粒内形成变形带并因应变诱发微合金元素的碳氮化物沉淀，细化奥氏体的相变产物，提高钢板的韧性。终轧温度控制在奥氏体未再结晶区840～900℃，终轧温度太低轧制负荷增加，加工困难，温度太高细化晶粒效果差。本发明将卷取温度控制在530～600℃，这样保证了微合金的析出强化效果。
在一个优选实施方式中：所述加热工序中的加热温度为1220～1250℃。
加热温度一般控制在1220～1250℃，若温度过低，微合金元素溶解不充分，特别是钛元素的溶解，这样就不能充分利用微合金元素的作用，从而使钢的强度降低，但温度过高也易使晶粒粗化，对提高钢板韧性不利。
在一个优选实施方式中：所述冷却工序中的冷却速度为30～50℃/s。
对热轧后的带钢进行冷却，冷却速度最好为30～50℃/s，若过低则会降低细晶强化的效果。
本发明的有益效果为：本发明的热轧汽车大梁钢板采用普通的合金元素，生产易行，成本低廉，且钢板具有良好的表面质量，有较好的强塑性和强韧性配合。钢板碳当量低不用预热就可以焊接，有良好的焊接性能，其疲劳强度也较高，650MPa级钢板疲劳极限达到365Mpa，制造汽车大梁仅用8mm或10mm的单梁就可以了，而现有的355MPa级大梁钢板16MnL的疲劳极限为220MPa，制造汽车大梁就需要8mm厚的主梁附加5mm厚副梁或7mm厚的副梁。由此可见，和原来低强度大梁钢板相比，用本发明的钢板制造汽车车架可减薄钢板厚度，达到减轻汽车自重降低燃油消耗的目的，有明显的社会效益。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
本发明高强度热轧汽车大梁钢板的化学成分包含：
C：0.07wt％、Si：0.03wt％、Mn：1.16wt％、P：0.01wt％、S：0.003wt％、Al：0.047wt％、N：0.0025wt％、Nb：0.015wt％、Ti：0.070wt％、Ca：0.0021wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
试样1：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度850℃，终轧后的钢板以50℃/s的冷却速度冷到565℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
试样2：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1220℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度860℃，终轧后的钢板以35℃/s的冷却速度冷到575℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为5mm。
试样3：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度880℃，终轧后的钢板以48℃/s的冷却速度冷到555℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为3mm。
实施例2
本发明高强度热轧汽车大梁钢板的化学成分包含：
C：0.07wt％、Si：0.05wt％、Mn：1.45wt％、P：0.01wt％、S：0.002wt％、Al：0.040wt％、N：0.0048wt％、Nb：0.046wt％、Ti：0.10wt％、Ca：0.0045wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
试样1：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度850℃，终轧后的钢板以46℃/s的冷却速度冷到585℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
试样2：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1230℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度870℃，终轧后的钢板以37℃/s的冷却速度冷到580℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
实施例3
本发明高强度热轧汽车大梁钢板的化学成分包含：
C：0.06wt％、Si：0.06wt％、Mn：1.85wt％、P：0.01wt％、S：0.002wt％、Al：0.043wt％、N：0.0038wt％、Nb：0.050wt％、Ti：0.15wt％、Ca：0.002wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
试样1：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度850℃，终轧后的钢板以42℃/s的冷却速度冷到530℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
试样2：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1230℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度890℃，终轧后的钢板以50℃/s的冷却速度冷到560℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
实施例4
本发明高强度热轧汽车大梁钢板的化学成分包含：
C：0.06wt％、Si：0.03wt％、Mn：1.12wt％、P：0.011wt％、S：0.0029wt％、Al：0.042wt％、N：0.0024wt％、Nb：0.035wt％、Ti：0.079wt％、V：0.015wt％、Ca：0.0035wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
试样1：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度880℃，终轧后的钢板以43℃/s的冷却速度冷到550℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
试样2：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度860℃，终轧后的钢板以30℃/s的冷却速度冷到550℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
实施例5
本发明高强度热轧汽车大梁钢板的化学成分包含：
C：0.07wt％、Si：0.04wt％、Mn：1.55wt％、P：0.011wt％、S：0.0029wt％、Al：0.060wt％、N：0.0027wt％、Nb：0.042wt％、Ti：0.11wt％、V：0.020wt％、Ca：0.0025wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
试样1：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度880℃，终轧后的钢板以48℃/s的冷却速度冷到550℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
试样2：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1230℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度900℃，终轧后的钢板以37℃/s的冷却速度冷到590℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
实施例6
本发明高强度热轧汽车大梁钢板的化学成分包含：
C：0.05wt％、Si：0.03wt％、Mn：1.80wt％、P：0.007wt％、S：0.0038wt％、Al：0.041wt％、N：0.0015wt％、Nb：0.044wt％、Ti：0.15wt％、V：0.024wt％、Ca：0.0019wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
试样1：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度860℃，终轧后的钢板以49℃/s的冷却速度冷到560℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
试样2：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度880℃，终轧后的钢板以46℃/s的冷却速度冷到550℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
实施例7
本发明高强度热轧汽车大梁钢板的化学成分包含：
C：0.06wt％、Si：0.03wt％、Mn：1.43wt％、P：0.0053wt％、S：0.0051wt％、Al：0.050wt％、N：0.0038wt％、Nb：0.032wt％、Ti：0.015wt％、V：0.055wt％、Ca：0.0037wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
试样1：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1220℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度880℃，终轧后的钢板以33℃/s的冷却速度冷到590℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
试样2：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度840℃，终轧后的钢板以37℃/s的冷却速度冷到600℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
实施例8
本发明高强度热轧汽车大梁钢板的化学成分包含：
C：0.075wt％、Si：0.01wt％、Mn：1.43wt％、P：0.0053wt％、S：0.0046wt％、Al：0.050wt％、N：0.0023wt％、Nb：0.039wt％、Ti：0.025wt％、V：0.074wt％、Ca：0.0034wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
试样1：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1220℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度850℃，终轧后的钢板以46℃/s的冷却速度冷到580℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
试样2：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1250℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度880℃，终轧后的钢板以39℃/s的冷却速度冷到600℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
实施例9
本发明高强度热轧汽车大梁钢板的化学成分包含：
C：0.10wt％、Si：0.02wt％、Mn：1.85wt％、P：0.0058wt％、S：0.0019wt％、Al：0.051wt％、N：0.0030wt％、Nb：0.050wt％、Ti：0.025wt％、V：0.150wt％、Ca：0.0023wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
试样1：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1220℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度880℃，终轧后的钢板以47℃/s的冷却速度冷到600℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
试样2：按上述化学成分冶炼钢水，铸造成钢坯后，于1220℃加热后，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％，终轧温度880℃，终轧后的钢板以50℃/s的冷却速度冷到550℃进行卷取，卷取后空冷至室温，钢板厚度为8mm。
试验例1
按标准GB/T 228-2002对本发明实施例1-9中的热轧汽车大梁钢板试样进行力学性能测试，测试结果表2。
表2本发明实施例1-9的热轧汽车大梁钢板试样的力学性能
  实施例   试样号   屈服强度Re(MPa)   抗拉强度Rm(MPa)   延伸率A(％)
 实施例1   1   600   685   19
  2   620   695   20
  3   620   685   21
 实施例2   1   670   755   21
  2   640   750   20
 实施例3   1   730   810   19
  2   735   810   20
 实施例4   1   575   655   20
  2   600   685   20
 实施例5   1   680   750   19
  2   685   745   20
 实施例6   1   740   820   19
  2   745   830   19
 实施例7   1   615   675   21
  2   660   750   21
 实施例8   1   595   655   20
  2   585   665   21
 实施例9   1   710   800   20
  2   650   730   20

Claims (5)

1、一种高强度热轧汽车大梁钢板，其特征在于，所述汽车大梁钢板的化学成分包含：C：0.05～0.10wt％、Si≤0.10wt％、Mn：1.10～1.85wt％、P≤0.025wt％、S≤0.0030wt％、Al：0.015～0.060wt％、N≤0.0060wt％、Nb：0.015～0.050wt％、Ti：0.015～0.150wt％、Ca≤0.0050wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2、根据权利要求1所述的高强度热轧汽车大梁钢板，其特征在于，在所述汽车大梁钢板的化学成分中还包括V：0.015～0.150wt％。
3、权利要求1所述的高强度热轧汽车大梁钢板的制造方法，包括冶炼、铸造、加热、轧制、冷却、卷取工序，其特征在于，轧制工序在奥氏体区进行，轧制变形量＞80％，终轧温度840～900℃，终轧后的钢板冷却至530～600℃卷取。
4、根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述加热工序中，加热温度为1220～1250℃。
5、根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述冷却过程中，冷却速度为30～50℃/s。
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