CN101624676B - 一种抗拉强度高于710MPa的热轧大梁钢及其制备方法 - Google Patents

一种抗拉强度高于710MPa的热轧大梁钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种抗拉强度高于710MPa的热轧大梁钢及其制备方法，属于材料技术领域，大梁钢成分按重量百分比为C0.06～0.12％，Si 0.01～0.20％，Mn 1.40～1.70％，Nb 0～0.03％，Ti 0.05～0.10％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量为铁Fe；屈服强度至少600MPa，抗拉强度至少710MPa，断后伸长率至少23％。制备方法为：按设定成分冶炼钢水并铸轧成铸坯，加热至1220～1280℃进行粗轧，获得中间坯；将中间坯精轧，然后以10～40℃/s的速度冷却至450～620℃。本发明热轧大梁钢具有良好的低温韧性及成型性能，且生产成本低。

Description

一种抗拉强度高于710MPa的热轧大梁钢及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种抗拉强度高于710MPa的热轧大梁钢及其制备方法。
背景技术
随着社会和经济的发展，钢铁工业所面临的节省资源、节约能源、保护环境的压力越来越大。所以，对传统的钢铁材料如何在成分设计及轧制工艺上进行减量化，进而大幅度提高其性能，延长使用寿命，有效地提高资源的利用率和回收率，已经成为钢铁材料研究领域的热点。大梁钢主要用于冲压载重汽车和轻型汽车的车架纵梁、横梁等结构件，目前的普通大梁钢抗拉强度多为510MPa级和610MPa级，随着汽车工业对轻量化、安全、排放、降低成本控制及燃料经济性的要求越来越高，现有大梁钢的强度级别普遍偏低，迫切需要开发更高强度级别的大梁钢，而国内外在利用控制轧制与控制冷却工艺得到600～700MPa级大梁钢时多采用合金化的思想，且其中合金元素的数量较多，并加入附加值较高的Mo、Cr、Ni等合金元素，导致钢材生产成本偏高。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种抗拉强度高于710MPa的热轧大梁钢及其制备方法，目的在于通过少添加合金元素的情况下使热轧大梁钢的强度提高，用以代替低级别的510MPa级和610MPa级大梁钢。
本发明的抗拉强度高于710MPa的热轧大梁钢成分按重量百分比为C0.06～0.12％，Si0.01～0.20％，Mn 1.40～1.70％，Nb 0～0.03％，Ti0.05～0.10％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量为铁Fe。
本发明的制备方法按以下步骤进行：
1、按设定成分冶炼钢水并铸轧成铸坯，其成分按重量百分比为C0.06～0.12％，Si0.01～0.20％，Mn 1.40～1.70％，Nb 0～0.03％，Ti0.05～0.10％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量为铁Fe，铸坯厚度为220～250mm。
2、将铸坯加热至1220～1280℃，进行粗轧，粗轧过程为3～5道次，粗轧开轧温度为1120～1170℃，粗轧终轧温度为980～1070℃，获得厚度为38～50mm的中间坯。
3、将中间坯进行精轧，精轧过程为5～7道次，精轧开轧温度为950～1000℃，精轧终轧温度为760～860℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为1.6～14mm。
4、精轧后以10～40℃/s的速度冷却至450～620℃，卷取，获得成品热轧大梁钢。
本发明的方法是在碳锰结构钢成分的基础上，通过添加微量合金元素和控轧控冷技术，生产屈服强度不小于600MPa，抗拉强度不小于710MPa，断后伸长率不低于23％，具有良好综合性能的结构带钢，其金相组织为晶粒尺寸3～6μm的铁素体以及少量珠光体的复相组织。
本发明中钢种成分的设置考虑了以下几点：C对强化钢板是有效的，但同时降低了其成型性及焊接性，这些性能对其使用性能来说是必不可少的，因此碳的含量控制在低碳钢范围内。为了在低碳钢的基础上，将抗拉强度提高到710MPa以上，同时控制好屈强比等性能参数，单纯依靠晶粒细化是不够的。通过添加合金元素Ti，使钢材中的晶粒产生沉淀强化作用，同时高强度钛钢的冷成型性能好，在纵向、横向和厚度方向上的性能均一，而且钛的加入也改善了钢材的焊接性能，所以加入钛是十分有利的。
采用该TMCP工艺的依据是：通过高温区的奥氏体再结晶控制轧制，充分细化奥氏体晶粒；精轧终轧温度控制在780-860℃，使轧制过程中产生较大的累积应变；通过轧后快速冷却及合适温度的卷取，得到细化的铁素体，通过铁素体的细化强化及TiC的析出强化使钢材获得良好的性能指标。
本发明的制备方法使抗拉强度710MPa级热轧大梁钢形成了一种新的组织状态，它不同于一般低碳结构钢和超细晶钢的铁素体珠光体组织，而是以超细(3～6μm)的铁素体和在铁素体机体上细小弥散的析出物组成的组织。采用该组织的依据是：细化的铁素体基体使材料具有较高的屈服强度，良好的塑性，同时材料的韧性，特别是材料的低温韧性得到很大改善。组织中引入微合金元素Ti为主的TiC析出强化，可以有效的提高屈服强度及抗拉强度，细小弥散的析出物使材料在提高强度的同时，还保证了材料具有良好的成型性。
本发明热轧大梁钢可代替低级别的510MPa级和610MPa级大梁钢，具有如下优点：1、本发明热轧大梁钢由于具有细化的铁素体组织，所以具有良好的低温韧性及成型性能。2、本发明热轧大梁钢由于仅以微合金元素为主，未添加附加值较高的Mo、Ni、Cr等合金元素，大大降低了生产成本，采用本发明方法制备热轧大梁钢，每吨可降低成本不少于200元，可以产生很大的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例1中的热轧大梁钢产品的金相组织图。
图2为本发明实施例1中的热轧大梁钢产品的电镜透射图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的轧机为1750热连轧机。
实施例1
按设定成分在150吨转炉中冶炼钢水，并连铸成铸坯，其成分按重量百分比为C0.06％，Si0.20％，Mn 1.70％，Nb 0.03％，Ti0.05％，P0.003％，S0.008％，余量为铁Fe，铸坯厚度为230mm。
将铸坯加热至1250℃，进行粗轧，粗轧过程为3道次，粗轧开轧温度为1170℃，粗轧终轧温度为1070℃，获得厚度为50mm的中间坯。
将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为1000℃，二轧温度为980℃，三轧温度为920℃，四轧温度为880℃，终轧温度为860℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为14mm。
精轧后以10℃/s的速度水冷至450℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧大梁钢，力学性能测试结果为：屈服强度650MPa，抗拉强度730MPa，断后伸长率26％，冲击功200J/mm2，冷弯测试(B＝35，d＝a)合格。该大梁钢的金相组织如图1所示，从图中可见细化的铁素体，该大梁钢的电镜透射如图2所示，从图中可以看出该钢材的组织中有细小的TiC析出。
实施例2
铸坯的制备方法及成分同实施例1，铸坯厚度为240mm。
粗轧过程同实施例1，获得厚度为45mm的中间坯。
将中间坯进行精轧，精轧过程为6道次，精轧开轧温度为960℃，二轧温度为940℃，三轧温度为920℃，四轧温度为900℃，五轧温度为840℃，终轧温度为820℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为10mm。
精轧后以25℃/s的速度水冷至550℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧大梁钢，力学性能测试结果为：屈服强度640MPa，抗拉强度740MPa，断后伸长率26％，冲击功130J/mm2，冷弯测试(B＝35，d＝a)合格。
实施例3
铸坯的制备方法及成分同实施例1，铸坯厚度为250mm。
粗轧过程同实施例1，获得厚度为38mm的中间坯。
将中间坯进行精轧，精轧过程为7道次，精轧开轧温度为980℃，二轧温度为950℃，三轧温度为930℃，四轧温度为890℃，五轧温度为850℃，六轧温度为820℃，终轧温度为780℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为6mm。
精轧后以40℃/s的速度水冷至620℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧大梁钢，力学性能测试结果为：屈服强度630MPa，抗拉强度720MPa，断后伸长率25％，冲击功115J/mm2，冷弯测试(B＝35，d＝a)合格。
实施例4
按设定成分在150吨转炉中冶炼钢水，并连铸成铸坯，其成分按重量百分比为C0.12％，Si0.10％，Mn 1.40％，Nb 0.02％，Ti0.08％，P0.007％，S0.005％，余量为铁Fe，铸坯厚度为220mm。
将铸坯加热至1280℃，进行粗轧，粗轧过程为4道次，粗轧开轧温度为1150℃，终轧温度为1000℃，获得厚度为48mm的中间坯。
将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为1000℃，二轧温度为970℃，三轧温度为930℃，四轧温度为870℃，终轧温度为860℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为12mm。
精轧后以20℃/s的速度水冷至450℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧大梁钢，力学性能测试结果为：屈服强度660MPa，抗拉强度750MPa，断后伸长率24％，冲击功210J/mm2，冷弯测试(B＝35，d＝a)合格。
实施例5
铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为230mm。
粗轧过程同实施例4，获得厚度为42mm的中间坯。
将中间坯进行精轧，精轧过程为6道次，精轧开轧温度为970℃，二轧温度为950℃，三轧温度为920℃，四轧温度为880℃，五轧温度为830℃，终轧温度为806℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为10mm。
精轧后以30℃/s的速度水冷至530℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧大梁钢，力学性能测试结果为：屈服强度625MPa，抗拉强度720MPa，断后伸长率26％，冲击功120J/mm2，冷弯测试(B＝35，d＝a)合格。
实施例6
铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为240mm。
粗轧过程同实施例4，获得厚度为38mm的中间坯。
将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为950℃，二轧温度为910℃，三轧温度为880℃，四轧温度为820℃，终轧温度为780℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为8mm。
精轧后以40℃/s的速度水冷至620℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧大梁钢，力学性能测试结果为：屈服强度620MPa，抗拉强度715MPa，断后伸长率26％，冲击功124J/mm2，冷弯测试(B＝35，d＝a)合格。
实施例7
按设定成分在150吨转炉中冶炼钢水，并连铸成铸坯，其成分按重量百分比为C0.10％，Si0.01％，Mn 1.55％，Ti0.10％，P0.003％，S0.006％，余量为铁Fe，铸坯厚度为240mm。
将铸坯加热至1220℃，进行粗轧，粗轧过程为5道次，粗轧开轧温度为1120℃，终轧温度为980℃，获得厚度为42mm的中间坯。
将中间坯进行精轧，精轧过程为7道次，精轧开轧温度为1000℃，二轧温度为970℃，三轧温度为940℃，四轧温度为900℃，五轧温度为860℃，六轧温度为820℃，终轧温度为820℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为1.6mm。
精轧后以40℃/s的速度水冷至600℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧大梁钢，力学性能测试结果为：屈服强度670MPa，抗拉强度750MPa，断后伸长率27％，冲击功113J/mm2，冷弯测试(B＝35，d＝a)合格。
实施例8
铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为240mm。
粗轧过程同实施例4，获得厚度为40mm的中间坯。
将中间坯进行精轧，精轧过程为5道次，精轧开轧温度为950℃，二轧温度为920℃，三轧温度为880℃，四轧温度为860℃，终轧温度为820℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为10mm。
精轧后以30℃/s的速度水冷至550℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧大梁钢，力学性能测试结果为：屈服强度650MPa，抗拉强度720MPa，断后伸长率26％，冲击功110J/mm2，冷弯测试(B＝35，d＝a)合格。
实施例9
铸坯的制备方法及成分同实施例4，铸坯厚度为240mm。
粗轧过程同实施例4，获得厚度为38mm的中间坯。
将中间坯进行精轧，精轧过程为6道次，精轧开轧温度为950℃，二轧温度为920℃，三轧温度为880℃，四轧温度为860℃，五轧温度为820℃，终轧温度为800℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为6mm。
精轧后以15℃/s的速度水冷至450℃，通过卷取机卷取，获得成品热轧大梁钢，力学性能测试结果为：屈服强度640MPa，抗拉强度740MPa，断后伸长率27％，冲击功114J/mm2，冷弯测试(B＝35，d＝a)合格。

Claims (2)

1.一种抗拉强度高于710MPa的热轧大梁钢，其特征在于该热轧大梁钢的成分按重量百分比为C0.06～0.12％，Si 0.01～0.20％，Mn 1.40～1.70％，Nb 0～0.03％，Ti0.05～0.10％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量为铁Fe；屈服强度至少为600MPa，抗拉强度至少为710MPa，断后伸长率至少为23％。
2.权利要求1所述的抗拉强度高于710MPa的热轧大梁钢的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)按设定成分冶炼钢水并铸轧成铸坯，其成分按重量百分比为C0.06～0.12％，Si 0.01～0.20％，Mn 1.40～1.70％，Nb 0～0.03％，Ti0.05～0.10％，P＜0.01％，S＜0.01％，余量为铁Fe，铸坯厚度为220～250mm；(2)将铸坯加热至1220～1280℃，进行粗轧，粗轧3～5道次，粗轧开轧温度为1120～1170℃，粗轧终轧温度为980～1070℃，获得厚度为38～50mm的中间坯；(3)将中间坯进行精轧，精轧5～7道次，精轧开轧温度为950～1000℃，精轧终轧温度为760～860℃，精轧每道次压下量控制在15～40％，精轧至厚度为1.6～14mm；(4)精轧后以10～40℃/s的速度冷却至450～620℃。
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