CN101629268A - 一种微合金化高强度、抗裂纹汽车大梁用扁钢及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微合金化高强度、抗裂纹汽车大梁用扁钢及其生产工艺，其化学成分wt％为：C 0.08－0.23％，Si 0.15－0.60％，Mn 1.00－1.60％，Cr≤0.20％，Ni≤0.20％，V 0.06－0.15％，S≤0.020％，P≤0.025％，Cu≤0.20％，余为Fe。生产工艺，包括下列步骤：(1)转炉/电炉冶炼，加入铁水及废钢，实现预脱P及成分初调；(2)LF精炼：在LF炉中脱S、脱O及成分微调；(3)连铸，在连铸机上浇成150mm的方坯；(4)连轧，采用热装、热送工艺，经过18架连轧机组，轧制成汽车大梁用扁钢。材料热轧态的力学性能为：抗拉强度R_m＝760－850MPa、屈服强度R_el＝640－700MPa、伸长率A₁₀＝14－20％。

Description

一种微合金化高强度、抗裂纹汽车大梁用扁钢及其生产工艺

技术领域：

本发明涉及钢铁行业中的合金钢，具体涉及高强度、抗裂纹、高韧性的微合金化汽车大梁用扁钢的钢种设计及其生产工艺。

背景技术：

随着我国经济持续稳定地发展，交通运输能力已经成了严重制约国民经济发展的瓶颈。为此，国家提出了汽车运输向高速重载方向发展。为了适应国家提出的要求，在汽车设计时对材料的要求越来越高。要求材料在不增加车重的同时，尽可能的增加车的载重能力，从而实现节约材料，增加货车载重的能力。

而目前国内高强度汽车大梁扁钢一般采用低碳，经过控轧空冷的钢板。这种钢板，由于工艺制度要求严格，成本高，性能波动大，同时从钢板切割成扁钢，金属利用率低，生产率十分低下。而淮钢按照市场要求开发出的高强度扁钢，由于是热轧态性能，性能稳定，金属利用率高，工艺简单，易于操作，而且省去了下游工厂的钢板切割工序，大大地提高了材料的利用率及生产率。

目前国内高强度汽车大梁扁钢用的钢板的化学成分(熔炼分析)：

钢种	C	Si	Mn	Ni	Cu	S	p	Cr
									Q550NQR1	≤0.26	≤0.75	≤2.00	0.12-0.65	0.22-0.55	≤0.008	≤0.040	0.12-0.65

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种微合金化汽车大梁用扁钢，钢的强度高、塑性好、抗裂纹敏感性好。本发明要解决的另一个技术问题是提供这种扁钢的生产工艺，能保证成材质量，能提高成材率和生产效率，生产成本低。

本发明通过以下技术方案实现：

一种微合金化高强度、抗裂纹汽车大梁用扁钢，其特征在于它的化学成分wt％为：C 0.08-0.23％，Si 0.15-0.60％，Mn 1.00-1.60％，Cr≤0.20％，Ni≤0.20％，V 0.06-0.15％，S≤0.020％，P≤0.025％，Cu≤0.20％，余为Fe。

所述化学成分进一步优选为wt％：C 0.15-0.20％，Si 0.20-0.45％，Mn1.40-1.60％，V 0.090-0.14％，S≤0.010％，P≤0.020％，B≤0.005％，Cu≤0.15％，余为Fe。

一种微合金化高强度、抗裂纹汽车大梁用扁钢的生产工艺，包括下列步骤：

(1)转炉/电炉冶炼，加入铁水及废钢，实现预脱P及成分初调；

(2)LF精炼：在LF炉中脱S、脱O及成分微调；

(3)连铸，在连铸机上浇成150mm的方坯；

(4)连轧，采用热装、热送工艺，经过18架连轧机组，轧制成汽车大梁用扁钢；材料热轧态的力学性能为：抗拉强度R_m＝760-850MPa、屈服强度R_el＝640-700MPa、伸长率A₁₀＝14-20％。

下面具体说明本发明钢化学成分的限定理由。

C：能显著提高钢的强度，同时又可以提高钢的淬透性和淬硬性，但也使钢的塑性恶化，并会降低材料的焊接性能，C是显著提高钢的脆性转变温度元素之一。如果C含量低于0.08％，材料的热轧态强度和力学性能指标均达不到设定的使用要求。如果C含量高于0.23％，材料的焊接性能较差，焊缝时近缝区易产生淬硬组织，焊后易冷却过程中易产生裂纹。所以C范围确定为0.08％-0.23％。

Si：在钢中能溶入铁素体，能提高合金钢的强度和硬度，降低钢的塑性和韧性。其最低含量为0.15％才能达到效果，但过高的Si含量，特别是与Mn、Cr元素共存时，容易引起钢的晶粒粗化，但Si是显著提高钢的屈服强度的元素，综合材料的总体要求，本钢种将Si含量确定为0.15-0.60％。

Mn：在钢中能溶入铁素体，强化基体，在轧后冷却时能细化珠光体且能相对提高珠光体含量，因此，能提高强度和硬度，改善热处理性能，且对材料的塑性影响较小。当Mn含量低于1.00％时，材料的力学性能很难达到高强度汽车大梁扁钢的使用要求，同时，由于S对材料的焊缝裂纹敏感性要求，要求本材料的Mn/S比大于或等于40，当Mn含量高于1.60％时，方可确保焊缝金属不产热裂纹；焊缝及近焊缝处的淬硬组织生成几率，所以Mn含量确定为1.00-1.60％。

Cr：能显著提高材料的淬透性，因而增加焊缝热影响区的淬硬倾向，增加材料的焊接冷裂纹敏感性，所以确定Cr≤0.20％。

Ni：促进热影响区液化裂纹的敏感性元素，所以确定Cr≤0.20％。

V：钒在钢中主要起的作用：细化组织晶粒，提高晶粒粗化温度，从而降低钢的过热敏感性，并提高钢的强度和韧性；增加回火稳定性，并产生二次硬化效应。钒除提高钢的强度，特别是屈服点和屈强比以外，还改善钢的塑性和韧性。由于材料晶粒的细化，细化后材料的晶粒度等级大大提高，晶界的比重加大，钢的强度增加，材料对裂纹的敏感性大大降低。考虑到材料的综合要求，确定V含量为V 0.06-0.15％。尤其是V含量的强化效果不需要通过控轧空冷即可稳定实现，同时用量少，成本低，这是本发明的一个显著特点。

残余元素P、S等，实践证明，P、S在晶间偏聚造成晶界脆化，会造成材料高温回火脆性，同时P、S超过一定含量时，对钢材的脆性转变温度提高很多，造成材料低温冲击韧性低，恶化钢材的综合力学性能。所以本发明对上述残余元素作了相关的规定。

按照本发明生产的汽车大梁用扁钢，具有高强度、抗裂纹敏感性、高韧性。材料热轧状态的性能如下：抗拉强度R_m＝760-850MPa、屈服强度R_el＝640-700MPa、伸长率A₁₀＝14-20％。而对比钢在控轧控冷状态下的性能为：抗拉强度R_m＝680-780MPa、屈服强度R_el＝465-580MPa、伸长率A₁₀＝14-22％。所以本发明钢的强度稳定，并且强度得到大幅度提高。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

一、采用微合金化的方式，使材料热轧状态的强度，抗裂纹敏感性、韧性得到大大提高，材料获得的性能稳定。

二、轧制成扁钢，节约了下游客户的钢板切割工序，大大提高了下游客户的生产率，同时，提升了金属收得率。

三、充分的考虑了材料的焊接性能，降低了材料的裂纹敏感性。

四、采用微合金化的方式，合金元素用量少，并采用热装、热送的加热工艺大大降低了燃料的使用量，从而大大降低了成本。

具体实施方式：

实施例1

采用以下生产工艺制备：

(1)转炉冶炼，在80吨转炉顶底复吹式转炉中冶炼，加入铁水及废钢，并将NiFe和MoFe随废钢加入转炉，实现预脱P及成分初调以及转炉冶炼较高合金钢；

(2)LF精炼，在80吨LF炉中脱S及成分微调；

(3)连铸，采用意大利达涅利公司生产的R9m的6机6流连铸机，浇成150mm的方坯；

(4)连轧，采用开坯机轧制成相应规格的汽车大梁用扁钢。

所得钢的化学成分：

C 0.18％，Si 0.44％，Mn 1.52％，Cr 0.03％，Ni 0.01％，Al 0.042％，S 0.0030％，P 0.015％，Cu 0.05％，Sb 0.003％，Sn 0.0015％，As 0.006％，V 0.130％，余为Fe。

汽车大梁用扁钢规格为140×18，热轧状态的力学性能如下：

抗拉强度R_m＝840MPa、屈服强度R_el＝695MPa、伸长率A₅＝16％。

实施例2

所得钢的化学成分：

C 0.18％，Si 0.35％，Mn 1.46％，Cr 0.03％，Ni 0.02％，Al 0.029％，S 0.0010％，P 0.011％，Cu 0.02％，Sb 0.003％，Sn 0.0015％，As 0.006％，V 0.125％，余为Fe。

其余实施如实施例1。

汽车大梁用扁钢规格为140×14，热轧状态的力学性能如下：

抗拉强度R_m＝810MPa、屈服强度R_el＝675MPa、伸长率A₅＝18％。

实施例3

所得钢的化学成分：

C 0.19％，Si 0.33％，Mn 1.48％，Cr 0.02％，Ni 0.01％，Al 0.030％，S 0.0080％，P 0.010％，Cu 0.01％，Sb 0.003％，Sn 0.0015％，As 0.006％，V 0.110％，余为Fe。

其余实施如实施例1。

汽车大梁用扁钢规格为140×8，热轧状态的力学性能如下：

抗拉强度R_m＝780MPa、屈服强度R_el＝665MPa、伸长率A₅＝20.5％。

本发明扁钢经过中集集团、济宁广联等厂检验、使用，性能良好，上述力学性能数据为两家扁钢使用厂的实测数据。

Claims (3)

1、一种微合金化高强度、抗裂纹汽车大梁用扁钢，其特征在于它的化学成分wt％为：C 0.08-0.23％，Si 0.15-0.60％，Mn 1.00-1.60％，Cr≤0.20％，Ni≤0.20％，V 0.06-0.15％，S≤0.020％，P≤0.025％，Cu≤0.20％，余为Fe。

2、如权利要求1所述的一种微合金化高强度、抗裂纹汽车大梁用扁钢，其特征在于它的化学成分wt％为：C 0.15-0.20％，Si 0.20-0.45％，Mn 1.40-1.60％，V 0.090-0.14％，S≤0.010％，P≤0.020％，Cu≤0.15％，余为Fe。

3、一种微合金化高强度、抗裂纹汽车大梁用扁钢的生产工艺，其特征在于包括下列步骤：

(1)转炉/电炉冶炼，加入铁水及废钢，实现预脱P及成分初调；

(2)LF精炼：在LF炉中脱S、脱O及成分微调；

(3)连铸，在连铸机上浇成150mm的方坯；

(4)连轧，采用热装、热送工艺，经过18架连轧机组，轧制成汽车大梁用扁钢；材料热轧态的力学性能为：抗拉强度R_m＝760-850MPa、屈服强度R_el＝640-700MPa、伸长率A₁₀＝14-20％。