CN101724778B

CN101724778B - 屈服强度在500Mpa以上的汽车大梁用钢及其制造方法

Info

Publication number: CN101724778B
Application number: CN2008101548662A
Authority: CN
Inventors: 殷胜; 万兰凤; 唐洪乐; 卞皓; 邵广丰
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2028-10-27
Also published as: CN101724778A

Abstract

本发明涉及汽车大梁用钢等高强度、高成型性的热轧钢板，特别是屈服强度在500MPa以上的高强度热轧钢板及其制造方法。主要解决现有屈服强度在500MPa以上的高强度热轧钢板其成型性不佳的技术问题。本发明的技术方案如下：一种屈服强度在500MPa以上的汽车大梁用钢，其特征在于其化学成分重量百分比为：C：0.065％～0.095％、Si：0.15％以下、Mn：1.51％～1.65％、P：0.020％以下、S：0.008％以下、Nb：0.051％～0.060％、V：0.051％～0.065％、Ti：0.015％～0.025％、Alt：0.02％～0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明主要用于汽车大梁钢。

Description

屈服强度在500Mpa以上的汽车大梁用钢及其制造方法

技术领域：

本发明涉及汽车大梁用钢等高强度、高成型性的热轧钢板，特别是屈服强度在500Mpa以上的高强度热轧钢板及其制造方法。

背景技术：

随着国内重型汽车工业的快速发展，汽车生产厂家对制作汽车结构件的钢材性能、品质要求也越来越高，目前采用的汽车大梁用钢，其屈服强度为355Mpa级别，抗拉强度为510Mpa级别。若采用屈服强度为500Mpa及500Mpa以上，抗拉强度为550Mpa～700Mpa的新钢种B590L，则可以减少钢板厚度而载重量不变甚至有所提高，可实现减轻车辆自重、节能降耗，符合当今社会节能、环保、绿色的主题。

由于重型汽车对载重要求越来越高，汽车制造企业对汽车大梁强度级别提高到500Mpa要求越来越迫切，因此研究具有高强度、高成型性的汽车大梁用钢势在必行。

钢强度的提高很容易实现，但是不合理的产品设计会使强度提高的同时成型性能受到限制，本发明的难点在于保证钢的强度达到500Mpa以上同时具有优良的成型性能。

在公开号为CN1011168819A，名称为《一种含钒热轧钢板及其制造方法》的专利申请中，左军等利用C、Mn、V强化元素结合热轧工艺生产出屈服强度最高为500Mpa的汽车大梁钢；在公开号为CN1974823A，名称为《汽车大梁钢的CSP生产工艺》的专利申请中，张建平等利用C、Mn强化元素结合热轧工艺生产出屈服强度最高为410Mpa的汽车大梁钢；在公开号为CN1824816A，名称为《一种加长型汽车大梁用钢及其制造方法》的专利申请中，万兰凤等利用C、Mn、Nb、V、Ti结合一定热轧工艺生产出屈服强度最高为487Mpa的汽车大梁钢。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种屈服强度在500Mpa以上的高强度热轧钢板及其制造方法。主要解决现有屈服强度在500Mpa以上的高强度热轧钢板其成型性不佳的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种屈服强度在500Mpa以上的汽车大梁用钢，其特征在于其化学成分重量百分比为：C：0.065％～0.095％、Si：0.15％以下、Mn：1.51％～1.65％、P：0.020％以下、S：0.008％以下、Nb：0.050％～0.060％、V：0.050％～0.065％、Ti：0.015％～0.025％、Alt：0.02％～0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明设计各元素及范围的原理：

C：碳元素是影响汽车大梁钢的强韧性的主要元素，C％增加可提高强度，但降低韧性和焊接性能，本发明中将C控制在0.065％～0.095％。

Mn：锰是汽车大梁用低合金高强度钢的基本合金化元素。本发明中将Mn控制在1.51％～1.65％，以提高屈服强度。

P、S：P在汽车结构钢中容易带来偏析和恶化韧性的不利影响，P会导致钢材“冷脆”。S易与Mn形成MnS夹杂，降低钢的韧性，降低宽冷弯合格率，S会导致“热脆”。因此高钢级汽车大梁钢中尽量降低P、S含量。本发明中P控制在≤0.020％，S控制在0.008％。

Nb：铌是低合金高强度汽车大梁用钢的主要微合金化元素，主要起细晶强化作用。一方面Nb能显著提高钢的再结晶温度Tnr，使热轧过程的大变形得以在低于其再结晶温度Tnr以下进行，从而获得细小的、含有大量变形带的奥氏体组织，使相变前的奥氏体组织尽量细化；另一方面在控制冷却过程中细小的Nb

(C、N)在控轧控冷过程中析出，起到沉淀强化作用，提高钢的强度。

本发明中Nb控制在：0.051％～0.060％，本发明设计的Nb及其控制范围在本发明中主要起到细晶强化和沉淀强化作用，但是本发明设计的Nb及其控制范围在本发明中对于强度的贡献还不能实现屈服强度在500Mpa以上，必须通过添加V元素以沉淀强化来实现本发明的屈服强度大于500Mpa的目的。

V：钒的加入主要目的在于钢卷在合适的卷取温度下，通过VC或者(NbV)C的形式在钢中析出，达到析出强化的目的。本发明中V控制在0.051％～0.065％。

本发明中V控制在：0.051％～0.065％，本发明设计的V及其控制范围在本发明中主要起到沉淀强化作用，但是本发明设计的V及其控制范围在本发明中对于强度的贡献还不能实现屈服强度在500Mpa以上，必须通过添加Nb元素以细晶强化来实现本发明的屈服强度大于500Mpa的目的。

Ti：钛在低碳微合金钢中，加入小于0.025％的Ti可细化晶粒，能提高钢的屈服强度和韧性。这种性能的改善主要与Ti能提高奥氏体再结晶温度和奥氏体粗化温度，从而提高连铸和加热过程中晶粒大小有关，同时Ti加入Nb钢中可以延长NbC的析出孕育期，使Nb-Ti复合钢中的碳化物的析出开始时间较Nb钢中晚，从而使析出物更加细小、弥散。由于Ti在高温下，能与N形成TiN高温难熔质点，因此Ti的加入还能提高焊接热影响区的晶粒度，从而改善焊接热影响区的韧性。本发明中Ti控制在0.015％～0.025％。

本发明设计的C及其控制范围、Mn及其控制范围、Nb及其控制范围、V及其控制范围、Ti及其控制范围，实现了屈服强度大于500Mpa的化学成分设计，要最终实现本发明的屈服强度大于500Mpa的目的还必须通过炼钢和热轧工艺来保证。

屈服强度在500Mpa以上的汽车大梁用钢的制造方法，包括炼钢、连铸、加热、热连轧和卷取步骤，其特征是：

炼钢：氧气顶底复吹转炉，出钢碳重量百分数控制在0.03％～0.05％，S重量百分数控制在0.004％～0.008％，P重量百分数控制在0.010％～0.016％，出钢温度控制在1640℃～1660℃；对转炉出来的钢水在钢包精炼炉中进行LF炉精炼进行脱硫、升温处理，精炼处理结束后温度为：1580℃～1630℃，钢水成分重量百分数为：0.03％～0.06％C、0.03％～0.08％Si、1.3％～1.5％Mn、0.010～0.016％P、0.003～0.008％S、0.04％～0.05％Nb、0.05％～0.06％V、0.02％～0.05％Alt；对LF精炼处理后的钢水进行RH真空处理，并进行成分微调，在真空处理完后喂入钙线，RH真空处理后钢水温度为：1580℃～1620℃，钢水成分重量百分数为：0.065％～0.095％C、0.03％～0.07％Si、1.51％～1.65％Mn、0.010％～0.016％P、0.003％～0.008％S、0.051％～0.060％Nb、0.051％～0.065％V、Ti：0.015％～0.025％、0.02％～0.05％Alt；

连铸：连铸采用整体氩气密封浇铸，钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，中间包温度为：1534℃～1554℃，优选的中间包温度为：1535℃～1550℃，采用漏斗形结晶器，铸坯拉速为0.7m/min～0.9m/min，优选的铸坯拉速为0.7m/min～0.8m/min，出结晶器的铸坯厚度为210mm；

加热：铸坯送至板坯加热炉，铸坯入炉温度为：800℃～1000℃，出炉温度为1200℃～1230℃，加热时间为160Min～180Min；

热连轧:出加热炉的铸坯经过除鳞机去除表面上形成的氧化铁皮后，进入可逆粗轧机组，粗轧出口温度控制为：1025℃～1055℃，优选的粗轧出口温度为：1030℃～1050℃，经过粗轧后的板坯随后进入热卷箱，使带钢头、尾调换，然后板坯进行七机架连轧，精轧入口温度为1015℃～1045℃，优选的精轧入口温度为1020℃～1040℃，精轧出口温度为810℃～840℃；粗轧后中间坯厚度控制为38mm，对应成品厚度在4.0mm～6.0mm，或中间坯厚度控制在45mm，对应成品厚度在6.0mm～10.0mm；经轧制后板卷的厚度为4.0mm～10.0mm。

卷取：板卷经过层流冷却后经卷取机卷取成卷，卷取温度为540℃～610℃，优选的卷取温度为554℃～590℃；其冷却方式为：冷却方式为前段冷却，全长冷却，其冷却速度为15℃/S～35℃/S。

炼钢过程措施的作用：

喂钙线：对夹杂物变性处理技术，使夹杂物球化，均匀分布，减少其不利影响，提高钢的韧性。

RH真空精炼：真空冶炼，去除钢种有害气体，如H、N等，使夹杂物充分上浮，提高钢的纯净度，提高韧性及成型性能。

热轧过程控制作用：

控制加热温度的目的在于使微合金元素充分固溶，发挥微合金元素的细化晶粒作用，提高钢的强度和韧性；

控制精轧出口温度的目的在于在钢的Ar3(本发明的Ar3温度约790℃)相变点以上但尽量靠近相变点，以充分细化相变前的晶粒，使相变后的材料具有细小的晶粒，提高钢的强度和韧性；

控制冷速和卷取温度的目的在于使微合金强化元素充分析出，提高钢的强度，并由于在一定温度的保温过程，使钢的内应力充分回复，提高钢的韧性。

本发明设计C及其控制范围、Mn及其控制范围、Nb及其控制范围、V及其控制范围、Ti及其控制范围，炼钢精炼处理，热轧控轧控冷，实现了屈服强度大于500Mpa的汽车大梁钢的生产。

本发明的有益效果：本发明与现有技术相比，其成分和性能对比见表1

表1 产品对比

公开号

C％

Si％

Mn％

Nb％

V％

Ti％

终轧温度℃

冷却速度℃/S

卷取温度℃

屈服强度Mpa

CN1011168819A

0.06～ 0.12

≤0.03

0.9～ 1.4

/

0.02～ 0.1

/

830～ 900

8.5～20

610～ 700

Max： 500

CN1974823A

0.16～ 0.20

0.3～ 0.5

1.3～ 1.5

/

0.01～ 0.03

800～ 820

600 620

Max： 410

CN1824816A

0.07～ 0.12

0.14～ 0.40

1.00～ 1.50

0.020～ 0.050

0.025～ 0.050

0.01～ 0.03

840 880

560～ 620

Max： 487

本发明

0.065～ 0.095

≤ 0.15

1.51～ 1.65

0.051～ 0.060

0.051～ 0.065

0.015～ 0.025

810～ 840

15～35

554～ 590

Min： 500

从已公开的产品设计对比来看，本发明设计的化学元素及其范围和热轧工艺及其范围，与已公开的产品设计存在显著不同，取得的效果本发明也领先于已公开的专利申请。

本发明具有如下优势：

1.利用各种微合金元素合理组合及合理的炼钢、热轧工艺，在传统轧机上实现屈服强度大于500Mp的高强、高成型性能的汽车大梁用钢；

2.屈服强度≥500Mpa，抗拉强度550Mpa～700Mpa；

3.断后伸长率≥19％；

4.冷弯性能：b＝35mm，弯曲半径d＝1.0a。

具体实施方式：具体实施方案1-3的化学成分见表2，产品性能见表3：

表2 B590L化学成分(Wt％)

序号	C	Si	Mn	P	S	Nb	V	Ti
									1	0.065	0.051	1.60	0.012	0.0041	0.051	0.062	0.013
2	0.0909	0.058	1.51	0.011	0.0034	0.055	0.058	0.0122
									3	0.0808	0.069	1.55	0.016	0.0046	0.060	0.051	0.0169

表3 具体制备方法及实验结果

注：表3中1-3与表2中1-3具有对应关系。

产品的成型性能见表4：

表4 成型性能说明

牌号	屈服强度Mpa	抗拉强度Mpa	屈强比	伸长率％
					1(B590L)	540	620	0.87	36.8⁽¹⁾(23)
2(B590L)	540	610	0.88	38.4⁽¹⁾(24)
					3(B590L)	530	615	0.86	37.6⁽¹⁾(23.5)
平均值	537	615	0.87	37.6
					1(X65)	525	580	0.91	36.5
2(X65)	535	600	0.91	36
					3(X65)	530	580	0.91	39
平均值	530	587	0.91	37.2

注⁽¹⁾：表4中其牌号也与表2、表3对应，B590L伸长率数据是经过转换的，因B590L的断后伸长率采用是5倍试样，而X65的断后伸长率是定标距试样(50mm)。为了对比说明需要，将数据统一转换为定标距试样。

从表4数据可知，B590L的屈强比低于X65、断后伸长率性能高于X65，由此说明B590L实现了强度大于500Mpa的同时成型性能非常好。

Claims

1.一种屈服强度在500Mpa以上的汽车大梁用钢的制造方法，包括炼钢、连铸、加热、热连轧和卷取步骤，其特征是：

炼钢：氧气顶底复吹转炉，出钢碳重量百分数控制在0.03％～0.05％，S重量百分数控制在0.004％～0.008％，P重量百分数控制在0.010％～0.016％，出钢温度控制在1640℃～1660℃；对转炉出来的钢水在钢包精炼炉中进行LF炉精炼进行脱硫、升温处理，精炼处理结束后温度为：1580℃～1630℃，钢水成分重量百分数为：0.03％～0.06％C、0.03％～0.08％Si、1.3％～1.5％Mn、0.010～0.016％P、0.003～0.008％S、0.04％～0.05Nb％、0.05％～0.06％V、0.02％～0.05％Alt；对LF精炼处理后的钢水进行RH真空处理，并进行成分微调，在真空处理完后喂入钙线，RH真空处理后钢水温度为：1580℃～1620℃，钢水成分重量百分数为：0.065％～0.095％C、0.03％～0.07％Si、1.51％～1.65％Mn、0.010％～0.016％P、0.003％～0.008％S、0.051％～0.060％Nb、0.051％～0.065％V、Ti：0.015％～0.025％、0.02％～0.05％Alt；

连铸：连铸采用整体氩气密封浇铸，钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，中间包温度为：1534℃～1554℃，采用漏斗形结晶器，铸坯拉速为0.7m/min～0.9m/min，出结晶器的铸坯厚度为210mm；

热连轧：出加热炉的铸坯经过除鳞机去除表面上形成的氧化铁皮后，进入可逆粗轧机组，粗轧出口温度控制为：1025℃～1055℃，经过粗轧后的板坯随后进入热卷箱，使带钢头、尾调换，然后板坯进行七机架连轧，精轧入口温度为1015℃～1045℃，精轧出口温度为810℃～840℃；

卷取：板卷经过层流冷却后经卷取机卷取成卷，卷取温度为540℃～610℃。

2.根据权利要求1所述汽车大梁用钢的制造方法，其特征是：所述连铸步骤中，中间包温度为：1535℃～1550℃，铸坯拉速为0.7m/min～0.8m/min。

3.根据权利要求1所述汽车大梁用钢的制造方法，其特征是：所述热连轧步骤中粗轧出口温度为：1030℃～1050℃，粗轧后中间坯厚度控制为38mm，对应成品厚度在4.0mm～6.0mm，或中间坯厚度控制在45mm，对应成品厚度在6.0mm～10.0mm；精轧入口温度为1020℃～1040℃，经轧制后板卷的厚度为4.0mm～10.0mm。

4.根据权利要求1所述汽车大梁用钢的制造方法，其特征是：所述卷取步骤中其冷却方式为：冷却方式为前段冷却，全长冷却，其冷却速度为15℃/S～35℃/S。

5.根据权利要求1所述汽车大梁用钢的制造方法，其特征是：所述卷取步骤中卷取温度为：554℃～590℃。