CN101748329A

CN101748329A - 一种610MPa汽车大梁板用钢及其制造方法

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Publication number: CN101748329A
Application number: CN200910251584A
Authority: CN
Inventors: 胡学文; 张建; 王炜; 杨兴亮; 刘永刚; 张宜; 赵勇; 闻成才; 张翠
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: CN101748329B

Abstract

本发明公开了一种610MPa汽车大梁板用钢，化学成分的质量百分比(wt％)为：C：0.08～0.12；Si：0.10～0.30；Mn：1.40～1.60；P≤0.010；S≤0.005；Nb：0.040～0.060；V：0.020～0.030；Ti：0.010～0.030；Al：0.030～0.060，微量Ca，其余为铁和残余的微量杂质。本发明还公开了一种610MPa汽车大梁板用钢的制造方法，采用2250mm热轧生产线，连铸坯加热到1200℃～1250℃；粗轧后温度为1000℃～1050℃，经保温罩进入精轧机进行轧制，终轧温度为820℃～880℃，轧后的钢卷经层流冷却快速冷却到530℃～580℃后卷取。采用上述化学成分及生产工艺，使得本发明汽车大梁板的抗拉强度大于610MPa，屈服强度大于500MPa，延伸率大于20％，-60℃纵向冲击功A_KV大于70J，具有优良的冷成型性能及较高的疲劳强度。产品既适用于辊压成形工艺也适用于冷弯和冲压成形工艺制造重型汽车纵梁及横梁等构件。

Description

一种610MPa汽车大梁板用钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及连续热轧金属板带技术领域，尤其涉及一种汽车纵梁、横梁等高强度汽车结构件用钢的材料及其制造方法。

背景技术

汽车大梁作为车辆的最主要安全部件，其材料在要求高强度的同时要具有良好成形、焊接、抗疲劳性能等综合性能。目前国内商用汽车大梁使用材料多为510MPa和550MPa的大梁板，在申请号为CN200510024059.5的发明专利K公开了一种加长型汽车大梁用钢及其制造方法，它在低C高Mn纯净钢中添加Nb、V、Ti多元微合金化元素，抗拉强度可达到580MPa，适用范围仅为辊压工艺制造汽车大梁。申请号为CN200810032040.9的发明专利申请中公开了一种汽车大梁用热轧钢带的方法，钢的抗拉强度为590MPa，但系采用CSP薄板坯连铸和轧制工艺。随着汽车工业的发展，对安全、节能、环保的要求也越来越高，采用高强度材料降低车体自身重量是汽车大梁用材料的发展趋势。汽车大梁的成形工艺一般有辊压、冷弯、冲压三种工艺，三种工艺对材料的成形性能要求依次提高。一般高强度钢，当强度达到600MPa时，塑性显著降低，难以满足不同的汽车大梁用户的成形工艺要求。

发明内容：

本发明所要解决的问题是提供一种抗拉强度达到610MPa以上，同时具有高冷成形性能和良好的低温冲击性能的汽车大梁板用钢及其制造方法。

本发明的技术方案是：在低碳高锰纯净钢中添加适量的Nb、V、Ti复合微合金化元素，在连轧工艺上通过控制轧制和控制冷却的制造方法，该方法通过晶粒细化强化、析出强化可获得高强度、高韧性和良好的冷成形性能的钢板。

本发明一种610MPa汽车大梁板用钢，化学成分的质量百分比(wt％)为：C：0.08～0.12；Si：0.10～0.30；Mn：1.40～1.60；P≤0.010；S≤0.005；Nb：0.040～0.060；V：0.020～0.030；Ti：0.010～0.030；Al：0.030～0.060，微量Ca，其余为铁和残余的微量杂质。

本发明一种610MPa汽车大梁板用钢的制造方法，其生产工艺为：铁水预处理→转炉冶炼→炉后精炼→连铸→板坯加热→轧制→层流冷却→卷取。

铁水经脱硫处理后，进入转炉冶炼、脱氧及合金化处理，然后经LF炉采用深脱硫工艺并加入铁钙线进行夹杂物变性处理，精炼后的钢水由连铸机进行保护浇铸，铸坯冷装加热后送至2250mm热连轧机。板坯加热温度：1200～1250℃，高压水除鳞后由粗轧机组轧制，粗轧道次间也采用高压水除鳞，粗轧后经中间保温罩由精轧机组轧制，轧后的钢卷经层流冷却快速冷却到530℃～580℃后卷取。控轧温度：粗轧后温度1000～1050℃，终轧温度820～880℃。

本发明通过合理的复合微合金化成分设计，采用转炉冶炼、精炼、连铸机保护浇铸及控轧控冷工艺，主要是通过Nb、V、Ti复合微合金化元素析出强化和细晶强化综合作用获得了抗拉强度大于610MPa，高冷成形性能和良好的低温冲击性能的高强度热连轧板卷，适合用于辊压、冷弯、冲压三种工艺条件下制造汽车纵梁及横梁。

附图说明

图1是本发明钢板的金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细的介绍。

本发明一种610MPa汽车大梁板用钢，其化学成分的质量百分比(wt％)为：C：0.08～0.12；Si：0.10～0.30；Mn：1.40～1.60；P≤0.010；S≤0.005；Nb：0.040～0.060；V：0.020～0.030；Ti：0.010～0.030；Al：0.030～0.060，微量Ca，其余为铁和残余的微量杂质。

本发明一种610MPa汽车大梁板用钢的化学成分的优选质量百分比(wt％)为：C：0.09～0.11；Si：0.12～0.27；Mn：1.45～1.59；P≤0.008；S≤0.003；Nb：0.050～0.060；V：0.020～0.030；Ti：0.010～0.020；Al：0.032～0.055，微量Ca，其余为铁和残余的微量杂质。

上述的化学成分的作用及其对材料性能的影响如下：

C是非常重要的固溶强化元素，C的含量增加，可以提高强度但钢的塑性和成型性降低。控制C的合适范围可以尽量降低微合金元素的加入量，从而降低成本。

增加Mn的含量可以提高强度，但Mn对钢的强韧性有一定影响，Mn含量过高，铸坯在连铸过程中Mn偏析程度增大，钢板厚度中心部位易形成珠光体或贝氏体带状组织，对于高强度钢这种带状组织易导致分层缺陷，同时也是疲劳破坏的裂纹起源点，对塑性和焊接、疲劳性能都不利。

加入适量Si，可以增加固溶强化作用，但Si过高，钢板表面氧化铁皮不易去除，表面易形成氧化物压入的微裂纹。特别是对高强度钢，为保证钢板的冷成形性能，获得优良的表面质量是非常必要的。Si在0.30％以下对工业生产过程中钢板表面质量的稳定控制有利。

综合考虑，控制C含量为0.08～0.12％，Si含量为0.10～0.30％，Mn含量为1.40～1.60％。

钢中P偏析和MnS夹杂会降低钢板冷成形性能和低温冲击韧性。S在钢中易形成MnS夹杂物，在轧制中MnS变形成条状或片状，造成钢板的各向异性增加；P在α-Fe和γ-Fe中的扩散速度小，易形成偏析，从而提高带状组织级别。因此尽量将钢中P含量在0.010％以下、S％含量在0.005％以下，并在冶炼过程中进行喂Ca线处理，将钢中低含量的硫化夹杂物进行变性处理，避免钢中条状MnS的形成。

钢中复合添加Nb、V、Ti微合金化元素，充分利用Nb、V、Ti的强化和析出特点。Ti抑制加热炉中铸坯奥氏体组织长大效果最强，V在高温奥氏体轧制阶段析出对初轧阶段的奥氏体组织细化有利，Nb在通过控制轧制技术在精轧阶段未再结晶区，析出的细小Nb(C、N)颗粒可以作为铁素体相变的形核核心，提高铁素体相变形核率，发挥析出强化作用的同时晶粒细化作用效果最强。综合考虑设计Nb含量为0.040～0.060％，V含量为0.020～0.030％，Ti含量为0.010～0.030％。

Al作为主要脱氧剂，控制Al含量为0.030～0.060％，在Ca处理工艺条件下，降低钢中氧化物夹杂物的含量，提高钢水纯净度，同时Al也有一定的组织细化作用。

下面的表1为本发明的610MPa汽车大梁板用钢的化学成分和力学性能实例

表1本发明的610MPa汽车大梁板用钢的化学成分和力学性能实例

本发明中为了使钢板获得良好的综合性能，在工艺的选择上考虑以下因素：

采用在LF炉喂钙线处理钢水工艺，可以在硫含量较低条件下进一步对钢中夹杂变性以达到改变MnS、Al₂O₃等非金属夹杂物形态，使夹杂物充分上浮，从而达到减少成品钢中夹杂含量，提高钢板的综合力学性能。

板坯加热温度选择1200～1250℃，高温加热以保证微合金元素完全固溶，抑制铸坯奥氏体组织粗大，微合金元素全部固溶后，在随后轧制和冷却过程中析出有利强度提高和稳定控制。加热温度过低，铸坯中未固溶的微合金元素形成的析出物尺寸粗大，析出强化和细晶强化效果降低，钢板强度下降。

出炉后高压除鳞水和粗轧间高压除鳞水及精轧前高压除鳞水的采用可以保证钢板良好的表面质量。

使用中间保温罩，保证中间坯头尾的温度均匀，以使成品长度方向的力学性能保持在较小的波动范围内。

轧制过程中主要控制参数包括：尽量减少粗轧轧制道次，增加道次压下率；控制中间坯厚度，提高精轧总压下率；通过粗轧过程除鳞水等冷却系统来控制精轧入口温度；终轧温度和压下制度控制以提高奥氏体未再结晶变形区的变形量。终轧温度最好为820～880℃，中间坯厚度根据成品不同厚度规格确定，最好中间坯厚度≥55mm，精轧压下率≥80％。

轧后采用快速冷却，铁素体相变后晶粒尺寸细小，且抑制碳氮化物粒子在奥氏体析出，促进其更多的在冷却过程和卷取时的铁素体中析出，析出粒子更细小，获得很好的细晶强化和析出强化，同时快速冷却避免珠光体带状组织。最终获得细小均匀的铁素体+珠光体组织，晶粒度为13级。卷取温度最好为530～580℃。

具体的工艺流程为：

1)铸坯厚度230mm～250mm，连铸坯加热到1200℃～1250℃；

2)进行3～5次粗轧后，温度为1000℃～1050℃，经保温罩进入精轧机进行轧制；

3)中间坯厚度要求保证精轧压下率为≥80％，中间坯厚度≥55mm，终轧温度为820℃～880℃；

4)层流冷却速度为≥20℃/S；

5)轧后钢卷经层流冷却快速冷却到530℃～580℃后卷取。

在轧制工艺控制稳定的情况下，实施该工艺在2250mm热轧生产线生产的高强度汽车大梁板抗拉强度大于610MPa，屈服强度大于500MPa，延伸率大于20％，5mm×10mm×55mm试样的-60℃纵向冲击功A_KV大于70J。钢板在具有高强度的同时具有良好的冷成形性能和高的低温冲击韧性，产品力学性能稳定、表面质量好，在满足汽车结构安全(特别是低温区域使用)需要的同时满足汽车结构制作过程中的成形工艺要求。应用本发明技术生产的产品分别采用辊压成形工艺和冲压成形工艺成功制造重型汽车纵梁。

Claims

1.一种610MPa汽车大梁板用钢，其特征在于：化学成分的质量百分比(wt％)为：C：0.08～0.12；Si：0.10～0.30；Mn：1.40～1.60；P≤0.010；S≤0.005；Nb：0.040～0.060；V：0.020～0.030；Ti：0.010～0.030；Al：0.030～0.060，微量Ca，其余为铁和残余的微量杂质。

2.根据权利要求1所述的一种610MPa汽车大梁板用钢，其特征在于：化学成分的质量百分比(wt％)为：C：0.09～0.11；Si：0.12～0.27；Mn：1.45～1.59；P≤0.008；S≤0.003；Nb：0.050～0.060；V：0.020～0.030；Ti：0.010～0.020；Al：0.032～0.055，微量Ca，其余为铁和残余的微量杂质。

3.权利要求1、2所述的一种610MPa汽车大梁板用钢的制造方法，其生产工艺为：铁水预处理→转炉冶炼→炉后精炼→连铸→板坯加热→轧制→层流冷却→卷取，其特征在于：采用2250mm热轧生产线，连铸坯加热到1200℃～1250℃；粗轧后温度为1000℃～1050℃，经保温罩进入精轧机进行轧制，终轧温度为820℃～880℃，轧后的钢卷经层流冷却快速冷却到530℃～580℃后卷取。

4.根据权利要求3所述的一种610MPa汽车大梁板用钢的制造方法，其特征在于：层流冷却速度为≥20℃/S。