CN102363858A

CN102363858A - 一种750MPa～880MPa级车辆用高强钢及其生产方法

Info

Publication number: CN102363858A
Application number: CN2011103433843A
Authority: CN
Inventors: 潘辉; 张鹏程; 李飞; 朱国森; 武军宽; 牛涛; 孟宪堂
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Co Ltd; Shougang Corp
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2012-02-29

Abstract

本发明涉及一种750MPa～880MPa级车辆用高强钢及其生产方法，其化学成分重量百分比为：C：0.07～0.09％；Si：0.15-0.25％；Mn：1.4～1.9％；Nb：0.04～0.06％；Mo：0～0.15％；V：0～0.04％；Ti：0.07～0.14％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.02％；S：≤0.01％；N：≤0.008％；其余为Fe及不可避免杂质；生产方法为：冶炼、铸造成铸坯；加热至1180～1250℃；终轧温度为820～850℃；终冷温度为560～600℃；钢卷下线后进行缓冷处理，材料强度可达750MPa～880MPa，同时具有良好的低温冲击韧性和冷成型性能。

Description

一种750MPa～880MPa级车辆用高强钢及其生产方法

技术领域

本发明属于车辆用钢生产技术领域，涉及一种750MPa～880MPa级车辆用高强钢及其生产方法。采用低成本成分设计，充分发挥细晶强化、析出强化等强化效果，生产出750MPa～880MPa级车辆用钢热轧卷板。

背景技术

汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％-8％，油耗可降低约7％。纵观我国能源短缺、道路超载及运输效率低等现状，由于环保和节能的需要，汽车轻量化已不仅成为我国汽车工业发展的当务之急，也成为世界汽车发展的潮流。在专用汽车行业，应用高强度钢板可以使得整车的强度得到大幅度提高，板厚也得以有效减薄，显著的减轻整车重量，提高负载，提高车辆的使用寿命，给物流公司带来的好处是提高运输效率，大幅降低物流成本，节能减排社会效益显著，与传统的普通钢板相比拥有的无可比拟的优势。

为了适应汽车轻量化的要求，一些高强度钢铁材料在车辆用钢领域开始得到应用。专利申请号200810036415.9中介绍了一种高强度汽车大梁热轧钢板制造方法，用于汽车大梁减薄，采用的是Nb、Ti、V微合金化，通过控轧控冷使材料的屈服强度达到550MPa-700MPa级，该专利生产方法不能保证材料的低温冲击韧性，在低温情况下使用产生车辆的安全隐患。专利申请号200910012546.8中介绍了一种抗拉强度大于710MPa的热轧大梁钢及其制备方法，通过使用Ti的析出强化效果使材料的强度得到提升，但该发明设计出的材料抗拉强度均小于750MPa，由于强度不高导致设计大梁的厚度减薄量受到限制。

目前在改装车和重卡行业，使用用高强度材料进行车辆轻量化设计和生产，现有生产技术有以下几方面不足：

(1)在用于制造大梁的高强材料中，强度级别仍有提高的空间，抗拉强度大于750MPa的高强钢材料同样适用于制造汽车大梁和车厢板。

(2)在提高材料强度等级实现减薄的同时，需同时考虑材料的低温冲击韧性、冷成型性和可焊性，特别是应用于我国北方冬季较为寒冷区域的改装车和重卡等车辆，材料的低温冲击韧性是防止脆性断裂的重要指标；同时材料应具有良好的折弯性能和焊接性能，在大梁成型加工过程中不出现裂纹，断裂和影响使用性能的缺陷。

(3)除大梁高强化可实现车辆轻量化外，重卡和改装车等车辆的车厢用钢同样可以使用高强度材料代替现有传统普碳材料实现厚度减薄和自重减轻，用于车厢的高强钢设计和应用在本发明之前鲜有报道。

发明内容

为解决以上问题，本发明的目的在于提供一种适用于车辆轻量化要求的750MPa～880MPa级车辆用高强钢及其生产方法。可使改装车或重卡的大梁和车厢板厚度大幅度减薄，在保证材料具有高强度的同时具有良好的低温冲击韧性(-20℃冲击功大于47J)，实现车辆轻量化的同时提高了车辆的安全性。

本发明的技术解决方案是：

一种750MPa～880MPa级车辆用高强钢的化学成分按重量百分比为：C：0.07～0.09％；Si：0.15-0.25％；Mn：1.4～1.9％；Nb：0.04～0.06％；Mo：0～0.15％；V：0～0.04％；Ti：0.07～0.14％；Al：0.01～0.06％；P：≤0.02％；S：≤0.01％；N：≤0.008％；其余为Fe及不可避免杂质。

一种所述的750MPa～880MPa级车辆用高强钢的生产方法，包括以下步骤：转炉或电炉冶炼—LF精炼或RH真空处理—连铸—加热炉再加热—粗轧—精轧—层流冷却—卷取成卷—缓冷坑缓冷，其特征在于控制如下工艺参数：

(1)将铸坯在加热炉内加热至1180～1250℃，保温时间按照有效厚度1～1.5min/mm控制；

(2)采用粗轧、精轧两阶段控制轧制，中间坯厚度采用5倍～10倍成品厚度，精轧入口温度为950℃～1050℃，终轧温度为820～850℃；

(3)轧后采用前段冷却模式进行层流冷却，目标卷取温度为560℃～600℃；

(4)钢卷下线后使用缓冷坑进行缓冷处理，钢卷缓冷至≤150℃时出坑。

所述精轧采用6机架或7机架精轧。

本发明主要合金元素作用和限定范围如下：

碳：碳是提高材料强度最经济有效的元素，但过高的C含量会对恶化材料的塑性、韧性和焊接性能。对于生产750MPa～880MPa级车辆用高强钢，本发明采用的碳含量为0.07％～0.09％，主要考虑保证材料具有良好的塑韧性和控制碳当量。

硅：硅为固溶强化元素，但添加过高硅会对材料的塑性产生负面影响。本发明添加硅含量为0.15％～0.25％。

锰：锰具有固溶强化作用，同时可提高材料淬透性，是提高材料强度重要元素之一，但锰含量添加过高容易产生偏析并会降低材料韧性，恶化性能。本发明添加锰含量为1.40％～1.90％。

硫和磷：硫和磷元素过高会对材料韧性和塑性有不利影响。本发明限定了硫含量应控制在0.01％以内，磷含量应控制在0.02％以内。

铝：铝为脱氧元素，同时具有一定的晶粒细化效果。本发明限定了铝含量为0.01％～0.06％。

钼：钼可提高材料淬透性，控制冷却组织，细化晶粒，提高材料塑性和强度。本发明在生产880MPa级高强钢时添加了0.10％的Mo，在充分发挥Ti、V的析出强化效果同时，提高了组织强化的贡献。

铌：添加Nb的主要目的是细化晶粒，配合采用较低的精轧区轧制温度可得到细小均匀的铁素体晶粒，实现材料强度和韧性的良好匹配。本发明添加的Nb含量为0.04％～0.06％。

钛和钒：充分利用Ti和V的析出强化效果，是将材料强度提高至750MPa以上的关键。本发明添加0.07％～0.14％的Ti和0～0.04％的V进行微合金化，配合合适的生产工艺，得到大量细小弥散分布的Ti、V的析出物，在保持材料具有良好塑韧性的同时，大幅提高了强度水平。

氮：氮含量过高会严重恶化材料的塑性和韧性，特别是对于Ti微合金化高强钢，由于N与Ti在高温下结合生产较大尺寸的TiN，一方面对材料的韧性产生恶劣的影响，另一方面会降低钢种与C结合生产细小TiC的有效钛含量，从而导致强度降低。因此，本发明限定氮含量应小于0.008％。

本发明采用了一种低合金成本成分体系：较低的碳、锰含量，充分利用Ti、V的析出强化效果，同时添加少量的Nb和Mo控制相变产物，得到细小、均匀的晶粒，从而使得材料具有良好的强韧性和冷成型性，本发明采用的成分体系碳当量均控制在0.42以内，冷裂纹敏感指数控制在0.20％以内，材料具有良好的焊接性能。

本发明采用的生产工艺控制要点为，冶炼过程严格控制P、S、N含量，保证铸坯质量。轧制过程严格控制各控轧控冷工艺参数，钢卷卷取后进缓冷坑进行缓冷处理，可提高材料性能均匀性和板形质量。

本发明采用的加热温度为1180℃～1250℃，保温时间按照有效厚度1～1.5min/mm计算，采用较高的加热温度的目的在于保证奥氏体均匀化及合金元素如铸坯中形成的Ti、Nb的化合物溶解的更加充分；

采用两阶段控制轧制，中间坯厚度采用5倍～10倍成品厚度，保证具有足够的奥氏体未再结晶区压下量，有利于细化晶粒；增加中间坯厚度同时可以缩短中间坯长度，从而减小进精轧头尾温度差，防止尾部温度降低过大增加轧机负荷。

精轧过程需按照成品厚度规格严格控制精轧入口温度为950℃～1050℃，终轧温度为820～850℃；采用较低的精轧区温度是得到细小均匀晶粒的有效方法，也是保证材料具有良好低温冲击韧性的关键。

钢带出精轧后采用前段冷却模式进行层流冷却，一方面有利于加强相变后的组织强化，另一方面有利于增强析出强化效果，得到更多铁素体中的细小析出产物，从而有效提高材料强度。本发明采用的目标卷取温度为560℃～600℃，主要考虑到Ti、V的充分析出和保证具有足够的相变区冷速。

钢卷下线后可使用缓冷坑进行缓冷处理，钢卷缓冷至≤150℃出坑。采用缓冷坑对钢卷进行缓冷，可以使材料的通卷力学性能更加均匀，并可以有效使内应力得到释放和均匀化，从而改善板形质量，有利于后续加工的顺利进行。

本发明的技术效果：本发明采用低成本成分设计，充分发挥细晶强化、析出强化等强化效果，生产出750MPa～880MPa级车辆用热轧卷板，具有良好的低温冲击韧性，可用于生产改装车和重卡等车辆大梁和车厢，有效实现材料厚度的减薄，在保证车辆安全的前提下可有效实现轻量化。具有合金成本低，轧制工艺过程易于实现的特点；轧后的缓冷处理进一步的提高了产品质量。按本发明方法生产出的材料强度可达750MPa～880MPa，延伸率大于19％，-20℃冲击功大于47J，冷弯和焊接性能优良。

附图说明：

图1为本发明生产的880MPa级高强钢金相组织照片。

图2为本发明生产的高强钢中析出物透射电镜照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明：

本发明实施例采用220吨转炉冶炼，2250热连轧生产线进行轧制：

实施例1：

将220吨转炉中冶炼并经炉外精炼的钢水连铸成铸坯，其重量百分比为C：0.077％、Si：0.20％、Mn：1.50％、P：0.012％、S：0.003％、Al：0.041％、Nb：0.047％、Ti：0.10％、N：0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。铸坯厚度为230mm。

在2250热连轧生产线进行轧制，加热温度为1200℃，精轧入口温度为1000℃，中间坯厚度为54mm，终轧温度为820℃，目标厚度为10mm，轧后经层流冷却冷至目标卷取温度590℃，卷取后空冷至室温。

按照以上方法生产的高强钢屈服强度Rel为745MPa，抗拉强度为820MPa，延伸率为20％，冷弯D＝2a表面无裂纹，-20℃冲击功82J，-40℃冲击功66J(冲击试样尺寸为7.5mm×10mm×55mm)。

实施例2：

将220吨转炉中冶炼并经炉外精炼的钢水连铸成铸坯，其重量百分比与实施例1相同。铸坯厚度为230mm。

在2250热连轧生产线进行轧制，加热温度为1220℃，精轧入口温度为1020℃，中间坯厚度为42mm，终轧温度为830℃，目标厚度为8mm，轧后经层流冷却冷至目标卷取温度580℃，卷取后空冷至室温。

按照以上方法生产的高强钢屈服强度Rel为735MPa，抗拉强度为800MPa，延伸率为19％，冷弯D＝2a表面无裂纹，-20℃冲击功64J，-40℃冲击功51J(冲击试样尺寸为5mm×10mm×55mm)。

实施例3：

在2250热连轧生产线进行轧制，加热温度为1250℃，精轧入口温度为1060℃，中间坯厚度为34mm，终轧温度为850℃，目标厚度为4mm，轧后经层流冷却冷至目标卷取温度570℃，钢卷卷取后进缓冷坑，温度低于150℃出坑空冷至室温。

按照以上方法生产的高强钢屈服强度Rel为750MPa，抗拉强度为805MPa，延伸率为20.5％，冷弯D＝2a表面无裂纹。

实施例4：

将220吨转炉中冶炼并经炉外精炼的钢水连铸成铸坯，其重量百分比为C：0.075％、Si：0.22％、Mn：1.66％、P：0.013％、S：0.002％、Al：0.044％、Nb：0.052％、Ti：0.11％、N：0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。铸坯厚度为230mm。

在2250热连轧生产线进行轧制，加热温度为1240℃，精轧入口温度为1040℃，中间坯厚度为38mm，终轧温度为840℃，目标厚度为6mm，轧后经层流冷却冷至目标卷取温度580℃，钢卷卷取后进缓冷坑，温度低于150℃出坑空冷至室温。

按照以上方法生产的高强钢屈服强度Rel为800MPa，抗拉强度为855MPa，延伸率为21％，冷弯D＝2a表面无裂纹，-20℃冲击功47J(冲击试样尺寸为5mm×10mm× 55mm)。

实施例5：

将220吨转炉中冶炼并经炉外精炼的钢水连铸成铸坯，其重量百分比为C：0.069％、Si：0.19％、Mn：1.79％、P：0.011％、S：0.002％、Al：0.041％、Nb：0.045％、Ti：0.11％、Mo：0.11％、N：0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。铸坯厚度为230mm。

在2250热连轧生产线进行轧制，加热温度为1240℃，精轧入口温度为1040℃，中间坯厚度为38mm，终轧温度为840℃，目标厚度为6mm，轧后经层流冷却冷至目标卷取温度570℃，钢卷卷取后进缓冷坑，温度低于150℃出坑空冷至室温。

按照以上方法生产的高强钢屈服强度Rel为820MPa，抗拉强度为880MPa，延伸率为21.5％，冷弯D＝2a表面无裂纹，-20℃冲击功62J(冲击试样尺寸为5mm×10mm×55mm)。

实施例6：

将220吨转炉中冶炼并经炉外精炼的钢水连铸成铸坯，其重量百分比与实施例5相同。铸坯厚度为230mm。

在2250热连轧生产线进行轧制，加热温度为1220℃，精轧入口温度为1020℃，中间坯厚度为42mm，终轧温度为830℃，目标厚度为8mm，轧后经层流冷却冷至目标卷取温度580℃，钢卷卷取后进缓冷坑，温度低于150℃出坑空冷至室温。

按照以上方法生产的高强钢屈服强度Rel为815MPa，抗拉强度为870MPa，延伸率为20％，冷弯D＝2a表面无裂纹，-20℃冲击功74J，-40℃冲击功45J(冲击试样尺寸为5mm×10mm×55mm)。

实施例7：

将220吨转炉中冶炼并经炉外精炼的钢水连铸成铸坯，其重量百分比为C：0.07％、Si：0.20％、Mn：1.86％、P：0.012％、S：0.003％、Al：0.043％、Nb：0.059％、Ti：0.11％、Mo：0.14％、V：0.025％、N：0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。铸坯厚度为230mm。

在2250热连轧生产线进行轧制，加热温度为1250℃，精轧入口温度为1050℃，中间坯厚度为34mm，终轧温度为840℃，目标厚度为5mm，轧后经层流冷却冷至目标卷取温度570℃，钢卷卷取后进缓冷坑，温度低于150℃出坑空冷至室温。

按照以上方法生产的高强钢屈服强度Rel为825MPa，抗拉强度为880MPa，延伸率为19％，冷弯D＝2a表面无裂纹。

实施例8：

将220吨转炉中冶炼并经炉外精炼的钢水连铸成铸坯，其重量百分比与实施例7 相同。铸坯厚度为230mm。

在2250热连轧生产线进行轧制，加热温度为1240℃，精轧入口温度为1020℃，中间坯厚度为42mm，终轧温度为830℃，目标厚度为7.5mm，轧后经层流冷却冷至目标卷取温度570℃，钢卷卷取后进缓冷坑，温度低于150℃出坑空冷至室温。

按照以上方法生产的高强钢屈服强度Rel为830MPa，抗拉强度为885MPa，延伸率为19.5％，冷弯D＝2a表面无裂纹，-20℃冲击功54J(冲击试样尺寸为5mm×10mm×55mm)。

Claims

1.一种750MPa～880MPa级车辆用高强钢，其特征在于：钢的化学成分按重量百分比为： C：0.07～0.09%；Si：0.15-0.25%；Mn：1.4～1.9%；Nb：0.04～0.06%；Mo：0～0.15%；V：0～0.04%；Ti：0.07～0.14%；Al：0.01～0.06%；P：≤0.02%；S：≤0.01%；N：≤0.008%；其余为Fe及不可避免杂质。

2.一种如权利要求1所述的750MPa～880MPa级车辆用高强钢的生产方法，包括以下步骤：转炉或电炉冶炼—LF精炼或RH真空处理—连铸—加热炉再加热—粗轧—精轧—层流冷却—卷取成卷—缓冷坑缓冷，其特征在于控制如下工艺参数：

（1）将铸坯在加热炉内加热至1180～1250℃，保温时间按照有效厚度1～1.5min/mm控制；

（2）采用粗轧、精轧两阶段控制轧制，中间坯厚度采用5倍～10倍成品厚度，精轧入口温度为950℃～1050℃，终轧温度为820～850℃；

（3）轧后采用前段冷却模式进行层流冷却，目标卷取温度为560℃～600℃；

（4）钢卷下线后使用缓冷坑进行缓冷处理，钢卷缓冷至≤150℃时出坑。

3.如权利要求2所述的一种750MPa～880MPa级车辆用高强钢的生产方法，其特征在于：所述精轧采用6机架或7机架精轧。