CN102628141A - 一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢及其制造方法 - Google Patents

一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢及其制造方法，所述钢是由下述重量百分比的成分组成：C：0.085～0.18，Si≤0.20，Mn：0.50～0.90，P≤0.025，S≤0.020，Al：0.010～0.050，Ti：0.020～0.060，余量为Fe及不可避免的杂质。所述制造方法体现了低成本思想，采用经济型强化元素C、Ti保证钢材的冷弯成型性能；转炉冶炼后，通过吹氩进行炉外精炼，提高了发明钢的冶金质量，也没有过多地增加成本；还通过控制浇铸时钢水过热度、粗轧出口温度、精轧终轧温度、卷取温度等工艺参数，使发明钢具有良好的冷弯成型性能，冷弯产品不开裂，薄规格长条状冷弯产品不发生扭曲变形，冷弯产品尺寸精度高。

Description

一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种低合金结构钢及其制造方法，属钢铁材料制造领域。
背景技术
在本发明前，中国专利申请号CN201010597659.1公开了“一种热轧可焊接细晶粒结构钢S355ML钢板及其生产方法”，该钢板的Si、Mn含量分别为ωSi0.20～0.50%、ωMn1.20～1.60%，在冶炼工序，还须进行钢包炉精炼和真空精炼，该钢的屈服强度在390～450MPa，抗拉强度520～570MPa，伸长率在25～28%，性能富余量较大；中国专利申请号CN201019000011.9公开的“一种LQ380G车轮用钢的生产方法”，通过调整C、Si、Mn的比例，加入微量Ti合金元素，C、Ti含量分别为ωC 0.06～0.08%、ωTi 0.005～0.015%，还通过调整温度制度，降低钢坯加热温度，提高精轧终轧温度和卷取温度，实现LQ380G车轮用钢伸长率的提高；中国专利申请号CN201010017998.8公开的“一种含Nb汽车用热轧窄带钢的生产工艺”， 其Mn、Nb含量为ωMn0.90～1.25%、ωNb0.03～0.05%，还通过冶炼原料准备、电弧炉冶炼、钢包炉精炼和真空精炼、连铸过程中电磁搅拌和热连轧工艺控制，生产出汽车用热轧窄带钢；一种公开出版物（谷春阳.鞍钢SM490A热轧带钢组织性能控制研究.鞍钢技术.2004,(1): 19- 22）对SM490A热轧带钢出现冷弯裂纹、延伸率偏低等问题进行了分析研究后，确定了合理的化学成分范围和轧制工艺制度，其化学成分中的Mn含量为ωMn 1.00～1.13%，还通过Nb来提高钢材的综合性能。
又有如美国专利US20090866382公开了“高强度热轧钢带及其制造方法”，对钢中的Ti及Ti与N的含量关系作出了严格的限定，增加了生产控制难度；美国专利US20080934039公开的“具有优异疲劳性能和延展性能的热轧钢带及其制造方法”，采用超低碳（ωC 0.015～0.040%）设计理念，Mn含量ωMn0.9～1.8%，还对Ti、C含量及Ti/C的比值提出了要求；一种公开出版物（Birzer, F. Sheet Purchase Specifications and Tests With Respect to Manufacturing Process.Sheet Metal Working '84 (Blechbearbeitung '84). 1984(7-8 Nov): 51-80）对不同成分的钢进行了冷弯试验研究，提出应控制碳化物的尺寸在一定范围内，才能得到好的延伸性，试验所用一组钢中的ωAl 0.061%，ωTi 0.18%。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢及其制造方法，本发明热轧钢的化学成分简单，只添加强化效果好而成本低廉的合金元素Ti；发挥冶金工艺装备的能力，获得适合冷弯成型加工的综合性能，生产工艺窗口较宽，适合大生产操作。
所述目的是通过如下方案实现的：
一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢，是由下述重量百分比的成分组成：C：0.085～0.18，Si≤0.20，Mn：0.50～0.90，P≤0.025，S≤0.020，Al：0.010～0.050，Ti：0.020～0.060，余量为Fe及不可避免的杂质。
在上述成分中，优选采用下述重量比例的一种或多种成分：
C 0.088～0.135，Si 0.14～0.19，Mn 0.71～0.89，P 0.021，S0.015，Al0.034～0.047，Ti0.041～0.058。
还可以优选采用下述重量比例的一种或多种成分：
C 0.14～0.175，Si 0.05～0.13，Mn 0.51～0.67，P 0.016，S0.007，Al0.013～0.037，Ti0.022～0.040。
以下详述本发明中C、Si、Mn、P、S、Al、Ti限定量的理由。
C在钢中以间隙原子的形式存在，能非常有效地提高钢材强度，是最为经济的强化元素，为保证发明钢的强度达到设计要求，且体现低成本理念，C含量下限是0.085%；随着钢中碳含量增加，钢材的伸长率和冲击韧性下降，考虑到本发明钢主要用作冷弯成型的原材料，高延性是发明钢最重要的性能要求，同时，冷弯成型产品大多是闭口形状，需要采用高频焊接工艺成型，因此，还要兼顾钢材的焊接性，因而C含量不能太高，所以C含量上限是0.18%。
Si在钢中以固溶形态存在于铁素体或奥氏体中，显著提高钢的屈服强度，降低钢的塑性和韧性，不利于冷弯成型加工；在炼钢过程中用硅作为还原剂和脱氧剂的工艺成熟，成本低廉，所以Si含量上限是0.20%。
Mn固溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，降低钢冷却过程的相变点，提高钢的淬透性，可提高钢的屈服强度和抗拉强度，对延性无明显影响；Mn还与钢中的S形成较高熔点的MnS，避免在晶界上形成FeS薄膜，消除钢的热脆性，所以Mn含量下限为0.50%；但Mn含量过高时，给冷弯成型加工带来困难，导致冷弯成型产品具有较大的残余应力，甚至影响冷弯产品的尺寸精度，影响使用性能，且Mn含量过高还对焊接性能有不利影响，Mn含量上限为0.90%。
P是钢中的有害元素，增加钢的冷脆性，降低塑性，使焊接性能变差，使冷弯性能降低，而降低P含量会增加生产成本，因此要求钢中含磷量≤0.025%。
 S也是钢中的有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延性和韧性，使钢材产生各向异性，对焊接性能也不利，而降低S含量也会增加生产成本，S含量上限是0.020%。
A1是炼钢过程中的最为经济有效的脱氧元素，一定含量的A1还能细化钢材的晶粒，提高钢材的强度和韧性，所以Al含量下限为0.010%；但Al含量过高易导致钢中夹杂增多，对钢材的延性不利，且本发明钢还需要Ti在钢中形成氧化物、氮化物来改善钢材的冷弯成型性能，因此，Al含量的上限0.05%。
Ti是一种强碳化物和氮化物形成元素，在钢中形成的TiN、Ti(C、N)等粒子非常稳定，能有效地钉扎晶界，阻止奥氏体晶粒长大，因而能够细化晶粒，提高钢材的韧性和强度，同时，由于冷弯产品大多需要采用高频焊接工艺成型为闭口形状，添加适量的Ti可提高焊接性能，所以下限为0.020%。通过细化晶粒强化钢材，会导致钢材的延性降低，添加过量的Ti会导致钢中夹杂物增多，降低韧性和延性，因此Ti的上限为0.060%。
本发明同时提供一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢的制造方法。采用转炉顶底吹炼，按低合金结构钢工艺进行轧制，其特征在于：出钢后吹氩处理时间≥5分钟，浇铸时钢水过热度≤25℃；粗轧出口温度≤1100℃，精轧终轧温度780～880℃，卷取温度550～650℃。
本发明具有如下优点：
1.本发明钢采用经济型强化元素C、Ti保证钢材的冷弯成型性能，体现了低成本理念。
2.通过冶炼、连铸工艺参数控制，保证发明钢具有良好的冷弯成型性能，冷弯产品不开裂，薄规格长条状冷弯产品不发生扭曲变形，冷弯产品尺寸精度高。
3.本发明钢的生产工艺具有良好的适应性，制造成本低廉。
4. 本发明钢的延性高，最适合制造较复杂断面的冷弯型钢产品。
具体实施方式
本发明钢实施例的制备工艺为：
表1 实施例的化学成分（质量分数，%）
C Si Mn P S Al Ti
实施例1 0.088 0.192 0.72 0.024 0.007 0.039 0.058
实施例2 0.093 0.183 0.77 0.021 0.015 0.047 0.047
实施例3 0.117 0.165 0.77 0.011 0.009 0.042 0.041
实施例4 0.124 0.141 0.81 0.017 0.018 0.042 0.044
实施例5 0.135 0.137 0.89 0.020 0.014 0.036 0.052
实施例6 0.14 0.13 0.67 0.013 0.010 0.018 0.040
实施例7 0.151 0.11 0.61 0.018 0.005 0.021 0.032
实施例8 0.143 0.10 0.54 0.016 0.007 0.024 0.034
实施例9 0.162 0.09 0.59 0.012 0.011 0.034 0.021
实施例10 0.177 0.05 0.52 0.015 0.005 0.013 0.029
按照本发明钢成分要求冶炼，化学成分见表1。出钢后吹氩处理时间≥5分钟，具体如约7分钟，浇铸时钢水过热度≤25℃，具体如约15℃；铸坯加热后进行轧制，控制粗轧出口温度≤1100℃，具体如约1071℃，精轧终轧温度780～880℃，具体如约852℃，卷取温度550～650℃，具体如约593℃。
表2 实施例的力学性能
本发明钢的制造工艺简单，成本低廉，在各钢铁企业均可实施；本发明钢的延性良好，最适合冷弯成型加工。
本发明钢采用经济型强化元素C、Ti保证钢材的冷弯成型性能，体现了低成本理念。转炉冶炼后，仅通过吹氩进行炉外精炼，提高了发明钢的冶金质量，也没有过多地增加成本。发明钢具有良好的冷弯成型性能，冷弯产品不开裂，薄规格长条状冷弯产品不发生扭曲变形，冷弯产品尺寸精度高。
虽然以上通过实施例对本发明进行了较详细的说明，但不仅仅限于这些实施例，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以有更多等效的其他实施例，本发明的范围由权利要求书确定。

Claims (4)

1.一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢，其特征在于是由下述重量百分比的成分组成：C：0.085～0.18，Si≤0.20，Mn：0.50～0.90，P≤0.025，S≤0.020，Al：0.010～0.050，Ti：0.020～0.060，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢，其特征在于采用下述重量比例的一种或多种成分：
C 0.088～0.135，Si 0.14～0.19，Mn 0.71～0.89，P 0.021，S0.015，Al0.034～0.047，Ti0.041～0.058。
3.根据权利要求1所述的抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢，其特征在于采用下述重量比例的一种或多种成分：
C 0.14～0.175，Si 0.05～0.13，Mn 0.51～0.67，P 0.016，S0.007，Al0.013～0.037，Ti0.022～0.040。
4.一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢的制造方法，其特征在于出钢后吹氩处理时间≥5分钟，浇铸时钢水过热度≤25℃；粗轧出口温度≤1100℃，精轧终轧温度780～880℃，卷取温度550～650℃。
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