CN102787272B - 一种汽车厢体用热轧酸洗高强钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽车厢体用热轧酸洗高强钢的制备方法，主要成分（wt％）有C：0.07%~0.1%；Si≤0.05%；Mn：1.5%~1.9%；P:≤0.015%；S≤0.01%；N:≤0.005%；Mo：0.1%~0.2%；Nb：0.04%~0.06%；Ti：0.15%~0.2%；Al：0.02%~0.04%；B：0.001%~0.004%；Ca：0.002%~0.01%；其余为Fe及不可避免的杂质，Ti/B:≥35，碳当量Ceq≤0.45%。本发明成分简单，生产工艺简单，热轧后无需回火或调质处理，表面质量好，强韧性、焊接性与冷成型性优良，低成本。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，尤其涉及钢铁冶炼及控轧控冷技术领域。具体为一种抗拉强度大于1200MPa的汽车厢体用热轧酸洗高强钢及其制备方法。
背景技术
热轧高强钢是板带产品中用途最广、用量最大的钢铁材料之一，主要用于集装箱、挖掘机械、铲土运输机械、工程起重机械、矿山机械、叉车及工业车辆、混凝土机械等。随着工程机械向高参数化、大型化、轻量化发展，对工程机械构件材料的强韧性、冷成型性和焊接性的要求更为突出，从而促进了热轧高强钢的开发和生产。
酸洗热轧板是板带材生产发展的一类新兴产品，它是介于热轧板和冷轧板之间的中间产品，是部分热轧板和冷轧板的理想、经济的替代的板带产品，更是国家经济建设各行业需要的，直接应用的板带产品。热轧酸洗板是汽车业需要的新钢种，其较好的表面质量、厚度公差、加工性能，可以替代车身覆盖件和以往用冷轧板生产的汽车零部件，由此降低原材料成本10%左右。随着经济的发展，汽车的生产也大幅增加，板材的使用量不断提高，国内汽车行业许多车型的零部件设计要求使用热轧酸洗板，如：轿车的副车架、车轮轮辐、前后桥总成、卡车箱板、防护网、汽车大梁以及零配件等，由于国内热轧酸洗板的供应不足，汽车厂一般用冷轧板板代替或自行酸洗。
在过去的十年中，由于舒适性和安全性能等方面要求的提高，汽车的重量逐年增加。从减少污染物的排放，降低油耗的观点出发，汽车"轻量化"是当今汽车制造业发展的目标。汽车"轻量化"的一个重要的措施就是采用高强钢和超高强度的钢板。目前国内大量使用的高强热轧酸洗汽车板钢，强度级别大多在800MPa以下，960MPa及以上级别热轧钢板仍需要进口，存在着价格过高和供货周期长的问题。国外生产960MPa级别钢板多采用调质处理，成本高，周期长；为增加钢的淬透性需加入大量Cr、Mo、Ni、Cu等贵金属元素（有的属于战略资源），尤其Ni含量要控制在1.00%以上，Mo含量控制在0.5以上，成本高，工艺复杂，因此在成本和能耗方面调质钢缺乏优势。所以研究开发低成本的热轧高强钢有十分重要的意义。
国外高强度酸洗热轧板发展很快，阿塞洛集团公司、新日铁公司、JFE公司、蒂森克虏伯钢铁公司以及浦项钢铁公司生产的HSLA和双相型汽车用热轧钢板的抗拉强度都在780MPa左右，复相型汽车用热轧钢板的强度都在980MPa左右。国内只有宝钢可以生产出980MPa级汽车用热轧高强钢。
公开号为CN 101899630A 的中国专利申请公开了900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板及其生产方法，采用了控冷控轧+调质工艺，生产出了抗拉强度1000MPa左右，屈服强度900MPa左右的钢板，但是钢中加入了Ni与Cr等贵金属元素，并且采用了调质处理，生产周期长，生产成本高；
公开号为CN 102337458A 的中国专利申请公开了抗拉强度≥1100MPa的工程机械用钢及其生产方法，终轧后钢板采用热处理方法生产出了抗拉强度≥1100MPa的工程机械用钢，由于其热轧后又要经过调质处理，因此增加生产工序和成本，另外其含有较高的Si含量，不能用作热轧酸洗板。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种抗拉强度大于1200MPa的汽车厢体用热轧酸洗高强钢及其生产方法，抗拉强度≥1200MPa，延伸率≥13%，焊接性与冷成型性优良的低成本超高强度热轧酸洗汽车板。
本发明通过下述技术方案来实现：
一种抗拉强度大于1200MPa的汽车厢体用热轧酸洗高强钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比为：C：0.07%~0.10%；Si：≤0.05%；Mn：1.50%~1.90%；P: ≤0.015%；S≤0.010%；N:≤0.005%；Mo：0.10%~0.20%；Nb：0.04%~0.06%；Ti：0.15%~0.20%；Al：0.02%~0.04%；B：0.001%~0.004%；Ca：0.002%~0.01%，其余为Fe及不可避免的杂质，其中保证Ti/B :≥35，碳当量Ceq≤0.45%，C：0.07%~0.10%，Si：≤0.05%，Ti：0.15%~0.2%，B：0.001%~0.004%，Ca：0.002%~0.01%为关键特征。
上述成分C含量的优选范围为0.08%~0.10%，Si含量优选范围为≤0.05%，Ti含量优选范围为0.16%~0.18%，B含量优选范围为0.001%~0.003%，Ca含量优选范围为0.004%~0.008%。
生产一种抗拉强度大于1200MPa的汽车厢体用热轧酸洗高强钢，其特征在于控制如下主要工艺参数：
1)冶炼和连铸：按设定成分冶炼钢水并浇注成坯，其成分按重量百分比为：C：0.07%~0.10%，Si：≤0.05%，Mn：1.50%~1.90%，Mo：0.10%~0.20%，Nb：0.04%~0.06%，Ti：0.15%~0.2%，Al：0.02%~0.04%，B：0.001%~0.004%，Ca：0.002%~0.01%，其余为Fe及不可避免的杂质。
2)轧制工艺：铸坯加热温度控制在1220~1300℃，保温时间控制在2.0~2.5h，充分奥氏体化，确保微合金元素回溶；采用两阶段控制轧制，再结晶区轧制的开轧温度控制在1160~1190℃，再结晶区的终轧温度控制在1020℃以上，再结晶区轧制每道次压下率控制在25%~40%，中间坯在辊道上待温，未再结晶区轧制的开轧温度控制在900~950℃，终轧温度控制在800~830℃，未再结晶区累计压下率控制在65%~70%，热轧后厚度规格为2~8mm；
3)轧后冷却工艺：热轧后空冷5~9s，进入层流冷却区进行冷却，控制冷却的开冷温度为750~780℃，以20~25℃/s的冷却速度冷却到320~400℃，钢板进保温炉中卷取，保温2小时后，随炉冷却至室温，就可获得表面质量好，强韧性、焊接性与冷成型性优良的低成本汽车箱体用高强度热轧酸洗板。
所述的热轧带钢的微观组织以板条贝氏体为主，同时含有少量粒状贝氏体的混合组织，其中板条贝氏体的量≥90%。
卷取温度是获得贝氏体组织最为关键的工艺参数之一，卷取温度大于400℃时，会形成大量粒状贝氏体组织，对钢板的强度有负面作用，另一方面，当卷取温度小于300℃时会形成马氏体组织，对钢板的成形性能不利，因此，本发明的卷取温度限定为320~400℃。
本发明的目的是在碳锰钢成分的基础上，通过添加微合金元素和采用控轧控冷技术，生产一种抗拉强度大于1200MPa的汽车厢体用热轧酸洗高强钢，同时具有良好的焊接性、冷成型性，成本较低的经济型汽车箱体用热轧酸洗高强钢。本发明钢种成分的设计考虑了以下几个方面：
1)C:碳元素对钢板的强度、成型性能和焊接性能影响很大，它是提高材料强度最经济最有效的元素，但是碳含量过高会对焊接性能产生不利的影响。对于本发明，碳含量低于0.07%时钢的强度达不到目标要求，碳含量高于0.10%时可能有损焊接性，生成贝氏体组织减少，易于生成马氏体组织，使延伸率下降。综合考虑本发明确定碳含量的范围为0.07~0.10%。
2)Si:硅是脱氧元素，具有一定的固溶强化作用，但硅对表面质量有较大影响，因此本发明确定硅含量的范围为≤0.05%。
3)Mn：锰是提高强度和获得贝氏体组织的有效元素，对贝氏体转变有较大的促进作用，而且成本低廉，因此锰为主要的添加元素。综合考虑本发明确定锰含量范围为1. 50%~1.90%。
4)Al：铝是作为脱氧元素加入的，铝还能固定钢中的氮使之形成稳定的化合物，有效的细化晶粒，其含量小于0.01% 时，效果较小，超过0.05% 时，脱氧作用达到饱和，再高则对母材及焊接热影响区有负面影响。综合考虑本发明确定铝含量范围为0.01%~0.04%。
5)Nb与B:铌是本发明中的重要添加元素，它能够有效的延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒的长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，同时提高强度和延伸率；它与微量的硼的复合作用可促进贝氏体转变，但铌含量高于0.06%时，成本增加，且效果不再显著，因此本发明中铌含量限定在0.06%以下。硼元素能明显抑制铁素体在奥氏体晶界的形核，可以在较大的冷速范围内部能获得贝氏体组织，但硼元素有着强烈的晶界偏析，因此要控制硼元素在0.004%，否则会破坏钢的低温韧性。综合考虑本发明确定铌元素含量范围为0.04%~0.06%，硼元素含量范围为0.001%~0.004%。
6)Mo:钼作为贵金属元素加入钢中可明显提高钢的淬透性，使铁素体珠光体相变的C曲线右移，在较大冷却速度范围内得到贝氏体，促进贝氏体型转变，细化晶粒，提高材料塑性和强度，少量的钼就可以获得很好的效果。综合考虑本发明确定钼元素含量范围为Mo：0.10%~0.20%。
7)Ti：钛的全固溶温度很高，钛的加入既能起到阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒的作用，也能起到沉淀强化的作用。在提高钢的强度的同时并不降低延伸率；钛是本发明最重要的合金元素，主要利用其析出强化的作用，而且钛的加入也改善了钢的焊接性能。综合考虑本发明确定钛含量范围为0.15%~0.20%。
8) Ca：钙的添加至少为0.002%，以通过对硫化物基夹杂物的形状控制（球化处理）来改善成形性，考虑到其作用的饱和以及由于添加上述夹杂所带来的有害作用，将其上限限定为0.01%。
9)钢中的杂质元素的上限控制在P: ≤0.015% ， S≤0.010% ， N:≤0.005%，钢质越纯净效果越佳。
10)Ti/B :≥35 :钛在1300℃以上能吸收钢中氮生成稳定的TiN，从而防止形成了一般淬火加热时不能溶解的BN，保护了硼对提高淬透性的有益作用。有研究表明，钢中钛含量较低，不能保护钢中的硼，使钢中固溶硼含量过低，淬透性不能保证，因此本发明在分别限定Ti、B含量的前提下对Ti/B进行了限定，以确保钢中有效硼的作用。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
1)本发明成分简单，除了加入少量Mo元素外，没有加入其他贵重合金元素，生产工艺简单，热轧后无需回火或调质等热处理工艺，就可获得高强度汽车箱体用热轧酸洗板，生产成本较低，酸洗后表面质量良好，具有良好的经济效益和社会效益。由于碳当量Ceq≤0.45%，具有优良的焊接性，焊前无需预热。
2)本专利生产的汽车箱体用高强度热轧酸洗板表面质量好，便于焊接、涂油和上漆，尺寸精度高，平整后，可使板型发生一定变化，从而减少不平度的偏差，同时提高了表面光洁度，增强了外观效果，并且能减少用户分散酸洗造成的环境污染。与同强度的冷轧板相比，其优势在于在保证表面质量使用要求的前提下，可以有效的降低采购成本。它是介于冷轧板和热轧板之间的性能价格比比较高的一种产品，有着良好的市场发展前景。
3)采用Ti微合金化成分设计思想，充分发挥相变强化、组织细化强化、析出强化等复合强化方式生产出了抗拉强度≥1200MPa，延伸率≥13%，同时具有良好冷成型性和焊接性的热轧酸洗板，有效实现材料厚度的减薄，实现轻量化的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种抗拉强度大于1200MPa的汽车厢体用热轧酸洗高强钢的扫描电镜组织。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作更详细的描述。
实施例1
本实施例的铸坯具体成分按重量百分比为：C：0.09%，Si：0.03%，Mn：1.79%，Mo：0.16%，Nb：0.048%，Ti：0.16 %，Al：0.025%，B：0.0025%，P：0.006%，S：0.006%，Ca:0.004%，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量Ceq=0.42，保证了优良的焊接性。
具体生产工艺按照以下步骤进行：
1）铸坯加热：将铸坯加热至1220~1260℃，保温2h~2.5h，成分奥氏体化；
2）再结晶区轧制：再结晶区轧制的开轧温度为1150℃，轧制3道次，再结晶区的终轧温度控制在1030~1050℃，获得中间坯，再结晶区轧制每道次压下率控制在25%~40%。
3）未再结晶区轧制：待中间坯冷却到950℃时，进行未再结晶区的轧制，轧制5道次，终轧温度为800~830℃，未再结晶区累计压下率控制在65%~70%；
4）控制冷却工艺：未再结晶区轧制结束后停留6~9s后，以20~25℃/s的冷速冷却到320~400℃卷取，获得6mm厚的热轧板。
力学性能测试结果如表1所示。
表1 实验钢的力学性能
| Thickness/mm | Rp0.2/MPa | Rm/MPa | A/% | Rp0.2/Rm | Akv（-20℃）/（J） |
| 6 | 1100 | 1280 | 14.0 | 0.86 | 80 |
实施例2
本实施例的铸坯具体成分按重量百分比为：C：0.10%，Si：0.02%，Mn：1.70%，Mo：0.15%，Nb：0.050%，Ti：0.18 %，Al：0.020%，B：0.003%，P：0.006%，S：0.006%，Ca:0.006%，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量Ceq=0.41，保证了优良的焊接性。
具体生产工艺按照以下步骤进行：
1）铸坯加热：将铸坯加热至1220~1260℃，保温2h~2.5h，成分奥氏体化；
2）再结晶区轧制：再结晶区轧制的开轧温度为1150℃，轧制3道次，再结晶区的终轧温度控制在1030~1050℃，获得中间坯，再结晶区轧制每道次压下率控制在25%~40%。
3）未再结晶区轧制：待中间坯冷却到950℃时，进行未再结晶区的轧制，轧制5道次，终轧温度为800~830℃，未再结晶区累计压下率控制在65%~70%；
4）控制冷却工艺：未再结晶区轧制结束后停留6~9s后，以20~25℃/s的冷速冷却到320~400℃卷取，获得6mm厚的热轧板。
力学性能测试结果如表2所示。
表2 实验钢的力学性能
| Thickness/mm | Rp0.2/MPa | Rm/MPa | A/% | Rp0.2/Rm | Akv（-20℃）/（J） |
| 6 | 1080 | 1250 | 14.3 | 0.86 | 75 |
实施例3
本实施例的铸坯具体成分按重量百分比为：C：0.09%，Si：0.03%，Mn：1.80%，Mo：0.15%，Nb：0.050%，Ti：0.19 %，Al：0.025%，B：0.002%，P：0.006%，S：0.006%，Ca：0.005%，其余为Fe及不可避免的杂质，其中碳当量Ceq=0.42，保证了优良的焊接性。
具体生产工艺按照以下步骤进行：
1）铸坯加热：将铸坯加热至1220~1260℃，保温2h~2.5h，成分奥氏体化；
2）再结晶区轧制：再结晶区轧制的开轧温度为1150℃，轧制3道次，再结晶区的终轧温度控制在1030~1050℃，获得中间坯，再结晶区轧制每道次压下率控制在25%~40%。
3）未再结晶区轧制：待中间坯冷却到950℃时，进行未再结晶区的轧制，轧制5道次，终轧温度为800~830℃，未再结晶区累计压下率控制在65%~70%；
4）控制冷却工艺：未再结晶区轧制结束后停留6~9s后，以20~25℃/s的冷速冷却到320~400℃卷取，获得6mm厚的热轧板。
力学性能测试结果如表3所示。
表3 实验钢的力学性能
| Thickness/mm | Rp0.2/MPa | Rm/MPa | A/% | Rp0.2/Rm | Akv（-20℃）/（J） |
| 6 | 1120 | 1290 | 13.8 | 0.87 | 73 |
Claims (3)
1. 一种汽车厢体用热轧酸洗高强钢的制备方法，其特征在于化学成分（wt％）：C：0.07%~0.10%；Si：≤0.05%；Mn：1.50%~1.90%；P: ≤0.015%；S≤0.010%；N:≤0.005%；Mo：0.10%~0.20%；Nb：0.04%~0.06%；Ti：0.15%~0.20%；Al：0.02%~0.04%；B：0.001%~0.004%；Ca：0.002%~0.01%，其余为Fe及不可避免的杂质，其中保证Ti/B :≥35，碳当量Ceq≤0.45%；按照上述成分冶炼和连铸，冷却至室温，将铸坯重新加热至奥氏体化温度，加热温度控制在1220~1300℃，保温时间控制在2.0~2.5h，充分奥氏体化，确保微合金元素回溶，采用两阶段控制轧制，再结晶区轧制的开轧温度控制在1160~1190℃，再结晶区的终轧温度控制在1020℃以上，再结晶区轧制每道次压下率控制在25%~40%，中间坯在辊道上待温，未再结晶区轧制的开轧温度控制在900~950℃，终轧温度控制在800~830℃，未再结晶区累计压下率控制在65%~70%，热轧后厚度规格为2~8mm；热轧后的冷却工艺：热轧后空冷5~9s，进入层流冷却区进行冷却，控制冷却的开冷温度为750~780℃，以20~25℃/s的冷却速度冷却到320~400℃，钢板进保温炉中卷取，保温2小时后，随炉冷却至室温，获得成品热轧带钢；钢板经热轧后无需回火或调质处理，就能获得表面质量好，强韧性、焊接性与冷成型性优良的低成本的汽车厢体用高强度热轧酸洗板，其抗拉强度≥1200MPa，延伸率≥13％。
2.根据权利要求1所述的一种汽车厢体用热轧酸洗高强钢的制备方法，其特征在于：C含量为0.08%~0.10%，Si含量为≤0.05%，Ti含量为0.16%~0.18%，B含量为0.001%~0.003%，Ca含量为0.004%~0.008%。
3.根据权利要求1所述的一种汽车厢体用热轧酸洗高强钢的制备方法，其特征在于：所述的热轧带钢的微观组织以板条贝氏体为主，同时含有少量粒状贝氏体的混合组织，其中板条贝氏体的量≥90%。
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