CN103469068B

CN103469068B - 抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢及其生产方法

Info

Publication number: CN103469068B
Application number: CN201310460521.0A
Authority: CN
Inventors: 刘永前; 赵江涛; 陈宇; 赵如意; 刘斌; 徐浩; 钟定忠; 周祖安
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: CN103469068A

Abstract

本发明公开了一种抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢及其生产方法。该钢的化学成分按重量百分数计为：C：0.10～0.15%，Si：0.10～0.50%，Mn：0.50～1.0%，P：0.03～0.05%，S≤0.008%，Nb：0.01～0.05%，Al：0.01～0.06%，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产方法包括转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、冷却、卷取的步骤。实践证明，该钢的扩孔翻边性能、冲压成形性能和焊接性能优良，能适用于汽车车轮、底盘等结构件，同时，其生产方法工艺流程简单，成本低廉。

Description

抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及汽车用钢技术领域，具体地指一种抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢及其生产方法。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，汽车排放对环境污染的影响日益突出，节能减排刻不容缓，汽车轻量化是汽车节能减排的有效手段。车轮作为高速旋转的部件，其轻量化节能是其它零部件的1.5倍左右，效果尤为显著。汽车车轮、底盘等部件由于其复杂的成形、翻边、扩孔工序而要求材料具有高成性能、高翻边性能。目前国内乘用车钢质车轮、底盘结构件主要使用低合金高强钢，其中车轮轮辐件部分使用铁素体/马氏体双相钢（DP钢），实际生产中由于低合金高强钢和DP钢的扩孔性能较低，因此在扩孔翻边工序中常出现开裂，影响生产效率和成材率，而且，若车轮上存在未被发现的细小裂纹，对车辆行驶会造成严重的安全隐患。

与传统材料低合金高强钢、DP钢相比，热轧铁素体贝氏体钢（FB钢）具有高强度和良好冷成形性的配合、良好的扩孔、焊接及疲劳性能，是汽车车轮和底盘结构件等部件用热轧高强度钢板的理想材料。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢及其生产方法，该钢的扩孔翻边性能、冲压成形性能和焊接性能优良，能适用于汽车车轮、底盘等结构件，同时，其生产方法工艺流程简单，成本低廉。

实现上述目的，本发明的抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢，其化学成分按重量百分数计为：

C：0.10～0.15%，Si：0.10～0.50%，Mn：0.50～1.0%，P：0.03～0.05%，S≤0.008%，Nb：0.01～0.05%，Al：0.01～0.06%，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，其化学成分按重量百分数计为：C：0.11～0.13%，Si：0.33～0.39%，Mn：0.57～0.93%，P：0.036～0.044%，S≤0.004%，Nb：0.015～0.039%，Al：0.03～0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质。

再进一步地，它的金相组织为多边形铁素体和贝氏体，其中，铁素体的体积含量为60～85%，贝氏体的体积含量为15～40%。

本发明的抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢的生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、冷却、卷取的步骤，其特殊之处在于：

所述转炉冶炼时，出钢温度为1680～1700℃；所述真空处理时间为12～17min；所述连铸时，控制拉坯速度为0.9～1.2m/min；所述铸坯加热时，加热至1230～1290℃，保温60～90min；所述粗轧时，控制其结束温度在1040～1100℃，控制压下率≥75%；所述精轧时，控制其终轧温度在840～880℃，总压下率≥75%；所述卷取时，卷取温度控制在430～490℃。

进一步的，所述冷却时，前段层流冷却速，冷却度控制在80～120℃/s，冷却停止温度为620～690℃；中段空冷，空冷速度3～8℃/s，空冷时间为5～10s；后段层流冷却，冷却速度控制在80～110℃/s。

更进一步的，所述精轧时，采用7机架进行精轧。

再进一步的，所述粗轧的压下率控制为≥85%；所述精轧的压下率控制为≥85%。

本发明抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢中各元素含量控制的机理及作用如下：

碳是最廉价的固溶强化元素，影响FB钢中贝氏体的体积分数和含碳量，从而对FB钢的强度有重要影响。如果其含量小于0.10%，则不能满足材料强度的要求，如果随着碳含量的提高，则冲压成形性和焊接性会降低，因此在保证强度的前提下采用较低碳含量，所以，将其含量限定在0.10～0.15%范围，优选为0.11～0.13%。

硅可以通过固溶强化提高钢材强度，还可抑制碳化物的析出，避免珠光体相的出现。如果其含量小于0.10%，则不能发挥其效果；如果其含量超过0.50%，则会恶化热轧钢板的表面质量和焊接性能，所以，将其含量限定在0.10～0.50%范围，优选为0.33～0.39%。

锰是有效的固溶强化和促进贝氏体生成元素，为了发挥其效果，必须添加0.5%以上。但是添加多量的锰，会导致钢的塑性下降，因此在保证强度的前提下，减少Mn的添加量，所以将Mn含量限定在0.50～1.0%范围，优选为0.57～0.93%。

磷是良好的固溶强化元素，能提高钢的淬透性，有利于得到片层较薄的贝氏体相，如果含量在0.03%以下不能发挥效果，但P添加量高于0.05%时，易由于偏析严重造成冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，因此，将P含量限定在0.03～0.05%范围，优选为0.036～0.044%。

硫是非常有害的元素，钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。基于对钢板冲压成形工艺和制造成本的考虑，拟将钢中硫含量控制在0.008%以下，优选为控制在0.004%以下。

铌是非常有效的细化晶粒、提高强度和韧性元素。可以通过抑制轧制变形后的再结晶奥氏体晶粒的长大，冷却后得到晶粒细小的铁素体等组织，提高钢的强度和韧性。此外析出的NbC，有利于钢材强度的提高。Nb含量低于0.01%时，NbC析出不足，当含量高于0.05%时强化效果接近饱和，且合金成本升高。因此将Nb元素的含量限定在0.01～0.05%，优选为0.015～0.039%。

铝是为了脱氧而添加的，当Al含量不足0.01%时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定Al上限为0.06%。因此，Als含量限定在0.01～0.06%范围，优选为：0.03～0.05%。

本发明钢采用简单的成分设计，不使用较为昂贵的Ti、V、Mo等合金元素，具有明显的成本优势。而且本发明的生产过程中用RH真空处理，合适的处理时间能在较低的真空处理成本下有效去除钢中气体元素并对钢水温度进行精确调整，并在此过程中进行合金元素的精确控制；连铸过程中拉坯速度的选择在综合考虑生产效率和夹杂物充分上浮的前提下进行优选，钢种夹杂物极少不会对生产的汽车车轮等结构件的安全性能造成影响；铸坯的加热温度和时间的优选可以保证铸坯组织奥氏体化均匀和合金元素的充分固溶，对钢材的室温组织晶粒度和力学性能有显著影响；热轧工艺和其后的冷却过程是本发明钢室温组织和力学性能的决定性过程。本发明热轧后采取水冷＋空冷＋水冷的冷却模式，无需复杂的热处理工序，该冷却方式可以获得合适比例和形态的铁素体与贝氏体组织，从而得到具有优异扩孔性能和力学性能的钢材，整个生产工艺相对简单，易于生产。

本发明通过采取上述的成分和生产过程中的冶炼、连铸、加热、轧制及冷却方式组合，能够生产出价格低廉、加工性能和扩孔性能优异的贝氏体含量约占10～25%的FB钢，实践证明，该钢的抗拉强度≥540MPa、下屈服强度ReL≥380MPa，伸长率A80≥19%，扩孔率≥80%，在制造形状复杂、有严格的翻边、扩孔工序要求的汽车车轮、底盘部件时，相比低合金高强钢和DP钢具有独特优势。

附图说明

图1为本发明抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢的金相组织结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢及其生产方法做进一步详细说明。

实施例1

一种540MPa级厚度为2.5毫米的铁素体贝氏体钢板，其化学成分按重量百分数计为：C：0.13%，Si：0.46%，Mn：0.87%，P：0.049%，S：0.006%，Nb：0.015%，Al：0.02%，余量为Fe及不可避免的杂质。

其生产方法，包括转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、冷却、卷取的步骤，其中：转炉冶炼时控制出钢温度为1685～1695℃；真空处理时间为12min；连铸时拉坯速度在1.0m/min；对铸坯加热温度在1230～1260℃，保温时间88min；粗轧时控制其结束温度在1040～1070℃，粗轧的压下率为85%，采用7机架进行精轧，控制精轧的终轧温度在840～860℃，精轧总压下率为93%，冷却采用前段层流冷却、中段空冷、后段层流冷却，前段层流冷却的冷却速度控制在110～120℃/s，冷却停止温度为620～650℃，中段空冷的空冷速度控制为5～8℃/s，空冷时间为5～7s，后段层流冷却的冷却速度控制在100～110℃/s，卷取时，卷取温度控制在430～460℃。

钢板生产后，从钢板中部取样，经研磨、抛光后采用硝酸酒精腐蚀，用于观察铁素体和贝氏体组织的形貌和分布。采用图像分析仪观察和测定铁素体和贝氏体组织含量，如附图1所示。力学性能按照GB/T228.1标准进行，扩孔性能根据GBT24524-2009《金属材料薄板和薄带扩孔试验方法》通过扩孔率（λ）试验测量来评定。具体试验方法如下：在热轧带钢上取样，剪切成90*90mm矩形钢板，采用模具冲压的方式加工的中心孔。从毛刺的相反侧面将60°的圆锥型冲头压入，测定出现局部贯穿性裂纹时的圆孔直径Dh。

其计算公式为λ＝（Dh－D0）/D0×100%；式中D0为试样中心圆孔的原始加工直径10mm。

检测结果如表1所示。

实施例2

一种540MPa级厚度为3.2毫米的铁素体贝氏体钢板，其化学成分按重量百分数计为：C：0.10%，Si：0.23%，Mn：0.96%，P：0.044%，S：0.004%，Nb：0.039%，Al：0.05%，余为Fe及不可避免的杂质。

其生产方法，包括转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、冷却、卷取的步骤，其中：转炉冶炼时，出钢温度为1685～1700℃；真空处理时间为12min；连铸时，控制拉坯速度在1.2m/min；对铸坯加热，加热温度在1260～1290℃，保温时间在64min；粗轧时，控制其结束温度在1070～1100℃，压下率为85%；采用7机架进行精轧，控制其终轧温度在860～880℃，压下率为91%；进行前段层流冷却，冷却速度控制在100～110℃/s，冷却停止温度660～690℃，进行中段空冷，空冷速度4～7℃/s，空冷时间6～8s，进行后段层流冷却，冷却速度控制在95～105℃/s，进行卷取，卷取温度控制在460～490℃。

钢板生产后，从钢板中部取样，经研磨、抛光后采用硝酸酒精腐蚀，用于观察铁素体和贝氏体组织的形貌和分布。

检测的综合力学性能结果见表1所示。

实施例3

一种540MPa级厚度为4.5毫米的铁素体贝氏体钢板，其化学成分按重量百分数计为：C：0.11%，Si：0.39%，Mn：0.93%，P：0.036%，S：0.004%，Nb：0.041%，Al：0.03%，余为Fe及不可避免的杂质。

其生产方法，包括转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、冷却、卷取的步骤，其中：进行转炉冶炼时，控制出钢温度在1680～1690℃；真空处理时处理时间在15min；连铸时，控制拉坯速度在1.2m/min；铸坯加热温度在1250～1280℃，保温时间在76min；粗轧时，控制其结束温度在1060～1080℃，压下率为83%；采用7机架进行精轧，控制其终轧温度在850～870℃，压下率为88%；进行前段层流冷却时，冷却速度控制在90～100℃/s，冷却停止温度640～670℃，进行中段空冷时，空冷速度3～6℃/s，空冷时间6～9s，进行后段层流冷却时，冷却速度控制在90～100℃/s；进行卷取时，卷取温度控制在450～480℃。

检测的综合力学性能结果见表1所示。

实施例4

一种540MPa级厚度为5.0毫米的铁素体贝氏体钢板，其化学成分按重量百分数计为：C：0.15%，Si：0.42%，Mn：0.57%，P：0.041%，S：0.005%，Nb：0.047%，Al：0.03%，余为Fe及不可避免的杂质。

其生产方法，包括转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、冷却、卷取的步骤，其中：转炉冶炼时，控制出钢温度在1680～1690℃；真空处理时间在14min；连铸时，控制拉坯速度在1.1m/min；对铸坯加热温度在1240～1280℃，加热时间在78min；进行粗轧时，控制其结束温度在1060～1090℃，压下率为85%；精轧时控制其终轧温度在850～880℃，压下率为82%；进行前段层流冷却时，冷却速度控制在80～90℃/s，冷却停止温度650～680℃，进行中段空冷时，空冷速度3～6℃/s，空冷时间7～10s；进行后段层流冷却时，冷却速度控制在80～95℃/s；卷取温度控制在450～470℃。

检测的综合力学性能结果见表1所示。

表1

Claims

1.一种抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢，其特征在于：它的化学成分按重量百分数计为：C：0.10～0.15％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.50～1.0％，P：0.03～0.05％，S≤0.008％，Nb：0.01～0.05％，Al：0.01～0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质；它的金相组织为多边形铁素体和贝氏体，其中，铁素体的体积含量为60～85％，贝氏体的体积含量为15～40％；其生产方法，包括转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、冷却、卷取的步骤，其中，所述转炉冶炼时，出钢温度为1680～1700℃；所述真空处理时间为12～17min；所述连铸时，拉坯速度为0.9～1.2m/min；所述铸坯加热时，加热至1230～1290℃，保温60～90min；所述粗轧时，粗轧的结束温度控制为1040～1100℃，压下率控制为≥75％；所述精轧时，终轧温度控制在840～880℃，总压下率控制为≥75％；所述卷取时，卷取温度控制在430～490℃；所述冷却时，前段层流冷却，冷却速度控制在80～120℃/s，冷却停止温度为620～690℃；中段空冷，空冷速度3～8℃/s，空冷时间为5～10s，后段层流冷却，冷却速度控制在80～110℃/s。

2.根据权利要求1所述的抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢，其特征在于：它的化学成分按重量百分数计为：C：0.11～0.13％，Si：0.33～0.39％，Mn：0.57～0.93％，P：0.036～0.044％，S≤0.004％，Nb：0.015～0.039％，Al：0.03～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢，其特征在于：所述精轧时，采用7机架进行精轧。

4.根据权利要求1或2所述抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢，其特征在于：所述粗轧的压下率控制为≥85％；所述精轧的压下率控制为≥85％。

5.根据权利要求3所述抗拉强度540MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢，其特征在于：所述粗轧的压下率控制为≥85％；所述精轧的压下率控制为≥85％。