CN103725956A - 一种高强度轻量化自卸车车厢用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁材料技术领域，特别涉及一种高强度轻量化自卸车车厢用钢及其生产方法。按照重量百分比计，所述钢的组成如下：C：0.06-0.100%，Si：0.10-0.20%，Mn：0.75-1.20%，P≤0.020%，S≤0.005%，0.020%≤Alt≤0.060%，Ti:0.080-0.120%，N≤0.006%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明采用较低成本的化学成分体系，生产高强度、轻量化含Ti的公路自卸车车厢用热轧卷板性能能够满足甚至优于标准要求；合金化成本较低，综合考虑吨钢成本降低在500元以上。使用该产品可以实现以薄代厚，车辆减重幅度大，拥有较高社会效益和环境效益。

Description

一种高强度轻量化自卸车车厢用钢及其生产方法

 

技术领域

本发明属于钢铁材料技术领域，特别涉及一种高强度轻量化自卸车车厢用钢及其生产方法。

背景技术

高强度、轻量化汽车车厢用钢是用于公路自卸车厢板及扣板的重要材料。随着国家经济的发展和节能减排的力度加大，高强度、轻量化自卸车车厢用钢在汽车制造行业的减重、提速、增加载重量、降低油耗上占据重要的位置，普通的公路自卸车车厢用热连轧钢板的屈服强度上限为500MPa，满足不了汽车减重的要求；一般高强车厢用钢通过添加微合金V、Nb和高价淬透性元素Cr、Mo来保证钢板的强度，屈服强度基本在680MPa左右，其生产工艺技术相对已成熟，但由于成本过高，推广难度大。也有利用传统热连轧工艺生产抗拉强度800MPa的高强汽车轻量化车厢用钢，但是尚未得到大量生产实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的高强度轻量化自卸车车厢用钢及其生产方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种高强度轻量化自卸车车厢用钢，按照重量百分比计，所述钢的组成如下：C：0.06-0.10%，Si：0.10-0.20%，Mn：0.75-1.20%，P≤0.020%，S≤0.005%，0.020%≤Alt≤0.060%，Ti:0.080-0.120%，N≤0.006%，余量为Fe和不可避免的杂质。

其中Alt为钢中全部铝的含量。

所述钢的屈服强度为600MPa~700MPa。

所述钢的厚度为2.0-10.0mm。

本发明采用的化学成分体系的理由是：

碳（C）：随着碳含量增加，钢的强度增加而韧性、焊接性能降低；但由于控轧控冷工艺和微合金化技术的日趋成熟，同时为改善焊接热影响区（HAZ）的性能，钢中的碳含量逐渐降低；公路自卸车车厢热轧卷板碳含量控制在0.10%以下为宜。

锰（Mn）：锰是典型的奥氏体稳定化元素，显著提高钢的淬透性，并起到固溶强化和细化铁素体晶粒的作用，可显著推迟珠光体转变以及贝氏体转变。Mn作为扩大γ相区的元素，会降低A3、A1临界点，但较高的Mn含量在推迟珠光体转变的同时，也推迟铁素体的析出，贝氏体区右移，使钢对工艺条件的敏感性变大；而Mn含量太低易引起珠光体转变。因此公路自卸车车厢热轧卷板在保证强度和韧性的前提下，锰含量可以适当降低含量在0.75-1.20%。

硅（Si）：在炼钢时一般作为脱氧剂，但也可作为合金元素。Si进入铁素体起固溶强化作用，可显著提高钢的抗拉强度和较小程度提高屈服强度，但同时在一定程度上降低钢的韧性、塑性，Si同时增加钢的时效敏感性，并能提高钢的抗腐蚀能力和抗高温氧化能力。

钛（Ti）：微量的Ti在钢液凝固过程中析出的弥散、细小的TiN颗粒可抑制奥氏体晶粒的长大，一来防止板坯再加热时的原始奥氏体晶粒过分长大，为轧制提供相对细小的奥氏体组织；二来在焊接时阻止热影响区奥氏体晶粒长大，改善焊接性能。采用微Ti处理时，将Ti含量控制在0.018～0.035%的范围，能够充分固氮，防止形成AlN而导致铸坯塑性降低，消除了双流板坯的角横裂缺陷。Ti含量较高时（WTi>0.035%），Ti会以TiC作为钢中第二相粒子析出，起到析出强化的作用；钛含量对钢的强度影响分为三个阶段：①微量Ti(＜0.35%),强度随着钛含量变化较小；②0.035%-0.08%Ti，强度随钛含量增加而显著提高；③0.08%-0.15%Ti，强度随钛含量增加趋于平缓。

铝（Al）：利用Al在精炼过程中与钢中残留氧结合Al₂O₃，并在精炼和连铸过程中充分上浮，以尽量降低钢中的氧含量，同时可以防止钢中加入的微量Ti与氧结合，以保证最终钢中有一定量的细小TiN颗粒。

本发明采用单钛微合金化、较低成本的化学成分体系，具体的说是一种除锰以外，仅含有钛Ti而不含其它微合金元素例如Nb、V、Cr、Mo、B等元素的体系，获得了一种高强度、轻量化含Ti的公路自卸车车厢用钢，热轧卷板性能优异；使用该产品可以实现以薄代厚，车辆减重幅度大，一般减重可达20%-30%，是理想的汽车车厢轻量化钢铁材料，拥有较高社会效益和环境效益。此外，本发明提供的用钢合金化成本较低，钢种按不添加0.050%Nb、0.030%V、降低0.60% Mn的含量和不过RH精炼成本核算，只计算Ti合金吸收率，综合考虑吨钢成本降低在500元以上。

本发明还提供了一种优选的所述高强度轻量化自卸车车厢用钢的生产方法，重点是控制钢水冶炼成分，从而进行LF精炼、连铸、轧制和冷却。

其中，出钢时碳含量控制为0.04-0.06wt%，出钢温度1630-1670℃。

LF精炼时，钢水冶炼成分控制如下：C：0.06-0.10wt%；Si：0.10-0.20wt%；Mn：0.70-1.30wt%；P≤0.020wt%；S≤0.005wt%；0.020wt%≤Alt≤0.060wt%； Ti:0.080-0.120wt%；N≤0.006wt%，余量为铁。

连铸时，控制中间包温度为1530-1550℃，板坯拉速0.8-1.2m/min，板坯厚度210-230mm。

轧制时均热段温度不低于1240℃，总在炉加热时间不少于180min；粗轧6道次和精轧7道次轧制，二开轧温度在1040-1100℃，终轧温度为860-900℃。

其中，粗轧采用2台轧机采用的3道+3道，共计6道次轧制；精轧7机架连轧，为7道次。

轧制平均速度为4-12m/s，轧后板厚为2.0-10mm。

冷却速度为20-40℃/S，卷曲温度为580-620℃。

轧制时如果采用加热炉加热必须保证均热段温度≥1240℃，总在炉时间≥180min。

第一阶段轧制通过2台轧机6道粗轧实现在奥氏体可再结晶的温度范围内，采用一个或多个道次轧制钢坯（由于各个厂家的粗轧机能力不一样，采用的轧制道次可能也不同），奥氏体累计变形量大于50%，通过奥氏体反复再结晶细化奥氏体晶粒。第二阶段轧制通过7机架连轧在奥氏体再结晶区和未再结晶区两相区实现，利用钛的析出物和大的累计变形量使得奥氏体向铁素体相变的形核点大幅度增加，充分细化相变后的铁素体晶粒。奥氏体未再结晶轧制控制终轧温度介于860-900℃，钢板终轧后以20-40℃/s的冷却速率在线加速冷却，终冷温度介于580-620℃，通过加速冷却，降低相变温度，促进铁素体晶内形核，阻止相变后铁素体晶粒长大，进一步细化铁素体晶粒，最终获得晶粒细小、高密度位错结构的针状铁素体组织，同时提高钢板强度和低温冲击韧性。

钢坯加热到充分高的温度使奥氏体组织均匀化，使钢中的钛的碳化物充分溶解，细小的氮化钛不溶解，以阻止原始奥氏体晶粒的长大。

本发明是利用1780mm热连轧机组生产线，无需添加微合金Nb、V和高价淬透性元素Cr、Mo，利用单Ti微合金化配合LF精炼、连铸、轧制和冷却的工艺，达到细化晶粒、提高公路自卸车车厢用卷板的强度和韧性的目的。按照本发明的生产方法生产公路自卸车车厢用钢不仅强度高、韧性好、而且可以以薄代厚实现轻量化，达到节能降耗目的，最主要是可以大大节约生产成本，给企业、社会和环境带来巨大的效益。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、采用较低成本的化学成分体系，生产高强度、轻量化含Ti的公路自卸车车厢用钢，性能优异；合金化成本较低，综合考虑吨钢成本降低在500元以上。

2、使用该产品可以实现以薄代厚，车辆减重幅度大，一般减重可达20%-30%，是理想的汽车车厢轻量化钢铁材料，拥有较高社会效益和环境效益。

3、本发明的生产方法可以细化晶粒，提高公路自卸车车厢用钢的强度和韧性。

附图说明

图1为Ti含量对高强度轻量化自卸车车厢用钢力学性能的影响图；

图2为Ti在连铸和轧制过程中的析出情况示意图。

   具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

高强度轻量化自卸车车厢用钢通过下法进行制备：

1）选用安阳钢铁股份有限公司生产的AG600XT钢材，经铁水预处理，铁水S含量控制在0.005wt%以下，150吨转炉炼钢，出钢温度：1660℃，出钢后经LF精炼，钢材熔炼成分为：C：0.09wt%；Si：0.14wt%；Mn：1.12wt%；P≤0.015wt%；S≤0.003wt%；Al: 0.040wt%； Ti:0.085-0.120wt%；N≤0.006wt%；

2）连铸:中间包温度：1543℃，板坯拉速1.1m/min，严格做好保护浇注工作，防止钢水二次污染，板坯厚度210mm；

3）轧钢：由加热炉加热必须保证均热段温度≥1240℃，总在炉时间≥180min，6个粗轧7道次精轧轧制，根据规格不同采用二开轧温度在1040-1100℃，终轧温度为860-900℃，轧制平均速度约为4-12m/s；

4）卷取：经96m管层流冷却段冷却后卷取，连续冷却速度为20-40℃/s；卷取温度为580-620℃。

以下实施例1和2分别采用上述方法，同时部分参数详见列表，对应获得的高强度轻量化汽车车厢用钢力学性能指标参见相应的表1和表2。

实施例1

表1

实施例2

表2

表1和表2中，a为试样厚度，d－弯心直径；2、拉伸、冷弯试样为横向试样。

减重对比：

改进前：车厢侧板、扣板、底板全部采用Q345B钢板（性能执行GB/T 1591-2008），侧板厚度2.5mm，重量1225Kg；扣板厚度3.0mm，扣板重量1155Kg；底板厚度4.0mm，重量1120Kg；车厢重量为3500Kg。

改进后：采用本发明实施例1组成钢板，侧板厚度2.0mm，重量980Kg；扣板厚度2.0mm，扣板重量770Kg；底板厚度3.0mm，重量840Kg；车厢重量为2590Kg。

    与改进之前相比较，侧板减重245Kg，扣板减重385Kg，底板减重280Kg，共减重910Kg，减重比例达到26%。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度轻量化自卸车车厢用钢，其特征在于，按照重量百分比计，所述钢的组成如下：C：0.06-0.10%，Si：0.10-0.20%，Mn：0.75-1.20%，P≤0.020%，S≤0.005%，0.020%≤Alt≤0.060%，Ti:0.080-0.120%，N≤0.006%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述高强度轻量化自卸车车厢用钢，其特征在于，所述钢的屈服强度为600MPa-700MPa。

3.如权利要求2所述的高强度轻量化自卸车车厢用钢，其特征在于，所述钢的厚度为2.0-10.0mm。

4.权利要求1所述高强度轻量化自卸车车厢用钢的生产方法，其特征在于，控制钢水冶炼成分，进行LF精炼、连铸、轧制和冷却。

5.如权利要求4所述高强度轻量化自卸车车厢用钢的生产方法，其特征在于，LF精炼时，钢水冶炼成分控制如下：C：0.06-0.10wt%，Si：0.10-0.20wt%，Mn：0.70-1.30wt%，P≤0.020wt%，S≤0.005wt%，0.020%≤Alt≤0.060wt%，Ti:0.080-0.120wt%，N≤0.006wt%，余量为铁。

6.如权利要求5所述的高强度轻量化自卸车车厢用钢的生产方法，其特征在于，出钢时碳含量控制为0.04-0.06wt%，出钢温度1630-1670℃。

7.如权利要求4所述高强度轻量化自卸车车厢用钢的生产方法，其特征在于，连铸时，控制中间包温度为1530-1550℃，板坯拉速0.8-1.2m/min，板坯厚度210-230mm。

8.如权利要求4所述高强度轻量化自卸车车厢用钢的生产方法，其特征在于，轧制时均热段温度不低于1240℃，总在炉加热时间不少于180min；粗轧6道次和精轧7道次轧制，二开轧温度在1040-1100℃，终轧温度为860-900℃。

9.如权利要求8所述的高强度轻量化自卸车车厢用钢的生产方法，其特征在于，轧制平均速度为4-12m/s，轧后板厚为2.0-10mm。

10.如权利要求4所述的高强度轻量化自卸车车厢用钢的生产方法，其特征在于，冷却速度为20-40℃/S，卷曲温度为580-620℃。

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