CN103866189B

CN103866189B - 低脆性800MPa级汽车大梁用钢及其制造方法

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Publication number: CN103866189B
Application number: CN201410125401.XA
Authority: CN
Inventors: 赵江涛; 周祖安; 彭涛; 刘永前; 刘斌; 桂洲; 谢华; 杨海林; 徐浩
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: CN103866189A

Abstract

本发明公开了一种低脆性800MPa级汽车大梁用钢及其制造方法。其化学成分按质量百分数计为：C0.04～0.06%、Si<0.1%、Mn1.9～2.2%、P<0.012%、S<0.005%、Al0.020～0.070%、Nb0.04～0.06%、Ti0.105～0.13%、Mo0.15～0.22%、N<0.005%，余量为铁及不可避免的杂质。热连轧过程中先将连铸板坯在200～300分钟内加热到1280～1330℃进行粗轧，粗轧结束温度控制在1040～1140℃再进行精轧。本发明强度高，在车架设计减重效果可达10%～25%；成型性好，适用于冲压、辊压、折弯等工艺；低温韧性好，适用于寒冷地区的运输。

Description

低脆性800MPa级汽车大梁用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种汽车纵梁用钢，具体涉及一种低脆性800MPa级汽车大梁用钢及其制造方法。

背景技术

通过提高钢板强度来减轻车身重量，达到降耗节能，减少环境污染是当今汽车工业研究的重要课题。在国内外，现阶段多是采用添加一定的微合金元素来强化钢的强度。大梁钢作为客货车的安全承重件，对性能和成形性有很高的要求。国内各钢厂均在开展相关方面的研究工作。但是所用的合金元素、用量、何种工艺都不尽相同，和各厂的装备、技术、原料等有关。目前，650MPa以下级别大梁钢的生产技术已相当成熟，在汽车工业的应用也较广泛。受限于国内汽车行业的落后成型装备，目前普遍使用650MPa以下级别钢种制造重卡大梁，使用强度范围主要集中在510MPa～600MPa，更高强度级别大梁的应用范围较小或处于工业认证阶段。

重卡底盘的车架采用热轧汽车大梁钢制作，其车架总成分为纵梁、衬梁、纵梁、加强件以及加强板等，各零部件是采用冷冲压成形或滚压成形方式，其装配主要采用铆接方式。

汽车大梁即是客货车的承重件，也是汽车行驶过程中的安全件。为了提高载重能力，重卡大梁一般采用6～12mm的热轧钢板制造。根据重卡的吨位和应用场合，重卡大梁采用单梁或者双梁设计。通过提高强度级别，可以减小大梁的厚度，或者将双梁设计更改为单梁设计，带来多重效益，在减轻车重的同时，可以降低油耗或者增加载货量。在现有技术的条件下进一步增加汽车大梁用钢的强度是人们一直在研究的课题。

CN200910272678.4公开了一种抗拉强度在590MPa级汽车大梁用钢及其制造方法，其所得钢种强度较低，化学成分上，采用微钛处理，钛主要作用是使钢中的S、P等夹杂物变性，降低夹杂物的危害，使其形状发生改变，从而改善钢的成形性，为达到这个目的，其含量一般在0.03%左右。此钢种强度较低，已不能满足现代重型商用车制造企业对钢材高强减薄以适应日益严苛日环保法规要求。

发明内容

本发明目的是提供一种抗拉强度在800MPa级汽车大梁用钢，在具有更高的强度和良好的成型性的同时，也具有优良的低温韧性。

具体方案如下：

低脆性800MPa级汽车大梁用钢，其化学成分按质量百分数计为：

C0.04～0.06%、Si<0.1%、Mn1.9～2.2%、P<0.012%、S<0.005%、Al0.020～0.070%、Nb0.04～0.06%、Ti0.105～0.13%、Mo0.15～0.22%、N<0.005%，余量为铁及不可避免的杂质。

按上述方案，所述低脆性750MPa级汽车大梁用钢经过铁水脱硫，转炉冶炼，真空处理，连铸，板坯检查及清理，板坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，精整制得；

其中，转炉冶炼后出钢1/3时开始加铁合金，出钢2/3时加入完毕，且合金化顺序依次为铝铁、锰铁、铌铁、钼铁；使用加铝机加铝线进行终脱氧，真空处理时加入钛铁，所述钛铁颗粒直径≤30mm；

热连轧过程中先将连铸板坯在200～300分钟内加热到1280～1330℃进行粗轧，粗轧结束温度控制在1040～1140℃再进行精轧，终轧温度为780～880℃。

按上述方案，所述的层流冷却为后段冷却，冷却水的水温＜35℃，控制冷却速度≥10℃/s。

按上述方案，卷取温度为500～580℃。

上述低脆性750MPa级汽车大梁用钢的制备方法，包括铁水脱硫，转炉冶炼，真空处理，连铸，板坯检查及清理，板坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，精整的工艺步骤，其特征在于：

转炉冶炼后出钢1/3时开始加铁合金，出钢2/3时加入完毕，且合金化顺序依次为铝铁、锰铁、铌铁、钼铁；使用加铝机加铝线进行终脱氧，真空处理时加入钛铁，所述钛铁颗粒直径≤30mm；

按上述方案，卷取温度为500～580℃。

碳是廉价的固溶强化元素。如果其含量超过0.06%，则冲压成形性会降低；如果其含量小于0.04%，则不能满足材料对强度的要求，所以，将其含量限定在0.04%～0.06%范围。

硅元素在热轧过程中促进氧化铁皮的生成，恶化表面质量，在后续冲压过程中容易脱落，造成使用困难，所以将其含量限定在<0.1%。

锰是提高强度和韧性最有效的元素，可改善钢的强度-延伸平衡性。但是添加多量的锰，会导致增加钢的淬透性，鉴于此，将其上限定为2.2%，所以，将其含量限定在1.9%～2.2%范围。

磷是钢中的有害元素，易引起铸坯中心偏析，为了避免冷弯成形性能、韧性发生恶化，设定其含量上限为0.012%。

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，随着大梁钢强度的提高，微裂纹的扩展对夹杂物十分敏感，所以将钢中硫含量控制在0.005%以下。

铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.020%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Als上限为0.070%。因此，Als含量限定在0.020%～0.070%范围。

铌是在结晶控制轧制中不可缺少的元素，在热机械加工中细化晶粒、降低奥氏体向铁素体的转变温度和析出强化，因此钢中添加微量合金元素铌能够便于控制轧制的进行，并提高钢板的强度和韧性。所以，综合钢板力学性能及成本等方面的考虑，将其含量限定在0.04～0.06%范围。

钛是廉价的合金强化元素，与碳和氮复合析出，不仅细化晶粒，而且在形变过程中阻碍位错移动。为充分利用钛的强化作用，规定其下限为0.105%，为避免过高的钛导致韧性恶化，规定其上限为0.13%。所以，将其含量限定在0.105～0.13%范围。

Mo元素通过固溶强化提高钢板的强度，高于0.15%才能发挥强化的作用，所以，将其含量限定在0.15%～0.22%。

氮元素与钛元素的亲合力很强，为了避免氮与钛结合形成大尺寸金属夹杂物，将其限定在<0.005%。

本发明专利中，在成分设计上，由于炼钢水平的提高，S、P含量本身可控制在很低的水平，钢质变得更纯净，Ti主要是作为合金强化元素加入，同时，为了保证Ti元素的有效析出，对N元素有严格的要求，避免N元素与Ti形成大尺寸的TiN金属夹杂物，在热轧工艺设计上，为了保证钢坯中的Ti化合物充分溶解，在钢坯加热过程中，对加热温度和加热时间有特殊的要求，同时为了充分提高钢板的成形性，在层流冷却方式上不采用前段冷却，而是使用后段冷却方式。

随着钛含量增加，板坯加热温度需提高，目的是为了保证钛的化合物充分溶解，本专利中要求1280～1330℃，如果低于1280℃，钛化物在加热过程中溶解不充分，在轧钢过程中以大尺寸的钛化物存在，影响其析出强化效果。

本专利对加热时间上下限有要求，如果加热时间低于200分钟，由于钛含量高，钛化合物不能充分溶解，影响轧钢过程中钛的析出，降低钢板的强度，如果加热时间超过300分钟，使奥氏体晶粒过分长大，导致强度降低，同时钢坯表面形成过量的氧化铁皮，在除鳞过程中不易清除，轧钢时将氧化铁皮轧入钢板，在表面形成坑状缺陷。

本专利要求层流冷却采用后段冷却方式，相比前段冷却方式，后段冷却先经过一段时间空冷后再冷却，因此后段冷却的冷却强度较低，可提高钢的延伸率，同时可降低钢板内应力，提高韧性。

卷取温度设定在500～580℃，利于贝氏体组织的形成，贝氏体组织的韧性优于珠光体组织。

本发明的有益效果：

1）强度高，在车架设计减重效果可达10%～25%；

2）成型性好，适用于冲压、辊压、折弯等工艺；

3）低温韧性好，适用于寒冷地区的运输。

具体实施方式

以下实施例为进一步理解本发明的技术方案，不作为对保护范围的限制。

其经过铁水脱硫，转炉冶炼，真空处理，连铸，板坯检查及清理，板坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，精整制得。

制备过程控制转炉冶炼后出钢1/3时开始加铁合金，出钢2/3时加入完毕，且合金化顺序依次为铝铁、锰铁、铌铁、钼铁；使用加铝机加铝线进行终脱氧，真空处理时加入钛铁，钛铁颗粒直径≤30mm。热连轧过程中先将连铸板坯在200～300分钟内加热到1280～1330℃进行粗轧，粗轧结束温度控制在1040～1140℃再进行精轧，终轧温度为780～880℃。

为了提高有效钛的利用率，钛铁颗粒直径≤30mm。由于钛与氧的亲合力很强，必须在脱氧后的真空处理环节中往钢水中加钛，避免钛与氧形成化合物，上浮进入保护渣。热连轧生产工艺控制很重要，为实现本发明低合金钢的铁素体和贝氏体组织，本发明采用再加热原始奥氏体组织细化控制，通过铌和钛分别与碳、氮形成复合化合物，在轧制和冷却过程中析出，其析出物阻碍晶粒长大，从而实现晶粒细化。

随着钛含量增加，板坯加热温度需提高，目的是为了保证钛的化合物充分溶解，本专利中要求1280～1330℃，如果低于1280℃，钛化物在加热过程中溶解不充分，在轧钢过程中以大尺寸的钛化物存在，影响其析出强化效果。本专利对加热时间上下限有要求，如果加热时间低于200分钟，由于钛含量高，钛化合物不能充分溶解，影响轧钢过程中钛的析出，降低钢板的强度，如果加热时间超过300分钟，使奥氏体晶粒过分长大，导致强度降低，同时钢坯表面形成过量的氧化铁皮，在除鳞过程中不易清除，轧钢时将氧化铁皮轧入钢板，在表面形成坑状缺陷。

层流冷却过程中冷却水的水温＜35℃，控制冷却速度为≥10℃/s，采用后段冷却方式。相比前段冷却方式，后段冷却先经过一段时间空冷后再冷却，因此后段冷却的冷却强度较低，可提高钢的延伸率，同时可降低钢板内应力，提高韧性。

卷取温度为500～580℃。利于贝氏体组织的形成，贝氏体组织的韧性优于珠光体组织。

金相检测结果表明，该钢的组织为贝氏体。拉伸试验表明，该钢强度高，屈强比高，具有良好的抗变形能力。宽冷弯试验表明，即使在d=0.5a的条件下仍然检验合格，具有良好的冷成形性能。

实施例

按表1中所示的具体化学成分制备低脆性800MPa级热轧汽车大梁用钢。制备过程如下：

在炼钢厂90吨和250吨转炉上进行顶底复合吹炼，采用铁水脱硫技术，使铁水中的S≤0.005%；炉后出钢1/3时开始加铁合金，出钢2/3时加入完毕，合金化顺序：铝铁→锰铁→铌铁→钼铁，使用加铝机加铝线进行终脱氧，在真空处理时加钛，并对进行成分微调，使钢中的化学成分满足表1的要求，余量为Fe及不可避免的夹杂；再将表1所示成分的钢水浇注成230～250mm×1050～2150mm断面的板坯；然后将板坯送至热轧厂，在2250mm轧机上进行热连轧，将其轧制成热轧板卷，再进行精整；先将连铸板坯在200～300分钟内加热到1280～1330℃进行粗轧，结束温度为1040～1140℃，再进行精轧，终轧温度为780～880℃，带钢轧后的控制冷却采用后段层流冷却的方式，冷却水的水温＜35℃，控制冷却速度为≥10℃/s，卷取温度为500～580℃。轧制钢卷在精整线进行表面质量检查，并进一步控制好板形，最终得到3～12mm的热轧卷。

表1

成分	C	Si	Mn	P	S	Als	Nb	Ti	Mo	N
											1	0.050	0.08	1.92	0.002	0.001	0.0337	0.059	0.13	0.19	0.0021
2	0.054	0.08	1.98	0.0038	0.003	0.0402	0.060	0.115	0.22	0.0043
											3	0.057	0.05	1.90	0.0052	0.003	0.0511	0.042	0.105	0.21	0.0038
4	0.042	0.03	2.03	0.0025	0.002	0.0587	0.050	0.108	0.18	0.004
											5	0.048	0.04	2.20	0.009	0.002	0.069	0.040	0.127	0.15	0.0036
6	0.041	0.06	1.97	0.0027	0.003	0.070	0.055	0.114	0.16	0.0027

上述表1中五组实施例各元素含量均以质量百分数计，其对应产品的性能见表2所示。其中，下屈服强度、抗拉强度、伸长率、180°宽冷弯、-60℃冲击功均按照国家标准执行。

表2

通过表2可以看出，本发明的实施例钢材产品的下屈服强度在755～850MPa之间，抗拉强度在815～935MPa之间，伸长率在12%～23%之间，10mm钢板在－60℃下的冲击功达到65J。实施例钢材同时具有较高的强度、较好的延伸率和低温韧性，钢板实现了强度和韧性的良好匹配。

Claims

1.低脆性800MPa级汽车大梁用钢，其特征在于化学成分按质量百分数计为：

C0.04～0.06％、Si<0.1％、Mn1.9～2.2％、P<0.012％、S<0.005％、Al0.020～0.070％、Nb0.04～0.06％、Ti0.105～0.13％、Mo0.15～0.22％、N<0.005％，余量为铁及不可避免的杂质；

所述的低脆性800MPa级汽车大梁用钢经过铁水脱硫，转炉冶炼，真空处理，连铸，板坯检查及清理，板坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，精整制得；

2.如权利要求1所述低脆性800MPa级汽车大梁用钢，其特征在于所述的层流冷却为后段冷却，冷却水的水温＜35℃，控制冷却速度≥10℃/s。

3.如权利要求1所述低脆性800MPa级汽车大梁用钢，其特征在于卷取温度为500～580℃。

4.低脆性800MPa级汽车大梁用钢的制备方法，包括铁水脱硫，转炉冶炼，真空处理，连铸，板坯检查及清理，板坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，精整的工艺步骤，其特征在于：

化学成分按质量百分数计为：C0.04～0.06％、Si<0.1％、Mn1.9～2.2％、P<0.012％、S<0.005％、Al0.020～0.070％、Nb0.04～0.06％、Ti0.105～0.13％、Mo0.15～0.22％、N<0.005％，余量为铁及不可避免的杂质；

5.如权利要求4所述的低脆性800MPa级汽车大梁用钢的制备方法，其特征在于层流冷却为后段冷却，冷却水的水温＜35℃，控制冷却速度≥10℃/s。

6.如权利要求4所述的低脆性800MPa级汽车大梁用钢的制备方法，其特征在于卷取温度为500～580℃。