CN104141093A - 屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢及其轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢及其轧制方法，属于汽车厢体用钢技术领域。技术方案是：化学成分重量百分比为：C：0.06～0.12%；Si：0.2～0.4%；V＜0.005%;Mn：0.5～1.6%；Ti：0.06～0.14%；其余为铁和其它不可避免的杂质，冶炼控制N含量≤30ppm、O含量≤40ppm。本发明利用了Ti元素在钢中高温回溶和低温析出原理，根据轧制过程的相变过程和温度梯度，分阶段采用微合金化、细晶强化、析出强化的组合强化模式，结合轧钢控轧控冷工艺，利用Ti元素在钢中高温回熔和低温析出的特性，降低了轧制变形抗力，解决了高强钢轧制难度大问题；确定了合理的轧制压下工艺制度和最佳终轧温度及卷取温度制度，大幅降低生产冶炼成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢及其轧制方法，属于汽车厢体用钢技术领域。
背景技术
随着国内汽车产销量的快速增长，大量石油的消耗造成空气污染严重，节能减排呼声越来越高，新能源汽车及汽车轻量化研究的需求促使高强度绿色钢铁材料的诞生，汽车轻量化发展势在必行。车体、车厢等专用钢材必须进行减重设计，汽车行业的变革促使高强度薄规格板带钢的研究成为国内外各大钢铁企业的研究方向和重点课题。传统轧钢工艺在高强钢上主要采用提高合金含量、细化晶粒、添加稀有金属等沉淀强化、细晶强化、析出强化等方法，但炼钢添加剂如硅锰合金、锰铁合金资源日益匮乏，且随着国内钢铁产能持续扩张，市场需求量巨大，近年来价格持续上涨，造成冶炼成本持续上升。国内外在采用控轧控冷新工艺及新技术方面，虽然也取得了较大成果，但工业化生产尚需一定时间，如碳锰系双相钢（DP）、贝氏体钢（BP）以及诱导相变TRIP钢等。日本JFE公司在2008年利用在钢种添加适当比例的C、Ti、Mo元素，利用Mo元素可抑制珠光体相变作用，在轧制后对钢材进行快速冷却至低温区析出纳米级碳化物，大幅提高钢材强度，可生产屈服强度780MPa的超薄带钢及屈服强度达1180MPa的轿车防撞梁、立柱加强件等用钢，减量化效果达到15%以上。中国专利2005100476339公开“一种700MPa极F/B高强带钢的制造方法”，在钢中添加适量稀有元素（如：Nb、Ti等）+超快冷技术，生产出屈服强度达到700MPa～800MPa的钢材。但是，上述背景技术均不同程度存在以下几方面问题：只能在部分先进轧机设备上实现批量生产，推广时间长、难度大；需要投入大量资金对现有生产线进行技术改造；合金及稀有元素加入量大，成本升高，资源濒临枯竭；产品在使用过程中出现冲压弯裂和焊结开裂等硬性缺陷。
发明内容
本发明目的是提供一种屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢及其轧制方法，通过在钢中添加适量的Ti元素，大幅降低钢中的C含量及Mn合金含量，根据轧制过程的相变过程和温度梯度关系，分阶段采用微合金化、细晶强化、析出强化的组合强化模式，结合控轧控冷工艺，利用Ti元素在钢中高温回熔和低温析出的特性，在保证带钢性能稳定基础上，降低钢材生产成本及轧机轧制负荷，提高产品焊接性能和强度，解决背景技术存在的上述问题。
本发明技术方案是：
一种屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢，化学成分重量百分比为：C：0.06～0.12%；Si：0.2～0.4%；V＜0.005%;Mn：0.5～1.6%；Ti：0.06～0.14%；其余为铁和其它不可避免的杂质。
本发明钢中添加适量Ti元素，减少冶炼时钢中C含量及Mn合金含量，降低坯料生产成本及轧制难度，提高产品综合性能，优点如下：
第一、利用在钢中加入0.06%～0.14%含量的Ti元素，根据有效Ti元素在低温区间析出TiC的强化机理提高产品强度性能，同时比常规级别板带钢降低冶炼过程中Mn合金加入量的0.5%～1.0%，节约生产成本。
第二、钢中Ti元素在高温区以自由Ti形式存在，钢中加入0.06%～0.14%含量的Ti元素对轧制变形抗力影响仅提高5%～10%，因此利用这一特性可采用含Ti钢粗轧高温大压下轧制工艺，大幅降低高强钢轧制过程中轧机负荷，减弱对机械设备的冲击。
第三、利用钢中Ti元素细化晶粒效果及其与C元素形成固定化合物原理，减少钢中C元素富集偏析问题，C元素含量控制在0.06%～0.12%之间，提高产品在焊接、冷弯等加工方面的性能。
本发明申请的专利抗拉强度达到700MPa，成份设计中合金含量相对较低，主要合金成份为Mn：0.75～1.5%、Ti：0.06～0.14%；采取的是中Mn加Ti的纯Ti微合金化工艺，是一种低合金含量、低成本、轻量化钢材。
一种屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢的轧制方法, 化学成分重量百分比为：C：0.06～0.12%；Si：0.2～0.4%；V＜0.005%;Mn：0.5～1.6%；Ti：0.06～0.14%；其余为铁和其它不可避免的杂质，冶炼控制N含量≤30ppm、O含量≤40ppm；轧制工艺过程如下：板坯堆垛→加热炉加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱→飞剪→高压水除鳞→精轧→层流冷却→卷取→检验、取样→包装→检斤→入库；所述的粗轧工序，在粗轧五道次过程中，加大中间三个道次的压下量，中间三道次压下率控制在25%以上，末道次压下率控制在20%～30%之间；所述的精轧工序，精轧机组七架轧机，根据轧机负荷能力，前四架轧机负荷控制在75%～80%，后三架轧机控制在40%～60%，末架轧机轧制力不大于1400t。
本发明轧制温度工艺参数控制：综合考虑Ti及其碳化物的高温回溶及低温析出原理，加热温度范围在1200℃～1280℃之间、中间坯温度范围在1060℃～1120℃之间，终轧温度范围在830～900℃之间、卷取温度范围在550～650℃。
所述的精轧工序，精轧机组机间冷却水投用，出水量控制在35%～50%；
所述层流冷却工序，层流冷却采取前段集中冷却，集管50%或75%开启，头尾段10m内不冷却，出口温度控制在550℃～650℃之间。
所述卷取工序，采用大张力卷取工艺，上夹送辊超前率控制在15～23%之间，芯棒超前率控制在12～18%之间，头部采用压力控制，尾部采用三助卷辊压尾控制。
本发明积极效果是：本发明利用了Ti元素在钢中高温回溶和低温析出原理，根据轧制过程的相变过程和温度梯度，分阶段采用微合金化、细晶强化、析出强化的组合强化模式，结合轧钢控轧控冷工艺，利用Ti元素在钢中高温回熔和低温析出的特性，降低了轧制变形抗力，解决了高强钢轧制难度大问题；研究加热过程中Ti及其碳化物与温度制度的关系，确定了合理加热温度范围；确定了合理的轧制压下工艺制度，根据多次试验结果摸索出最佳终轧温度及卷取温度制度，持续不断优化化学成分设计，大幅降低生产冶炼成本；同时因成分设计采用低碳路线，N、O气体含量低，产品组织晶粒度高，带钢具有优良的力学性能和焊接性能，是一种高品质、低成本的绿色环保新型钢铁材料，走在汽车减量化用钢研发的前列。
附图说明
图1是本发明加热温度与固溶Ti及TiC在钢中质量分数的曲线关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
本发明工艺流程：板坯堆垛(缓冷)→加热炉加热→高压水除鳞→粗轧（控轧、除鳞）→热卷箱→飞剪→高压水除鳞→精轧 (控轧)→层流冷却（控冷）→卷取（高强）→检验、取样→包装→检斤→入库（缓冷）。
本发明技术特点：
1、利用钢中有效Ti元素在低温区间析出TiC的强化机理提高产品强度性能，降低冶炼过程中Mn合金的加入量，节约生产成本。由于TiC在低温区间开始析出，在钢中起到对晶界钉扎的作用，在成品中与基体形成共格或半共格关系，起到沉淀强化的效果。在钢中加入约0.06%～0.14%的Ti元素，可以降低钢中Mn含量0.5%～1.0%，大幅降低冶炼合金成本。
2、利用钢中Ti元素在高温区以自由Ti形式存在，基本上不影响钢坯变形抗力，大幅降低轧制过程中轧机负荷，减弱对机械设备的冲击，可制定大压下轧制方法。由于加热温度大于1150℃时，钢中Ti元素绝大部分以自由Ti形式存在，尚未形成可以起到强化作用的碳化物等Ti的化合物，钢坯轧制时变形抗力基本没有变化，对轧制负荷影响在5%～10%之间。因此可以在不增加设备投资前提下提高粗轧道次压下量，对原始晶粒进行大压下破碎，细化中间坯晶粒度，为精轧控制轧制拓宽空间，同时轧制稳定性非常高、设备损耗小，大幅降低操作难度。
3、利用钢中Ti元素细化晶粒及其具有降C作用，提高产品在焊接、冷弯等加工方面的性能。由于钢中Ti元素具有能够阻止奥氏体晶粒长大作用，以及Ti与C元素形成均匀分布的TiC化合物，减少钢中C元素的富集和偏析带，提高产品在焊接、冷弯等加工方面的性能。
本发明板坯加热温度控制在1200℃～1280℃。在加热过程中，Ti及Ti化物关系变化，参照附图1，当加热到1200℃以上时各相含量相对变化较小，说明合金元素Ti回溶达到一个稳定值，材料变形抗力基本稳定，为避免原始晶粒度过度长大及考虑加热炉热负荷能力，温度控制在1280℃以下。
轧制温度制度考虑Ti合金元素对再结晶温度的影响关系，为了避免轧制过程中再结晶的产生，保证钢中TiC的完全有效析出，确定终轧温度在830℃～900℃之间、卷取温度550℃-～650℃之间。
轧制负荷分配原则：采用高温区大压下制度，粗轧末道次再次加大压下量，提高中间坯晶粒度，中间坯经热卷箱高速卷取，减少辊道温降，粗、精轧除鳞机各使用一根水梁，保证表面质量的同时减少温降和边部提前发生相变。进入精轧机前断面温差控制在20℃以内，精轧轧机间无漏水，精轧负荷遵循逐步降低的原则，精轧F5、F6、F7之间的轧制力递减梯度保证大于200吨，通过末机架小负荷量压下，保障产品板型质量。
本发明具体实施例工艺步骤：
（1）将连铸合格板坯接收后，放置在板坯库高温坯中间位置缓慢冷却48小时后，对板坯表面进行检查，因为板坯表面裂纹缺陷会直接影响产品质量。为保证产品表面质量，对裂纹、切割焊疤进行清除；
（2）将检查合格后的板坯装入加热炉内进行加热，因钢中TiC比TiN和Ti2S先回溶，在1200℃时达到完全回溶目的，Ti元素全部以自由Ti形式存在于钢中；
（3）在粗轧共五道次过程中，加大中间道次压下量，中间三道次压下率控制在25%以上，末道次控制在20%～30%之间,中间坯温度控制在1060℃～1120℃之间；
（4）根据精轧机组负荷分配原则，前四架轧机负荷控制在70%～80%，后三架轧机控制在40%～60%，末架轧机轧制力不大于1400t，精轧出口温度830℃～900℃；
（5）精轧机组机间冷却水投用，出水量在35%～50%，层流冷却工艺采取前段集中冷却，集管50%开启，出口温度控制在550℃～650℃之间，达到板型平直、卷取稳定目的；
（6）卷取工艺控制，其特征在于：采用大张力卷取工艺，上夹送辊超前率控制在15～23%之间，芯棒超前率控制在12～18%之间，头部采用压力控制，尾部采用三助卷辊压尾控制；
（7）入库后放置在库中心热卷之间的位置堆垛，缓慢冷却72小时后取样、检验、发货。
实施例1：
坯料规格200mm×1250mm×12000mm，成品规格3.0mm×1250mm，化学成分如下：
加热炉温度：
粗轧机压下制度：
精轧机组压下制度：
轧线控制冷却制度：
轧线轧制温度：
产品性能：
实施例2 ：
坯料规格200mm×1250mm×12000mm，成品规格2.5mm×1250mm，化学成分如下：
加热炉温度：
粗轧机压下制度：
精轧机组压下制度：
轧线控制冷却制度：
温度确定：
产品性能：
实施例3 ：
坯料规格200mm×1250mm×12000mm，成品规格2.0mm×1250mm，化学成分如下：
加热炉温度：
粗轧机压下制度：
精轧机组压下制度：
轧线控制冷却制度：
温度确定：
产品性能：
本发明与普碳钢、低合金钢对比效果见下表：
本发明过在钢中添加适量的Ti元素，大幅降低钢中的C含量及Mn合金含量，根据轧制过程的相变过程和温度梯度关系，分阶段采用微合金化、细晶强化、析出强化的组合强化模式，结合控轧控冷工艺，利用Ti元素在钢中高温回熔和低温析出的特性，在保证带钢性能稳定基础上，降低钢材生产成本及轧机轧制负荷，提高产品焊接性能和强度，成功解决了常规轧机生产高强汽车箱体带钢的相关问题。
Claims (5)
1.一种屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢，其特征在于化学成分重量百分比为：C：0.06～0.12%；Si：0.2～0.4%；V＜0.005%;Mn：0.5～1.6%；Ti：0.06～0.14%；其余为铁和其它不可避免的杂质。
2.一种屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢的轧制方法,其特征在于：化学成分重量百分比为：C：0.06～0.12%；Si：0.2～0.4%；V＜0.005%;Mn：0.5～1.6%；Ti：0.06～0.14%；其余为铁和其它不可避免的杂质，冶炼控制N含量≤30ppm、O含量≤40ppm；轧制工艺过程如下：板坯堆垛→加热炉加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱→飞剪→高压水除鳞→精轧→层流冷却→卷取→检验、取样→包装→检斤→入库；所述的粗轧工序，在粗轧五道次过程中，加大中间三个道次的压下量，中间三道次压下率控制在25%以上，末道次压下率控制在20%～30%之间；所述的精轧工序，精轧机组七架轧机，前四架轧机负荷控制在75%～80%，后三架轧机控制在40%～60%，末架轧机轧制力不大于1400t。
3.根据权利要求2所述的屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢的轧制方法，其特征在于轧制温度工艺参数控制：加热温度范围在1200℃～1280℃之间、中间坯温度范围在1060℃～1120℃之间，终轧温度范围在830～900℃之间、卷取温度范围在550～650℃。
4.根据权利要求2或3所述的屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢的轧制方法，其特征在于：所述的精轧工序，精轧机组机间冷却水投用，出水量控制在35%～50%；所述层流冷却工序，层流冷却采取前段集中冷却，集管50%或75%开启，头尾段10m内不冷却，出口温度控制在550℃～650℃之间。
5.根据权利要求2或3所述的屈服强度达700MPa的汽车厢体用带钢的轧制方法，其特征在于：所述卷取工序，上夹送辊超前率控制在15～23%之间，芯棒超前率控制在12～18%之间，头部采用压力控制，尾部采用三助卷辊压尾控制。
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2013
- 2013-05-10 CN CN201310171265.3A patent/CN104141093B/zh not_active Expired - Fee Related
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