CN104342598A - 一种600MPa级别汽车大梁用热轧钢带的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种600MPa级别汽车大梁用热轧钢带的生产方法，采用顶底复吹转炉+LF精炼炉+薄板坯连铸连轧工艺，整个生产工艺流程为：炼钢、精炼、连铸、均热、热连轧、层流冷却、卷取等工艺过程，其技术特征为：保证连铸坯在扇形段矫直区域的角部温度达到1000℃以上，避开850℃～950℃的脆性温度区；板坯均热温度控制在1100～1150℃；粗轧道次压下率控制在50％；终轧温度设定为860～880℃；卷取温度控制在570～590℃的范围内。本发明技术生产的汽车大梁用热轧钢带与现有技术生产的产品相比，能够降低生产成本，改善板材组织性能，具有强韧性优良、重量轻、冷加工成型性好、节能降耗的优点。

Description

一种600MPa级别汽车大梁用热轧钢带的生产方法

技术领域

本发明属于生产金属材料领域，涉及到一种600MPa级别汽车大梁用热轧钢带的生产方法。

背景技术

大梁钢属于常用钢材品种，目前国内载重车、大客车和常用运输车的纵、横梁所用的大梁钢规格在2.8～12mm，主要牌号有T52L、16MnL、P510L、P590L、B510L、B590L、W510L、W590L、A510L及09SiVL等。国内生产汽车大梁钢的同行业中，产品级别为400MPa～500MPa级，微合金含量平均为0.04％～0.1％。国外典型的汽车大梁钢基本上是Nb系或Ti系板，极个别为含V、Cr钢，产品级别多为500MPa～550MPa级，成分设计方面，微合金含量平均为0.05％～0.1％，550MPa级别的微合金含量达到0.15％左右。

国内外生产汽车大梁钢多采用常规热轧生产技术，采用单系微合金生产工艺，对于Nb-Ti复合微合金化工艺，在低碳工艺下将微合金总含量控制在0.05％左右，并达到600MPa级别抗拉强度的大梁钢生产方法是新课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用Nb-Ti复合微合金化工艺生产的600MPa级别汽车大梁钢的生产方法。

根据上述目的，本发明整体的技术方案为：

本发明的设计原理是通过在理论上系统分析钢中C、Mn元素及Nb、Ti微合金元素对钢的强度、韧性等性能的影响，同时兼顾生产成本及工艺，对这种新型600MPa级别高强度汽车大梁钢的化学成分进行设计，并通过控制轧制和控制冷却的生产技术，由此可获得一种用Nb-Ti复合微合金化工艺生产的600MPa级别汽车大梁钢的生产方法。

根据上述目的和整体的技术方案，本发明采用顶底复吹转炉+LF精炼炉+薄板坯连铸连轧工艺，具体技术方案为；

1、化学成分

600MPa级别汽车大梁用热轧钢带的化学组成成分(wt％)为：C：0.05％～0.08％、Si：0.15％～0.30％、Mn：1.10％～1.40％、P：≤0.025％、S：≤0.008％、Nb：0.020％～0.040％、Ti：0.010％～0.020％、Als：0.010～0.025％、Ca：0.001％～0.003％、余为Fe及其他不可避免的杂质。

上述主要化学成分的设计依据为：

C：碳是强化钢板的有效元素，但是碳含量在0.08％～0.16％范围内将进入包晶区，凝固过程发生包晶反应并伴随δ→γ相变，产生较大的体积收缩，该范围碳含量属于裂纹敏感区，成分设计中应避开此区域；汽车大梁钢是一种冷加工成形用钢，钢材应具有良好的塑性，钢材塑性随碳含量的增高而降低。考虑到以上两种因素，本发明钢中碳含量控制在0.05％～0.08％。

Mn：锰加入钢中的主要作用为固溶强化提高钢的强度，同时，钢中的Mn可与S结合成MnS并以线状形态分布于奥氏体中，可改善钢的塑性，是抑制板坯热裂倾向的重要元素，基于这些因素，本发明钢中锰含量控制在1.10％～1.40％。

Nb：钢中加入微量铌合金即可显著提高钢材的强韧性能，考虑铌微合金化钢铸坯表面在弯曲和随后矫直过程中，因微细析出物的产生而导致可能出现横裂纹等质量问题，另外，铌的加入还要确保铸态组织在连轧早期发生完全再结晶，并确保在后续道次的轧制过程中奥氏体发生薄饼化，因此钢中加入的铌要适量。综合以上因素的考虑，本发明中钢中铌含量控制在0.020％～0.040％。

Ti：钢中钛元素起到的强化作用主要为细晶强化和沉淀强化，在钛含量较低时，高温奥氏体区析出的TiN可以起到细晶强化的作用；当钛含量高于0.035％后，低温铁素体区析出的TiC将起到沉淀强化作用，随着沉淀强化的加强，板材脆性转变温度迅速提高，板材冷弯性能、冲击性能恶化。综合两种因素的影响，本发明中钛含量控制在0.010％～0.020％。

S：钢的凝固过程中，S在奥氏体晶界的析出降低了钢坯的高温塑性，增加了铸坯的热裂纹敏感性，因此要求降低硫含量，基于这些因素，本发明钢中硫含量应小于0.008％。

Ca：本发明涉及的高强度、高韧性钢经钙处理后，钢中的夹杂物可以有效变性为以CaS为核心的硬质质点，上浮后可从钢水中去除，使钢水洁净度提高，钢中Ca含量控制在0.001％～0.002％。

2、铸坯质量控制技术

对于铌微合金化钢来说，随着铌含量的增加，800～900℃延展性将明显下降，这意味着该阶段的铸坯受力后容易出现裂纹，特别是铸坯的角部出现横裂纹。钛微合金化可以一定程度上改善或解决铌微合金化钢易形成的铸坯表面横裂纹，这一方面是由于钢中的氮优先与钛反应，减少了参与与铌反应的氮量，也使Nb(C，N)的析出受到抑制；另一方面，高温的铌优先在钛上形核析出，从而形成粗大的(Ti，Nb)(C，N)的复合析出，避免形成细小的Nb(C，N)析出，有效地减少了铸坯裂纹的产生。为促进高温阶段TiN的析出，降低铸坯产生裂纹的倾向，因此，铸坯均热温度应控制在1100℃～1150℃以上。

3、控制轧制和控制冷却技术

根据(Ti，Nb)(C，N)析出规律，设定合理的温度制度和冷却制度，保证细小的(Ti，Nb)(C，N)粒子充分析出。在保证设备安全的情况下，制定合理的加热制度，实现高精度大变形负荷分配，有利于(Ti，Nb)(C，N)的形变诱导析出，抑制热变形过程中奥氏体晶粒的长大，提高细晶强化作用。

钢带粗轧阶段为再结晶轧制，在这一阶段，粗大奥氏体再结晶不完全是导致薄板坯连铸连轧生产的钢带组织混晶的主要原因，为促进粗晶奥氏体再结晶，应保证好以下三个方面的技术条件：(1)较高的变形温度；(2)较小的应变速率(轧制速度)；(3)较大的应变量(轧制变形量)。根据这三个条件进行控轧控冷工艺的优化工作，但应变速率和应变量的调整范围较小，而在变形温度上可以通过高温加热、除鳞温降等合理控制来保证较高的控轧温度。为保证以上技术条件，板坯均热温度大于1100℃，粗轧道次压下率控制在50％左右。

600MPa级别大梁钢精轧阶段将从再结晶轧制过渡到未再结晶轧制，未再结晶区控轧工艺要点为：(1)高温再结晶控轧后快冷至未再结晶区进行轧制，采用减少中间机架压下量及加大机架间冷却水的方法避开部分再结晶区，以免造成混晶现象；(2)未再结晶区要保证足够的变形量以细化铁素体晶粒；(3)根据生产节奏和轧机的能力，尽量选择较低的终轧温度。根据以上技术要求，终轧温度设定在860～880℃，同时F2～F3压下率控制在较低范围，确保F4～F5道次压下率在20％以上。

由终轧到卷取之间的冷却速度越高，就能越强烈地促使铁素体相变高速形核并细化晶粒。对于薄板坯连铸连轧铌微合金化钢的冷却和卷取，主要控制有以下两点：(1)层流冷却模式使用前段冷却，促进贝氏体等低温转变组织的形成；(2)卷取温度不宜过低，能够保证轧后有足够的冷却速度即可，否则形成的部分低温组织粗大损害韧性。基于这些因素，卷取温度控制在570℃～590℃。

本发明的有益效果是：本化学成分材料，经过冶炼、LF精炼处理、连铸后浇铸成铸坯，经过2道次粗轧和5道次精轧轧制至成8.0mm厚的钢带。从钢带中间部位截取若干试样进行分析，其化学成分如表1所示，力学性能如表2所示。其中表1为本发明实施例钢与现有技术对比例钢化学成分对比表，表2为本发明实施例钢带与现有技术对比例钢带力学性能对比表，其中，1-4#为本发明实施例，5-6#为现有技术生产的汽车大梁钢对比例。

表1本发明实施例钢与现有技术对比例——化学成分对比表

表2本发明实施例钢带与现有技术对比例——钢带力学性能对比表

表2中采用本发明技术所生产的600MPa级别高强度汽车大梁钢具有较高的屈服强度和抗拉强度，与现有技术生产的对比例相比，屈服强度平均提高约70MPa，抗拉强度平均提高约85MPa，同时本发明技术所生产的大梁钢的冲击韧性可比对比例提高39.08J。

本发明技术所生产的600MPa级别高强度汽车大梁钢经开平裁剪、碾压等冷加工后制成汽车底盘纵梁，经现场检验，成品没有裂纹、结疤、分层等材质缺陷。

对本发明实施例和对比例做疲劳极限试验对比，结果见表3，本技术所生产的600MPa级别高强度汽车大梁钢疲劳极限能稳定的达到324～338MPa，高于对比例30～45MPa。

表3本发明实施例钢带与现有技术对比例——疲劳极限对比表

具体实施方式

600MPa级别汽车大梁用热轧钢带的化学组成成分(wt％)为C：0.05％～0.08％、Si：0.15％～0.30％、Mn：1.10％～1.40％、P：≤0.025％、S：≤0.008％、Nb：0.020％～0.040％、Ti：0.010％～0.020％、Als：0.010～0.025％、Ca：0.001％～0.003％、余为Fe及其他不可避免的杂质。本发明采用顶底复吹转炉+LF精炼炉+薄板坯连铸连轧工艺，整个生产工艺流程为：炼钢、精炼、连铸、均热、热连轧、层流冷却、卷取等工艺过程。其技术特征为：

1、严格控制冶炼终点碳含量，避开包晶范围，根据冶炼终点炉中钢水碳含量的分析结果，将钢水碳含量调整至0.05％～0.08％目标值。

2、LF精炼工序，铌含量控制在0.020％～0.040％的范围，钛含量控制在0.010％～0.020％的范围，锰含量控制在1.10％～1.400％的范围。

3、在LF炉进行深脱硫操作，达到[S]≤0.008％的控制目标。

4、在薄板坯连铸机上，通过调整结晶器冷却水流量，二冷区喷淋水流量来控制铸坯冷却强度，保证连铸坯在扇形段矫直区域的角部温度达到1000℃以上，避开850℃～950℃的脆性温度区。

5、为确保铌元素的充分固溶，板坯均热温度1100～1150℃，粗轧道次压下率控制在50％左右，终轧温度设定为860～880℃，卷取温度控制在570～590℃的范围内。

以上未叙述的生产工艺为常规技术。

Claims (1)

1.一种600MPa级别汽车大梁用热轧钢带的生产方法，其钢的化学组成成分(wt％)为：C：0.05％～0.08％、Si：0.15％～0.30％、Mn：1.10％～1.40％、P：≤0.025％、S：≤0.008％、Nb：0.020％～0.040％、Ti：0.010％～0.020％、Als：0.010～0.025％、Ca：0.001％～0.003％、余为Fe及其他不可避免的杂质，采用顶底复吹转炉+LF精炼炉+薄板坯连铸连轧工艺，整个生产工艺流程为：炼钢、精炼、连铸、均热、热连轧、层流冷却、卷取等工艺过程，其技术特征为：保证连铸坯在扇形段矫直区域的角部温度达到1000℃以上，避开850℃～950℃的脆性温度区；板坯均热温度控制在1100～1150℃；粗轧道次压下率控制在50％；终轧温度设定为860～880℃；卷取温度控制在570～590℃的范围内。