CN104342599A - 一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法 - Google Patents

一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法，包括炼钢、精炼、连铸、均热、热连轧、层流冷却、卷取工艺过程，其特征在于：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，该钢的均热工序温度为1095℃～1115℃，热连轧工序中终轧温度850℃～870℃；成品厚度规格在8.0mm～10.0mm之间的精轧总压下率大于70％，小于8.0mm厚度的产品在确保精轧总压下率的前提下，R2压下率应控制在48％～52％；卷取温度控制在550℃～570℃。本发明产品可免酸洗直接冲压钢板。

Description

一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法
技术领域
本发明属于生产金属材料领域，涉及到一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法。
背景技术
汽车大梁用钢广泛应用于汽车底盘横、纵梁等结构件的制造，传统工艺生产的汽车大梁钢在冲压汽车用结构件时，如不经酸洗直接冲压，会出现氧化铁皮脱落并变成粉尘等现象，不但污染环境，而且影响冲压模具的使用寿命，严重影响汽车零件的下步工序生产，因此通常需要使用酸洗的方法来去除钢板表面的氧化铁皮。随着汽车行业的不断发展，其对钢铁材料的要求也越来越高，要求钢板既具有良好的综合力学性能，又具有优良的表面质量，从而满足直接冲压工艺的要求，在这种背景下，汽车厂家向钢铁企业提出了免酸洗可直接冲压钢板的要求。经查阅资料，未发现有免酸洗可直接冲压钢板的汽车大梁用黑皮钢带的生产方法。
常温下热轧钢板表面的氧化铁皮主要为Fe3O4和Fe2O3，Fe2O3为红褐色，易脱落；Fe3O4为蓝黑色，十分稳定，耐蚀性好，不易脱落。研究发现，在调整汽车大梁钢的成分设计的基础上，通过合理设定热轧终轧温度和卷取温度，控制冷却速度和强度，可以获得表面氧化层中含量较高的高表面质量的汽车大梁用钢，这种大梁钢因其表面呈蓝黑色，因此又称“黑皮钢”。黑皮钢表面氧化铁皮以十分稳定的Fe3O4为主，厚度较薄，并具有一定的韧性，在冲压过程中不易脱落，因而不需要酸洗或清理喷砂，可以直接进行漆前处理和涂装，是一种免酸洗钢。由于符合环保及节能的需要，使黑皮钢成为未来汽车大梁钢生产的方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种质量稳定、强塑性优良、冲压性能好、免酸洗可直接冲压钢板的汽车大梁用黑皮钢带的生产方法。
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Nb、Ti等元素对钢的强度、韧性等性能的影响，以及Si元素对氧化铁皮生成结构的影响，同时兼顾生产成本及工艺，对这种新型高强度、高韧性热轧钢带的化学成分进行设计，结合合理的控轧控冷工艺，获得一种质量稳定、强塑性优良、冲压性能好的热轧钢带。
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精炼炉十薄板坯连铸连轧工艺，具体技术方案为：
1、化学成分
黑皮钢带的化学组成成分(wt％)为：C：0.04％～0.07％、Si：≤0.15％、Mn：1.10％～1.30％、P：≤0.025％、S：≤0.01％、Nb.0.020％～0.030％、Ti：0.015％～0.025％、Als：0.015～0.025％、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：碳含量与钢材强度、韧性和塑性关系明显，随碳含量的增加，形成的析出物也增加，导致基体强化，这会增加材料的抗拉强度，同时也会少量的影响屈服强度，但是随着碳含量的增加，缺口韧性降低，而HAZ(热影响区)硬度提高，导致焊接性能变差，并且钢的延伸率随之下降。同时，对于薄板坯连铸连轧工艺，0.08％～0.16％的碳含量将进入包晶区，铸坯裂纹敏感性急剧增强。汽车大梁钢作为一种冷加工成形用钢，在具备理想的强度性能的同时，还应有良好的韧塑性指标，考虑以上因素，本发明所中成分采用低于包晶区下限的低碳设计，碳含量控制在0.04％～0.07％。
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％～1.30％。
Si：当钢中硅含量较高时，在加热过程中，硅元素易于向氧化亚铁和钢材基体之间的界面扩散，在氧化铁皮和基体之间容易形成Fe2SiO4，在1173℃以下与FeO产生共晶反应，形成强度很高的铁橄榄石(FeO/Fe2SiO4)。铁橄榄石容易与奥氏体形成锚式链接，并与FeO层形成良好的界面匹配，将FeO牢固地粘黏在基体上，使得粗轧除鳞时氧化铁皮不易去除，在后续热轧过程中容易被压入板面和破碎，从而形成红色铁皮。因此，为获得汽车大梁用黑皮钢，应采用较低的硅含量的化学成分设计，硅含量应控制在0.15％以下。
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％～0.030％。
Ti：钛含量与屈服强度和转变温度有密切关系，钛含量较低时，屈服强度的提高因素是细晶强化。当随着钛含量提高后产生的沉淀强化将显著提高屈服强度，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0.015％～0.025％。
S：硫是有害元素(易切削钢除外)。S在δ铁及γ铁中的溶解度都很小，所以钢液在凝固时，随着钢液的凝固，S向未凝固的液体部富集，造成凝固组织偏析，结果使钢的宏观组织极不均匀；其次S可以形成多种硫化物(如FeS、MnS)。硫对焊接性能也不利，因此要将S控制在小于等于0.01％。
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。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。
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，并采用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，提高沉淀强化作用。
3.1板坯加热温度的控制
热轧氧化铁皮的厚度与带钢表面温度和轧制时间有关，采用低温加热温度，可以降低轧制时带钢的表面温度，从而获得较薄的氧化铁皮厚度。此外，板坯加热温度的选择还应充分考虑Nb(C，N)的固溶温度，根据Nb(C，N)固溶度计算公式，Nb含量在0.025％时板坯加热温度应在1091℃以上。考虑到以上各种因素，板坯加热温度设定在1095℃～1115℃。
3.2压下制度和轧制温度的控制
粗轧阶段，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)。较高的终轧温度配合低温加热有助于形成厚度较薄的氧化铁皮，因此入精轧温度设定在1000℃～1030℃；同时，粗轧总压下率应保证在50％以上。
精轧阶段，应在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。为细化铁素体晶粒，应确保未再结晶区要保证足够的变形量，F4～F5机架的总压下率应高于20％。同时，平衡黑皮钢氧化层结构和控轧工艺两者的需求，终轧温度设定在850℃～870℃；考虑到轧制速度过低会造成板面温度降低过快，因此对于8.0mm厚度的板卷，轧制速度控制在3m/s左右。
3.3卷取温度的控制
卷取温度对氧化铁皮的结构及组分有很大影响，在汽车大梁用黑皮钢带的成分设计下，当卷取温度低于570℃时，卷取前产生的Fe3O4结构处于稳定状态；而当卷取温度高于570℃时，Fe离子持续由钢基体扩散进入氧化层，在Fe3O4与FeO界面处会重新形成FeO，消耗掉部分卷取前已形成的Fe3O4。考虑以上因素，卷取温度设定在550℃～570℃。为减少轧制运行中带钢表面残留水对产品综合性能的影响，在层流冷却装置后部设计安装一套固定风吹装置，利用该装置抑制带钢表面残留水，稳定卷取温度。
本发明的有益效果是：采用本发明所述的化学成分，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，5-7#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
从以上试验结果的对比来看，本发明实施例各项力学性能检验结果满足标准要求，氧化层中Fe3O4的含量达到85％以上，钢带在冷加工成形后，氧化层可以呈现粉末状脱落，既保证了冲压产品的表面质量，脱落的粉末状铁皮与润滑油混合形成的油泥也可以增强润滑效果。。
具体实施方式
黑皮钢带的化学组成成分(wt％)为：C：0.04％～0.07％、Si：≤0.15％、Mn：1.10％～1.30％、P：≤0.025％、S：≤0.01％、Nb：0.020％～0.030％、Ti：0.015％～0.025％、Als：0.015～0.025％、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。
1、LF精炼工序精确控制微合金元素含量，铌含量控制在0.20％～0.30％，钛含量控制在0.015％～0.025％的范围。
2、在LF炉进行深脱硫操作，达到[S]≤0.008％的控制目标。
3、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。
4、粗轧R2压下率应达到48％～52％，厚度小于8.0mm的精轧总压下率高于70％，其中F4～F5机架的总压下率高于20％。
5、板坯加热温度严格控制在1095℃～1115℃，保证粗轧除鳞压力高于35MPa.
6、终轧温度控制在850℃～870℃，卷取温度控制在550℃～570℃，8mm厚度的钢带的轧制速度控制在3m/s。
以上未叙述的生产工艺为常规技术。

Claims (1)

1.一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法，其钢的化学组成成分(wt％)为：C：0.04％～0.07％、Si：≤0.15％、Mn：1.10％～1.30％、P：≤0.025％、S：≤0.01％、Nb：0.020％～0.030％、Ti：0.015％～0.025％、Als：0.015～0.025％、余为Fe及其他不可避免的杂质，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，其特征在于：
(1)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，该钢的均热工序温度为1095℃～1115℃，热连轧工序中终轧温度850℃～870℃；
(2)成品厚度规格在8.0mm～10.0mm之间的精轧总压下率大于70％，小于8.0mm厚度的产品在确保精轧总压下率的前提下，R2压下率应控制在48％～52％；
(3)卷取温度控制在550℃～570℃。
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