CN104451376A - 一种低成本超高强车厢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种低成本超高强车厢板及其制造方法，将铁水转炉冶炼，加热至温度为1250～1350℃后加入废钢，采用单渣工艺加入铝进行脱氧合金化，出钢挡渣，出钢过程钢包要进行底吹氩操作，钢水经转炉冶炼后进行LF炉外精炼，加入锰铁、硅铁，之后进行RH工序真空脱气，然后将所述钢水送到铸机进行连铸，并将制得的板坯再加热，之后除鳞、粗轧、精轧、冷却、热矫直、热处理、剪切、调质、取样、检验、以及成品入库。本发明通过采用低碳成分设计，适度添加提高淬透性元素，提升钢质洁净度，优化控制热处理调质工艺来制造低成本超高强车厢板。
Description
技术领域
本发明涉及中厚板技术领域，具体地说涉及一种低成本超高强车厢板及其制造方法。
背景技术
随着社会的进步和技术的发展，汽车的轻量化、重载化、高效化成为大势所趋。特别是重载卡车，一方面要求载重不断加大，另一方面要求自重不断减轻。载重卡车车厢一般根据用途选用不同的材质组成：耐磨钢作为衬板、Q345B作为厢半。通常，由于耐磨钢价格较高，整个车厢用耐磨钢成本较高，因此一般只选耐磨钢做衬板，而其余部分选择Q345B。Q345B强度较低，钢板较厚，不利于车身减轻自重，且其硬度较低，耐磨性较差。
文献“700MPa级超高强重载汽车车厢板的研制”(机械工程学报，第47卷第22期，宋勇军等)采用采用较低的合金设计，但它认为低碳设计，锰含量较高，且只适用于热连轧；专利申请号为“201310651567.0”的名为“一种590MPa级热轧汽车厢体用钢板”合金成本较低，但仍含有一定的Nb、Ti，且基于热连轧生产线；专利申请号为“201310106549.4”的名为“一种经济型耐磨钢板及其制造方法”提供了一种低成本耐磨钢，合金Cr含量仍然较高，不利于汽车用户降低采购成本。本专利公开了一种通过采用普通C-Mn成分设计，在不添加合金元素的条件下，通过优化控制热处理调质工艺得到一种超高强度、具有一定耐磨性的车厢板。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种通过采用低碳成分设计，适度添加提高淬透性元素，提升钢质洁净度，优化控制热处理调质工艺来制造低成本超高强车厢板及其制造方法。
为达上述目的，本发明一种低成本超高强车厢板，所述车厢板(中包钢水的化学成分)化学成分及重量百分比含量为：C 0.06％-0.10％、Si 0.20％-0.30％、Mn 1.30％-1.60％、P≤0.015％，S≤0.005％、Als 0.020％-0.035％、Nb 0.030％-0.040％、Ti 0.010％-0.020％、Cr 0.15％-0.25％、B 0.0010％-0.0015％，余量为Fe和杂质。
其中所述车厢板主要由以下重量份的原料制备而成：
铁水：185份；
废钢：30-60份；
铝：0.13-0.18份；
锰铁：3.5-4.8份；
硅铁：0.56-0.84份。
一种制造低成本超高强车厢板的方法，包括以下步骤：
冶炼：将所述铁水转炉冶炼，加热至温度为1250～1350℃后加入所述废钢，采用单渣工艺加入所述铝进行脱氧合金化，出钢挡渣，保证一次拉碳成功，转炉出钢温度控制在1620-1660℃之间，出钢过程钢包要进行底吹氩操作，钢水经转炉冶炼后进行LF炉外精炼，加入所述锰铁、所述硅铁，之后进行RH工序真空脱气，真空脱气的真空度为0.20～0.30KPa，深真空时间＞15min，金属锰铁收得率按99％计算硅增加0.01％硅铁加入量不小于25kg。RH工序主要进行真空脱气，在保证钢水温度稳定的前提下大幅降低氢、氧、氮等气体含量，减小有害气体对钢水纯净度的不利影响，RH处理阶段原则上不加或少加合金；
连铸：所述钢水送到铸机进行连铸，控制钢水过热度15-50℃；连铸机为直弧形连铸机，详细工艺及参数控制如下:使用低碳高锰合金钢保护渣，渣子要保持干燥；中包使用碱性空心颗粒无碳覆盖剂；保持恒速浇注，浇注速度控制在0.8-1.2m/min；做好保护浇注，谨防钢水二次氧化和吸气增氮；铸坯低倍检验结果应满足C类中心偏析≥3.0级、中间裂纹≤1.5级、中心疏松≤1.0级；
板坯再加热：板坯升高到1180-1220℃℃；总再加热时间为250-350分钟，均热段时间为30-60分钟；钢水连铸成坯时温度从1500多度冷却到1200多度再冷却到室温，板坯再加热是指板坯又从室温升高到1200多度，温度再次升高的加热过程；
板坯再加热过程在推钢式加热炉或步进式加热炉中进行。再加热温度的制定主要依赖于合金元素的溶解度。加热过程要求合适的温度和合理的时间，促进合金元素的充分溶解和成分、组织均匀。一般情况下，合金元素碳(氮)化物的溶解温度约为1150℃-1200℃。为了促进合金元素碳(氮)化物的充分溶解，并考虑现场的实际生产条件，再加热过程包括加热段和均热段，由于加热段板坯内外温差很大，需要最后进行均热以保证板坯温度均匀，加热时板坯移动速度按10-20分钟/厘米控制；
除鳞；板坯在再加热过程中表面会严重生成氧化铁皮，因此，板坯出炉后需要进行除鳞以消除其表面氧化铁皮；
粗轧：开轧温度为1160-1200℃，至少有2道次压下率大于20％，中间坯的厚度为成品板坯的厚度的4.0-2.5倍；板坯经除鳞后送到粗轧机进行粗轧。粗轧分为三个阶段：整形阶段、展宽阶段和高温延伸阶段。整形阶段消除板坯表面的凹凸不平等缺陷，并促进板坯厚度均匀。展宽阶段主要是将板坯宽度增加到成品宽度。一般认为，整形阶段和展宽阶段不会对钢板性能产生明显影响。高温延伸阶段要充分发挥轧机能力，实现强力大压下，以最少道次数将板坯轧到中间坯厚度，促进奥氏体晶粒反复再结晶以细化晶粒，要求粗轧高温延伸阶段有效轧制道次数不超过8道。粗轧阶段开轧第一道次、转钢后第一道次必须采取机架除鳞设备进行除鳞，高温延伸阶段视钢板表面情况灵活进行除鳞，保证钢板表面质量。
精轧：精轧阶段从中间坯温度降到奥氏体未再结晶区后开始，板坯经粗轧阶段轧制成中间坯后在粗轧机和精轧机之间的辊道上进行摆动待温，中间坯温度降低到精轧阶段开轧温度范围后输送到精轧机进行精轧阶段轧制，精轧阶段开轧第一道次必须采取机架除鳞设备进行除鳞，精轧轧制过程中视钢板表面情况灵活进行除鳞，保证钢板表面质量，精轧阶段在奥氏体未再结晶区进行，该阶段变形逐渐累积，一方面促进奥氏体晶粒“扁平化”，另一方面在奥氏体经理内形成大量位错，增加铁素体晶粒形核位置，细化晶粒。要求精轧阶段有效轧制道次数不超过7道，Nb元素的作用显著抑制了奥氏体晶粒再结晶，提高了奥氏体未再结晶区温度，同时考虑到成品的钢板较厚，为了避免终轧后钢板温度过高，精轧开轧温度为890-930℃，终轧温度为840-860℃；
冷却：本发明采用加速冷却系统(ACC)对钢板冷却过程进行控制，钢板经控制轧制后，奥氏体晶粒被拉长呈“扁平化”，晶粒内部累积有大量位错和胞状亚结构，在较大冷速作用下变形奥氏体“过冷”，较大的相变驱动力作用下促进新相在变形奥氏体内和晶界处形核，形成细小均匀的贝氏体组织，本发明的冷却的终冷温度600-640℃，冷却速度15-20℃/s。在钢板进行加速冷却过程中，为了确保钢板整体头部、尾部、边部及板身温度均匀，需要采用头尾遮蔽和边部遮挡，一般头部遮蔽0-2.0m，尾部遮蔽0-2.5m，边部遮挡0-2.0m，控制钢板返红后整体温度差≤50℃；
热矫直：钢板从ACC出来后需要进行热矫直处理以使钢板具有良好板形，综合考虑钢板矫直难度和热矫直机能力，要求钢板矫直温度为400-1000℃，若钢板一道次不能矫平，可以采用多道次矫直，但原则上不超过3道次，钢板不平度达到≤6mm/2m，热矫直后的钢板通过剪切后加工成要求的规格；
矫直温度大于1000℃，温度太高，矫直机无法工作，因为矫直机自身冷却能力有限，会把矫直机烫坏，而且温度很高矫直后钢板还会变形，失去了矫直的意义。温度低于400℃钢板太硬，热矫直机也能力有限“矫不动”。矫直温度主要由钢板终冷温度决定，钢板出ACC后约1分钟左右后就开始矫直，一般矫直温度比终冷返红温度低20-30℃；
热处理：热处理工艺为调质工艺。调质工艺包含淬火和回火，可以使钢板具有良好的强韧性匹配，提升钢板的综合性能，本发明的热处理工艺为淬火温度为860-900℃，淬火保温时间为15-25分钟，回火温度为620-650℃，回火保温时间为25-40分钟。
之后进行剪切、调质、取样、检验、以及成品入库。
其中所述铁水转炉冶炼前进行深脱硫至硫含量为0.005％以下。
其中出钢过程钢包进行低吹氩操作，钢水不得裸露。
其中转炉出钢后，钢包内钢水温度大于1500℃。
其中所述RH工序控制夹杂物不高于1.0级，总夹杂物不高于3.0级。
其中所述板坯再加热与推钢式加热炉或步进式加热炉中进行。
其中所述除磷操作采用高压水除鳞，除鳞压力为18-25MPa之间。
其中所述冷却操作步骤控制钢板返红后整体温度差≤50℃。
本发明主要合金元素作用和范围说明如下：
C：C作为间隙固溶体元素可以显著提高钢材的强度和硬度。特别是为了提升钢板的硬度，本发明规定C的质量百分含量为0.10-0.16％。
Si：Si对过冷奥氏体影响不大，主要作为固溶强化元素而起作用，但Si含量较多时会造成基体塑性下降，影响冷成型性能。本发明的Si的质量百分含量为0.20-0.30％。
Mn：Mn可以提高贝氏体钢淬透性，同时降低贝氏体转变温度促进组织细化，同时还可以消除钢中的有害元素S。本发明的Mn的质量百分含量为1.10-1.50％。
P和S：P、S作为有害元素会富集在晶界上，破坏钢板低温冲击韧性，因此要尽量低。本发明规定P的质量百分含量不大于0.015％，S的质量百分含量不大于0.005％.
Al：Al一方面作为脱氧元素加入钢中，另一方面Al与N结合形成AlN，细化晶粒。本发明的酸溶Al的质量百分含量为0.020-0.035％。
本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：
(1)钢板厚度为8mm-20mm；
(2)钢板采用C-Mn设计，不添加合金元素，成本较低；
(3)得到的钢板具有超高强度和一定的硬度，可以满足汽车的轻量化和耐磨性能。
本发明的突出优点是通过采用C-Mn设计，不添加合金元素，在较低的成本下，通过优化工艺控制，使得钢板具有超高强度和一定的硬度，满足了轻量化和耐磨的要求。经实际生产并检验，其力学性能优异，各实施例的钢板的屈服强度大于750MPa，抗拉强度为800-900MPa，延伸率大于14.0％，-20℃冲击吸收功大于100J，冷成型性能良好。
附图说明
图1为本发明实施例2的冷弯照片。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例1
将185吨铁水转炉冶炼，加热至温度为1300℃后加入30吨废钢，采用单渣工艺加入0.13吨铝进行脱氧合金化，出钢挡渣，转炉出钢温度控制在1620-1660℃之间，出钢过程钢包要进行底吹氩操作，钢水不得裸露。钢水经转炉冶炼后进行LF炉外精炼，加入4.5吨锰铁、0.67吨硅铁，之后进行RH工序真空脱气，真空脱气的真空度为0.25KPa，深真空时间20min；所述钢水送到铸机进行连铸，控制钢水过热度15-50℃；将板坯放入加热炉中再加热升温到1200℃(总再加热时间为250分钟，均热段时间为40分钟)，之后于20MPa下进行高压水除鳞；之后进行、粗轧、精轧、冷却、热矫直、热处理、剪切、调质、取样、检验、以及成品入库。详细的轧制及热处理工艺见表1，其力学性能见表2。
钢板的化学成分的质量百分含量为：C 0.10％、Si 0.24％、Mn 1.39％、P 0.010％、S 0.003％、Als 0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质，轧制成厚度为8mm的钢板。
实施例2
将185吨铁水转炉冶炼，加热至温度为1250℃后加入35吨废钢，采用单渣工艺加入0.15吨铝进行脱氧合金化，出钢挡渣，转炉出钢温度控制在1620-1660℃之间，出钢过程钢包要进行底吹氩操作，钢水不得裸露，钢水经转炉冶炼后进行LF炉外精炼，加入4.2吨锰铁、0.73吨硅铁，之后进行RH工序真空脱气，真空脱气的真空度为0.25KPa，深真空时间20min；所述钢水送到铸机进行连铸，控制钢水过热度15-50℃；将板坯放入加热炉中再加热升温到1200℃(总再加热时间为269分钟，均热段时间为30分钟)，之后于20MPa下进行高压水除鳞；之后进行、粗轧、精轧、冷却、热矫直、热处理、剪切、调质、取样、检验、以及成品入库。详细的轧制及热处理工艺见表1，其力学性能见表2。
钢板的化学成分的质量百分含量为：C 0.11％、Si 0.26％、Mn 1.30％、P 0.012％、S 0.003％、Als 0.028％，余量为Fe和不可避免的杂质，轧制成厚度为12mm的钢板。
实施例3
将185吨铁水转炉冶炼，加热至温度为1280℃后加入40吨废钢，采用单渣工艺加入0.16吨铝进行脱氧合金化，出钢挡渣，转炉出钢温度控制在1620-1660℃之间，出钢过程钢包要进行底吹氩操作，钢水不得裸露。钢水经转炉冶炼后进行LF炉外精炼，加入4.0吨锰铁、0.84吨硅铁，之后进行RH工序真空脱气，真空脱气的真空度为0.25KPa，深真空时间20min；所述钢水送到铸机进行连铸，控制钢水过热度15-50℃；将板坯放入加热炉中再加热升温到1200℃(总再加热时间为285分钟，均热段时间为37分钟)，之后于20MPa下进行高压水除鳞；之后进行、粗轧、精轧、冷却、热矫直、热处理、剪切、调质、取样、检验、以及成品入库。详细的轧制及热处理工艺见表1，其力学性能见表2。
钢板的化学成分的质量百分含量为：C 0.13％、Si 0.30％、Mn 1.25％、P0.0015％、S 0.003％、Als 0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质，轧制成厚度为14mm的钢板。
实施例4
将185吨铁水转炉冶炼，加热至温度为1330℃后加入50吨废钢，采用单渣工艺加入0.17吨铝进行脱氧合金化，出钢挡渣，转炉出钢温度控制在1620-1660℃之间，出钢过程钢包要进行底吹氩操作，钢水不得裸露，钢水经转炉冶炼后进行LF炉外精炼，加入3.5吨锰铁、0.64吨硅铁，之后进行RH工序真空脱气，真空脱气的真空度为0.25KPa，深真空时间20min；所述钢水送到铸机进行连铸，控制钢水过热度15-50℃；将板坯放入加热炉中再加热升温到1200℃(总再加热时间为300分钟，均热段时间为35分钟)，之后于20MPa下进行高压水除鳞；之后进行、粗轧、精轧、冷却、热矫直、热处理、剪切、调质、取样、检验、以及成品入库。详细的轧制及热处理工艺见表1，其力学性能见表2。
钢板的化学成分的质量百分含量为：C 0.15％、Si 0.23％、Mn 1.10％、P 0.008％、S 0.005％、Als 0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质，轧制成厚度为16mm的钢板。
实施例5
将185吨铁水转炉冶炼，加热至温度为1350℃后加入60吨废钢，采用单渣工艺加入0.18吨铝进行脱氧合金化，出钢挡渣，转炉出钢温度控制在1620-1660℃之间，出钢过程钢包要进行底吹氩操作，钢水不得裸露，钢水经转炉冶炼后进行LF炉外精炼，加入3.9吨锰铁、0.59吨硅铁，之后进行RH工序真空脱气，真空脱气的真空度为0.25KPa，深真空时间20min；所述钢水送到铸机进行连铸，控制钢水过热度15-50℃；将板坯放入加热炉中再加热升温到1200℃(总再加热时间为330分钟，均热段时间为42分钟)，之后于20MPa下进行高压水除鳞；之后进行、粗轧、精轧、冷却、热矫直、热处理、剪切、调质、取样、检验、以及成品入库。详细的轧制及热处理工艺见表1，其力学性能见表2。
钢板的化学成分的质量百分含量为：C 0.16％、Si 0.21％、Mn 1.22％、P 0.005％、S 0.005％、Als 0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质，轧制成厚度为18mm的钢板。
实施例6
将185吨铁水转炉冶炼，加热至温度为1300℃后加入35吨废钢，采用单渣工艺加入0.16吨铝进行脱氧合金化，出钢挡渣，转炉出钢温度控制在1620-1660℃之间，出钢过程钢包要进行底吹氩操作，钢水不得裸露，钢水经转炉冶炼后进行LF炉外精炼，加入3.8吨锰铁、0.56吨硅铁，之后进行RH工序真空脱气，真空脱气的真空度为0.25KPa，深真空时间20min；所述钢水送到铸机进行连铸，控制钢水过热度15-50℃；将板坯放入加热炉中再加热升温到1200℃(总再加热时间为350分钟，均热段时间为60分钟)，之后于20MPa下进行高压水除鳞；之后进行、粗轧、精轧、冷却、热矫直、热处理、剪切、调质、取样、检验、以及成品入库。详细的轧制及热处理工艺见表1，其力学性能见表2。
钢板的化学成分的质量百分含量为：C 0.16％、Si 0.20％、Mn 1.18％、P 0.014％、S 0.001％、Als 0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质，轧制成厚度为20mm的钢板。
本发明中钢板的化学成分采用中包钢水化学成分进行测量。
表1实施例1～6的工艺参数
表2实施例1～6的力学性能
图1为本发明实施例2的冷弯照片。
由图可见，对钢板进行在2倍厚度弯曲直径下进行180°弯曲，试样无裂纹产生，表明钢板具有良好的冷成型性能。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种低成本超高强车厢板，其特征在于：所述车厢板化学成分及重量百分比含量为：C 0.10％-0.16％、Si 0.20％-0.30％、Mn 1.10％-1.50％、P≤0.015％，S≤0.005％、Als 0.020％-0.035％，余量为Fe和杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本超高强车厢板，其特征在于所述车厢板主要由以下重量份的原料制备而成：
铁水：185份；
废钢：30-60份；
铝：0.13-0.18份；
锰铁：3.5-4.8份；
硅铁：0.56-0.84份。
3.一种制造如权利要求1或2所述的低成本超高强车厢板的方法，其特征在于包括以下步骤：
冶炼：将所述铁水转炉冶炼，加热至温度为1250～1350℃后加入所述废钢，采用单渣工艺加入所述铝进行脱氧合金化，出钢挡渣，转炉出钢温度控制在1620-1660℃之间，出钢过程钢包要进行底吹氩操作，钢水经转炉冶炼后进行LF炉外精炼，加入所述锰铁、所述硅铁，之后进行RH工序真空脱气，真空脱气的真空度为0.20～0.30KPa，深真空时间＞15min；
连铸：所述钢水送到铸机进行连铸，控制钢水过热度15-50℃；
板坯再加热：板坯升高到1180-1220℃；总再加热时间为250-350分钟，均热段时间为30-60分钟；
除鳞；
粗轧：开轧温度为1160-1200℃，至少有2道次压下率大于20％，中间坯的厚度为成品板坯的厚度的4.0-2.5倍；
精轧：精轧开轧温度为890-930℃，终轧温度为840-860℃；
冷却：冷却的终冷温度600-640℃，冷却速度15-20℃/s
热矫直：钢板热矫直温度为400-1000℃；
热处理：包含淬火和回火，淬火温度为860-900℃，淬火保温时间为15-25分钟，回火温度为620-650℃，回火保温时间为25-40分钟；
之后进行剪切、调质、取样、检验、以及成品入库。
4.根据权利要求3所述的低成本超高强车厢板的制造方法，其特征在于：所述铁水转炉冶炼前进行深脱硫至硫含量为0.005％以下。
5.根据权利要求3所述的低成本超高强车厢板的制造方法，其特征在于：出钢过程钢包进行低吹氩操作，钢水不得裸露。
6.根据权利要求3所述的低成本超高强车厢板的制造方法，其特征在于：转炉出钢后，钢包内钢水温度大于1500℃。
7.根据权利要求3所述的低成本超高强车厢板的制造方法，其特征在于：所述RH工序控制夹杂物不高于1.0级，总夹杂物不高于3.0级。
8.根据权利要求3所述的低成本超高强车厢板的制造方法，其特征在于：所述板坯再加热与推钢式加热炉或步进式加热炉中进行。
9.根据权利要求3所述的低成本超高强车厢板的制造方法，其特征在于：所述除磷操作采用高压水除鳞，除鳞压力为18-25MPa之间。
10.根据权利要求3所述的低成本超高强车厢板的制造方法，其特征在于：所述冷却操作步骤控制钢板返红后整体温度差≤50℃。
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