CN104471098B - 低合金高强度结构钢 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及黑色金属冶金，特别是生产用于制造热轧汽车组件的高强度钢。本发明提出了具有以下组分的钢：0.15‑0.20质量％的C、1.3‑1.5质量％的Mn、0.05‑0.45质量％的Si、最高为0.02质量％的P、0.02‑0.05质量％的S、最高为0.25质量％的Cu、0.03‑0.055质量％的V、0.004‑0.015质量％的N，余量是Fe和杂质。本发明的技术效果是所生产的热轧产品具有增加的屈服极限、增加的塑性指数、良好的焊接性能、提高的加工性、降低的机械老化敏感性、在低于0℃的温度下使用的可能性、无需额外热加工的可能性、得到维持的强度范围，以及由于采用易得的合金元素导致的节约的使用成本。

Description

低合金高强度结构钢
本发明涉及黑色金属冶金，特别是涉及用于制造热轧汽车组件的高强度钢的生产。
已知的非合金化结构钢S355J0的最小屈服点为355MPa，由以下组成(％)：
碳-最高为0.22；
硅-最高为0.55；
锰-最高为1.60；
磷-最高为0.03；
硫-最高为0.03；
氮-最高为0.012；
铜-最高为0.55；
铁和杂质-余量。[1]
该钢是在机械性能，组分和目的上最接近涉及目标的，因此引用作为基准。
DIN EN 10025-2：2005包括了化学含量的含量的上限和化学元素的所需列表，但并未限定达到根据DIN和用户特殊要求的机械性能的各组分含量范围和添加元素的限定，其这与操作条件有关。
本发明的主要挑战是获得一种这样的钢，其具有较高屈服点、较高延展性、较高冲击能、应用于冰点温度的能力、良好焊接性、更好可加工性，同时保持耐久性，并由于利用广泛可得的合金元素具有成本效益。
针对该挑战的技术方案通过所提出的改进的低碳低合金高强度结构钢实现，其具有如下成分(％)：
碳-0.15-0.20；
锰-1.3-1.5；
硅-0.05-0.45；
磷-最高0.02；
硫-0.02-0.05；
铜-最高0.25；
钒-0.03-0.055；
氮-0.004-0.015
铁和杂质-余量。该钢的条件名称是S355J0 mod。
碳和锰的含量提供了所需的耐久极限(470-630MPa)，和最低为20％(而不是16％)的增加的塑性(相对于延伸率)。
作为一种元素与氮结合的钒的关键和充足的含量保证了在γ-α硬化转变过程中的碳氮硬化，这导致400MPa的增加的屈服点。增加的屈服点允许减小操作中金属的损耗，获得0℃-40℃下最小为80J的冲击能。
试验表明，当锰的含量低于所需最小值且不含钒时，无法达到上述的屈服点和冲击能。
硫含量的增加导致所述钢更好的加工性。
材料的焊接性根据其碳当量(CEV)来评估。下述为引自DIN EN 10025-1的，国际焊接学会的公式用于确定CEV：
所述提出的钢的特征是CEV≤0.47％。
优选的化学组分、氧化方法、和按照制备参数进行的制造工艺(热变形)能够获得均质、细晶粒的铁素体-珠光体结构且晶粒度变化(grain variation)不超过3个相邻晶粒。按照客户要求，按照ASTM E 112(GOST5639-82)的晶粒度(grain grade)7-8-9不能超过5个。此外，铁素体-珠光体结构不含有任何针状贝氏体组织(客户要求：铁素体-珠光体结构中贝氏体含量最大不应超过6％)。
图1示出了按照ASTM E 112(GOST5639)的晶粒度为8的来自一个铸件的热轧改性钢试样放大100倍后的微结构的照片，其长度比例为400μm。
一个实际产品示例。
钢的熔炼通过在炼钢设备(unit)内CJSC Omutninsky Metallurgichesky Zavod(OMZ)中进行。炼钢设备(unit)生产得到一般的钢的组分，具有碳，锰，硅，铁和不可避免的杂质，在加热到1620-1640℃后，倒入铸造浇包(casting ladle)中。对钢的铝脱氧在从铸造浇包倒出时进行，脱氧剂添加至浇 包底部，并且最佳相关系数为[Mn]/[Si]≤3。更深入的钢的脱氧通过再生铝进行，通过脱出所形成的大的铝氧化物，来达到最佳状态。此外，氧被控制(在所提出的钢种中最大为0.001％)。
在熔炼后的钢从炼钢设备(unit)倒出后，炉渣被从铸造浇包中除去。在浇包精炼过程中，在采用氩气吹炼金属的同时，通过利用含钙添加剂和含铝物质施加钙-铝渣。这个工艺产生所述含量的基础元素(碳、锰、硅)和脱氧精炼的“白”渣。
钒以铁合金块的形式加入来达到目标含量。接着，金属被加热到一定温度，其能够保证铸机中间包进行浇注时金属的过热高于钢的熔解曲线，用以应对热损失和随后的硫合金化。在利用重烧菱镁矿粒使渣固化后，钢中硫的加入是通过喂线机辅助的熔芯线(flux-cored wire)进行。
铸机浇注是通过“在此级(at the level)”的方法在防止金属的二次氧化下进行的。将金属表面暴露于中间包(闪火)是不被允许的。
按照工艺说明和CJSC OMZ轧制图热轧所述材料。这能制得生产用于大众汽车的门折页的热轧型材。
生产7个具有改性钢的设计组分的熔炼产品，两个具有减少的锰含量和不含钒的熔炼产品8和9。表1中涉及了所制得材料的化学组分与原型的对比。熔炼产品1-7对应本发明。
对钢的结构和机械性能的评估在GSC OMZ测试实验室中进行。机械性能的测试是通过25吨的QUASAR 250拉伸测试仪进行。通过Brinnell硬度测试仪TS-2M测试硬度。机械性能的评估结果记录在表2中。对2个测试试样在冰点温度下进行冲击能测试。提供其中一个试样的计算过程：
通过EDSCHA进行耐久性、塑性和冲击能的工业测试，所述EDSCHA制造用于各种类型汽车的门折页。具有上述参数的产品满足EDSCHA的要求。建议在使用条件下采用S355 JOmod钢作为更有效的产品取代全热轧S355 JO钢。
因此，所提出的化学组分可生产这样的钢：具有更高的屈服点，更高的塑性，良好的焊接性，更好的机械性能，降低的机械磨损敏感性，在冰点温度下使用的能力，不经过额外热处理的可能性，同时仍保持耐久性， 并由于在生产热轧汽车组件时利用广泛可得的合金元素而具有成本效益。
表1
表1(续)
表2
信息来源：
1.DIN EN 10025-2：2005。

Claims (1)

1.低碳低合金高强度结构钢，其含有Ni、Cr≤0.2％、以及V,Mo各自≤0.05％，该热轧钢具有高达630MPa的拉伸强度，特征在于其具有≥400MPa的屈服点，在0℃至-40℃的AKV冲击能最低为80J的AKV冲击能，由于严格限制的硫含量而导致机械加工性增加，同时具有如下按重量百分比计的组分比例：
碳-0.15-0.20；
锰-1.3-1.5；
硅-0.05-0.45；
磷-最高0.02；
硫-0.02-0.05；
铜-最高0.25；
钒-0.03-0.048；
镍-最高0.15；
铬-最高0.2；
钼-最高0.05；
铝-0.01-0.015；
氮-0.004-0.015
铁和杂质-余量。
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