CN104805358A - 一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢及其制备方法。其化学成分按质量百分数为：C：0.04~0.12%，Si：0.05~0.35%，Mn：0.5~1.2%，S：≤0.015%，P：≤0.02%，Als：0.02~0.05%，Ti：0.02~0.06%，余量为Fe和不可避免的杂质；组织为准多边形铁素体和珠光体，其中准多边形铁素体体积分数为82~96%，珠光体体积分数为4~18%，平均晶粒尺寸为5~9微米。本发明还提供了所述大梁钢的制备方法，采用上述化学成分配比的钢坯进行合理的工艺设计，以廉价的微合金钛替代贵重微合金铌和钒，在节约生产成本的同时降低了轧机和卷取机的负荷，提高了生产效率，并且得到抗拉强度为560~590MPa的汽车大梁钢。

Description

一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢及其制备方法

技术领域

 本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢及其制备方法。

背景技术

随着汽车行业及汽车工业的发展，汽车用钢的需求逐年增加。同时，汽车轻量化的需要也加速了高强汽车用钢的需求。作为高强汽车用钢的一种，抗拉强度为550MPa级的汽车大梁钢的应用越来越广泛并且已经逐步取代抗拉强度为320MPa，420MPa和510MPa级的汽车大梁钢。汽车的纵梁和横梁之间采用铆接、螺栓连接或者焊接的方式连接在一起构成汽车车架，经由悬挂装置、前后桥支撑在车轮上。为了保证行车的安全，汽车大梁钢必须具有足够的强度和刚度以承受汽车载荷和来自车轮的冲击，抗拉强度为550MPa级的汽车大梁钢可以满足以上需求。

专利CN200810201495.9公开了一种抗拉强度为550MPa级热轧汽车钢板，其在成分设计时添加0.021~0.091%的铌（Nb），或1.78%的锰（Mn），成本较高，终轧温度为832~895℃，卷取温度为563~658℃，均较低，导致轧机和卷取机负荷增加；专利CN201010512841.2公布了一种微铌510MPa级汽车大梁钢板及其制造方法，其成分设计中添加一定量的铌（Nb），成本较高，同时终轧温度为820~870℃，卷取温度低于590℃，导致轧机和卷取机负荷较大；专利CN201010242976.1公布了铌钛复合重型卡车汽车大梁钢及其制备方法，其成分设计中添加0.03~0.06％的铌（Nb），成本较高，终轧温度和卷取温度均较低，导致轧机负荷和卷取机负荷较大；专利CN201310641525.9公布了抗拉强度510MPa级热轧高强薄钢板及其生产方法，钢板厚度小于2mm，轧后采用后段冷却，卷取温度低于525℃，造成卷取机负荷增大；专利CN201210198193.7公布了一种590L汽车大梁用钢及其CSP制备方法，其成分设计中添加0.025~0.06%的铌（Nb）和0.07~0.12%的钒（V），微合金成本较高；专利CN200580027658.0公布了焊接性和韧性均优异的抗拉强度为550MPa级以上的高强度钢材及其制造方法，其成分设计中包含0.01~0.08%的铌（Nb）和0.01~0.05%的钒（V），微合金成本较高。

随着抗拉强度为550MPa级汽车大梁钢的广泛应用，一些问题也逐渐凸显出来，比如，抗拉强度为550MPa级的汽车大梁钢一般采用铌-钒-钛（Nb-V-Ti），铌-钒（Nb-V）或铌-钛（Nb-Ti）微合金化的成分设计，其每吨钢微合金成本增加高达70~110元。在激烈的市场竞争中，该微合金成本对于钢铁企业几乎没有任何利润；同时，抗拉强度为550MPa级的汽车大梁钢一般采用较低的终轧温度（820~860℃）结合较低的卷取温度（530~620℃）来生产，增大了轧机、卷取机负荷，降低了生产效率，同时相对较高的屈强比（0.86~0.9）在冲压过程中容易造成折弯处开裂，影响产品成材率。

发明内容

针对现有技术存在的各种问题，本发明提供一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢及其制备方法，采用C-Mn-Ti化学成分体系，结合控制轧制和控制冷却工艺，实现了抗拉强度550MPa级汽车大梁钢的低成本易轧制高效率生产。本发明的技术方案如下：

一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.04~0.12%，Si：0.05~0.35%，Mn：0.5~1.2%，S：≤0.015%，P：≤0.02%，Alss：0.02~0.05%，Ti：0.02~0.06%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述大梁钢组织为准多边形铁素体和珠光体，其中准多边形铁素体体积分数为82~96%，珠光体体积分数为4~18%，平均晶粒尺寸为5~9微米。

所述大梁钢厚度为3~12.7mm，抗拉强度为560~590MPa，屈服强度为430~470MPa，屈强比≤0.82，断后伸长率为28~34%，冷弯性能合格（d=a）。

一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）将厚度为150~170mm的钢坯加热至1200~1250℃，保温2~2.5h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.04~0.12%，Si：0.05~0.35%，Mn：0.5~1.2%，S：≤0.015%，P：≤0.02%，Als：0.02~0.05%，Ti：0.02~0.06%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1130~1180℃，轧5道次，每道次平均压下率为23.2~28.5%，得到厚度为28~40mm的中间坯；

（3）对中间坯进行精轧，开轧温度为960~1000℃，轧5~7道次，每道次平均压下率为20.2~30.9%，终轧温度为860~910℃，得到厚度为3~12.7mm的板带；

（4）对板带进行前段密集冷却，冷却速度控制在5~40℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度为600~720℃，得到抗拉强度550MPa级汽车大梁钢。

本发明对大梁钢的化学成分和生产工艺进行了全新设计，有益效果如下：

1、取消钢中的贵重微合金铌（Nb）和钒（V），改用廉价的微合金钛（Ti），钛（Ti）的微合金成本为钢中每添加0.01%为3~5元/吨，所生产的550MPa级汽车大梁钢较常规铌（Nb）和钒（V）微合金化的成本节约50~100元/吨；

2、与采用低温轧制结合低温卷取生产汽车大梁钢的传统工艺相比，本发明利用微合金元素钛（Ti）的析出强化和细晶强化来提高汽车大梁钢的力学性能，工艺上可通过高温轧制结合高温卷取来实现，降低了轧机和卷取机的负荷，同时提高了生产效率；

3、本发明的汽车大梁钢具有高强塑性，低屈强比，更易于成形，其中抗拉强度为560~590MPa，屈服强度为430~470MPa，屈强比≤0.82，断后伸长率为28~34%，冷弯性能合格（d=a）。

附图说明

图1为本发明抗拉强度550MPa级汽车大梁钢的显微组织；

图2为本发明抗拉强度550MPa级汽车大梁钢的析出形貌；

图3为本发明抗拉强度550MPa级汽车大梁钢制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于以下实施例。

实施例1

制备厚度为3mm的汽车大梁钢

（1）将厚度为150mm的钢坯加热至1200℃，保温2.5h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.04%，Si：0.05%，Mn：1.2%，S：0.01%，P：0.02%，Als：0.02%，Ti：0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1130℃，轧5道次，每道次平均压下率为23.2%，得到厚度为40mm的中间坯；

（3）对中间坯进行精轧，开轧温度为1000℃，轧7道次，每道次平均压下率为30.9%，终轧温度为910℃，得到厚度为3mm的板带；

（4）对板带进行前段密集冷却，冷却速度为40℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度为600℃，得到厚度为3mm汽车大梁钢。

厚度为3mm汽车大梁钢组织为准多边形铁素体和珠光体，其中准多边形铁素体体积分数为90%，珠光体体积分数为10%，平均晶粒尺寸为6微米；屈服强度为450MPa，抗拉强度为580MPa，屈强比0.776，断后伸长率为28%，冷弯性能合格（d=a）。

实施例2

制备厚度为5.75mm的汽车大梁钢

（1）将厚度为150mm的钢坯加热至1250℃，保温2h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.12%，Si：0.35%，Mn：0.5%，S：0.006%，P：0.012%，Als：0.032%，Ti：0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1180℃，轧5道次，每道次平均压下率为28.5%，得到厚度为28mm的中间坯；

（3）对中间坯进行精轧，开轧温度为960℃，轧7道次，每道次平均压下率为20.2%，终轧温度为860℃，得到厚度为5.75mm的板带；

（4）对板带进行前段密集冷却，冷却速度为30℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度为620℃，得到厚度为5.75mm汽车大梁钢。

厚度为5.75mm汽车大梁钢组织为准多边形铁素体和珠光体，其中准多边形铁素体体积分数为82%，珠光体体积分数为18%，平均晶粒尺寸为5微米；屈服强度为470MPa，抗拉强度为573MPa，屈强比0.82，断后伸长率为30%，冷弯性能合格（d=a）。

实施例3

制备厚度为7.75mm的汽车大梁钢

（1）将厚度为150mm的钢坯加热至1220℃，保温2h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.1%，Si：0.2%，Mn：1%，S：0.015%，P：0.012%，Als：0.05%，Ti：0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1160℃，轧5道次，每道次平均压下率为24%，得到厚度为38mm的中间坯；

（3）对中间坯进行精轧，开轧温度为960℃，轧7道次，每道次平均压下率为20.3%，终轧温度为870℃，得到厚度为7.75mm的板带；

（4）对板带进行前段密集冷却，冷却速度为30℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度为720℃，得到厚度为7.75mm汽车大梁钢。

厚度为7.75mm汽车大梁钢组织为准多边形铁素体和珠光体，其中准多边形铁素体体积分数为92%，珠光体体积分数为8%，平均晶粒尺寸为5微米；屈服强度为465MPa，抗拉强度为590MPa，屈强比0.788，断后伸长率为34%，冷弯性能合格（d=a）。

实施例4

制备厚度为8.1mm的汽车大梁钢

（1）将厚度为170mm的钢坯加热至1250℃，保温2.5h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.08%，Si：0.15%，Mn：1.08%，S：0.005%，P：0.013%，Als：0.03%，Ti：0.056%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1180℃，轧5道次，每道次平均压下率为25.1%，得到厚度为40mm的中间坯；

（3）对中间坯进行精轧，开轧温度为985℃，轧5道次，每道次平均压下率为27.3%，终轧温度为860℃，得到厚度为8.1mm的板带；

（4）对板带进行前段密集冷却，冷却速度为5℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度为620℃，得到厚度为8.1mm汽车大梁钢。

厚度为8.1mm汽车大梁钢组织为准多边形铁素体和珠光体，其中准多边形铁素体体积分数为91%，珠光体体积分数为9%，平均晶粒尺寸为7微米；屈服强度为455MPa，抗拉强度为575MPa，屈强比0.79，断后伸长率为30%，冷弯性能合格（d=a）。

实施例5

制备厚度为12.7mm的汽车大梁钢

（1）将厚度为170mm的钢坯加热至1250℃，保温2.5h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.08%，Si：0.12%，Mn：1.1%，S：0.009%，P：0.011%，Als：0.035%，Ti：0.06%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1180℃，轧5道次，每道次平均压下率为25.1%，得到厚度为40mm的中间坯；

（3）对中间坯进行精轧，开轧温度为990℃，轧5道次，每道次平均压下率为20.5%，终轧温度为870℃，得到厚度为12.7mm的板带；

（4）对板带进行前段密集冷却，冷却速度为10℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度为640℃，得到厚度为12.7mm汽车大梁钢。

厚度为12.7mm汽车大梁钢组织为准多边形铁素体和珠光体，其中准多边形铁素体体积分数为96%，珠光体体积分数为4%，平均晶粒尺寸为9微米；屈服强度为430MPa，抗拉强度为560MPa，屈强比0.768，断后伸长率为32%，冷弯性能合格（d=a）。

Claims (4)

1.一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢，其特征在于汽车大梁钢的化学成分按质量百分数为：C：0.04~0.12%，Si：0.05~0.35%，Mn：0.5~1.2%，S：≤0.015%，P：≤0.02%，Als：0.02~0.05%，Ti：0.02~0.06%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢，其特征在于所述大梁钢组织为准多边形铁素体和珠光体，其中准多边形铁素体体积分数为82~96%，珠光体体积分数为4~18%，平均晶粒尺寸为5~9微米。

3.根据权利要求1所述的一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢，其特征在于所述大梁钢厚度为3~12.7mm，抗拉强度为560~590MPa，屈服强度为430~470MPa，屈强比≤0.82，断后伸长率为28~34%，冷弯性能合格（d=a）。

4.权利要求1所述的一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

（1）将厚度为150~170mm的钢坯加热至1200~1250℃，保温2~2.5h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.04~0.12%，Si：0.05~0.35%，Mn：0.5~1.2%，S：≤0.015%，P：≤0.02%，Als：0.02~0.05%，Ti：0.02~0.06%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1130~1180℃，轧5道次，每道次平均压下率为23.2~28.5%，得到厚度为28~40mm的中间坯；

（3）对中间坯进行精轧，开轧温度为960~1000℃，轧5~7道次，每道次平均压下率为20.2~30.9%，终轧温度为860~910℃，得到厚度为3~12.7mm的板带；

（4）对板带进行前段密集冷却，冷却速度控制在5~40℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度为600~720℃。