CN105908092A - 汽车骨架用高强度高刚度结构钢及其生产方法 - Google Patents

汽车骨架用高强度高刚度结构钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车骨架用高强度高刚度结构钢，其化学成分及其重量百分比为：C：0.05～0.07％，Si：1.00～1.20％，Mn：0.16～0.21％，Al：0.70～0.90％，P≤0.010％，S≤0.010％，Nb：0.01～0.02％，Ti：0.02～0.04％，Se：0.02～0.04％，Nd：0.01～0.02％，其余为Fe和不可避免杂质；金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度在13.5级以上。生产步骤包括铁水脱硫、转炉炼钢、真空处理、连铸、板坯加热、轧制、卷取、酸洗、冷连轧、热处理和精整。本发明成本低廉，工艺合理可控，产品综合性能良好，可广泛应用于汽车骨架或者底盘部件。

Description

汽车骨架用高强度高刚度结构钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金材料中的低合金结构钢制造领域，具体地指一种汽车骨架用高强度高刚度结构钢及其生产方法。
背景技术
随着环境污染及能源危机的日益加重，汽车排放的限制越来越严格，车身轻量化己经成为各汽车企业面临的共同课题。采用高强度及超高强度钢板代替软钢，在保证不降低整车及零件性能的前提下，通过减小零件厚度实现减重是汽车行业广泛采用的轻量化设计方法。然而，厚度减薄势必会降低材料的刚度。
题为“高强钢的使用对客车骨架刚度的影响”一文分析了高强钢的使用对客车骨架刚度的影响，文中介绍了Q235、Q345Q与QSTE700TM钢对比刚度，在QSTE700TM钢强度提高来实现轻量化时，其刚度有所降低，无法完全满足实际应用需要。
因此，合理设计碳和合金元素的种类及含量，开发简单易控的生产工艺，研发出具有优异综合性能的汽车骨架用高强度高刚度结构钢，满足汽车轻量化需要，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，解决目前国内汽车骨架用高强度高刚度结构钢生产中的一些技术瓶颈，提供一种制造成本低、工艺合理可控、综合性能优良的汽车骨架用高强度高刚度结构钢及其生产方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种汽车骨架用高强度高刚度结构钢，钢的化学成分及其重量百分比如下：C：0.05～0.07％，Si：1.00～1.20％，Mn：0.16～0.21％，Al：0.70～0.90％，P≤0.010％，S≤0.010％，Nb：0.01～0.02％，Ti：0.02～0.04％，Se：0.02～0.04％，Nd：0.01～0.02％，其余为Fe和不可避免杂质；其金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度在13.5级以上，其中珠光体含量为21～23％。
进一步地，钢的化学成分及其重量百分比如下：C：0.05～0.07％，Si：1.05～1.15％，Mn：0.17～0.20％，Al：0.75～0.90％，P≤0.010％，S≤0.010％，Nb：0.01～0.02％，Ti：0.02～0.04％，Se：0.02～0.04％，Nd：0.01～0.02％，其余为Fe和不可避免杂质。
进一步地，钢板的化学成分及其重量百分比如下：C：0.06％，Si：1.10％，Mn：0.19％，Al：0.85％，P：0.005％，S：0.004％，Nb：0.015％，Ti：0.032％，Se：0.026％，Nd：0.01～0.02％，其余为Fe和不可避免杂质。
本发明的汽车骨架用高强度高刚度结构钢中各化学成分的作用如下：
碳(C)：碳是提高钢的强度的固溶强化元素，当其含量较高时，易形成马氏体而恶化钢的低温韧性，同时不利于保证其成形性和焊接性能；当其含量较低时，会使钢板强度不足，同时也会增加冶炼时的难度。因此，控制碳含量范围为：0.05～0.07％。
硅(Si)：硅是常用的脱氧剂，有固熔强化作用，有利于提高钢的刚度、弹性极限和改善其综合性能，但Si含量较高时，降低了钢的韧性、塑性及延展性，易导致冷脆不利于焊接。因此，本发明将Si的含量目标值控制在1.00～1.20％。
锰(Mn)：锰是重要的强韧化元素，但Mn含量太高，一方面增加成本，另一方面对钢坯中心偏析有不利影响，有损于钢板的韧性，并且在焊接时容易产生裂纹，Mn含量太低则不能有效促进中温组织转变，容易降低钢的强度。因此控制Mn含量范围为：0.16～0.21％。
铝(Al)：铝在本发明中起到改善刚度的作用，但Al含量过高会带来冶炼难度，同时易产生夹杂，本发明中控制Al含量为：0.70～0.90％。
磷(P)：磷在钢中为有害元素，其含量要严格控制，高的P含量会增加钢的冷脆倾向，并且P极易在钢坯的心部偏析，由于这种含P量高的强偏析带较脆，使得在轧钢后容易产生内在缺陷，同时，对钢的塑性、焊接性和成形性带来不利影响。本发明的磷含量控制为P≤0.010％。
硫(S)：硫在钢中为有害元素，高的S含量对钢的塑性、焊接性和成形性也会带来不利影响。本发明硫含量为S≤0.010％。
铌(Nb)和钛(Ti)：铌和钛是强碳氮化物形成元素，有利于析出强化，并且可以阻止高温奥氏体过分长大，具有极强的细化晶粒作用。本发明铌含量为：0.01～0.02％，钛含量为：0.02～0.04％。
硒(Se)和钕(Nd)：硒和钕与硅、铝的共同作用下，可以大幅度提高材料的刚度，同时提高耐腐蚀性和抗氧化性。本发明硒和钕含量分别为：Se：0.02～0.04％，Nd：0.01～0.02％。
进一步地，本发明的汽车骨架用高强度高刚度结构钢通过元素种类和含量的科学设计，在添加适量合金元素的基础上实现了具有优良综合性能的汽车骨架用结构钢，其力学性能为：屈服强度ReL为375～390MPa，抗拉强度Rm为460～480MPa，延伸率≥28％，应变硬化指数n为0.13～0.15，弹性模量E为215～220GPa，加力10000N时，其弯曲变形量为0.45～0.47，加力30000N时，其扭转角为0.35～0.37，具有优异的焊接性能和加工成形性。
上述汽车骨架用高强度高刚度结构钢的生产方法，包括如下步骤：铁水脱硫、转炉炼钢、真空处理、连铸、板坯加热、轧制、卷取、酸洗、冷连轧、热处理和精整；所述真空处理步骤中，真空度为100～150Pa，真空处理时间为15～20min；所述连铸步骤中，浇注温度为1595～1605℃；所述板坯加热步骤中，加热温度为1250～1280℃；所述轧制步骤中，分两阶段控制轧制，粗轧温度为1180～1200℃，精轧温度为940～965℃；所述卷取步骤中，卷取温度为585～595℃；所述冷连轧步骤中，钢板的原始厚度为4.7～5.5mm，钢板的成品厚度为1.4～2.0mm；所述热处理步骤中，钢板的保温温度为825～840℃，钢板的时效温度在410～425℃，控制冷却速率为20～40℃/s，板坯温度≤410℃时，采用自然冷却方式冷却至室温。
进一步地，所述真空处理步骤中，真空度为110～120Pa，真空处理时间为18min。
进一步地，所述板坯加热步骤中，加热温度为1260～1265℃。
进一步地，所述轧制步骤中，分两阶段控制轧制，粗轧温度为1185～1195℃，精轧温度为950～960℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用低C和Si、Al及Se、Nd微合金化的成分设计，优化工艺条件，获得铁素体+珠光体为金相组织的结构钢，晶粒度在13.5级以上，其中珠光体含量为21～23％，保证其具有优异的综合力学性能，满足汽车轻量化需要，是高端汽车骨架或者底盘选取的理想材料。
2、本发明的高强度高刚度结构钢与现有技术的同等强度的高强钢相比，碳当量降低，同时，由于二相粒子的细晶作用，可以有效减少焊接造成的晶粒粗大，极大的改善了其焊接性能和加工成型性能。
3、从生产工艺上看，本发明所采用生产工艺合理易控、生产周期短、原材料成本和生产成本低，符合绿色钢种的设计要求。
综上所述，本发明的汽车骨架用高强度高刚度结构钢与国内外同等级别结构钢相比，合金成本低，制造工艺合理可控，综合性能优良，属于资源节约型钢种，具有很强的市场竞争力和广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例1-9及对比例1的钢的化学元素质量百分配比如表1所示，余量为Fe及不可避免的杂质。
表1本发明各实施例的化学成分及质量百分比含量(wt％)
实施例 C Si Mn Al P S Nb Ti Se Nd
1 0.05 1.20 0.21 0.70 0.008 0.006 0.01 0.02 0.04 0.015
2 0.05 1.00 0.17 0.90 0.006 0.007 0.015 0.03 0.02 0.01
3 0.05 1.10 0.19 0.75 0.007 0.006 0.01 0.02 0.03 0.02
4 0.06 1.20 0.16 0.80 0.008 0.006 0.02 0.03 0.04 0.02
5 0.06 1.10 0.20 0.90 0.007 0.005 0.01 0.02 0.03 0.01
6 0.06 1.00 0.21 0.75 0.006 0.006 0.02 0.03 0.02 0.02
7 0.07 1.10 0.16 0.90 0.005 0.006 0.02 0.04 0.03 0.02
8 0.07 1.00 0.18 0.80 0.007 0.005 0.015 0.02 0.02 0.01
9 0.07 1.20 0.19 0.70 0.006 0.006 0.01 0.03 0.04 0.015
对比例1 0.16 0.013 0.37 0.04 0.015 0.007 / 0.045 / /
注：对比例1为现有技术中的Q345钢。
本发明各实施例的生产方法包括如下步骤：铁水脱硫、转炉炼钢、真空处理、连铸、板坯加热、轧制、卷取、酸洗、冷连轧、热处理和精整；在真空处理步骤中的真空度和处理时间分别为100～150Pa和15～20min；轧制步骤分两阶段控制，粗轧和精轧的温度分别为1180～1200℃和940～965℃；热处理步骤中的钢板的保温温度为825～840℃，钢板时效温度在410～425℃，控制冷却速率为20～40℃/s，板坯温度≤410℃时，采用自然冷却方式冷却至室温。
各实施例及对比例1的主要生产工艺参数如表2所示。
表2本发明各实施例的主要工艺参数列表
各实施例及对比例的性能参数如表3所示。
表3本发明各实施例及对比例性能参数表
由表1可见，本发明的钢的C含量与对比例1(即Q345钢)相比，C含量相对较低，而Si和Al含量相对较高，同时添加适量Nb和Se，且严格控制P和S含量，按如表2所示的工艺参数精益生产，所达到的力学性能如表3所示，由表3可以看出，本发明1～9结构钢的综合性能优于对比例1(即Q345钢)，在保证强度满足实际应用需求的同时，其刚度有较大提高，具体性能指标为：屈服强度ReL为375～390MPa，抗拉强度Rm为460～480MPa，延伸率≥28％，应变硬化指数n为0.13～0.15，弹性模量E为215～220GPa，加力10000N时，其弯曲变形量为0.45～0.47，加力30000N时，其扭转角为0.35～0.37，同时具有优异的焊接性能和加工成形性，可广泛应用于汽车骨架结构中。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
其它未经详细说明的部分均为现有技术。

Claims (8)

1.一种汽车骨架用高强度高刚度结构钢，其特征在于：所述钢的化学成分及其重量百分比如下：C：0.05～0.07％，Si：1.00～1.20％，Mn：0.16～0.21％，Al：0.70～0.90％，P≤0.010％，S≤0.010％，Nb：0.01～0.02％，Ti：0.02～0.04％，Se：0.02～0.04％，Nd：0.01～0.02％，其余为Fe和不可避免杂质；其金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度在13.5级以上，其中珠光体含量为21～23％。
2.根据权利要求1所述的汽车骨架用高强度高刚度结构钢，其特征在于：所述钢的化学成分及其重量百分比如下：C：0.05～0.07％，Si：1.05～1.15％，Mn：0.17～0.20％，Al：0.75～0.90％，P≤0.010％，S≤0.010％，Nb：0.01～0.02％，Ti：0.02～0.04％，Se：0.02～0.04％，Nd：0.01～0.02％，其余为Fe和不可避免杂质。
3.根据权利要求2所述的汽车骨架用高强度高刚度结构钢，其特征在于：所述钢板的化学成分及其重量百分比如下：C：0.06％，Si：1.10％，Mn：0.19％，Al：0.85％，P：0.005％，S：0.004％，Nb：0.015％，Ti：0.032％，Se：0.026％，Nd：0.01～0.02％，其余为Fe和不可避免杂质。
4.根据权利要求1所述的汽车骨架用高强度高刚度结构钢，其特征在于：所述钢的力学性能为：屈服强度ReL为375～390MPa，抗拉强度Rm为460～480MPa，延伸率≥28％，应变硬化指数n为0.13～0.15，弹性模量E为215～220GPa，加力10000N时，其弯曲变形量为0.45～0.47，加力30000N时，其扭转角为0.35～0.37，具有优异的焊接性能和加工成形性。
5.一种权利要求1所述的汽车骨架用高强度高刚度结构钢的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：铁水脱硫、转炉炼钢、真空处理、连铸、板坯加热、轧制、卷取、酸洗、冷连轧、热处理和精整；所述真空处理步骤中，真空度为100～150Pa，真空处理时间为15～20min；所述连铸步骤中，浇注温度为1595～1605℃；所述板坯加热步骤中，加热温度为1250～1280℃；所述轧制步骤中，分两阶段控制轧制，粗轧温度为1180～1200℃，精轧温度为940～965℃；所述卷取步骤中，卷取温度为585～595℃；所述冷连轧步骤中，钢板的原始厚度为4.7～5.5mm，钢板的成品厚度为1.4～2.0mm；所述热处理步骤中，钢板的保温温度为825～840℃，钢板的时效温度在410～425℃，控制冷却速率为20～40℃/s，板坯温度≤410℃时，采用自然冷却方式冷却至室温。
6.根据权利要求5所述的汽车骨架用高强度高刚度结构钢的生产方法，其特征在于：所述真空处理步骤中，真空度为110～120Pa，真空处理时间为18min。
7.根据权利要求5所述的汽车骨架用高强度高刚度结构钢的生产方法，其特征在于：所述板坯加热步骤中，加热温度为1260～1265℃。
8.根据权利要求5所述的汽车骨架用高强度高刚度结构钢的生产方法，其特征在于：所述轧制步骤中，分两阶段控制轧制，粗轧温度为1185～1195℃，精轧温度为950～960℃。
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