CN106086624A - 一种热冲压成型用热轧钢带及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热冲压成型用热轧钢带及其生产方法,成分的质量百分含量为:C 0.20~0.25%,Si 0.15~0.35%,Mn 1.20~1.50%,Cr 0.10~0.50%,P≤0.020%,S≤0.010%,Als 0.030~0.050%,Ti 0.030~0.050%,N≤0.0060%,B 0.0020~0.0050%,余量为Fe和不可避免的杂质;其包括下述工序:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、轧制、冷却、卷取;通过对钢板成分和工艺进行优化,采用轧后缓冷,卷取温度和卷取张力设定等,解决解决了铸坯裂纹、扁卷等问题,获得了具有良好力学均匀性的热冲压成型用钢带。
Description
技术领域
本发明涉及一种热冲压成型用热轧钢带及其生产方法,属于钢铁冶炼技术领域。
背景技术
随着对汽车轻量化和安全性要求的不断提升,对汽车用防撞梁的要求也越来越高,要求钢带在热处理后具有足够的强度,同时其加工成形特点也要求钢带在热处理前具有良好的性能均匀性,避免加工环节的成材率损失。
工业化生产热冲压成形用钢对钢材的成分和冶金质量有较高的要求,这就需要解决生产过程中存在的诸多问题,如合金加入种类多且量大导致的成分及温度控制的不稳定,易偏析元素含量高导致的连铸坯偏析严重,热轧板卷通宽及通长性能均匀性较差,卷取之后易扁卷等问题。
经对现有技术的文献检索发现,中国发明专利CN 101275200公布了一种超高强马氏体热成形用钢,此发明中钢的成分质量百分含量为C:0.10-0.33%,Si:0.50-2.30%,Mn:0.50-2.00%,P:≤0.020%,S:≤0.015%,Al:0.015-0.060%,[O]≤0.002%,[N]0.002-0.015%,B 0.0005-0.0050%,Ti 0.02-0.10%,Nb 0.02-0.10%,V 0.02-0.15%,RE0.001-0.050%。经900-950℃奥氏体化及热成形工艺处理后,抗拉强度在1.3-1.7GPa。
中国发明专利CN 102286689A公布了一种双相热成形用钢的制备方法,此发明中钢的成分质量百分含量为C:0.1-0.5%,Si:0.3-2.5%,Mn:1.0-3.0%,Al:1.0-3.0%,S:≤0.01%,P:≤0.02%,N:≤0.01%,其余为Fe。其制备工艺为:热轧板加热至1200-1250℃,保温0.5-1h,终轧温度为800-900℃,卷取温度为600-700℃,然后加热至750-850℃,保温并快速冷却至室温。热压成型后组织为奥氏体和铁素体。但上述文献中的产品组织为奥氏体和铁素体,产品强度低,难以满足结构件对钢铁的强度需求。
发明内容
本发明提供一种热冲压成型用热轧钢带及其生产方法,通过对钢板成分和工艺进行优化,采用轧后缓冷,卷取温度和卷取张力设定等,解决解决了铸坯裂纹、扁卷等问题,获得了具有良好力学均匀性的热冲压成型用钢带。
本发明所采取的技术方案是:
一种热冲压成型用热轧钢带,成分的质量百分含量为:C 0.20~0.25%,Si 0.15~0.35%,Mn 1.20~1.50%,Cr 0.10~0.50%,P≤0.020%,S≤0.010%,Als 0.030~0.050%,Ti 0.030~0.050%,N≤0.0060%,B 0.0020~0.0050%,余量为Fe和不可避免的杂质。
上述热冲压成型用热轧钢带的生产方法,包括下述工序:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、轧制、冷却、卷取;
铁水脱硫:铁水包喷吹镁粉后,用捞渣器将渣子捞净,铁水表层无渣,入炉铁水S<0.003%;
转炉冶炼:终渣碱度为3.3-3.7;钢水控制成分质量百分比C:0.03-0.05%,S≤0.010%,P≤0.012%,终点温度:1660-1700℃,出钢时间≥3分钟,严格控制下渣量,出钢充分合金化;
LF精炼:进站充分造渣、送电升温、合金化调整成分;出站化学成分质量百分比:C:0.20-0.25%、Mn:1.20-1.50%、S≤0.010%、P≤0.020%、Si:0.15-0.35%、Als:0.035-0.050%、Ti:0.030-0.050%、B:0.0020-0.0050%、Cr:0.10-0.50%;出站温度为1575-1600℃;
板坯连铸:中间包钢水过热度20-30℃;中间包采用挡渣墙、挡渣堰,中间包烘烤温度≥1100℃,烘烤时间≥3小时,中间包使用无碳镁质耐材,铝碳质吹氩上水口、吹氩塞棒和浸入式水口;使用无碳低硅覆盖剂,结晶器使用专用保护渣,二次冷却采用弱冷却方式,拉速控制为1.2-1.3m/min;
精轧采用蓄热式加热炉,加热温度1200-1300℃,终轧温度840-900℃,卷 取温度550-650℃;轧后冷却段采用缓冷模式:前段冷却冷速控制在<40℃/s,后段冷却冷速控制在<20℃/s。
转炉冶炼,采用挡渣机与滑板挡渣相结合,下渣厚度≤30mm;高碳锰铁配锰,高碳铬铁配铬,硅铁配硅,出钢1/5时开始加料,加料顺序依次石灰、硅铁、高碳锰铁、高碳铬铁;出钢2/3前加完合金和造渣材料。
板坯连铸工序中,钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水,结晶器使用专用保护渣。液芯压下量5.0mm,二次冷却采用弱冷却方式,同时保证拉矫温度≥900℃。
转炉冶炼、LF精炼处理和连铸工序,中包钢水氮含量控制为[N]≤60ppm。
卷取工序中卷取机采用大张力控制,卷取张力为38-45N/mm2;卷取完成后钢卷在卷取机芯轴停留30-120s,卸卷前重复定尾操作1-3次。
沿热轧钢带宽度、长度方向取标准拉伸试样、硬度试样,进行性能测试,对比试验结果,抗拉强度偏差在≤60MPa,屈服强度在≤60MPa之间,HRC硬度偏差在5-8之间。力学性能均匀性良好。可见,发明钢在纵剪分条后性能均匀性良好。
钢带加工成标准拉伸试样,加热到840-900℃,保温5分钟条件下进行奥氏体化,然后水淬到Ms-200℃(Ms为马氏体转变开氏温度)后缓冷,再进行120-180℃,保温25分钟条件下回火。对热处理后的试样进行拉伸、金相测试,淬火后抗拉强度在1.5-1.9GPa之间,组织为全马氏体。可见,本发明的钢板经热成型工艺后,能够获得超高强度。
本发明通过对合金元素的优化,不需加入RE、Nb、V元素,降低Si、Al的加入量,保证材料具有良好的淬透性,热处理后依然可以获得足够的抗拉强度。同时通过对卷取张力、卷取温度、冷却速率的控制,钢带具有良好的性能均匀性,保证了后期加工(尤其是分条卷管时)的成材率,并且热轧扁卷问题得到了改善。
转炉冶炼优化合金料加入制度、采用合理的温度制度、LF精炼工序采用白渣脱硫及成分微调、中板坯连铸工序采用液芯轻压下技术、恒拉速技术、低过热度浇注技术、中包快换技术,专用保护渣浇铸等工艺优化,实现高性能热轧钢带的生产。
本发明采用轧后缓冷,利用冷却速率对相变的影响,促使轧后冷却时发生部分相变,改善钢带长度、宽度方向上的力学性能均匀性,减少成卷后的相变膨胀量,同时利用芯轴的支撑作用,在芯轴停留一段时间,有效的解决了钢带的扁卷问题,获得了良好卷形的热冲压成型用钢带,热轧钢带具有力学性能均匀性,通条性能差异≤60MPa。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
本发明通过对钢板成分和工艺进行优化,采用轧后缓冷,卷取温度和卷取张力设定等,解决解决了铸坯裂纹、扁卷等问题,获得了具有良好力学均匀性的热冲压成型用钢带。
本发明的钢带热处理后的抗拉强度达到1.5-1.8GPa,从而为汽车轻量化、高安全性能化提供了基础。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地说明;
本热冲压成型用热轧钢带的生产方法的工艺流程为:铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、轧制、冷却、卷取。
实施例1-6的转炉100t,LF精炼100t,中板坯连铸,连铸坯宽800-1550mm,厚200mm。
具体操作步骤和各工序工艺参数控制如下:
(1)铁水脱硫:铁水包喷吹镁粉后,用捞渣器将渣子捞净,铁水表层无渣,入炉铁水S<0.003%;
(2)转炉冶炼:
a.铁水温度1250℃,S≤0.003%,P≤0.120%;
b.吹炼过程以脱碳、脱磷为主要目标,要求全程化渣;
c.终渣碱度R为3.3-3.7,钢水成分(质量百分比)C:0.03-0.05%,S:0.006-0.007%,P:0.009-0.010%;温度:1660-1700℃;
d.采用挡渣机与滑板挡渣相结合的方式,下渣厚度≤30mm;
e.出钢时间≥3分钟,钢流圆整。
f.高碳锰铁加入量1750kg,高碳铬铁230kg,硅铁250kg,石灰加入量2900kg;加料顺序为石灰→硅铁→高碳锰铁→高碳铬铁,出钢2/3前加完合金和造渣材料。
转炉冶炼工序工艺参数见表1:
表1转炉冶炼工序工艺参数
项目 | 终渣碱度 | 终点温度,℃ | 出钢时间,min | 下渣厚度,mm |
实施例1 | 3.3 | 1660 | 4.0 | 28 |
实施例2 | 3.7 | 1670 | 3.0 | 26 |
实施例3 | 3.5 | 1690 | 4.2 | 25 |
实施例4 | 3.3 | 1680 | 3.7 | 28 |
实施例5 | 3.5 | 1700 | 5.6 | 30 |
实施例6 | 3.5 | 1690 | 4.6 | 26 |
(3)LF精炼:
a.钢包进站,氩气搅拌;
b.加造渣剂造渣,给电升温,取样分析;
c.造渣加入石灰500-740kg,萤石90-110kg,铝酸钙290-310kg;
d.成分调整加入高碳锰铁120-250kg,高碳铬铁100-140kg,硅铁110-190kg,硼铁14-32kg,钛铁55-85kg,碳线320-430kg,铝线220kg,铝钙线80-200kg。
LF炉出站成分见表2。
表2 LF炉出站成分(%)
钢种 | C | Mn | S | P | Si | Als | N | Cr | Ti | B |
实施例1 | 0.247 | 1.205 | 0.001 | 0.013 | 0.346 | 0.0404 | 0.0037 | 0.500 | 0.030 | 0.0021 |
实施例2 | 0.203 | 1.489 | 0.002 | 0.012 | 0.243 | 0.0496 | 0.0044 | 0.290 | 0.049 | 0.0035 |
实施例3 | 0.226 | 1.358 | 0.001 | 0.012 | 0.153 | 0.0303 | 0.0045 | 0.100 | 0.040 | 0.0050 |
实施例4 | 0.200 | 1.200 | 0.001 | 0.018 | 0.350 | 0.0350 | 0.0035 | 0.176 | 0.050 | 0.0041 |
实施例5 | 0.215 | 1.500 | 0.003 | 0.014 | 0.150 | 0.0500 | 0.0040 | 0.201 | 0.038 | 0.0028 |
实施例6 | 0.250 | 1.309 | 0.002 | 0.011 | 0.205 | 0.0451 | 0.0046 | 0.396 | 0.043 | 0.0020 |
(4)板坯连铸:
a.中间包钢水过热度20-30℃,钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水,长水口处钢水不能裸露;钢包向中间包浇注钢水时,不能下渣.
b.中包工作层使用无碳镁铝质干式料;中间包采用挡渣墙、挡渣堰,烘烤温度≥1100℃,烘烤时间≥3小时;使用无碳低硅高碱度覆盖剂;使用专用保护渣;使用铝碳质浸入式水口、铝碳质吹氩上水口及塞棒;
c.连铸过程拉速1.2-1.3m/min;
d.液芯压下量5.0mm,二次冷却采用弱冷却方式,同时保证拉矫温度≥900℃。
板坯连铸工序工艺参数见表3,热冲压成型钢铸坯化学成分如表4:
表3板坯连铸工序工艺参数
表4热冲压成型钢铸坯化学成分(%)
成分 | C | Mn | S | P | Si | Als | N | Cr | Ti | B |
实施例1 | 0.25 | 1.20 | 0.001 | 0.013 | 0.35 | 0.034 | 0.0038 | 0.50 | 0.030 | 0.0020 |
实施例2 | 0.20 | 1.49 | 0.002 | 0.011 | 0.25 | 0.050 | 0.0044 | 0.29 | 0.050 | 0.0034 |
实施例3 | 0.23 | 1.36 | 0.001 | 0.012 | 0.15 | 0.030 | 0.0045 | 0.10 | 0.039 | 0.0050 |
实施例4 | 0.20 | 1.20 | 0.001 | 0.017 | 0.35 | 0.035 | 0.0035 | 0.18 | 0.049 | 0.0041 |
实施例5 | 0.22 | 1.50 | 0.003 | 0.014 | 0.15 | 0.048 | 0.0041 | 0.20 | 0.038 | 0.0027 |
实施例6 | 0.25 | 1.31 | 0.002 | 0.011 | 0.20 | 0.044 | 0.0048 | 0.40 | 0.043 | 0.0020 |
(5)轧制:
加热温度1200-1300℃,粗轧开轧温度为1050~1150℃,精轧开轧温度为950~1000℃,精轧采用蓄热式加热炉,终轧温度840-900℃,卷取温度550-650℃,轧后冷却段采用两段式缓慢冷却,前段冷却冷速控制在20-40℃/s,将钢带冷却到720-790℃,后段冷却冷速控制在5-20℃/s冷却到卷取温度550-650℃。
(6)卷取机采用大张力控制,卷取张力控制在40-50N/mm2。卷取完成后钢卷在卷取机芯轴停留30-120s,卸卷前重复定尾操作1-3次。
轧制和卷取工序工艺参数见表5。
表5轧制和卷取工序工艺参数
按上述工艺生产的热冲压成型用钢卷内径均≥710mm,满足平整机上卷要求。对热冲压成型用钢的力学性能进行检测,检测结果如表6。
表6热冲压成型用钢的力学性能数据
(7)热处理
钢带加工成标准拉伸试样,加热到840-890℃,保温5分钟条件下进行奥氏体化,然后水淬到Ms-200℃后缓冷,再进行120-180℃,保温25分钟条件下回火。对热处理后的试样进行拉伸、金相测试,淬火后抗拉强度在1548-1749MPa之间,组织为全马氏体。本发明热轧钢板热处理后性能检测数据如表7,由表7可知,本发明钢经热成型工艺后,能够获得超高强度。
表7热处理后性能如下表:
Claims (7)
1.一种热冲压成型用热轧钢带,其特征在于:其成分的质量百分含量为:C 0.20~0.25%,Si 0.15~0.35%,Mn 1.20~1.50%,Cr 0.10~0.50%,P≤0.020%,S≤0.010%,Als0.030~0.050%,Ti 0.030~0.050%,N≤0.0060%,B 0.0020~0.0050%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种热冲压成型用热轧钢带的生产方法,其特征在于:其包括下述工序:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、轧制、冷却、卷取;
所述铁水脱硫:铁水包喷吹镁粉后,用捞渣器将渣子捞净,铁水表层无渣,入炉铁水S<0.003%;
所述转炉冶炼:终渣碱度为3.3-3.7;钢水控制成分质量百分比C:0.03-0.05%,S≤0.010%,P≤0.012%,终点温度:1660-1700℃,出钢时间≥3分钟,严格控制下渣量,出钢充分合金化;
所述LF精炼:进站充分造渣、送电升温、合金化调整成分;出站化学成分质量百分比:C:0.20-0.25%、Mn:1.20-1.50%、S£0.010%、 P£0.020%、Si:0.15-0.35%、Als:0.035-0.050%、Ti:0.030-0.050%、B:0.0020-0.0050%、Cr:0.10-0.50%;出站温度为1575-1600℃;
所述板坯连铸:中间包钢水过热度 20-30℃;中间包采用挡渣墙、挡渣堰,中间包烘烤温度≥1100℃,烘烤时间≥3小时,中间包使用无碳镁质耐材,铝碳质吹氩上水口、吹氩塞棒和浸入式水口;使用无碳低硅覆盖剂,结晶器使用专用保护渣,二次冷却采用弱冷却方式,拉速控制为1.2-1.3m/min。
3.根据权利要求2所述的一种热冲压成型用热轧钢带的生产方法,其特征在于:轧制工序中精轧采用蓄热式加热炉,加热温度1200-1300℃,终轧温度840-900℃,卷取温度550-650℃;轧后冷却段采用缓冷模式:前段冷却冷速控制在<40℃/s,后段冷却冷速控制在<20℃/s。
4.根据权利要求2所述的一种热冲压成型用热轧钢带的生产方法,其特征在于:所述转炉冶炼,采用挡渣机与滑板挡渣相结合,下渣厚度≤30mm;高碳锰铁配锰,高碳铬铁配铬,硅铁配硅,出钢1/5时开始加料,加料顺序依次石灰、硅铁、高碳锰铁、高碳铬铁;出钢2/3前加完合金和造渣材料。
5.根据权利要求2所述的一种热冲压成型用热轧钢带的生产方法,其特征在于:所述板坯连铸工序中,钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水,结晶器使用专用保护渣;液芯压下量5.0mm,二次冷却采用弱冷却方式,同时保证拉矫温度≥900℃。
6.根据权利要求2所述的一种热冲压成型用热轧钢带的生产方法,其特征在于:所述转炉冶炼、LF精炼处理和连铸工序,中包钢水氮含量控制为[N] ≤60ppm。
7.根据权利要求2所述的一种热冲压成型用热轧钢带的生产方法,其特征在于:所述卷取工序中卷取机采用大张力控制,卷取张力为38-45N/mm2;卷取完成后钢卷在卷取机芯轴停留30-120s,卸卷前重复定尾操作1-3次。
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