CN107641760B - 460MPa级具有良好疲劳性能的热轧汽车结构钢板及制造方法 - Google Patents

460MPa级具有良好疲劳性能的热轧汽车结构钢板及制造方法 Download PDF

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本发明公开了一种460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板及制造方法,含有的化学元素成分及其重量百分比为:碳0.03~0.06%、锰1.0~1.2%、铌0.025~0.035%、钛0.025~0.035%、硅<0.10%、硫≤0.005%、磷≤0.015%、氮≤40ppm、酸溶铝0.025~0.050%,余量为铁和不可避免的杂质。在短流程采用Nb‑Ti微合金化技术,利用微量Ti固定钢中的S、N(S≤0.005%、N≤40ppm),减少钢中MnS的夹杂,充分发挥Nb、Ti的细晶作用,获得细小的F+P组织,得到较高强度的同时,改善钢种的疲劳性能。

Description

460MPa级具有良好疲劳性能的热轧汽车结构钢板及制造方法
技术领域
本发明属于钢铁热轧板带生产技术领域,具体涉及一种460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板及制造方法。
背景技术
近年来,我国汽车工业持续高速发展,给社会能源供给和环境保护带来巨大影响。随着环保压力的增加,国内陆续颁布一系列纲领性文件,明确指出我国制造业应加快绿色制造、生态发展的转型步伐。现有研究表明,轻量化是实现汽车节能减排的最有效措施,钢铁材料的高强化是实现汽车轻量化的重要技术路径。绿色化、高性能化已成为汽车用钢铁材料的发展趋势。
传统的汽车结构用钢,特别是厚度2.0mm以下产品采用热轧+冷轧的制造工艺,其制造流程长、工序复杂、能耗高,面临来自汽车行业绿色制造和成本的挑战。因此如何开发出绿色化、低成本、薄规格的新型汽车结构用钢成为了钢铁行业一项全新课题。
目前,关于热轧汽车结构用钢的专利较多。如:公开号CN1641059A的中国专利提供了一种低合金高强用钢及其制造方法,其添加了Nb、V和Ti三种合金,其含量分别为0.015~0.025%Nb,0.025~0.035%V,0.010~0.020%Ti;并且Mn含量高达1.3%以上,屈服强度也只要求为325MPa以上,延伸率22%以上。公开号CN1920081A的中国专利申请提供了一种低合金高强度钢,其不仅Mn含量为1.25~1.75%,还添加了比较昂贵的Mo合金。公开号CN101768699A的中国专利申请提供了一种低合金高强度钢带及其生产方法,其中也添加了昂贵的Mo和Cr合金。公开号CN102534368A的中国专利,申请提供了一种低合金高强度宽薄钢板及其生产方法,其中要求Mn含量为1.4~1.6%,V含量为0.34~0.36%。现有的低合金高强钢的钢种在实际生产过程中会添加较为昂贵的合金成分,从而造成其成本高、经济效益低。申请号为201410036071.7的中国专利“低合金高强钢镀锌板及其生产方法”,其钢种化学成分的质量配比为:C:0.04~0.07%;Si≤0.03%;Mn0.3~0.4%,P≤0.015%,S≤0.012%,Als0.020~0.045%,N≤0.0050%,余量为Fe,通过优化成分设计,同时对应调整热轧、冷轧和镀锌工序工艺参数,添加含量只有0.3~0.4%的廉价Mn合金,在不添加任何其他合金元素的情况下生产出屈服强度260~355MPa的低合金高强度镀锌板,且延伸率达到28%以上。以上所有专利生产的产品,普遍采用的工艺流程为:转炉炼钢-热轧-酸洗冷轧-镀锌等,生产流程长,成本高,产品不具有较强的竞争力。而短流程由于产线布置的特点,适合生产1.0~3.0mm的薄规格产品,省掉后续冷轧、退火工序,降低成本,提高产品竞争力。由于高强汽车钢板主要用作结构件,良好的疲劳性能,能够保证材料的稳定性,延长材料的使用时间。因此,基于短流程生产460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板是本领域亟待解决的技术难点之一。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板及制造方法,能够生产屈服强度460MPa级薄规格热轧产品,厚度精度控制在20μm之内、屈强比≥0.85,具有良好的耐疲劳性能。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板,含有的化学元素成分及其重量百分比为:碳0.03~0.06%、锰1.0~1.2%、铌0.025~0.035%、钛0.025~0.035%、硅<0.10%、硫≤0.005%、磷≤0.015%、氮≤40ppm、酸溶铝0.025~0.050%,余量为铁和不可避免的杂质。
为实现钢种的“以热代冷”,满足汽车零部件的要求,对钢中的夹杂物和表面质量有严格的要求,结合短流程采用“低硅、低锰”的Nb-Ti微合金的成分设计思路,重新设计成分体系。
所述碳的重量百分比为0.05~0.058%。
Si(硅):有很强的固溶强化作用,但是在高温条件下先被氧化成SiO2,然后SiO2与氧化层中的FeO反应形成铁橄榄石相(Fe2SiO4),易富集在氧化铁皮与基体的结合面处,一旦在氧化铁皮与基体之间形成连续的Fe2SiO4层,对氧化铁皮起“钉扎”作用,在轧制过程中造成氧化铁皮缺陷,恶化热轧钢板的表面质量,增大氧化铁皮与基体界面的粗糙度,所以,对Si严格限制,将其含量限定在<0.10%范围之内。
Mn(锰):固溶强化元素,在高温条件下的氧化物与Fe的氧化物相似,有MnO、Mn3O4、Mn2O3等几种氧化物,并且与Fe相应的氧化物有很高的互溶度。当Mn含量偏高时,易生成(FeMn)2SiO4,容易在氧化铁皮与基体的结合面处富集,造成氧化铁皮与基体界面的粗糙,形成氧化铁皮类的缺陷,所以将其含量限定在1.0~1.2%,优选为1.0~1.18%。
Ti(钛):细化晶粒,添加少量Ti,用来固定钢水中的自由N、S,改善钢种的焊接性能,所以将其含量限定在0.025~0.035%,优选为0.028~0.032%。
Nb(铌):细化晶粒,起到细晶强化作用,但是Nb提高奥氏体再结晶的问题,容易引起钢中的混晶组织,所以将其含量限定在0.025~0.035%,优选为0.028~0.032%。
一种如上述所述460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板的制造方法,包括以下步骤:
1)冶炼
按所述成分及重量百分比混合均匀形成钢水,冶炼时采用深脱硫预处理-转炉炼钢-LF-RH(或无RH)工艺;
铁水脱硫预处理要求S≤0.005%,转炉钢水冶炼要求C≥0.03%,出钢温度在1660~1690℃;在LF炉中脱氧、造渣,离站温度≥1620℃;钢水进入RH炉中,进行脱碳、脱氧、添加Nb-Ti合金,合金添加完后,循环≥8min再进行破空,吹氩≥5min;
2)钙处理
进行钙处理改渣性,N控制≤40ppm、Als控制在0.025~0.050%,出钢温度为1570~1590℃;
3)连铸
连铸拉坯速度为4~6m/min、铸坯厚度为50~150mm形成连铸薄板坯;铸坯在二冷水段采用边部弱冷制度,控制冷却水量保证连铸薄板坯入均热炉温度在900~1000℃,减少铸坯边部裂纹;
4)连铸薄板坯均热
连铸薄板坯入均热炉后,在炉时间为20~40min,出钢温度为1180~1230℃;
5)除鳞
连铸薄板坯出均热炉进轧机之前进行高压水除鳞,除鳞集管≥2组,控制除鳞水压力为280~320bar;
6)轧制
连铸薄板坯入轧机温度为1130~1170℃,精轧控制第一道次压下率、第二道次压下率及第三道次压下率均≥50%;为轧制过程中奥氏体充分发生再结晶提供变形条件,消除组织中的混晶,控制终轧温度为820~880℃;
7)冷却
轧制后钢卷采用前段快冷工艺,层流中间温度为680~720℃,卷取温度控制在560~620℃;
8)平整
钢卷进行平整,平整力为190~220吨,消除屈服平台。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1)本发明是在短流程采用Nb-Ti微合金化技术,利用微量Ti固定钢中的S、N(S≤0.005%、N≤40ppm),减少钢中的MnS夹杂,充分发挥Nb、Ti的细晶作用,获得细小的F+P组织,得到较高强度的同时,改善钢种的疲劳性能;
2)在短流程产线采用全新的成分体系,生产出屈服强度460MPa级薄规格热轧汽车结构钢板,组织为细小铁素体和珠光体,晶粒度为11~12级,未出现混晶组织,厚度为1.0~3.0mm,钢的屈服强度在460~560MPa,抗拉强度500~640MPa,延伸率A80≥15%,屈强比≥0.85,厚度精度控制在20μm之内,与相同强度级别的冷轧产品成型能力相当,具有良好的耐疲劳性能;同时其进行横向试样180℃冷弯实验时,试样宽度35mm,弯心直径d=0.5a(d弯心直径、a试样厚度),产品的力学性能和成型性能均与同强度级别的冷轧产品相当,能够替代冷轧材料,降低成本,提高产品的竞争力;
3)本发明基于短流程产线,流程简约高效,节能环保,适合于生产1.0~3.0mm的薄规格热轧汽车结构钢板,能够替代传统的冷轧产品,省掉复杂的冷轧、退火工序,大幅度缩短制造流程、降低制造成本、减少能耗水耗和各类废弃物排放,满足汽车行业绿色制造和低成本的需求;
4)本发明充分发挥短流程轧制过程温度均匀的特点,能够生产屈服强度460MPa级薄规格热轧产品,性能稳定,波动小,屈服强度和抗拉强度的波动范围控制在60MPa以内,能够满足相同强度级别冷轧产品的标准要求,能够替代冷轧产品。
附图说明
图1为本发明460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板的疲劳曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明,便于更清楚地了解本发明,但它们不对本发明构成限定。
实施例1
本实施例460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板,采用“低碳、低硅、低锰”的Nb-Ti微合金成分体系进行生产,各元素化学成分质量百分比wt%控制如下:C:0.05%,Si:≤0.08%,Mn:1.0%,S:≤0.005%,P:≤0.015%,Nb:0.028%,Ti:0.030%,N:≤40ppm,Als:0.025~0.050%;
其制造方法包括如下步骤:
1)冶炼
按所述成分及重量百分比混合均匀形成钢水,冶炼时采用深脱硫预处理-转炉炼钢-LF-RH工艺;
铁水脱硫预处理要求S:≤0.005%,转炉钢水冶炼要求C为0.05%,出钢温度在1680℃;在LF炉中脱氧、造渣,离站温度≥1650℃;钢水进入RH炉中,进行脱碳、脱氧、添加Nb-Ti合金,合金添加完后,循环≥8min再进行破空,吹氩≥5min;
2)钙处理
进行钙处理改渣性,N控制≤40ppm、Als控制在0.025~0.050%,出钢温度为1580℃;
3)连铸
连铸拉坯速度为4.3m/min、铸坯厚度为50mm形成连铸薄板坯;铸坯在二冷水段采用边部弱冷制度,控制冷却水量保证连铸薄板坯入均热炉温度在920℃,减少铸坯边部裂纹;
4)连铸薄板坯均热
连铸薄板坯入均热炉后,在炉时间为25min,出钢温度为1180℃;
5)除鳞
连铸薄板坯出均热炉进轧机之前进行高压水除鳞,除鳞集管≥2组,控制除鳞水压力为300bar;
6)轧制
连铸薄板坯入轧机温度为1140℃,精轧控制第一道次压下率、第二道次压下率及第三道次压下率分别为52%、52%、52%;为轧制过程中奥氏体充分发生再结晶提供变形条件,消除组织中的混晶,控制终轧温度为820~880℃;
7)冷却
轧制后钢卷采用前段快冷工艺,层流中间温度为680~720℃,卷取温度控制在560~620℃;
8)平整
钢卷进行平整,平整力为190~220吨,消除屈服平台。
按照本实施例的成分体系,生产产品的组织、力学及加工硬化率如表1所示。
表1为实施例1钢板的组织、力学性能及加工硬化率
如表1和图1可以看出,本实施例生产的屈服强度460MPa级薄规格热轧汽车结构钢板,性能满足相同强度级别的冷轧产品标准要求,屈强比≥0.85,具有良好的耐疲劳性能,同时弯径d=0.5a时冷弯180°合格,具有优良的成形性能。
实施例2
本实施例460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板,采用“低碳、低硅、低锰”的Nb-Ti微合金成分体系进行生产,各元素化学成分质量百分比wt%控制如下:C:0.053%,Si:≤0.08%,Mn:1.05%,S:≤0.004%,P:≤0.015%,Nb:0.028%,Ti:0.032%,N:≤40ppm,Als:0.025~0.050%;
其制造方法包括如下步骤:
1)冶炼
按所述成分及重量百分比混合均匀形成钢水,冶炼时采用深脱硫预处理-转炉炼钢-LF-RH工艺;
铁水脱硫预处理要求S:≤0.004%,转炉钢水冶炼要求C为0.053%,出钢温度在1670℃;在LF炉中脱氧、造渣,离站温度≥1630℃;钢水进入RH炉中,进行脱碳、脱氧、添加Nb-Ti合金,合金添加完后,循环≥8min再进行破空,吹氩≥5min;
2)钙处理
进行钙处理改渣性,N控制≤40ppm、Als控制在0.025~0.050%,出钢温度为1575℃;
3)连铸
连铸拉坯速度为4.5m/min、铸坯厚度为55mm形成连铸薄板坯;铸坯在二冷水段采用边部弱冷制度,控制冷却水量保证连铸薄板坯入均热炉温度在950℃,减少铸坯边部裂纹;
4)连铸薄板坯均热
连铸薄板坯入均热炉后,在炉时间为30min,出钢温度为1200℃;
5)除鳞
连铸薄板坯出均热炉进轧机之前进行高压水除鳞,除鳞集管≥2组,控制除鳞水压力为320bar;
6)轧制
连铸薄板坯入轧机温度为1160℃,精轧控制第一道次压下率、第二道次压下率及第三道次压下率分别为52%、53%、51%;为轧制过程中奥氏体充分发生再结晶提供变形条件,消除组织中的混晶,控制终轧温度为820~880℃;
7)冷却
轧制后钢卷采用前段快冷工艺,层流中间温度为680~720℃,卷取温度控制在560~620℃;
8)平整
钢卷进行平整,平整力为190~220吨,消除屈服平台。
按照本实施例的成分体系,生产产品的组织、力学及加工硬化率如表2所示。
表2为实施例2钢板的组织、力学性能及加工硬化率
如表2和图1可以看出,本发明方法生产的屈服强度460MPa级薄规格热轧汽车结构钢,性能满足相同强度级别的冷轧产品标准要求,屈强比≥0.85,具有良好的耐疲劳性能,同时弯径d=0.5a时冷弯180°合格,具有优良的成形性能。
实施例3
本实施例460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板,采用“低碳、低硅、低锰”的Nb-Ti微合金成分体系进行生产,各元素化学成分质量百分比wt%控制如下:C:0.051%,Si:≤0.07%,Mn:1.02%,S:≤0.003%,P:≤0.015%,Nb:0.030%,Ti:0.032%,N:≤40ppm,Als:0.025~0.050%;
其制造方法包括如下步骤:
1)冶炼
按所述成分及重量百分比混合均匀形成钢水,冶炼时采用深脱硫预处理-转炉炼钢-LF-RH工艺;
铁水脱硫预处理要求S:≤0.003%,转炉钢水冶炼要求C为0.051%,出钢温度在1690℃;在LF炉中脱氧、造渣,离站温度≥1645℃;钢水进入RH炉中,进行脱碳、脱氧、添加Nb-Ti合金,合金添加完后,循环≥8min再进行破空,吹氩≥5min;
2)钙处理
进行钙处理改渣性,N控制≤40ppm、Als控制在0.025~0.050%,出钢温度为1590℃;
3)连铸
连铸拉坯速度为5.0m/min、铸坯厚度为60mm形成连铸薄板坯;铸坯在二冷水段采用边部弱冷制度,控制冷却水量保证连铸薄板坯入均热炉温度在990℃,减少铸坯边部裂纹;
4)连铸薄板坯均热
连铸薄板坯入均热炉后,在炉时间为30min,出钢温度为1230℃;
5)除鳞
连铸薄板坯出均热炉进轧机之前进行高压水除鳞,除鳞集管≥2组,控制除鳞水压力为320bar;
6)轧制
连铸薄板坯入轧机温度为1170℃,精轧控制第一道次压下率、第二道次压下率及第三道次压下率分别为53%、53%、52%;为轧制过程中奥氏体充分发生再结晶提供变形条件,消除组织中的混晶,控制终轧温度为820~880℃;
7)冷却
轧制后钢卷采用前段快冷工艺,层流中间温度为680~720℃,卷取温度控制在560~620℃;
8)平整
钢卷进行平整,平整力为190~220吨,消除屈服平台。
按照本实施例的成分体系,生产产品的组织、力学及加工硬化率如表2所示。
表3为实施例3钢板的组织、力学性能及加工硬化率
如表3和图1可以看出,本发明方法生产的屈服强度460MPa级1.0~3.0mm薄规格热轧汽车结构钢,性能满足相同强度级别的冷轧产品标准要求,屈强比≥0.85,具有良好的耐疲劳性能,同时弯径d=0.5a时冷弯180°合格,具有优良的成形性能。

Claims (2)

1.一种460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板,其特征在于:含有的化学元素成分及其重量百分比为:碳0.05~0.058%、锰1.0~1.18%、铌0.028~0.032%、钛0.028~0.032%、硅<0.10%、硫≤0.005%、磷≤0.015%、氮≤40ppm、酸溶铝0.025~0.050%,余量为铁和不可避免的杂质;
所述460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板的制造方法包括以下步骤:
1)冶炼
按所述成分及重量百分比混合均匀形成钢水,冶炼时采用深脱硫预处理-转炉炼钢-LF-RH工艺;
2)钙处理
进行钙处理改渣性,N控制≤40ppm、Als控制在0.025~0.050%,出钢温度为1570~1590℃;
3)连铸
连铸拉坯速度为4~6m/min、铸坯厚度为50~150mm形成连铸薄板坯;铸坯在二冷水段采用边部弱冷制度,控制冷却水量保证连铸薄板坯入均热炉温度在900~1000℃;
4)连铸薄板坯均热
连铸薄板坯入均热炉后,在炉时间为20~40min,出钢温度为1180~1230℃;
5)除鳞
连铸薄板坯出均热炉进轧机之前进行高压水除鳞,控制除鳞水压力为280~320bar;
6)轧制
连铸薄板坯入轧机温度为1130~1170℃,精轧控制第一道次压下率、第二道次压下率及第三道次压下率均≥50%,且控制终轧温度为820~880℃;
7)冷却
轧制后钢卷采用前段快冷工艺,层流中间温度为680~720℃,卷取温度控制在560~620℃;
8)平整
钢卷进行平整,平整力为190~220吨。
2.根据权利要求1所述460MPa级具有良好的疲劳性能的热轧汽车结构钢板,其特征在于:所述步骤1)中,按所述成分及重量百分比混合均匀形成钢水,冶炼时采用深脱硫预处理-转炉炼钢-LF工艺。
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