CN108315639A - 一种高韧性600MPa级汽车大梁钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种高韧性600MPa级汽车大梁钢及其生产方法，属于钢铁生产技术领域。所述大梁钢的化学成分组成及重量百分含量为：C：0.035～0.055%，Si:0.10～0.20%，Mn：1.50～1.70%，P≤0.015%，S≤0.006%，Als：0.015～0.060%，Nb：0.050～0.070%，Ti：0.030～0.045%，N≤0.0050%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述生产方法包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序；所述控制轧制工序，包括粗轧轧制、精轧轧制。本发明所得大梁钢强度高，减重可达10～25%；成型性好，适用于多种工艺；低温韧性好，适用于寒冷地区。

Description

一种高韧性600MPa级汽车大梁钢及其生产方法
技术领域
本发明属于钢铁生产技术领域，具体涉及一种高韧性600MPa级汽车大梁钢及其生产方法。
背景技术
汽车大梁钢主要用于制造汽车的横梁和纵梁，是汽车结构配件中质量要求最为严格的材料之一。大梁的质量影响整车的使用寿命与行车安全，因此汽车大梁钢必须具备良好的综合性能。
进入21世纪以来，经济的高速增长，加速了汽车工业的发展，汽车用钢量也在不断增加。 随着汽车用户出于汽车工作环境温度变化大等原因，要求汽车大梁耐低温冲击、降低构件自重、减少钢材用量，同时又要求降低生产成本等，耐低温冲击高韧性、高强度的汽车大梁钢已成为发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性600MPa级汽车大梁钢，同时还提供了一种高韧性600MPa级汽车大梁钢的生产方法。
本发明提供的技术方案为：
一种高韧性600MPa级汽车大梁钢，其化学成分组成及重量百分为：C：0.035～0.055%，Si:0.10～0.20%，Mn：1.50～1.70%，P≤0.015%，S≤0.006%，Als：0.015～0.060%，Nb：0.050～0.070%，Ti：0.030～0.0.045%，N≤0.0050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述汽车大梁钢金相组织为铁素体+珠光体，其中珠光体含量＜5%；晶粒度≥12级。
本发明所述汽车大梁钢抗拉强度600～700MPa，屈服强度≥500MPa，伸长率≥20%，-40℃低温冲击≥47J。
本发明还提供一种上述高韧性600MPa级汽车大梁钢的生产方法，所述生产方法包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序；所述控制轧制工序，包括粗轧轧制、精轧轧制。
本发明方法所述冶炼连铸工序，铁水经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸形成连铸坯，所述连铸坯化学成分及重量百分含量为：C：0.035～0.055%，Si:0.10～0.20%，Mn：1.50～1.70%，P≤0.015%，S≤0.006%，Als：0.015～0.060%，Nb：0.050～0.070%，Ti：0.030～0.045%，N≤0.0050%，余量为Fe及不可避免杂质。
本发明方法所述板坯加热工序，板坯在炉内的加热时间≥7min/cm，板坯出炉温度1200～1240℃，加热炉二加热段炉气温度1240～1280℃，均热段炉气温度1220～1260℃，均热段炉气温度与二加热段炉气温度差≤20℃。
本发明方法所述控制轧制工序，精轧末道次压下量≥12%，未再结晶区域累计变形≥60%；精轧出口温度为830～870℃。
本发明方法所述控制冷却工序，采用前段集中冷却，层流冷却速度≥20℃/S，卷取温度560～620℃。
本发明详细说明各合金元素的作用及机理：
C：0.035～0.055%，碳在材料中为间隙溶质原子，含量增加，高阶能下降，对韧脆转变温度有不利的影响，较低的碳含量可以和Ti、Nb、V形成强碳化物，实现晶粒细化和析出强化，通过铌、钛元素固定碳元素,可实现珠光体含量＜5%,可使钢具有良好的焊接性和冷成形性，而钢强度的不足可通过微合金化和控轧控冷工艺来弥补。
Mn：1.50～1.70%，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中一般都含有一定量的锰，它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。 锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。锰在钢中由于降低临界转变温度。起到细化珠光体的作用。也间接地起到提高珠光体钢强度的作用；锰稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，也强烈增加钢的淬透性。基于此确定元素Mn的含量。
Nb：0.050～0.070%，Nb强C、N化物的形成元素，它能够在析出之前显著的延迟热轧过程中奥氏体再结晶，并且在相变中能产生非常明显的晶粒细化作用，Nb的细化晶粒和析出强化作用对提高材料的强韧性贡献是非常显著的。此外，Nb溶解在固溶体奥氏体中降低转变温度，更进一步加强了晶粒细化作用，在弥补降低C含量造成的强度损失的同时，提高了钢的强度。
Ti：0.030～0.045%，Ti在钢中除了和C、N结合形成Ti(CN)化物细化铁素体晶粒以达到强韧目的外，Ti也与钢中的0、S有着极强的亲和力，可改善硫化物的形态，显著提高钢的韧性，改善焊接热影响区性能和疲劳性能，同时对材料焊接时，可明显改善热影响区的性能。
Al：0.015～0.060%，Al是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。但Al超过一定量时将影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
P≤0.015，磷在钢中是一种易偏析元素，尤其是当P>0.015％时，磷的偏析急剧增加，同时，磷还恶化焊接性能，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的脆性转变温度，使钢发生冷脆。对于应严格控制钢中的磷含量。为保证良好的韧性及焊接性能，P一般须控制在0.015％以下。
S≤0.006，硫是钢中最为有害的元素之一，随着钢中硫含量的增加，裂纹敏感率显著增加。硫还影响钢的冲击韧性，硫含量升高，冲击韧性值急剧下降。另外，硫还导致钢各向异性，在横向和厚度方向上韧性恶化。在本钢种生产中，S的含量一般不高于0.006％。
N≤0.005%，氮是间隙固溶元素，容易和钛元素结合，生成氮化钛，氮化钛颗粒较大，严重恶化钢的韧性。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所生产的汽车大梁钢强度高，在车架设计减重效果可达10%～25%；成型性好，适用于冲压、焊接、辊压、折弯等工艺；低温韧性好，适用于寒冷地区的运输。
本发明所得汽车大梁钢抗拉强度600～700MPa，屈服强度≥500MPa，伸长率≥20%，-40℃低温冲击≥47J，晶粒度≥12级。
附图说明
图1为本发明实施例1 中600MPa级汽车大梁钢显微组织结构图；
图2为本发明实施例2 中600MPa级汽车大梁钢显微组织结构图；
图3为本发明实施例3 中600MPa级汽车大梁钢显微组织结构图；
图4为本发明实施例4 中600MPa级汽车大梁钢显微组织结构图；
图5为本发明实施例5 中600MPa级汽车大梁钢显微组织结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的厚度规格为7.9mm，其化学成分及质量百分含量为：C：0.045%，Si：0.12%，Mn：1.62%，P：0.008%，S：0.005%，Als：0.026%，Nb：0.059%，Ti：0.030%，N：0.0045%，余量为Fe及不可避免杂质。组织为铁素体+珠光体，铁素体约占96%，珠光体占4%，晶粒度12级。
其生产工艺包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序。各工序具体步骤如下所述：
1）冶炼连铸工序：经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸形成连铸坯；
2）板坯加热工序：板坯在加热炉内的加热时间8min/cm，为保证微合金元素充分固溶，板坯出炉温度1220℃，为避免微合金元素在均热段脱溶，加热炉二加热段炉气温度1250℃，均热段炉气温度1237℃；
3）控制轧制工序：包括粗轧轧制、精轧轧制；精轧末道次压下量12.5%，未再结晶区累计变形60%；精轧出口温度为830℃；
4）控制冷却工序：采用前段集中冷却，层流冷却速度20℃/S，卷取温度580℃。
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的显微组织结构图见图1，力学性能见表1。
实施例2
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的厚度规格为7.9mm，其化学成分及质量百分含量为：C：0.055%，Si：0.15%，Mn：1.55%，P：0.010%，S：0.006%，Als：0.020%，Nb：0.050%，Ti：0.045%，N：0.0048%，余量为Fe及不可避免杂质。组织为铁素体+珠光体，铁素体约占96%，珠光体占4%，晶粒度12级。
其生产工艺包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序。各工序具体步骤如下所述：
1）冶炼连铸工序：经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸形成连铸坯；
2）板坯加热工序：板坯在加热炉内的加热时间7min/cm为保证微合金元素充分固溶，板坯出炉温度1220℃，为避免微合金元素在均热段脱溶，加热炉二加热段炉气温度1270℃，均热段炉气温度1250℃；
3）控制轧制工序：包括粗轧轧制、精轧轧制；精轧末道次压下量13%，未再结晶区域累计变形65%；精轧出口温度为840℃；
4）控制冷却工序：采用前段集中冷却，层流冷却速度25℃/S，卷取温度600℃。
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的显微组织结构图见图2，力学性能见表1。
实施例3
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的厚度规格为7.8mm，其化学成分及质量百分含量为：C：0.035%，Si：0.15%，Mn：1.70%，P：0.015%，S：0.002%，Als：0.041%，Nb：0.065%，Ti：0.041%，N：0.0029%，余量为Fe及不可避免杂质。组织为铁素体+珠光体，铁素体约占97%，珠光体占3%，晶粒度12级。
其生产工艺包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序。各工序具体步骤如下所述：
1）冶炼连铸工序：经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸形成连铸坯；
2）板坯加热工序：板坯在加热炉内的加热时间8.2min/cm，为保证微合金元素充分固溶，板坯出炉温度1240℃，为避免微合金元素在均热段脱溶，加热炉二加热段炉气温度1260℃，均热段炉气温度1245℃；
3）控制轧制工序：包括粗轧轧制、精轧轧制；精轧末道次压下量13%，未再结晶区域累计变形75%；精轧出口温度为870℃；
4）控制冷却工序：采用前段集中冷却，层流冷却速度25℃/S，卷取温度560℃。
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的显微组织结构图见图3，力学性能见表1。
实施例4
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的厚度规格为7.0mm，其化学成分及质量百分含量为：C：0.045%，Si：0.10%，Mn：1.70%，P：0.014%，S：0.004%，Als：0.035%，Nb：0.061%，Ti：0.041%，N：0.0040%，余量为Fe及不可避免杂质。组织为铁素体+珠光体，铁素体约占97%，珠光体占3%，晶粒度12级。
其生产工艺包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序。各工序具体步骤如下所述：
1）冶炼连铸工序：经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸形成连铸坯；
2）板坯加热工序：板坯在加热炉内的加热时间7.5min/cm，为保证微合金元素充分固溶，板坯出炉温度1240℃，为避免微合金元素在均热段脱溶，加热炉二加热段炉气温度1240℃，均热段炉气温度1220℃；
3）控制轧制工序：包括粗轧轧制、精轧轧制；精轧末道次压下量12.1%，未再结晶区域累计变形61%；精轧出口温度为860℃；
4）控制冷却工序：采用前段集中冷却，层流冷却速度23℃/S，卷取温度580℃。
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的显微组织结构图见图4，力学性能见表1。
实施例5
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的厚度规格为7.0mm，其化学成分及质量百分含量为：C：0.035%，Si：0.15%，Mn：1.65%，P：0.013%，S：0.004%，Als：0.045%，Nb：0.057%，Ti：0.045%，N：0.0042%，余量为Fe及不可避免杂质。组织为铁素体+珠光体，铁素体约占96%，珠光体占4%，晶粒度12级。
其生产工艺包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序。各工序具体步骤如下所述：
1）冶炼连铸工序：经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸形成连铸坯；
2）板坯加热工序：板坯在加热炉内的加热时间7.8min/cm，为保证微合金元素充分固溶，板坯出炉温度1230℃，为避免微合金元素在均热段脱溶，加热炉二加热段炉气温度1280℃，均热段炉气温度1260℃；
3）控制轧制工序：包括粗轧轧制、精轧轧制；精轧末道次压下量13%，未再结晶区域累计变形70%；精轧出口温度为850℃；
4）控制冷却工序：采用前段集中冷却，层流冷却速度20℃/S，卷取温度570℃。
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的显微组织结构图见图5，力学性能见表1。
实施例6
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的厚度规格为7.8mm，其化学成分及质量百分含量为：C：0.053%，Si：0.20%，Mn：1.58%，P：0.015%，S：0.006%，Als：0.055%，Nb：0.053%，Ti：0.035%，N：0.0015%，余量为Fe及不可避免杂质。组织为铁素体+珠光体，铁素体约占96%，珠光体占4%，晶粒度12级。
其生产工艺包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序。各工序具体步骤如下所述：
1）冶炼连铸工序：经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸形成连铸坯；
2）板坯加热工序：板坯在加热炉内的加热时间7.5min/cm，为保证微合金元素充分固溶，板坯出炉温度1225℃，为避免微合金元素在均热段脱溶，加热炉二加热段炉气温度1275℃，均热段炉气温度1257℃；
3）控制轧制工序：包括粗轧轧制、精轧轧制；精轧末道次压下量12.8%，未再结晶区域累计变形63%；精轧出口温度为865℃；
4）控制冷却工序：采用前段集中冷却，层流冷却速度22℃/S，卷取温度620℃。
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的力学性能见表1。
实施例7
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的厚度规格为6.9mm，其化学成分及质量百分含量为：C：0.040%，Si：0.18%，Mn：1.50%，P：0.005%，S：0.005%，Als：0.015%，Nb：0.068%，Ti：0.043%，N：0.0020%，余量为Fe及不可避免杂质。组织为铁素体+珠光体，铁素体约占96%，珠光体占4%，晶粒度12.5级。
其生产工艺包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序。各工序具体步骤如下所述：
1）冶炼连铸工序：经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸形成连铸坯；
2）板坯加热工序：板坯在加热炉内的加热时间8min/cm，为保证微合金元素充分固溶，板坯出炉温度1235℃，为避免微合金元素在均热段脱溶，加热炉二加热段炉气温度1240℃，均热段炉气温度1230℃；
3）控制轧制工序：包括粗轧轧制、精轧轧制；精轧末道次压下量12%，未再结晶区域累计变形72%；精轧出口温度为835℃；
4）控制冷却工序：采用前段集中冷却，层流冷却速度30℃/S，卷取温度615℃。
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的力学性能见表1。
实施例8
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的厚度规格为6.9mm，其化学成分及质量百分含量为：C：0.050%，Si：0.17%，Mn：1.68%，P：0.003%，S：0.003%，Als：0.060%，Nb：0.070%，Ti：0.038%，N：0.0010%，余量为Fe及不可避免杂质。组织为铁素体+珠光体，铁素体约占96%，珠光体占4%，晶粒度12.5级。
其生产工艺包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序。各工序具体步骤如下所述：
1）冶炼连铸工序：经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸形成连铸坯；
2）板坯加热工序：板坯在加热炉内的加热时间7min/cm，为保证微合金元素充分固溶，板坯出炉温度1235℃，为避免微合金元素在均热段脱溶，加热炉二加热段炉气温度1245℃，均热段炉气温度1225℃；
3）控制轧制工序：包括粗轧轧制、精轧轧制；精轧末道次压下量12.3%，未再结晶区域累计变形68%；精轧出口温度为845℃；
4）控制冷却工序：采用前段集中冷却，层流冷却速度28℃/S，卷取温度600℃。
本实施例高韧性600MPa级汽车大梁钢的力学性能见表1。
表1. 实施例1-8高韧性600MPa级汽车大梁钢的力学性能

Claims (9)

1.一种高韧性600MPa级汽车大梁钢，其特征在于：其化学成分组成及重量百分含量为：C：0.035～0.055%，Si:0.10～0.20%，Mn：1.50～1.70%，P≤0.015%，S≤0.006%，Als：0.015～0.060%，Nb：0.050～0.070%，Ti：0.030～0.045%，N≤0.0050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性600MPa级汽车大梁钢，其特征在于：所述汽车大梁钢金相组织为铁素体+珠光体，其中珠光体含量＜5%；晶粒度≥12级。
3.根据权利要求2所述的一种高韧性600MPa级汽车大梁钢，其特征在于：所述汽车大梁钢抗拉强度600～700MPa，屈服强度≥500MPa，伸长率≥20%，-40℃低温冲击≥47J。
4.如权利要求1-3任意一项所述的一种高韧性600MPa级汽车大梁钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括冶炼连铸、板坯加热、高压水除鳞、控制轧制、控轧冷却、卷取工序；所述控制轧制工序，包括粗轧轧制、精轧轧制。
5.根据权利要求4所述的一种高韧性600MPa级汽车大梁钢的生产方法，其特征在于，所述冶炼连铸工序，铁水经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸形成连铸坯，所述连铸坯化学成分及重量百分含量为：C：0.035～0.055%，Si:0.10～0.20%，Mn：1.50～1.70%，P≤0.015%，S≤0.006%，Als：0.015～0.060%，Nb：0.050～0.070%，Ti：0.030～0.045%，N≤0.0050%，余量为Fe及不可避免杂质。
6.根据权利要求5所述的一种高韧性600MPa级汽车大梁钢的生产方法，其特征在于，所述板坯加热工序，板坯在炉内的加热时间≥7min/cm，板坯出炉温度1200～1240℃。
7.根据权利要求6所述的一种高韧性600MPa级汽车大梁钢的生产方法，其特征在于，所述板坯加热工序，加热炉二加热段炉气温度1240～1280℃，均热段炉气温度1220～1260℃，均热段炉气温度与二加热段炉气温度差≤20℃。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的一种高韧性600MPa级汽车大梁钢的生产方法，其特征在于，所述控制轧制工序，精轧末道次压下量≥12%，未再结晶区域累计变形≥60%；精轧出口温度为830～870℃。
9.根据权利要求4-6任意一项所述的一种高韧性600MPa级汽车大梁钢的生产方法，其特征在于，所述控制冷却工序，采用前段集中冷却，层流冷却速度≥20℃/S，卷取温度560～620℃。
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