CN109023109A - 采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢及方法 - Google Patents
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Abstract
采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢,其组分及wt%为:C:0.050~0.080%,Si:≤0.20%,Mn:1.40~1.70%,Ti:0.11~0.15%,Mo:0.15~0.19%,Nb:0.025~0.050%,V:0.015~0.045%,Als:0.015~0.050%,P:≤0.020%,S:≤0.006%,N:≤0.006%;生产方法:经常规冶炼后连铸成薄板坯;对薄板坯均热;两道次除鳞;七道次精轧;层流冷却至卷取温度;卷取;平整。本发明解决了短流程轧制700MPa级薄规格热轧汽车结构钢过程中板形、卷形不良,轧制过程不稳定等不足,实现了短流程轧制700MPa级薄规格热轧汽车结构钢的高稳定性规模化生产,使板形及卷形优良,轧制过程稳定,原品种成材率提高至92%以上,达到替代冷轧产品的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车用钢及生产方法,确切地属于700MPa级薄规格热轧汽车结构钢及方法,具体为采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢及方法。
背景技术
随着能源的日益枯竭及生态环境的恶化,汽车的轻量化越来越受到关注。使用高强度、薄规格汽车用钢是实现汽车减重节能、提高安全性的有效手段。传统的汽车结构钢,特别是厚度2.0mm以下产品均采用热轧+冷轧的制造工艺,工艺流程长、能耗和制造成本高。随着钢铁工业的发展,短流程工艺取得了长足进步,采用短流程工艺可以直接轧制生产最薄1.0mm厚度规格的热轧产品,用于替代同等强度和同等厚度的冷轧产品,实现“以热代冷”。可大幅度缩短制造流程,节能减排效果显著,符合钢铁工业简约高效、绿色生态的发展方向。
经检索,申请号为200910038833.6的中国发明专利公开了一种700MPa级Ti微合金化超细晶钢及其生产方法。其组分及wt%:C:0.03~0.07%,Si<0.30%,Mn:1.00~2.10%,P≤0.02%,S≤0.008%,Ti:0.10~0.14%,余量为铁和不可避免的杂质。采用连铸连轧工艺得到屈服强度≥700MPa、厚度规格为3.0~6.0mm的高强钢产品,该发明高强钢的强度来源主要来自超细晶强化,因此强度和韧性匹配更合理,综合性能优良。申请号为201510419118.2的中国发明专利公开了一种基于CSP产线具有良好成形性能的经济型高强钢及其制造方法。其组分及wt%:C:0.04~0.07%,Si:0.10~0.30%,Mn:1.20~1.50%,P≤0.015%,S≤0.004%,Ti:0.13~0.18%,Als:0.02~0.04%,N≤0.004%,O≤0.002%,其它为Fe及不可避免的夹杂元素。基于CSP工艺得到抗拉强度≥700MPa、厚度规格为2.0~4.0mm的高强钢产品,可进行辊压和冲压加工,成形性能良好。
上述发明专利主要针对产品的力学性能以及应用性能,对于产品在生产过程中的控制涉及较少,实际上采用短流程工艺生产1.0~4.0mm薄规格汽车结构钢过程中存在轧制速度和轧制负荷接近设备极限,板形、卷形控制难度大,轧制过程不稳定等行业性技术难题,造成废钢和表面质量改判,给企业带来重大的经济损失。因此,实现高强度、薄规格热轧汽车结构用钢的批量、稳定轧制是本领域亟待解决的技术难点之一。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的短流程轧制700MPa级薄规格热轧汽车结构钢过程中存在板形、卷形不良,轧制过程不稳定,导致原品种成材率不超过83%的不足,提供一种板形及卷形优良,轧制过程稳定,使原品种成材率提高至92%以上的采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢及方法。
实现上述目的的措施:
采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢,其组分及重量百分比含量为:C:0.050~0.080%,Si:≤0.20%,Mn:1.40~1.70%,Ti:0.11~0.15%,Mo:0.15~0.19%,Nb:0.025~0.050%,V:0.015~0.045%,Als:0.015~0.050%,P:≤0.020%,S:≤0.006%,N:≤0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地:其组分及重量百分比含量如下:C:0.050~0.070%,Si:≤0.15%,Mn:1.50~1.60%,Ti:0.12~0.14%,Mo:0.16~0.18%,Nb:0.025~0.040%,V:0.020~0.035%,Als:0.015~0.040%,P:≤0.012%,S:≤0.004%,N:≤0.005%,其余为Fe及不可避免的杂质。
生产采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢的方法,其步骤:
1)经常规冶炼后连铸成坯,其铸坯厚度控制在52~70mm;并控制拉速在3.5-4.8m/min;
且在正常浇铸时,中包吨位控制不低于35t;在异钢种连浇时,控制中包吨位不低于25t;
2)对薄板坯进行均热,控制出炉温度在1210~1250℃,在炉时间不低于35min;
3)连续进行两次除鳞:控制二次除鳞时上集管喷嘴至薄板坯表面的距离均在50~65mm;
4)进行七道次精轧,控制终轧温度在870~910℃;控制F7机架轧制压下率在9~11%;精轧期间,按照以下方式操作:
A、调节F1~F4机架辊缝冷却水量:其上喷水量按照额定水量的88~92%控制,下喷水量按照额定水量的112~108%,上、下总水量保持额定量不变;
B、调整F1~F6机架活套控制器参数:比例增益系数控制在0.18~0.24,积分增益系数控制在0.11~0.18,微分增益系数保持不变;
C、调整精轧各侧导板中心与轧制中心线的偏差,控制其偏差不超过5mm;
5)层流冷却至卷取温度,其采用隔一根集管开一根集管的方式进行稀疏上喷冷却;控制层流各侧喷嘴在带钢头部运行超过3米后再开启进行喷流冷却;
6)进行卷取,控制卷取温度在600~640℃;卷取张力自F1机架抛钢后开始减小至F7抛钢时,逐步将卷取张力减到30~35N/mm2;
7)进行平整。
优选地:在精轧期间,F1~F6机架活套控制器参数为比例增益系数控制在0.20~0.22,积分增益系数控制在0.13~0.16,微分增益系数保持不变。
本发明中各元素及主要工序的作用及机理:
C:是提高钢强度最经济有效的元素,C含量过高会恶化钢的焊接性能,但C含量也不宜过低,应足以与微合金元素Ti﹑Mo﹑Nb﹑V结合形成纳米级析出物,起到析出强化的作用,本发明C含量设计为0.050~0.080%。
Si:有利于提高钢的强度、屈服点,同时也是影响热轧带钢表面质量的重要元素,Si含量过高易造成氧化铁皮缺陷,恶化热轧带钢的表面质量,为保证带钢良好的表面质量,本发明将Si含量限定在≤0.20%范围之内。
Mn:是钢中重要的强韧化元素,但含量过高会降低焊接性能,本发明中Mn含量过高,薄板坯连铸过程中容易产生裂纹缺陷,设计为1.40~1.70%。
Ti:是成本最低廉的微合金元素,既能降低成本又能达到好的强化效果,其强化机理主要是细晶强化和析出强化,但Ti元素易氧化,在薄板坯连铸过程中会因为保护渣的变性而产生漏钢,本发明Ti含量设计为0.11~0.15%。
Mo:Mo能增加淬透性,提高钢的强度,但过高的Mo会使钢的低温韧性显著恶化,过量的Mo还会在焊接时形成马氏体,导致焊接接头脆性的增加,本发明Mo含量设计为0.15~0.19%。
Nb:是强碳﹑氮化物形成元素,能细化晶粒,提高钢的强度和韧性,但Nb含量过高容易形成混晶组织,本发明Nb含量设计为0.025~0.050%。
V:是强碳﹑氮化物形成元素,钢中微量V可提高钢的强度和韧性,在冷却过程中,可起到析出强化的作用,本发明V含量设计为0.015~0.045%。
Als:Als含量与O存在平衡,按照夹杂物实际控制情况,本发明控制Als含量为0.015~0.050%。
P:会恶化钢的韧性和塑性,特别是剧烈的降低钢的低温冲击韧性,本发明P含量限定在≤0.020%范围之内。
S:为有害元素,与Ti结合生成Ti2S4C4,消耗Ti含量,影响Ti的析出强化效果,本发明S含量限定在≤0.006%范围之内。
N:在钢液和钢液凝固冷却过程中易与Ti生成TiN夹杂,从而减少在随后轧制和冷却过程中TiC的析出量,从而影响钢板最终的力学性能,本发明N含量设计为≤0.006%。
本发明之所以在精轧阶段调节F1~F4机架辊缝冷却水量,即其上喷水量按照额定水量的88~92%控制,下喷水量按照额定水量的112~108%,是由于水在带钢上表面滞留时间长,导致带钢上下表面冷却不均匀,下表面温度更高,避免由于带钢上下表面温差大而在后段机架造成上下表面延伸不一致,在轧制时延伸量更大,即带钢上下表面产生非对称咬入,进而发生翘头(这种现象开始于前段机架,但在后段机架才真正表现出来,故穿带翘头多发生在F6和F7机架),所以使上喷水量减小下喷水量增大,总水量保持不变。
本发明之所以在精轧阶段调整F1~F6机架活套控制器参数:比例增益系数控制在0.18~0.24,积分增益系数控制在0.11~0.18,微分增益系数保持不变;优选地F1~F6机架活套控制器参数为比例增益系数控制在0.20~0.22,积分增益系数控制在0.13~0.16,微分增益系数保持不变,是由于机架间张力的控制要求活套具有较高的动态响应,以平衡经常出现的秒流量扰动,但活套动态调节剧烈又会影响轧制稳定性,是二者综合考虑基础上确定的,可有效解决轧制过程中活套工作异常或失张的问题。比例增益系数越大控制作用越强,动作过程越快;积分增益系数越大,静态误差越小,保证活套平稳上抬。
本发明之所以在精轧阶段控制精轧各侧导板中心与轧制中心线的偏差不大于5mm,在于以提高侧导板对中精度,最大限度发挥精轧侧导板对带钢的纠偏作用,降低在轧制过程中抛钢甩尾的概率。这种偏差较小时基本不影响正常生产,但偏差较大时,会造成带钢偏离轧制中心线,进而发生抛钢甩尾事故。对于薄规格带钢的轧制,各侧导板在各自开度下两侧对称且之间相互中心对齐是必备的条件,否则会影响侧导板对带钢的纠偏作用。相比之下,前段机架(F1~F3机架)侧导板的对中更重要,对中的任何小误差,都将演变成最后机架调平的大问题。此外,前段机架带钢较厚,更容易被侧导板引导对中,纠偏效果更好。
本发明之所以将卷取张力卷取张力自F1机架抛钢后开始减小至F7抛钢时,逐步将卷取张力减到30~35N/mm2,是由于在钢板卷取过程中尾部张力过大,容易产生溢出边,尾部张力过小又会造成松卷,是综合考虑基础上确定的,可有效解决700MPa级薄规格热轧汽车结构钢卷取过程中卷形不良问题。
与现有技术相比,本发明解决了短流程轧制700MPa级薄规格热轧汽车结构钢过程中板形、卷形不良,轧制过程不稳定,导致原品种成材率尽在83%等不足,实现了短流程轧制700MPa级薄规格热轧汽车结构钢的高质量、高稳定性规模化生产,使板形及卷形优良,轧制过程稳定,原品种成材率提高至92%以上,达到批量替代冷轧产品的目的,满足钢铁制造绿色化和汽车行业轻量化的需求。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述:
表1为本发明各实施例及对比例的化学成分列表;
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表;
表3为本发明各实施例及对比例的力学性能检测及质量情况列表。
本发明各实施例均按照以下步骤进行生产:
1)经常规冶炼后连铸成坯,其铸坯厚度控制在52~70mm;并控制拉速在3.5-4.8m/min;且在正常浇铸时,中包吨位控制不低于35t;在异钢种连浇时,控制中包吨位不低于25t;
2)对薄板坯进行均热,控制出炉温度在1210~1250℃,在炉时间不低于35min;
3)连续进行两次除鳞:控制二次除鳞时上集管喷嘴至薄板坯表面的距离均在50~65mm;
4)进行七道次精轧,控制终轧温度在870~910℃;控制F7机架轧制压下率在9~11%;精轧期间,按照以下方式操作:
A、调节F1~F4机架辊缝冷却水量:其上喷水量按照额定水量的88~92%控制,下喷水量按照额定水量的112~108%,上、下总水量保持额定量不变;
B、调整F1~F6机架活套控制器参数:比例增益系数控制在0.18~0.24,积分增益系数控制在0.11~0.18,微分增益系数保持不变;
C、调整精轧各侧导板中心与轧制中心线的偏差,控制其偏差不超过5mm;
5)层流冷却至卷取温度,其采用隔一根集管开一根集管的方式进行稀疏上喷冷却;控制层流各侧喷嘴在带钢头部运行超过3米后再开启进行喷流冷却;
6)进行卷取,控制卷取温度在600~640℃;卷取张力自F1机架抛钢后开始减小至F7抛钢时,逐步将卷取张力减到30~35N/mm2;
7)进行平整。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt.%)
表2本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表
续表2
表3本发明各实施例及对比例力学性能检测及质量情况列表
从表3可以看出,对比例1和2的产品板形和卷形不良,存在浪形和扁卷,原品种成材率不超过83%,并且产品宽冷弯180°不合格。本发明短流程轧制700MPa级薄规格热轧汽车结构钢,厚度规格为1.0~4.0mm,且轧制过程稳定,不容易出现穿带翘头、抛钢甩尾的现象。原品种成材率均在92%以上。产品具有强度高、规格薄、板形和卷形优良的特点,成形性能与同级别冷轧产品相当,弯径d=2a时,宽冷弯180°合格,达到批量替代冷轧产品的目的。在汽车结构用钢中可用于制造立柱(方管)、小横梁和边梁等。
本具体实施方式仅为最佳例举,并非对本发明技术方案的限制性实施。
Claims (4)
1.采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢,其组分及重量百分比含量为:C:0.050~0.080%,Si:≤0.20%,Mn:1.40~1.70%,Ti:0.11~0.15%,Mo:0.15~0.19%,Nb:0.025~0.050%,V:0.015~0.045%,Als:0.015~0.050%,P:≤0.020%,S:≤0.006%,N:≤0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢,其特征在于:其组分及重量百分比含量如下:C:0.050~0.070%,Si:≤0.15%,Mn:1.50~1.60%,Ti:0.12~0.14%,Mo:0.16~0.18%,Nb:0.025~0.040%,V:0.020~0.035%,Als:0.015~0.040%,P:≤0.012%,S:≤0.004%,N:≤0.005%,其余为Fe及不可避免的杂质。
3.生产如权利要求1所述的采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢的方法,其步骤:
1)经常规冶炼后连铸成坯,其铸坯厚度控制在52~70mm;并控制拉速在3.5-4.8m/min;且在正常浇铸时,中包吨位控制不低于35t;在异钢种连浇时,控制中包吨位不低于25t;
2)对薄板坯进行均热,控制出炉温度在1210~1250℃,在炉时间不低于35min;
3)连续进行两次除鳞:控制二次除鳞时上集管喷嘴至薄板坯表面的距离均在50~65mm;
4)进行七道次精轧,控制终轧温度在870~910℃;控制F7机架轧制压下率在9~11%;精轧期间,按照以下方式操作:
A、调节F1~F4机架辊缝冷却水量:其上喷水量按照额定水量的88~92%控制,下喷水量按照额定水量的112~108%,上、下总水量保持额定量不变;
B、调整F1~F6机架活套控制器参数:比例增益系数控制在0.18~0.24,积分增益系数控制在0.11~0.18,微分增益系数保持不变;
C、调整精轧各侧导板中心与轧制中心线的偏差,控制其偏差不超过5mm;
5)层流冷却至卷取温度,其采用隔一根集管开一根集管的方式进行稀疏上喷冷却;控制层流各侧喷嘴在带钢头部运行超过3米后再开启进行喷流冷却;
6)进行卷取,控制卷取温度在600~640℃;卷取张力自F1机架抛钢后开始减小至F7抛钢时,逐步将卷取张力减到30~35N/mm2;
7)进行平整。
4.如权利要求3所述的采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢的方法,其特征在于:在精轧期间,F1~F6机架活套控制器参数为比例增益系数控制在0.20~0.22,积分增益系数控制在0.13~0.16,微分增益系数保持不变。
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