CN109023110A - 采用短流程生产的500MPa级薄规格热轧汽车结构钢及方法 - Google Patents

采用短流程生产的500MPa级薄规格热轧汽车结构钢及方法 Download PDF

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Abstract

采用短流程生产的500MPa级薄规格热轧汽车结构钢，其组分及wt%为：C：0.040～0.070%，Si≤0.20%，Mn：1.0～1.25%，Ti：0.025～0.045%，Nb：0.025～0.055%，V≤0.015%，Als：0.020～0.060%，P≤0.020%，S≤0.008%，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500MPa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500MPa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90%以上，达到替代冷轧产品的目的。

Description

采用短流程生产的500MPa级薄规格热轧汽车结构钢及方法
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500MPa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500MPa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201710881208.2的中国发明专利公开了一种500MPa级具有良好焊接性能的热轧汽车结构钢板及制造方法。其组分及wt％：C：0.03～0.06％，Mn：1.0～1.3％，Nb：0.035～0.045％，Ti：0.035～0.045％，Si＜0.10％，S≤0.005％，P≤0.015％，N≤40ppm，Als：0.025～0.050％，余量为铁和不可避免的杂质。采用短流程工艺得到屈服强度≥500MPa、厚度规格为1.0～3.0mm的热轧产品，屈服强度和抗拉强度的波动范围控制在60MPa以内，碳当量w≤0.25％，具有优良的焊接性能。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500MPa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80％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90％以上的采用短流程生产的500MPa级薄规格热轧汽车结构钢及方法。
实现上述目的的措施：
用短流程生产的500MPa级薄规格热轧汽车结构钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.040～0.070％，Si≤0.20％，Mn：1.0～1.25％，Ti：0.025～0.045％，Nb：0.025～0.055％，V≤0.015％，Als：0.020～0.060％，P≤0.020％，S≤0.008％，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：0.050～0.065％，Si≤0.10％，Mn：1.0～1.18％，Ti：0.03～0.042％，Nb：0.03～0.04％，V≤0.015％，Als：0.020～0.050％，P≤0.016％，S≤0.006％，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500MPa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55～70mm；并控制拉速在3.5-6.0m/min；
2)对薄板坯进行均热，期间控制混合煤气热值在8000-8900KJ/Nm3，控制出炉温度在1200～1240℃，在炉时间不低于25min；
3)连续进行两次除鳞：控制两次除鳞时上集管喷嘴至薄板坯表面的距离均在50～60mm；
4)进行七道次精轧，控制终轧温度在860～900℃；精轧期间，按照以下方式操作：
A、控制F1～F4精轧机侧导板头部行程在正45～55mm，中部和尾部行程在正10～15mm；
B、调整精轧后段机架间张力参数：F4～F5机架间张力控制在12.48～14.48N/mm2，F5～F6机架间张力控制在14.4～19.4N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.32～22.32N/mm2；控制F7机架轧制压下率在7～9％；
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580～620℃，卷取夹送辊辊缝在原设定基础上再增加0.15～0.25mm；
卷取张力自F1机架抛钢后开始减小张力至F7抛钢时，逐步将卷取张力减到20～25N/mm2；
7)进行平整。
优选地：在精轧期间，机架间张力参数为F4～F5机架间张力控制在12.85～14.05N/mm2，F5～F6机架间张力控制在14.86～18.85N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.75～22.02N/mm2。
优选地：卷取张力在最后一道次F7抛钢时减到21.5～24.5N/mm2。
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﹑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0.040～0.070％。
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1.0～1.25％。
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0.025～0.045％。
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0.025～0.055％。
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含量限定在≤0.015％范围之内。
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0.020～0.060％。
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≤0.008％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％。
本发明之所以在对薄板坯进行均热期间，控制混合煤气热值在8000-8900KJ/Nm3。是由于混合煤气热值过低，均热炉升温速率太低，难以满足薄板坯出炉温度1200～1240℃的工艺要求；但混合煤气热值过高，均热炉升温速率太快，又会造成薄板坯内外温差大(表面温度高，芯部温度低)，影响薄板坯温度的均匀性，进而影响500MPa级薄规格热轧汽车结构钢的轧制稳定性。
本发明之所以控制两次除鳞时上集管喷嘴至薄板坯表面的距离均在50～60mm。是由于集管喷嘴到薄板坯表面的距离太小，会导致喷嘴喷射出的扇形面无法全覆盖整个薄板坯表面，造成局部未除鳞；集管喷嘴到薄板坯表面的距离太大，会减弱除鳞水对薄板坯表面的打击力，进而影响除鳞效果。
本发明之所以在精轧期间采取以下方式操作：
A、控制F1～F4精轧机侧导板头部行程在正45～55mm，中部和尾部行程在正10～15mm；
B、调整精轧后段机架间张力参数：F4～F5机架间张力控制在12.48～14.48N/mm2，F5～F6机架间张力控制在14.4～19.4N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.32～22.32N/mm2；控制F7机架轧制压下率在7～9％。
调整精轧后段机架间张力参数，F4～F5机架间张力控制在12.48～14.48N/mm2，F5～F6机架间张力控制在14.4～19.4N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.32～22.32N/mm2。优选地控制机架间张力参数为F4～F5机架间张力控制在12.85～14.05N/mm2，F5～F6机架间张力控制在14.86～18.85N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.75～22.02N/mm2，是由于机架间张力过大容易造成薄规格带钢断带(折叠后拉断)，机架间张力过小又会影响带钢的对中控制效果，是二者综合考虑基础上确定的，可有效解决500MPa级薄规格热轧汽车结构钢轧制过程中活套工作异常或失张的问题，使轧制更加稳定。
控制F7机架轧制压下率在7～9％。是由于压下率过小，弯辊力无法对轧制力的变化作出补偿，带钢容易产生双边浪形；压下率过大，也不利于板形控制，容易发生通板轧破甚至废钢事故。
本发明之所以在卷取阶段，采取将卷取夹送辊辊缝在原设定基础上再增加0.15～0.25mm，是由于薄规格带钢轧制时存在头部跑偏叠轧的问题，进而在卷取夹送辊前发生堆钢事故，增大卷取夹送辊辊缝设定值可确保500MPa级薄规格热轧汽车结构钢顺利通过夹送辊，避免发生堆钢事故。
本发明之所以在卷取阶段，采取将卷取张力自F1机架抛钢后开始减小张力至F7抛钢时，逐步将卷取张力减到20～25N/mm2，优选地卷取张力在F7抛钢时减到21.5～24.5N/mm2，是由于500MPa级薄规格热轧汽车结构钢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500MPa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500MPa级薄规格热轧汽车结构钢过程中板形、卷形不良，轧制过程不稳定等技术难题，实现了短流程轧制500MPa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90％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55～70mm；并控制拉速在3.5-6.0m/min；
2)对薄板坯进行均热，期间控制混合煤气热值在8000-8900KJ/Nm3，控制出炉温度在1200～1240℃，在炉时间不低于25min；
3)连续进行两次除鳞：控制两次除鳞时上集管喷嘴至薄板坯表面的距离均在50～60mm；
4)进行七道次精轧，控制终轧温度在860～900℃；精轧期间，按照以下方式操作：
A、控制F1～F4精轧机侧导板头部行程在正45～55mm，中部和尾部行程在正10～15mm；
B、调整精轧后段机架间张力参数：F4～F5机架间张力控制在12.48～14.48N/mm2，F5～F6机架间张力控制在14.4～19.4N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.32～22.32N/mm2；控制F7机架轧制压下率在7～9％；
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580～620℃，卷取夹送辊辊缝在原设定基础上再增加0.15～0.25mm；
卷取张力自F1机架抛钢后开始减小张力至F7抛钢时，逐步将卷取张力减到20～25N/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的主要工艺参数列表
续表2
表3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
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80％，并且对比例1的产品宽冷弯180°不合格。本发明短流程轧制500MPa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90％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＝1.5a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圆管、方管、座椅滑轨等。
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 (5)

1.用短流程生产的500MPa级薄规格热轧汽车结构钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.040～0.070%，Si≤0.20%，Mn：1.0～1.25%，Ti：0.025～0.045%，Nb：0.025～0.055%，V≤0.015%，Als：0.020～0.060%，P≤0.020%，S≤0.008%，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500MPa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：0.050～0.065%，Si≤0.10%，Mn：1.0～1.18%，Ti：0.03～0.042%，Nb：0.03～0.04%，V≤0.015%，Als：0.020～0.050%，P≤0.016%，S≤0.006%，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500MPa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55~70mm；并控制拉速在3.5-6.0m/min；
2）对薄板坯进行均热，期间控制混合煤气热值在8000-8900KJ/Nm3，控制出炉温度在1200~1240℃，在炉时间不低于25min；
3）连续进行两次除鳞：控制两次除鳞时上集管喷嘴至薄板坯表面的距离均在50~60mm；
4）进行七道次精轧，控制终轧温度在860~900℃；精轧期间，按照以下方式操作：
A、控制F1~F4精轧机侧导板头部行程在正45~55mm，中部和尾部行程在正10~15mm；
B、调整精轧后段机架间张力参数：F4~F5机架间张力控制在12.48~14.48N/mm2，F5~F6机架间张力控制在14.4~19.4N/mm2，F6~F7机架间张力控制在16.32~22.32N/mm2；控制F7机架轧制压下率在7~9％；
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580~620℃，卷取夹送辊辊缝在原设定基础上再增加0.15~0.25mm；
卷取张力自F1机架抛钢后开始减小张力至F7抛钢时，逐步将卷取张力减到20~25N/mm2；
7）进行平整。
4.如权利要求3所述的采用短流程生产的500MPa级薄规格热轧汽车结构钢的方法，其特征在于：在精轧期间，机架间张力参数为F4~F5机架间张力控制在12.85~14.05N/mm2，F5~F6机架间张力控制在14.86~18.85N/mm2，F6~F7机架间张力控制在16.75~22.02N/mm2。
5.如权利要求3所述的采用短流程生产的500MPa级薄规格热轧汽车结构钢的方法，其特征在于：卷取张力在F7机架抛钢时减到21.5~24.5N/mm2。
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