CN109266961A - 采用短流程生产的600MPa级薄规格热轧汽车结构钢及方法 - Google Patents

采用短流程生产的600MPa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600MPa级薄规格热轧汽车结构钢，其组分及wt%为：C：0.045～0.075%，Si≤0.20%，Mn：1.00～1.25%，Ti：0.11～0.14%，Nb≤0.015%，V≤0.015%，Als：0.015～0.050%，P≤0.018%，S≤0.005%，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600MPa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600MPa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93%以上，达到替代冷轧产品的目的。

Description

采用短流程生产的600MPa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600MPa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600MPa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600MPa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85％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93％以上的采用短流程生产的600MPa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600MPa级薄规格热轧汽车结构钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.045～0.075％，Si≤0.20％，Mn：1.00～1.25％，Ti：0.11～0.14％，Nb≤0.015％，V≤0.015％，Als：0.015～0.050％，P≤0.018％，S≤0.005％，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：0.045～0.065％，Si≤0.10％，Mn：1.00～1.20％，Ti：0.11～0.13％，Nb≤0.015％，V≤0.015％，Als：0.015～0.040％，P≤0.015％，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600MPa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；浇铸过程中：降拉速按0.4m/min、升拉速按0.1m/min进行控制；
2)对薄板坯进行均热，控制出炉温度在1180～1220℃，在炉时间不低于30min；
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50～60mm；
4)进行七道次精轧，控制终轧温度在880～920℃；精轧期间，按照以下方式操作：
A、调整精轧后段机架间张力参数：F4～F5机架间张力控制在13.44～16.44N/mm2，F5～F6机架间张力控制在15.36～20.36N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.32～23.32N/mm2；
控制F7机架轧制压下率在8～10％；当带钢尾部到达F7机架时，将其带钢运行速度控制在6～9.8m/s；
B、调整F1～F4机架防剥落水：F1～F4机架防剥落水设定为：F1＝15m，F2＝20m，F3＝24.5m，F4＝29m；
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620～660℃；卷取张力自F1机架抛钢后开始减小张力至F7抛钢时，逐步减到25～30N/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13.83～16.25N/mm2，F5～F6机架间张力控制在15.45～20.06N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.72～23.02N/mm2。
优选地：当带钢尾部到达F7机架时，将其带钢运行速度控制在6～8.5m/s。
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0.045～0.075％。
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1.00～1.25％。
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0.11～0.14％。
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含量限定在≤0.015％范围之内。
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0.015～0.050％。
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≤0.018％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≤0.005％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％。
本发明之所以在铸坯阶段，在浇铸过程中降拉速按每分钟0.4m/min，升拉速按每1.5分钟0.1m/min进行控制，是由于600MPa级薄规格热轧汽车结构钢成分C含量已接近包晶钢下限，外加Ti含量较高，若浇铸过程中升降拉速太快容易造成漏钢事故；而升降拉速太慢又难以与轧钢工序的生产节奏相匹配，是二者综合考虑基础上确定的。
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：
调整精轧后段机架间张力参数：F4～F5机架间张力控制在13.44～16.44N/mm2，F5～F6机架间张力控制在15.36～20.36N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.32～23.32N/mm2；优选地机架间张力参数为F4～F5机架间张力控制在13.83～16.25N/mm2，F5～F6机架间张力控制在15.45～20.06N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.72～23.02N/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600MPa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8～10％；当带钢尾部到达F7机架时，将其带钢运行速度控制在6～9.8m/s。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。轧制速度的控制是与轧制温度相辅相成的，更为重要的是应避免带钢尾部轧制速度太快，给予操作人员更多板形调控时间，降低600MPa级薄规格热轧汽车结构钢轧制过程中抛钢甩尾的概率。
调整F1～F4机架防剥落水：F1～F4机架防剥落水设定为：F1＝15m，F2＝20m，F3＝24.5m，F4＝29m。是为了确保在带钢头部通过各机架之后开启该机架的防剥落水，可有效降低600MPa级薄规格热轧汽车结构钢通板过程中翘头的概率，达到提高穿带稳定性的目的。
本发明之所以在卷取阶段，采取卷取张力自F1机架抛钢后开始减小张力至F7抛钢时，逐步减到25～30N/mm2，是由于600MPa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600MPa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600MPa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600MPa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93％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；浇铸过程中：降拉速按0.4m/min、升拉速按0.1m/min进行控制；
2)对薄板坯进行均热，控制出炉温度在1180～1220℃，在炉时间不低于30min；
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50～60mm；
4)进行七道次精轧，控制终轧温度在880～920℃；精轧期间，按照以下方式操作：
A、调整精轧后段机架间张力参数：F4～F5机架间张力控制在13.44～16.44N/mm2，F5～F6机架间张力控制在15.36～20.36N/mm2，F6～F7机架间张力控制在16.32～23.32N/mm2；
控制F7机架轧制压下率在8～10％；当带钢尾部到达F7机架时，将其带钢运行速度控制在6～9.8m/s；
B、调整F1～F4机架防剥落水：F1～F4机架防剥落水设定为：F1＝15m，F2＝20m，F3＝24.5m，F4＝29m；
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620～660℃；卷取张力自F1机架抛钢后开始减小张力至F7抛钢时，逐步减到25～30N/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取值列表
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
说明：各实施例的薄板坯在浇铸过程中降拉速按每分钟0.4m/min，升拉速按0.1m/min进行控制。当轧钢工序轧制稳定，均热炉空间充足时升拉速；当轧钢工序发生故障时降拉速。
从表3可以看出，对比例1和2的产品板形和卷形不良。对比例1存在中间浪和错边，原品种成材率只有84.82％；对比例2存在单边浪和扁卷，原品种成材率只有84.52％。本发明短流程轧制600MPa级薄规格热轧汽车结构钢，厚度规格为1.0～6.0mm，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93％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横梁、纵梁、下边梁等。
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 (5)

1.采用短流程生产的600MPa级薄规格热轧汽车结构钢，其组分及重量百分比含量为：
C：0.045～0.075%，Si≤0.20%，Mn：1.00～1.25%，Ti：0.11～0.14%，Nb≤0.015%，V≤0.015%，Als：0.015～0.050%，P≤0.018%，S≤0.005%，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600MPa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：0.045～0.065%，Si≤0.10%，Mn：1.00～1.20%，Ti：0.11～0.13%，Nb≤0.015%，V≤0.015%，Als：0.015～0.040%，P≤0.015%，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600MPa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；浇铸过程中：降拉速按0.4m/min、升拉速按0.1m/min进行控制；
2）对薄板坯进行均热，控制出炉温度在1180~1220℃，在炉时间不低于30min；
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50~60mm；4）进行七道次精轧，控制终轧温度在880~920℃；精轧期间，按照以下方式操作：
A、调整精轧后段机架间张力参数：F4~F5机架间张力控制在13.44~16.44N/mm2，F5~F6机架间张力控制在15.36~20.36N/mm2，F6~F7机架间张力控制在16.32~23.32N/mm2；
控制F7机架轧制压下率在8~10％；当带钢尾部到达F7机架时，将其带钢运行速度控制在6~9.8m∕s；
B、调整F1～F4机架防剥落水：F1~F4机架防剥落水设定为：F1=15m，F2=20m，F3=24.5m，F4=29m；
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620~660℃；卷取张力自F1机架抛钢后开始减小张力至F7抛钢时，逐步减到25~30N/mm2；
7）进行平整。
4.如权利要求3所述的采用短流程生产的600MPa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13.83~16.25N/mm2，F5~F6机架间张力控制在15.45~20.06N/mm2，F6~F7机架间张力控制在16.72~23.02N/mm2。
5.如权利要求3所述的采用短流程生产的600MPa级薄规格热轧汽车结构钢的方法，其特征在于：当带钢尾部到达F7机架时，将其带钢运行速度控制在6~8.5m∕s。
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