CN109722599B

CN109722599B - 一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板及其制备方法

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Publication number: CN109722599B
Application number: CN201910080963.XA
Authority: CN
Inventors: 李志峰; 刘振宇; 曹光明; 崔春圆; 王皓; 李成刚
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: CN109722599A

Abstract

本发明的一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板及其制备方法。钢板化学成分按质量百分数为：C：0.03～0.12％，Si：0.05～0.60％，Cr：0.2～1.0％，Mn：1.0～2.5％，S:≤0.015％，P:≤0.025％，Als:0.015～0.045％，Ti：0.07～0.15％，Nb：0.02～0.08％，其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。制备时使用上述化学成分配比的钢坯进行合理的工艺设计，以免酸洗制备工艺代替原始工艺，降低氧化铁皮的厚度，同时获得Fe₃O₄、FeO和共析Fe₃O₄/α‑Fe共存的氧化铁皮复相结构，从而显著提高钢板表面质量，可以达到免酸洗直接冲压或辊压成型的使用要求。免除酸洗工序，即提高生产效率，同时减少环境污染，降低生产成本。

Description

一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板及其制备方法

技术领域：

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板及其制备方法。

背景技术：

随着汽车行业及汽车工业的发展，汽车轻量化已经成为汽车行业发展的新趋势。为了满足汽车轻量化的要求，汽车用高强钢的需求越来越大，因此高强度级别的汽车大梁钢的开发成为了汽车用钢的研究热点。作为汽车的主要结构件，汽车大梁钢承受着汽车车身的大部分重量，为了保证汽车的安全，汽车大梁钢必须要有足够的强度和刚度来承受来自汽车的载荷和来自车轮的撞击，抗拉强度750MPa级别高强钢不仅能满足以上要求，还可以减轻车身重量，达到节约能源，降低运输成本的目的，因此逐步取代了抗拉强度510MPa以下低级别的汽车大梁用钢。

为了提高钢的强度，通常向钢中加入Mn、Cr、Nb和Ti等合金元素。在加热过程中为了使钢中的合金元素完全固溶，必须提高加热炉温度，增加加热时间。一方面，加热时间增长加剧了钢中合金元素发生了剧烈的选择性氧化，生成大量的氧化产物钉扎住氧化铁皮，减弱了氧化铁皮的可除鳞性。另一方面，厚产品规格汽车大梁钢轧制过程中轧制节奏变慢，加之较高的出炉温度使带钢在整个轧制过程都处于950℃以上的高温状态，从而使热轧产品最终的氧化铁皮变厚，增加了后续的除鳞难度。此外，高强度级别的汽车大梁用钢的变形抗力大，在后续深加工过程中会产生严重的氧化铁皮脱落缺陷。基于以上问题，传统低强度级别免酸洗钢的生产技术已经不适用于抗拉强度750MPa级别的高强钢，因此，为了满足市场需求，亟需开发新的免酸洗技术以适应抗拉强度750MPa级别以上的免酸洗高强钢的生产。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板及其制备方法，在保证热轧板力学性能的前提下，通过优化化学成分与轧制工艺，并结合控制轧制与控制冷却技术，成功的开发了适用于750MPa级别的热轧免酸汽车大梁用钢的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板，其化学成分按质量百分数为：C：0.03～0.12％，Si：0.05～0.60％，Mn：1.0～2.5％，S:≤0.015％，P:≤0.025％，Als:0.015～0.045％，Cr：0.2～1.0％，Ti：0.07～0.15％，Nb：0.02～0.08％，其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。

所述的汽车大梁钢板组织为铁素体和贝氏体体积分数分别为80％～95％和5～20％。

所述的汽车大梁钢板产品厚度为6～12mm，屈服强度650～700MPa，抗拉强度为750～800MPa，断后延伸率13～25％。

一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照汽车大梁钢板化学成分配比，经冶炼、浇铸形成钢坯，所述钢坯厚度为210～230mm，将钢坯加热至1200～1300℃，保温180～240min后出炉，

(2)对出炉后钢坯进行粗轧，获得中间坯，其中，所述的粗轧开轧温度为1130～1180℃，所述的的中间坯厚度为28～60mm；

(3)对中间坯进行精轧，获得精轧板带，其中，所述的精轧开轧温度为1000～1050℃，终轧温度为850～890℃，轧制速率为3～8m/s，所述的板带厚度为6～12mm；

(4)对板带进行前段密集冷却，冷却速率控制在4～40℃/s，冷却至450～650℃后进行卷取，卷取温度为450～650℃。钢卷下线后采用通风冷却，冷却速率为2～5℃/min，制得抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板。

所述的步骤(1)中，对出炉后钢坯进行除鳞，除鳞水压力为20MPa。

所述的步骤(2)中，对中间坯进行粗轧除鳞，除鳞压力为20MPa。

所述的步骤(3)中，对精轧板带进行精轧除鳞，除鳞水压力为20MPa。

所述的步骤(4)中，抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板氧化铁皮厚度为5～12μm，氧化铁皮中FeO体积分数为30～50％，满足免酸洗要求。

本发明制备的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板氧化铁皮连续冷却条件下的结构转变规律曲线如图1所示。

本发明的有益效果：

(1)成分控制技术：为了解决高强度级别汽车大梁钢轧制过程中氧化铁皮过厚的问题，在保证高强钢力学性能的同时，提出了“降Si增Cr”的成分设计思路，突破了高强钢轧制时高温导致氧化铁皮过厚这一技术瓶颈，通过降低Si含量来减弱Fe₂SiO₄对氧化铁皮的钉扎作用，通过提高抗氧化性元素Cr的质量分数来达到减薄氧化铁皮厚度的目的，从而降低了除鳞难度。

(2)热轧控制技术：通过提高精轧入口温度与卷取温度，提高了氧化铁皮中FeO含量，优化了氧化铁皮的相比例，增强了氧化铁皮的高温塑性，改善了带钢表面氧化铁皮与钢基体的协调变形能力，能保证带钢在后续使用过程中在承受较大的变形力时，氧化铁皮仍能保持与钢基体的粘附而不发生脱落。

(3)冷却控制技术：结合钢种氧化铁皮在连续冷却条件下的结构转变规律曲线，对带钢卷取后的冷却速率进行了精确的控制，实现了对卷取后冷却过程中氧化铁皮各相组织的精细化控制，得到了有利于变形的氧化铁皮组织。

附图说明：

图1为抗拉强度750MPa级别高强汽车大梁钢氧化铁皮连续冷却条件下的结构转变规律曲线，其中：■(40～60％)共析组织+(20～40％)Fe₃O₄+FeO；●(20～40％)共析组织+(40～50％)Fe₃O₄+FeO；

(30～50％)Fe₃O₄+(50～60％)FeO；

图2为实施例1制备的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板的氧化铁皮断面形貌；

图3为实施例2制备的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板的氧化铁皮断面形貌；

图4为实施例3制备的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢的氧化铁皮断面形貌；

图5为实施例4制备的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板的氧化铁皮断面形貌；

图6为实施例5制备的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板的氧化铁皮断面形貌；

图7为实施例3制备的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢卷实物图；

图8为实施例4制备的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板实物图。

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。

实施例1

厚度规格6mm的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢的制备：

将厚度为230mm的铸坯加热至1200℃，并保温240min，钢坯的化学成分按质量分数为：C：0.03，Si：0.05％，Mn：1.0％，S:0.015％，P:0.025％，Als:0.015％，Cr：0.2％，Ti：0.07％，Nb：0.02％，其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。将出炉后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1130℃，轧制5道次，得到厚度为34mm的中间坯；对粗轧后的中间坯进行精轧，精轧道次为7道次。精轧入口温度为1050℃，终轧温度为890℃，F7机架轧制速率为8m/s，得到6mm厚的板带。加热炉除鳞，粗轧除鳞和精轧除鳞的除鳞水压力均为20MPa。钢板在层流冷却过程中冷却速率为35℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度设定为550℃，钢卷下线后采用通风冷却，冷却速率为5℃/min，制得厚度为6mm的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢。厚度为6mm汽车大梁钢氧化铁皮的厚度为5.90～6.90μm，其结构由45％Fe₃O₄，5％共析组织(Fe+Fe₃O₄)和50％FeO组成，该汽车大梁钢屈服强度680MPa，抗拉强度为780MPa，断后延伸率15％，组织为铁素体和贝氏体体积分数分别为85％和15％，该汽车大梁钢的氧化铁皮断面形貌如图2所示。

实施例2

厚度规格6mm的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢的制备：

将厚度为210mm的铸坯加热至1300℃，并保温180min，钢坯的化学成分按质量分数为：C：0.12％，Si：0.60％，Mn：2.5％，S:0.010％，P:0.020％，Als:0.045％，Cr：1.0％，Ti：0.15％，Nb：0.08％，其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。将出炉后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1180℃，轧制5道次，得到厚度为48mm的中间坯；对粗轧后的中间坯进行精轧，精轧道次为7道次。精轧入口温度为1050℃，终轧温度为850℃，F7机架轧制速率为7m/s，得到6mm厚的板带。加热炉除鳞，粗轧除鳞和精轧除鳞的除鳞水压力均为20MPa。钢板在层流冷却过程中冷却速率为35℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度设定为650℃钢卷下线后采用通风冷却，冷却速率为4.5℃/min，制得厚度为6mm的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢。厚度为6mm汽车大梁钢氧化铁皮的厚度为5.43～7.56μm，其结构由60％Fe₃O₄，和40％FeO组成，无共析组织(Fe+Fe₃O₄)，该汽车大梁钢屈服强度650MPa，抗拉强度为750MPa，断后延伸率25％，，组织为铁素体和贝氏体体积分数分别为95％和5％，该汽车大梁钢的氧化铁皮断面形貌如图3所示。

实施例3

厚度规格8mm的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢的制备：

将厚度为230mm的铸坯加热至1250℃，并保温200min，钢坯的化学成分按质量分数为：C：0.05％，Si：0.05％，Mn：1.5％，S：≤0.015％，P：≤0.025％，Als：0.025％，Cr：0.2％，Ti：0.09％，Nb：0.03％，其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。将出炉后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1130℃，轧制5道次，得到厚度为52mm的中间坯；对粗轧后的中间坯进行精轧，精轧道次为7道次。精轧入口温度为1040℃，终轧温度为880℃，F7机架轧制速率为6m/s，得到8mm厚的板带。加热炉除鳞，粗轧除鳞和精轧除鳞的除鳞水压力均为20MPa。钢板在层流冷却过程中冷却速率为30℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度设定为450℃，钢卷厚度为8mm，实物图如图7所示，下线后采用通风冷却，冷却速率为2℃/min。厚度为8mm汽车大梁钢氧化铁皮的厚度为6.32～7.31μm，其结构由45％Fe₃O₄，15％共析组织(Fe+Fe₃O₄)和40％FeO组成，该汽车大梁钢屈服强度700MPa，抗拉强度为800MPa，断后延伸率13％，组织为铁素体和贝氏体体积分数分别为80％和20％，该汽车大梁钢的氧化铁皮断面形貌如图4所示。

实施例4

厚度规格10mm的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢的制备：

将厚度为220mm的铸坯加热至1220℃，并保温220min，钢坯的化学成分按质量分数为：C：0.04％，Si：0.05％，Mn：1.8％，S：≤0.015％，P：≤0.025％，Als：0.015％，Cr：0.25％，Ti：0.1％，Nb：0.03％，其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。将出炉后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1130℃，轧制5道次，得到厚度为55mm的中间坯；对粗轧后的中间坯进行精轧，精轧道次为7道次。精轧入口温度为1040℃，终轧温度为870℃，F7机架轧制速率为5.5m/s，得到10mm厚的板带。加热炉除鳞，粗轧除鳞和精轧除鳞的除鳞水压力均为20MPa。钢板在层流冷却过程中冷却速率为10℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度设定为550℃，钢卷下线后采用通风冷却，冷却速率为2℃/min，制得厚度为10mm的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢，实物图如图8所示。厚度为10mm汽车大梁钢氧化铁皮的厚度为9.84～10.6μm，其结构由45％Fe₃O₄，25％共析组织(Fe+Fe₃O₄)和30％FeO组成，该汽车大梁钢屈服强度695MPa，抗拉强度为780MPa，断后延伸率20％，，组织为铁素体和贝氏体体积分数分别为87％和13％，该汽车大梁钢的氧化铁皮断面形貌如图5所示。

实施例5

厚度规格12mm的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢的制备：

将厚度为210mm的铸坯加热至1250℃，并保温190min，钢坯的化学成分按质量分数为：C：0.1，Si：0.09％，Mn：1.7％，S：≤0.015％，P：≤0.025％，Als：0.025％，Cr：0.2％，Ti：0.11％，Nb：0.04％，其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。将出炉后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1150℃，轧制5道次，得到厚度为60mm的中间坯；对粗轧后的中间坯进行精轧，精轧道次为7道次。精轧入口温度为1000℃，终轧温度为850℃，F7机架轧制速率为3m/s，得到12mm厚的板带。加热炉除鳞，粗轧除鳞和精轧除鳞的除鳞水压力均为20MPa。钢板在层流冷却过程中冷却速率为20℃/s，冷却后进行卷取，卷取温度设定为500℃，钢卷下线后采用通风冷却，冷却速率为2.5℃/min，制得厚度为12mm的抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢。厚度为12mm汽车大梁钢氧化铁皮的厚度为9.24～11.8μm，其结构由45％Fe₃O₄，15％共析组织(Fe+Fe₃O₄)和40％FeO组成，该汽车大梁钢屈服强度700MPa，抗拉强度为790MPa，断后延伸率18％，，组织为铁素体和贝氏体体积分数分别为82％和18％，该汽车大梁钢的氧化铁皮断面形貌如图6所示。

Claims

1.一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板的制备方法，其特征在于：

所述的大梁钢板化学成分按质量百分数为：C：0.03~0.12%，Si：0.05~0.60%，Mn：1.0~2.5%，S:≤0.015%，P: ≤0.025%，Als:0.015~0.045%，Cr：0.2~1.0%，Ti：0.07~0.15%，Nb：0.02~0.08%，其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质；

所述的制备方法包括以下步骤：

(1)按照汽车大梁钢板化学成分配比，经冶炼、浇铸形成钢坯，所述钢坯厚度为210~230mm，将钢坯加热至1200~1300℃，保温180~240 min后出炉；

(2)对出炉后钢坯进行粗轧，获得中间坯，其中，所述的粗轧开轧温度为1130~1180℃，所述的中间坯厚度为28~60mm；

(3)对中间坯进行精轧，获得精轧板带，其中，所述的精轧开轧温度为1000~1050℃，终轧温度为850~890℃，轧制速率为3~8m/s，所述的板带厚度为6~12mm；

(4)对板带进行前段密集冷却，冷却速率控制在10~35℃/s，冷却至450~650℃后进行卷取，卷取温度为450~650℃，钢卷下线后采用通风冷却，冷却速率为2~5℃/min，制得抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板。

2.根据权利要求1所述的一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板的制备方法，其特征在于，所述的汽车大梁钢板组织为铁素体和贝氏体，体积分数分别为80~95%和5~20%。

3.根据权利要求1所述的一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板的制备方法，其特征在于，所述的汽车大梁钢板产品厚度为6~12mm，屈服强度650~700MPa，抗拉强度为750~800MPa，断后延伸率13~25%。

4.根据权利要求1所述的一种抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，抗拉强度750MPa级厚规格汽车大梁钢板氧化铁皮厚度为5~12μm，氧化铁皮中FeO体积分数为30~50%。