CN110129681B - 一种超高强度汽车结构钢生产方法 - Google Patents

一种超高强度汽车结构钢生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高强度汽车结构钢生产方法，采用转炉冶炼—LF精炼—板坯连铸—热连轧工艺，生产钢带厚度为5.0mm～12.0mm汽车用钢；1、成分设计；2、转炉出钢过程严格控制钢水增氮，3、板坯连铸过程开浇温度在1578℃至1580℃；4、板坯加热炉温度为1970±20℃恒温段；将除鳞后的板坯入粗轧机，在开轧温度为1160～1190℃，轧制速度为2.5～3.5m/s的条件下，进行7道次的连续粗轧，粗轧钢板在温度960℃±30℃入精轧轧制，在2.5～3.5m/s的轧制速度下进行6道次连续精轧，得精轧钢带；将精轧后热轧态钢带经层流冷却进行组织转变和细晶强化，控制层流冷却速率12～15℃/s，层冷后的精轧钢带入卷取机，卷取温度为540℃±10℃，将钢卷自然空冷至室温获得超高强度汽车热轧钢卷。

Description

一种超高强度汽车结构钢生产方法
技术领域
本发明涉及一种超高强度汽车结构钢生产方法，属于汽车钢板技术领域。
背景技术
汽车的大梁、箱体等重要部件，它的结构、性能及自重直接影响整车的技术性能。在汽车用钢领域，增加材料的强度，减轻汽车自重，降低汽车的燃料消耗，代表了汽车用钢的发展方向。
目前普遍采用的汽车结构钢抗拉强度510～630MPa，屈服强度≥355MPa；抗拉强度大于610MPa等牌号。由于钢材强度限制，因此钢板应较厚，增加了汽车的自重，影响了车的整体性能。因此，为了减轻汽车自重，采用新材料或者以提高钢板强度来减轻汽车自重，是汽车用钢今后发展的必然趋势。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种超高强度汽车结构钢生产方法，不仅能够生产超高强度、高断后延伸率的汽车用钢，而且在经济上具备低成本优势，具备工业化大生产条件。
本发明的目的是这样实现的，一种超高强度汽车结构钢生产方法，采用转炉冶炼—LF精炼—板坯连铸—热连轧工艺，生产钢带厚度为5.0mm～12.0mm汽车用钢；
1、成分设计：钢中[C]：0.06～0.09%；[Si]≤0.15%；[Mn]：1.40～1.55%；[P]≤0.018%；[S]≤0.004%；[Al]：0.025～0.040%；[Nb]：0.04～0.06% ；[Ti]：0.090～0.105%；[Ca]：0.0020～0.0030%；[N]≤0.0050%，余量为铁和不可避免的杂质；
2、钢的纯净度控制：氮碳化钛\氮碳化铌大颗粒夹杂的控制方法，
[1]严格控制钢水中的氮含量，其次，在加入钛合金前，先加入固氮元素，消耗一部分钢水中的氮，成分设计上，铝含量保证在0.025～0.040%，首先用喂铝线脱氧，部分铝与氮结合；钛必须在LF处理结束加入，钢包底吹氩弱搅拌后上连铸浇铸；
[2]转炉熔炼关键控制点：成分及温度控制要求，将经过铁水脱硫预处理 [S]≦0.003 %的铁水加入顶底复吹转炉吹氧冶炼，转炉终点[C]含量为0.04～0.06%，[P]含量不大于0.010%，[N]≤0.0018%，转炉出钢温度控制在1630～1670℃，钢水[S]≤0.008%；
[3]转炉出钢过程严格控制钢水增氮，转炉出钢前向钢包底加入预熔渣，主要成分是: CaO含量40～45%、 Al2O3 含量36～42%、CaF2含量3～5%，金属Al含量18～22%，禁止使用铝条、铝铁脱氧，大强度脱氧导致钢水在出钢过程中剧烈反应而翻腾与空气接触而吸氮；
[4]LF精炼:LF精炼初始温度不小于1570℃，LF精炼前喂入铝线脱氧，送电提温时间不大于20min，LF精炼采用炉渣埋弧方法，埋弧剂为粒度为3mm～10mm白云石和碳化硅和按一定质量比为3:2混合，吨钢加入1.5kg埋弧剂,在精炼通电前期加入2/3，间隔6分钟再加入1/3，有效延长精炼渣发泡时间；LF精炼总用时控制在45mm以内,LF精炼过程钢水增氮量小于0.0015%，采用氩气进行底吹氩搅拌,流量为10～20 NL/min，LF处理结束钢水喂入钙线进行处理，精炼全程防止钢水增氮，LF精炼处理结束钢水氮含量[N]≤0.0050%、[S]≤0.0030%，[Ca]含量控制在0.0020%～0.0030%，元素钛的回收率达到75%以上，其它元素都符合熔炼成品钢水的控制要求，LF精炼终渣成分：CaO含量55～60%，SiO2含量10～15%，FeO+MnO含量≤1.0 %，Al2O3含量27～30%，MgO含量≤5%，通过提高Al2O3的含量保证钢渣的粘度，使LF渣吸附夹杂能力提高；
3、连铸板坯质量的控制方法：
[1]由于生产的板坯钛含量高，连铸过程开浇温度在1578℃至1580℃；
[2]板坯连铸过程控制，钢包长水口和中间包下水口采用氩封保护浇铸，连铸过程钢水增[N]≤0.00060%,钢水[Al]的损失（LF精炼结束钢水TAl含量与连铸成品钢水铝含量的差值）小于0.0050%；
[3]连铸钢水的液相线温度为1523℃，过热度控制在10℃～22℃，板坯拉速控制在1.0m/min～1.2m/min；
[4]连铸过程采用板坯压下量为3-5mm技术对连铸板坯进行压下处理，改善板坯中心偏析，板坯低倍检测中心偏析不大于2.5，曼内斯曼标准；产出板坯有两条通道，一是热装轧制，二是可下线至板坯库保温缓冷后轧制,禁止冷坯火焰切割；
4、轧制方法和控制要点：
[1]板坯加热炉温度为1970±20℃恒温段，加热时间156～180分钟，板坯均热段保温时间35-60min后出炉，板坯加热炉出炉温度在1180℃±20℃，并用压力约为20MPa的高压水对出炉板坯正、反面喷水除鳞；
[2]将除鳞后的板坯入粗轧机，在开轧温度为1160～1190℃，轧制速度为2.5～3.5m/s的条件下，进行7道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水，得粗轧钢板，厚度不小于45mm；
[3]粗轧钢板在温度960℃±30℃入精轧轧制，在2.5～3.5m/s的轧制速度下进行6道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为840℃±10℃，得精轧钢带；
[4]将精轧后热轧态钢带经层流冷却进行组织转变和细晶强化，控制层流冷却速率12～15℃/s，层冷后的精轧钢带入卷取机，卷取温度为540℃±10℃，将钢卷自然空冷至室温，获得超高强度汽车结构用热轧钢卷。
本发明生产的超高强钢的纯净度及钢的组织，对钢板截面进行电镜扫描，并对面上的夹杂进行统计分析，对各类杂物中的元素进行归一化处理，绘制三元相图。结果是钢中基本不存在大于30μm大颗粒夹杂。高纯净度为超高强钢的各项性能提供了保证。对面扫描中颗粒最大的夹杂进行能谱分析，由图谱可以看出，夹杂为硫化锰、钛的氮化物，三氧化二铝及钙氧化物组成。夹杂最宽处约15.5μm，直径较小。夹杂为铌、钛的碳、氮化物组成。采用本方法生产的超高强度的汽车用钢，夹杂物得到有效控制，钢中钛的氧化物夹杂铌钛的碳氮化物夹杂控制在20μm以下。钢板金相组织为分布均匀的铁素体和珠光体晶粒度11.5级～12级。
采用该方法生产出的汽车用钢成品钢板的抗拉强度750MPa～810MPa，屈服强度650MPa～700MPa；断后延伸率为22.0～25.0%，屈服强度与抗拉强度的比值(屈强比)控制在0.85～0.92；弯曲试验合格(弯心直径1a)。本方法生产的超高强汽车机构钢与B610相比，具有极高的性价比，制造成本与B610相比相吨钢成本低100元以上。与B610相比，钢材抗拉强度高120MPa，屈服强度高130MPa。在强度显著提高的同时断后伸长率优于B610。具备工业化批量生产能力。生产验证：采用本方法生产7钢，板坯宽度1510mm，板坯厚度220mm，合格板坯780吨，轧制厚度分别为6.0mm、8.0mm、9.5mm、12.0mm四个规格。用户使用有各项性能满足要求，可大幅度降低成本，进入批量生产。
实施的成分对应的性能见下表。
Figure 519253DEST_PATH_IMAGE001
具体实施方式
一种超高强度汽车结构钢生产方法，采用转炉冶炼—LF精炼—板坯连铸—热连轧工艺，生产钢带厚度为5.0mm～12.0mm汽车用钢；1、成分设计：钢中[C]：0.06～0.09%；[Si]≤0.15%；[Mn]：1.40～1.55%；[P]≤0.018%；[S]≤0.004%；[Al]：0.025～0.040%；[Nb]：0.04～0.06% ；[Ti]：0.090～0.105%；[Ca]：0.0020～0.0030%；[N]≤0.0050%，余量为铁和不可避免的杂质；2、钢的纯净度控制：氮碳化钛\氮碳化铌大颗粒夹杂的控制方法， [1]严格控制钢水中的氮含量，其次，在加入钛合金前，先加入固氮元素，消耗一部分钢水中的氮，成分设计上，铝含量保证在0.025～0.040%，首先用喂铝线脱氧，部分铝与氮结合；钛必须在LF处理结束加入，钢包底吹氩弱搅拌后上连铸浇铸；[2]转炉熔炼关键控制点：成分及温度控制要求，将经过铁水脱硫预处理 [S]≦0.003 %的铁水加入顶底复吹转炉吹氧冶炼，转炉终点[C]含量为0.04～0.06%，[P]含量不大于0.010%，[N]≤0.0018%，转炉出钢温度控制在1630～1670℃，钢水[S]≤0.008%；[3]转炉出钢过程严格控制钢水增氮，转炉出钢前向钢包底加入预熔渣，主要成分是: CaO含量40～45%、 Al2O3 含量36～42%、CaF2含量3～5%，金属Al含量18～22%，禁止使用铝条、铝铁脱氧，大强度脱氧导致钢水在出钢过程中剧烈反应而翻腾与空气接触而吸氮；[4]LF精炼:LF精炼初始温度不小于1570℃，LF精炼前喂入铝线脱氧，送电提温时间不大于20min，LF精炼采用炉渣埋弧方法，埋弧剂为粒度为3mm～10mm白云石和碳化硅和按一定质量比为3:2混合，吨钢加入1.5kg埋弧剂,在精炼通电前期加入2/3，间隔6分钟再加入1/3，有效延长精炼渣发泡时间；LF精炼总用时控制在45min以内，LF精炼过程钢水增氮量小于0.0015%，采用氩气进行底吹氩搅拌,流量为10～20 NL/min，LF处理结束钢水喂入钙线进行处理，精炼全程防止钢水增氮，LF精炼处理结束钢水氮含量[N]≤0.0050%、[S]≤0.0030%，[Ca]含量控制在0.0020%～0.0030%，元素钛的回收率可以达到75%以上，其它元素都符合熔炼成品钢水的控制要求，LF精炼终渣成分：CaO含量55～60%，SiO2含量10～15%，FeO+MnO含量≤1.0 %，Al2O3含量27～30%，MgO含量≤5%，通过提高Al2O3的含量保证钢渣的粘度，使LF渣最佳吸附夹杂能力；3、连铸板坯质量的控制方法：[1]由于本方法生产的板坯钛含量高，连铸过程开浇温度在1578℃至1580℃；[2]板坯连铸过程控制，钢包长水口和中间包下水口采用氩封保护浇铸，连铸过程钢水增[N]≤0.00060%,钢水[Al]的损失（LF精炼结束钢水TAl含量与连铸成品钢水铝含量的差值）小于0.0050%；[3]连铸钢水的液相线温度为1523℃，过热度控制在10℃～22℃，板坯拉速控制在1.0m/min～1.2m/min；[4]连铸过程采用板坯压下量为3-5mm技术对连铸板坯进行压下处理，改善板坯中心偏析，板坯低倍检测中心偏析不大于2.5，曼内斯曼标准；产出板坯有两条通道，一是热装轧制，二是可下线至板坯库保温缓冷后轧制,禁止冷坯火焰切割；4、轧制方法和控制要点：[1]板坯加热炉温度为1970±20℃恒温段，加热时间156～180分钟，板坯均热段保温时间35-60min后出炉，板坯加热炉出炉温度在1180℃±20℃,并用压力约为20MPa的高压水对出炉板坯正、反面喷水除鳞；[2]将除鳞后的板坯入粗轧机，在开轧温度为1160～1190℃，轧制速度为2.5～3.5m/s的条件下，进行7道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水，得粗轧钢板，厚度不小于45mm；[3]粗轧钢板在温度960℃±30℃入精轧轧制，在2.5～3.5m/s的轧制速度下进行6道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为840℃±10℃，得精轧钢带；[4]将精轧后热轧态钢带经层流冷却进行组织转变和细晶强化，控制层流冷却速率12～15℃/s，层冷后的精轧钢带入卷取机，卷取温度为540℃±10℃，将钢卷自然空冷至室温，获得超高强度汽车结构用热轧钢卷。

Claims (1)

1.一种超高强度汽车结构钢生产方法，其特征在于采用转炉冶炼—LF精炼—板坯连铸—热连轧工艺，生产钢带厚度为5.0mm～12.0mm汽车用钢；
1、成分设计：钢中[C]：0.06～0.09%；[Si]≤0.15%；[Mn]：1.40～1.55%；[P]≤0.018%；[S]≤0.004%；[Al]：0.025～0.040%；[Nb]：0.04～0.06% ；[Ti]：0.090～0.105%；[Ca]：0.0020～0.0030%；[N]≤0.0050%，余量为铁和不可避免的杂质；
2、钢的纯净度控制：[1]严格控制钢水中的氮含量，在加入钛合金前，先加入固氮元素，消耗一部分钢水中的氮，成分设计上，铝含量保证在0.025～0.040%，首先用喂铝线脱氧，部分铝与氮结合；钛必须在LF处理结束加入，钢包底吹氩弱搅拌后上连铸浇铸；[2]转炉熔炼关键控制点：将经过铁水脱硫预处理 [S]≦0.003 %的铁水加入顶底复吹转炉吹氧冶炼，转炉终点[C]含量为0.04～0.06%，[P]含量不大于0.010%，[N]≤0.0018%，转炉出钢温度控制在1630～1670℃，钢水[S]≤0.008%；[3]转炉出钢过程严格控制钢水增氮，转炉出钢前向钢包底加入预熔渣，主要成分是: CaO含量40～45%、 Al2O3 含量36～42%、CaF2含量3～5%，金属Al含量18～22%，禁止使用铝条、铝铁脱氧，大强度脱氧导致钢水在出钢过程中剧烈反应而翻腾与空气接触而吸氮；[4]LF精炼：LF精炼初始温度不小于1570℃，LF精炼前喂入铝线脱氧，送电提温时间不大于20min，LF精炼采用炉渣埋弧方法，埋弧剂为粒度为3mm～10mm白云石和碳化硅按质量比为3:2混合，吨钢加入1.5kg埋弧剂，在精炼通电前期加入2/3，间隔6分钟再加入1/3，延长精炼渣发泡时间；LF精炼总用时控制在45min以内，LF精炼过程钢水增氮量小于0.0015%，采用氩气进行底吹氩搅拌，流量为10～20 NL/min，LF处理结束钢水喂入钙线进行处理，精炼全程防止钢水增氮，LF精炼处理结束钢水氮含量[N]≤0.0050%、[S]≤0.0030%，[Ca]含量控制在0.0020%～0.0030%，元素钛的回收率达到75%以上，其它元素都符合熔炼成品钢水的控制要求，LF精炼终渣成分：CaO含量55～60%，SiO2含量10～15%，FeO+MnO含量≤1.0 %，Al2O3含量27～30%，MgO含量≤5%，通过提高Al2O3的含量保证钢渣的粘度，提高LF渣吸附夹杂能力；
3、连铸板坯质量的控制方法：[1]由于生产的板坯钛含量高，连铸过程开浇温度在1578℃至1580℃；[2]板坯连铸过程控制，钢包长水口和中间包下水口采用氩封保护浇铸，连铸过程钢水增[N]≤0.00060%， LF精炼结束钢水TAl含量与连铸成品钢水铝含量的差值小于0.0050%；[3]连铸钢水的液相线温度为1523℃，过热度控制在10℃～22℃，板坯拉速控制在1.0m/min～1.2m/min；[4]连铸过程采用板坯压下量为3-5mm技术对连铸板坯进行压下处理，改善板坯中心偏析，板坯低倍检测中心偏析不大于2.5，曼内斯曼标准；产出板坯有两条通道，一是热装轧制，二是下线至板坯库保温缓冷后轧制，禁止冷坯火焰切割；
4、轧制方法和控制要点：[1]板坯加热炉温度为1970±20℃恒温段，加热时间156～180分钟，板坯均热段保温时间35-60min后出炉，板坯加热炉出炉温度在1180℃±20℃，并用压力约为20MPa的高压水对出炉板坯正、反面喷水除鳞；[2]将除鳞后的板坯入粗轧机，在开轧温度为1160～1190℃，轧制速度为2.5～3.5m/s的条件下，进行7道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水，得粗轧钢板，厚度不小于45mm；[3]粗轧钢板在温度960℃±30℃入精轧轧制，在2.5～3.5m/s的轧制速度下进行6道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为840℃±10℃，得精轧钢带；[4]将精轧后热轧态钢带经层流冷却进行组织转变和细晶强化，控制层流冷却速率12～15℃/s，层冷后的精轧钢带入卷取机，卷取温度为540℃±10℃，将钢卷自然空冷至室温，获得超高强度汽车结构用热轧钢卷。
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