CN111041378A - 一种易成型商用车横梁用钢及生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种易成型商用车横梁用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.04~0.06%，Mn：1.81~2.10%，P≤0.008%，S≤0.002%，Als：0.30~0.50%，Cr：0.31~0.50%，Ti：0.03~0.05%，N≤0.003%。生产方法：1）经转炉冶炼后真空处理；对铸坯分段加热；分段轧制；采用两段式冷却方式进行冷却；经卷取后进行精整。本发明屈服强度≥650 MPa、抗拉强度在750~880MPa，延伸率≥16%，扩孔率≥60%，能满足商用车横梁复杂变形要求。

Description

一种易成型商用车横梁用钢及生产方法
技术领域
本发明涉及热轧汽车用钢及其生产方法，具体属于一种车横梁用钢及其制造方法。
背景技术
车架是商用车实施轻量化应用的主体。车架由纵梁和横梁组成，相比纵梁简单的结构设计，横梁由于结构复杂，对材料的成形性要求较高，使用高强度钢后存在成形开裂的问题，目前主要应用500MPa级别的大梁钢。市场对更高强度级别具有良好成型性的高强大梁钢需求较大。扩孔实验结果能较好的评价材料的成型性能。
经初步检索：
中国专利申请号为CN201310231052.5的文献，公开了《一种合金材料及利用该材料制造叉车横梁的方法》，所述合金材料成分按重量份为：碳：0.16％～0.25％；锰：0.8％～1.4％；硅：0.3％～0.6％；铬：0.2％～0.8％；铁：余量。制造方法为熔模铸造及回火热处理工艺。从成分设计上看，该申请的碳元素含量相对较高，影响钢材的冷成形性，不利于车横梁的加工成形。
中国专利申请号为CN201210421374.1的文献，公开了《一种汽车纵梁用钢板》，所述纵梁用钢板以重量百分数计为：碳：0.04％～0.06％；锰：1.7％～1.9％；硅：0.3％～0.5％；P：≤0.015％；S≤0.008％；Nb：0.05％～0.07％；Ti：0.04％～0.05％。采用热连轧工艺，强度级别为590MPa级，采用铌钛元素进行细晶强化，只适用于简单成形的纵梁零件，不适应用于横梁的复杂成形要求。
中国专利申请号为CN200610098393.X的文献，公开了《一种汽车大梁钢的CSP生产工艺》：成分重量百分数为：碳：0.16～0.20％；硅：0.3～0.5％；锰：1.3～1.5％；磷：P：≤0.015％；S≤0.010％；Ti：0.01％～0.03％；Als：0.02％～0.035％；氮：≤65ppm。采用CSP轧制工艺。添加了0.16-0.20％的碳元素，不利于提高钢材的成型性能，且未提及材料的扩孔性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种屈服强度≥650MPa、抗拉强度在750～880MPa，延伸率≥16％，扩孔率≥60％，能满足车横梁复杂变形要求的易成型商用车横梁用钢及生产方法。
实现上述目的的技术措施：
一种易成型商用车横梁用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.04～0.06％，Mn：1.81～2.10％，P≤0.008％，S≤0.002％，Als：0.30～0.50％，Cr：0.31～0.50％，Ti：0.03～0.05％，N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；力学性能：屈服强度≥650MPa、抗拉强度在750～880MPa，延伸率≥16％，扩孔率≥60％；组织为体积比占75％的铁素体+体积比占25％的贝氏体。
优选地：C的重量百分比含量在0.04～0.053％。
优选地：Als的重量百分比含量在0.33～0.43％。
优选地：Cr的重量百分比含量在0.33～0.45％。
优选地：Ti的重量百分比含量在0.034～0.046％。
生产一种易成型商用车横梁用钢的方法，其步骤：
1)经转炉冶炼后进行真空处理，处理时间不低于15min，后将钢水连铸成坯；
2)对铸坯进行分段加热：先将铸坯预热至800～1000℃，预热段时间在60～80min；
在20～40min内加热至1100～1200℃；
最后进入均热段，均热温度控制在1240～1280℃，均热时间在40～60min；并将铸坯上下表面及两侧温度波动控制在不超过50℃；
3)进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1040～1080℃，精轧终轧温度在800～900℃；
4)采用两段式冷却方式进行冷却：先在冷却速度为50～100℃/s下冷却至600～700℃；经空冷8～15s后，再在冷却速度为30～50℃/s下冷却至400～450℃的卷取温度；
5)经卷取后进行精整。
优选地：铸坯预热温度在841～1000℃；加热温度在1155～1200℃；均热温度在1240～1260℃.。
优选地：在冷却速度为65～95℃/s下冷却至610～685℃。
本发明中各元素及主要工序的机理及作用如下：
碳：碳是廉价的固溶强化元素。横梁变形复杂，对钢种的成形性要求高。如果其含量小于0.04％，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.06％，则不能满足材料的良好成形性能。所以，将其含量限定在0.04～0.06％范围，优选地C的含量在0.04～0.053％。。
锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素，可改善钢的强度-延伸平衡性。如果其含量小于1.81％，则不能满足材料强度要求；但是添加多量的锰，会导致增加钢的淬透性，所以，将其上限定为2.10％，所以，将其含量限定在1.81～2.10％范围。
磷：磷是钢中的有害元素，易引起铸坯中心偏析，为了避免冷弯成形性能、韧性发生恶化，设定其含量上限为0.008％。
硫：硫是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。因此，将钢中硫含量控制在0.002％以下。
铝：铝是良好的脱氧元素，能缩小奥氏体相区，提高马氏体转变开始温度，增加马氏体的转变量。当Als含量不足0.30％时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定Als上限为0.50％。因此，Als含量限定在0.30～0.50％范围，优选地Als的含量在0.33～0.43％。
铬：铬可缩小奥氏体相区，扩大热轧工艺控制窗口，利于获得贝氏体。当Cr含量低于0.310％时，难以发挥效果，当Cr含量高于0.50％时，钢的淬透性大幅增加，钢的脆性增加。综合工艺控制及成本因素考虑，将Cr含量限定在0.31～0.50％，优选地Cr的含量在0.33～0.45％。
钛：钛是良好的细晶强化元素，当Ti含量低于0.03％时，难以发挥效果，当Ti含量高于0.05％时，易于形成含钛的金属夹杂物。因此将Ti含量限定在0.03～0.05％，优选地Ti的含量在0.034～0.046％。
氮：氮元素是钢中的有害元素，将其限定在0.003％以下。
本发明之所以采用三段加热：即
先将铸坯预热至800～1000℃，优选地铸坯预热温度在841～1000℃，预热段时间在60～80min，是由于控制加热速度在12℃/min左右，铸坯可以获得均匀的加热温度，防止加过快导致温度不均匀，导致奥氏体晶粒尺寸不一致，以及产生内应力。.
后在20～40min内将铸坯加热至1100～1200℃，优选地加热温度在1155～1200℃；是由于控制加热速度在10℃/min左右，锰等固溶强化元素全部固溶，钛元素开始部分溶解，同时减少内应力，利于轧制时板形控制。
均热温度控制在1240～1280℃，优选地均热温度在1240～1260℃，均热时间在40～60min；并将铸坯上下表面及两侧温度波动控制在不超过50℃，是由于在此温度及时间范围内，钛元素能全部溶解到基体，同时使铸坯温度更加均匀，组织均匀。
本发明之所以控制粗轧结束温度在1040～1080℃，控制精轧终轧温度在800～900℃。这是因为如果粗轧结束温度低于1040℃，则无法保证精轧终轧温度达到设定值，会增大轧制负荷，增加能耗；如高于1080℃，则会产生较多的氧化铁皮，影响钢材的表面质量。如果精轧终轧温度低于800℃，则会在材料的两相区内进行轧制，造成混晶等缺陷；如高于900℃，则钢材的原始奥氏体晶粒会过于粗大，降低钢材的强度。
本发明之所以先在冷却速度为50～100℃/s下冷却至600～700℃，优选地在冷却速度为65～95℃/s下冷却至610～685℃；经空冷8～15s后，再在冷却速度为30～50℃/s下冷却至400～450℃，是由于高的冷却速度能增加空冷时间窗口，对铁素体析出量进行准确控制；同时，高的冷速能够抑制终轧后奥氏体晶粒的回复和长大，细化卷取前的奥氏体晶粒，起到细晶强化作用。空冷阶段时间控制在8～15秒，铁素体在此阶段析出。最后强冷至400～450℃，以进行贝氏体相变。
本发明之所以控制精整阶段的平整力在200～460t，是为了在保证带钢板形的前提下消除屈服平台，有利于钢材的加工成形。
本发明与现有技术相比，屈服强度≥650MPa、抗拉强度在750～880MPa，延伸率≥16％，扩孔率≥60％，能满足商用车横梁复杂变形要求。
附图说明
图1为本发明产品的金相组织。
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取值列表；
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性能检测情况列表。
本发明各实施例按照以下生产工艺生产：
1)经转炉冶炼后进行真空处理，处理时间不低于15min，后将钢水连铸成坯；
2)对铸坯进行分段加热：先将铸坯预热至800～1000℃，预热段时间在60～80min；
在20～40min内加热至1100～1200℃；
最后进入均热段，均热温度控制在1240～1280℃，均热时间在40～60min；并将铸坯上下表面及两侧温度波动控制在不超过50℃；
3)进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1040～1080℃，精轧终轧温度在800～900℃；
4)采用两段式冷却方式进行冷却：先在冷却速度为50～100℃/s下冷却至600～700℃；经空冷8～15s后，再在冷却速度为30～50℃/s下冷却至400～450℃的卷取温度；
5)经卷取后进行精整。
表1本发明各实施例及对比例的取值列表(wt％)
Figure BDA0002277171270000051
Figure BDA0002277171270000061
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
Figure BDA0002277171270000062
说明：由于所选取的对比例的工艺与本发明不同，故未将其列出。
表3本发明各实施例及对比例力学性能检测结果列表
Figure BDA0002277171270000063
Figure BDA0002277171270000071
从表3的结果分析，本发明的屈服强度和抗拉强度高，且具有更高的延伸率，更优的疲劳性能，综合性能优异。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (8)

1.一种易成型商用车横梁用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.04~0.06%，Mn：1.81~2.10%，P≤0.008%，S≤0.002%，Als：0.30~0.50%，Cr：0.31~0.50%，Ti：0.03~0.05%，N≤0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质；力学性能：屈服强度≥650 MPa、抗拉强度在750~880MPa，延伸率≥16%，扩孔率≥60%；组织为体积比占75%的铁素体+体积比占25%的贝氏体。
2.如权利要求1所述的一种易成型商用车横梁用钢，其特征在于：C的重量百分比含量在0.04~0.053%。
3.如权利要求1所述的一种易成型商用车横梁用钢，其特征在于：Als的重量百分比含量在0.33~0.43%。
4.如权利要求1所述的一种易成型商用车横梁用钢，其特征在于：Cr的重量百分比含量在0.33~0.45%。
5.如权利要求1所述的一种易成型商用车横梁用钢，其特征在于：Ti的重量百分比含量在0.034~0.046%。
6.生产如权利要求1所述的一种易成型商用车横梁用钢的方法，其步骤：
1）经转炉冶炼后进行真空处理，处理时间不低于15min，后将钢水连铸成坯；
2）对铸坯进行分段加热：先将铸坯预热至800~1000℃，预热段时间在60~80min；
在20~40min内加热至1100~1200℃；
最后进入均热段，均热温度控制在1240~1280℃，均热时间在40~60min；并将铸坯上下表面及两侧温度波动控制在不超过50℃；
3）进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1040~1080℃，精轧终轧温度在800~900℃；
4）采用两段式冷却方式进行冷却：先在冷却速度为50～100℃/s下冷却至600～700℃；经空冷8~15s后，再在冷却速度为30～50℃/s下冷却至400~450℃的卷取温度；
5）经卷取后进行精整。
7.如权利要求6所述的生产一种易成型商用车横梁用钢的方法，其特征在于：铸坯预热温度在841~1000℃；加热温度在1155~1200℃；均热温度在1240~1260℃.。
8.如权利要求6所述的生产一种易成型商用车横梁用钢的方法，其特征在于：在冷却速度为65～95℃/s下冷却至610～685℃。
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