CN111519105B

CN111519105B - 一种汽车构件钢及其制备方法、汽车构件

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Publication number: CN111519105B
Application number: CN202010399251.7A
Authority: CN
Inventors: 郭子峰; 张衍; 李秋寒; 郭佳; 冯军; 陈斌; 牛涛; 武巧玲; 白凤霞; 刘阳春; 李玉鹏; 吕宝锋; 赵青; 范然然; 杨业; 周娜; 徐伟; 张嘉琪; 宋春华; 陈波
Original assignee: Beijing Shougang Co Ltd; Shougang Corp
Current assignee: Beijing Shougang Co Ltd; Shougang Corp
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2040-05-12
Also published as: CN111519105A

Abstract

本发明公开了一种汽车构件钢及其制备方法、汽车构件，所述汽车构件钢由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.20％、Si≤0.1％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.005％、Al：0.05～0.1％、V：0.03～0.15％、N：0.006～0.025％，其余是Fe及不可避免杂质。采用本申请方法制备的汽车构件疲劳寿命好，成本低，方法简单，易于推广。

Description

一种汽车构件钢及其制备方法、汽车构件

技术领域

本发明属于汽车构件生产技术领域，特别涉及一种汽车构件钢及其制备方法、汽车构件。

背景技术

汽车扭力梁是一种汽车构件，这种汽车构件是紧凑型乘用车的非独立悬架的一部分，将两侧的车轮安装在一根扭力梁上，扭力梁通过弹性元件和车架相连。当汽车行驶在不平路面上，扭力梁不仅要受到由车轮传递的纵向力，还要承受在垂直方向上的交变位移载荷。

汽车扭力梁结构简单，但现有技术中，其仍存在着应力水平高、疲劳性能低的缺点。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种汽车构件及其制备方法，以解决现有技术中汽车扭力梁疲劳性能低的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

第一方面，本发明实施例提供了一种汽车构件钢，所述汽车构件钢由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.20％、Si≤0.1％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.005％、Al：0.05～0.1％、V：0.03～0.15％、N：0.006～0.025％，其余是Fe及不可避免杂质。

进一步地，所述汽车构件钢的金相组织为粒状贝氏体和铁素体，所述粒状贝氏体的体积百分数≥95％，所述铁素体的体积百分数≤5％。

第二方面，本发明实施例提供了一种汽车构件，将上述的汽车构件钢依次进行变形和退火制得；所述汽车构件钢由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.20％、Si≤0.1％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.005％、Al：0.05～0.1％、V：0.03～0.15％、N：0.006～0.025％，其余是Fe及不可避免杂质。

进一步地，所述退火温度为550～700℃，所述退火时间为10～30min。

第三方面，本发明实施例还提供了上述的一种汽车构件钢的制备方法，所述方法包括，

将高炉炼铁所得的铁水依次经过铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和连铸，获得板坯；所述板坯的化学组分及化学组分的质量分数为，C：0.03～0.20％、Si≤0.1％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.005％、Al：0.05～0.1％、V：0.03～0.15％、N：0.006～0.025％，其余是Fe及不可避免杂质；

将所述板坯进行加热后，依次经过粗轧、精轧、冷却和卷取，获得汽车构件钢。

进一步地，所述粗轧终止温度为1020～1120℃，所述精轧速率为5～10m/s，所述精轧终止温度为830～900℃。

进一步地，所述冷却采用前段层流冷却模式冷却，所述冷却速率为30℃/s～60℃/s。

进一步地，所述卷取温度为400～500℃。

进一步地，所述汽车构件钢的厚度为1.8～5mm。

本发明的有益效果至少包括：

本发明提供了一种汽车构件钢及其制备方法、汽车构件，所述汽车构件钢由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.20％、Si≤0.1％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.005％、Al：0.05～0.1％、V：0.03～0.15％、N：0.006～0.025％，其余是Fe及不可避免杂质。本发明采用V+N元素设计，配合轧制工艺，使得热轧后的钢中保留一定量固溶的V，在退火处理过程中，在去应力的同时析出VC(VN)，可以抑制晶粒长大，使汽车构件不会发生明显的软化，疲劳性能好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种汽车构件钢的制备方法工艺步骤图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一方面，本发明实施例提供一种汽车构件钢，所述汽车构件钢由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.20％、Si≤0.1％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.005％、Al：0.05～0.1％、V：0.03～0.15％、N：0.006～0.025％，其余是Fe及不可避免杂质。

碳：碳是奥氏体元素，碳含量的高低很大程度地决定了钢板的抗拉强度级别，是影响碳当量很重要的指标。本发明中将C元素的含量控制在0.03～0.20％，较低的C元素含量保证钢种较高延伸率及塑性。

锰：锰提高钢的淬透性，推迟珠光体转变且降低贝氏体转变温度，使钢的组织亚结构细化。因此，本发明采用0.8～2.0％的Mn含量，在保障产品抗拉强度的前提下，具有良好的成形性。

氮/钒：钒具有显著的析出强化和细化晶粒的效果，一般认为氮含量过高会严重恶化材料的塑性和韧性，本申请中仍添加较多含量的N元素，目的是保证在去应力退火及冷却过程中有足够的N与V结合，形成VN析出起到抑制晶粒长大作用。在550℃～700℃去应力退火10～30min及冷却时，汽车构件不会发生明显软化，疲劳性能优异。

铝：铝不溶于渗碳体，且强烈阻止奥氏体中及贝氏体相变过程中渗碳体的析出，对于提升扩孔率及表面质量有显著作用。本发明将Al含量限定在0.05～0.1％。

硅：硅有一定的强化作用但恶化酸洗后表面质量，本发明将Si含量限定在≤0.1％。

磷：钢中磷一般固溶在铁素体中，有很强的固溶强化作用，用来提高钢的强度，降低钢的韧性，但过高含量的P对焊接性能不利，是有害元素，故应尽量减少磷含量，本发明中P的含量≤0.02％。

硫：硫含量和硫化物的形态是影响成形性的主要因素，硫化物的数量越多，尺寸越大，对成形性能越不利。因此本发明中产品S含量实际控制水平进行严格限制，本发明中S含量≤0.005％。

进一步地，所述汽车构件的金相组织为粒状贝氏体和铁素体，所述粒状贝氏体的体积百分数≥95％，所述铁素体的体积百分数≤5％。

粒状贝氏体组织的硬度较适宜，不可避免的钢中会有少量的铁素体组织，铁素体比较软，其含量越低越好。

第二方面，本发明实施例提供了一种汽车构件，采用上述的汽车构件钢依次进行变形和退火制得；所述汽车构件钢由如下质量分数的化学成分组成，C：0.03～0.20％、Si≤0.1％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.005％、Al：0.05～0.1％、V：0.03～0.15％、N：0.006～0.025％，其余是Fe及不可避免杂质。

退火处理一方面可以去除变形后材料的内应力，另一方面，可以促进材料内固溶V以VC(VN)的形式析出，起到析出强化作用，同时可以抑制晶粒长大，使汽车构件不会发生明显的软化，疲劳性能好。如果退火温度过高，浪费能源，退火温度过低，无法实现去应力。为了获得良好的板形，可以对汽车构件钢进行平整处理，平整结束后再进行酸洗、变形和退火；变形一般为冲压变形。

第三方面，本发明实施例还提供了上述的一种汽车构件钢的制备方法，图1为本发明实施例的一种汽车构件钢的制备方法工艺步骤图，结合图1，所述方法包括，

S1，将高炉炼铁所得的铁水依次经过铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和连铸，获得板坯；所述板坯的化学组分及化学组分的质量分数为，C：0.03～0.20％、Si≤0.1％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.005％、Al：0.05～0.1％、V：0.03～0.15％、N：0.006～0.025％，其余是Fe及不可避免杂质；

S2，将所述板坯进行加热后，依次经过粗轧、精轧、冷却和卷取，获得汽车构件钢。

控制粗轧终止温度，以保证产品发生充分再结晶。精轧终止温度控制在此范围，可以保证奥氏体在非再结晶区充分变形，增加I形变带，进一步细化组织。

前段层流冷却一方面有利于强化相变后的组织强化，获得大量的粒状贝氏体组织；另一方面，减少钢带在高温的停留时间，可以避免V在较高的温度析出。

进一步地，所述卷取温度为400～500℃。

控制较低的卷取温度，一方面，有利于加强相变后的组织强化，生成大量的粒状贝氏体组织；另一方面，抑制热轧卷中的V全部析出，保留一定量的固溶V在后续退火处理过程中析出以避免明显软化。

进一步地，所述汽车构件钢的厚度为1.8～5mm。

本申请实施例的汽车构件钢的抗拉强度≥700MPa，伸长率≥15％。

本发明采用V+N的成分设计，配合精轧后前段冷却模式进行层流冷却和卷取，一方面有利于加强相变后的组织强化，获得了粒状贝氏体组织，另一方面有利于避免V在较高的温度析出，保留一定量固溶的V在后续热处理过程中析出VC(VN)以避免明显软化。汽车构件经过退火后处理后，不会发生明显软化，疲劳性能优异。本申请未添加贵重金属，成本低。方法简单，易于推广。

下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

表1

编号	C，％	Si，％	Mn，％	P，％	S，％	Al，％	V，％	N，％	Nb	Mo
											实施例1	0.07	0.05	0.9	0.015	0.005	0.03	0.13	0.02	—	—
实施例2	0.12	0.05	1.2	0.012	0.002	0.06	0.13	0.02	—	—
											实施例3	0.15	0.03	1.0	0.015	0.002	0.05	0.13	0.02	—	—
实施例4	0.05	0.03	1.5	0.013	0.003	0.06	0.13	0.02	—	—
											实施例5	0.07	0.05	1.1	0.012	0.002	0.04	0.13	0.02	—	—
对比例1	0.07	0.05	1.2	0.015	0.005	0.04	—	0.004	0.03	0.25
											对比例2	0.08	0.05	0.9	0.015	0.003	0.06	0.13	0.004	—	—

实施例1

实施例1提供了一种汽车构件钢的制备方法，将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼获得钢水后，进行连铸获得表1成分的板坯；板坯进行加热后，经过粗轧、精轧和卷取，获得汽车构件钢。其中，粗轧终止温度为1080℃，精轧时采用恒速轧制，轧制速率为6m/s，精轧终止温度为880℃，采用前段层流冷却模式冷却，冷却速率为35℃/s，卷取温度为430℃，汽车构件钢的厚度为1.8mm；将汽车构件钢经平整、酸洗和冲压成形后，获得汽车构件。汽车构件的微观金相组织为95％左右的粒状贝氏体和5％左右的铁素体。将结构件采用600℃退火20min热处理后，零件在±40mm振幅的扭转疲劳试验时，可满足30万次寿命要求。

实施例2

实施例2提供了一种汽车构件钢的制备方法，将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼后连铸获得表1成分的板坯；板坯进行加热后，经过粗轧、精轧和卷取，获得汽车构件钢。其中，粗轧终止温度为1100℃，精轧时采用恒速轧制，轧制速率为8m/s，精轧终止温度为885℃，采用前段层流冷却模式冷却，冷却速率为42℃/s，卷取温度为450℃，汽车构件钢的厚度为3.0mm；将汽车构件钢经平整、酸洗和冲压成形后，获得汽车构件。汽车构件的微观金相组织为98％左右的粒状贝氏体和2％左右的铁素体。将构件采用680℃退火25min热处理后，零件在±40mm振幅的扭转疲劳试验时，寿命可达31万次。

实施例3

实施例3提供了一种汽车构件钢的制备方法，将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼后连铸获得表1成分的板坯；板坯进行加热后，经过粗轧、精轧和卷取，获得汽车构件钢。其中，粗轧终止温度为1050℃，精轧时采用恒速轧制，轧制速率为10m/s，精轧终止温度为860℃，采用前段层流冷却模式冷却，冷却速率为50℃/s，卷取温度为480℃，汽车构件钢的厚度为1.8mm；将汽车构件钢经平整、酸洗和冲压成形后，获得汽车结构件。汽车结构件的微观金相组织为97％左右的粒状贝氏体和3％左右的铁素体。将结构件采用570℃退火30min热处理后，零件在±40mm振幅的扭转疲劳试验时，寿命可达31万次。

实施例4

实施例4提供了一种汽车构件钢的制备方法，将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼后连铸获得表1成分的板坯；板坯进行加热后，经过粗轧、精轧和卷取，获得汽车构件钢。其中，粗轧终止温度为1030℃，精轧时采用恒速轧制，轧制速率为9m/s，精轧终止温度为840℃，采用前段层流冷却模式冷却，冷却速率为38℃/s，卷取温度为470℃，汽车构件钢的厚度为2.5mm；将汽车构件钢经平整、酸洗和冲压成形后，获得汽车结构件。汽车结构件的微观金相组织为96％左右的粒状贝氏体和4％左右的铁素体。将结构件采用590℃退火18min热处理后，零件在±40mm振幅的扭转疲劳试验时，寿命可达31万次。

实施例5

实施例5提供了一种汽车构件钢的制备方法，将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼后连铸获得表1成分的板坯；板坯进行加热后，经过粗轧、精轧和卷取，获得汽车构件钢。其中，粗轧终止温度为1070℃，精轧时采用恒速轧制，轧制速率为7m/s，精轧终止温度为870℃，采用前段层流冷却模式冷却，冷却速率为56℃/s，卷取温度为410℃，汽车构件钢的厚度为3.5mm；将汽车构件钢经平整、酸洗和冲压成形后，获得汽车结构件。汽车结构件的微观金相组织为97％左右的粒状贝氏体和3％左右的铁素体。将结构件采用650℃退火27min热处理后，零件在±40mm振幅的扭转疲劳试验时，寿命可达35万次。

对比例1

对比例1提供了一种汽车构件的制备方法，将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼后连铸获得表1成分的板坯；板坯进行加热后，经过粗轧、精轧和卷取，获得热轧卷。热轧卷的厚度为3.5mm；将热轧卷经平整、酸洗和冲压成形后，获得汽车结构件。将结构件采用650℃退火27min热处理后，零件在±40mm振幅的扭转疲劳试验时，寿命可达32万次。

对比例2

实施例2提供了一种汽车构件的制备方法，将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼后连铸获得表1成分的板坯；板坯进行加热后，经过粗轧、精轧和卷取，获得热轧卷。热轧卷的厚度为3.5mm；将热轧卷经平整、酸洗和冲压成形后，获得汽车结构件。将结构件采用650℃退火27min热处理后，零件在±40mm振幅的扭转疲劳试验时，寿命仅为20万次。

与对比例1相比，实施例1到实施例5未采用贵重的Nb、Mo合金元素强化，扭转疲劳试验时，寿命可以达到30～35万次，在节约成的同时，可以达到与对比例1相当的水平；与对比例2相比，实施例1到实施例5的扭转疲劳试验寿命至少提高了50％。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种汽车构件钢，其特征在于，所述汽车构件钢由如下质量分数的化学成分组成，

、

，其余是Fe及不可避免杂质，所述汽车构件钢的金相组织为粒状贝氏体和铁素体，所述粒状贝氏体的体积百分数≥95％，所述铁素体的体积百分数≤5％；

所述汽车构件钢的制备方法包括：

将高炉炼铁所得的铁水依次经过铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和连铸，获得板坯；所述板坯的化学组分及化学组分的质量分数为，

、

，其余是Fe及不可避免杂质；

将所述板坯进行加热后，依次经过粗轧、精轧、冷却和卷取，获得汽车构件钢，其中，所述粗轧终止温度为1020～1120℃，所述精轧速率为5～10m/s，所述精轧终止温度为830～900℃，所述冷却采用前段层流冷却模式冷却，所述冷却速率为30℃/s～60℃/s，所述卷取温度为400～500℃。

2.根据权利要求1所述的一种汽车构件钢，其特征在于，所述汽车构件钢的厚度为1.8～5mm。

3.一种汽车构件，其特征在于，采用权利要求1所述的汽车构件钢依次进行变形和退火后制得，所述汽车构件钢由如下质量分数的化学成分组成，

、

，其余是Fe及不可避免杂质，所述退火温度为550～700℃，所述退火时间为10～30min。