CN111676426A - 汽车车架复杂结构件用钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热轧汽车用钢领域，公开了一种汽车车架复杂结构件用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.06～0.08％，Mn：1.60～1.80％，P≤0.008％，S≤0.002％，Als：0.30～0.50％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明还公开了一种汽车车架复杂结构件用钢的制造方法。本发明汽车车架复杂结构件用钢及其制造方法，满足钢材在汽车车架复杂结构件的成形要求，且通过提升强度减轻重量实现轻量化要求。

Description

汽车车架复杂结构件用钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及热轧汽车用钢领域，具体涉及一种汽车车架复杂结构件用钢及其制造方法。

背景技术

2017年汽车行业基础性强制国标GB1589-2016正式实施，超载超限等违法现象的冶理力度大幅增加，极大的促进了商用车行业轻量化的发展进程。

其中，车架是商用车实施轻量化应用的主体，车架由纵梁、横梁、油箱托架等结构件组成，相比纵梁简单的结构设计，横梁、油箱托架等由于结构复杂，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，且扩孔性能不好。

中国发明专利申请(公开日：2013年08月28日、公开号：CN103266273A)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。所述制造方法为熔模铸造，所述熔模的蜡模模料成分按重量份为：石蜡：50份～70份；聚合松香：15份～40份；EVA：5份～15份；褐煤蜡：5份～10份。该发明所述合金材料制造的叉车横梁，其屈服强度大于620MPa，抗拉强度达750MPa以上，材料伸长率达到20％，硬度达到200HBW以上，材料内部组织达到一级，并具有良好的工艺性，完全可替代现有的Q235A钢等材料。但从成分设计上看，该申请的碳元素含量相对较高，影响钢材的冷成形性，不利于后续商用车横梁的加工成形。

中国发明专利申请(公开日：2014年05月14日、公开号：CN103789619A)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由下列组份组成：C：0.04％～0.06％；Si：0.30％～0.50％；Mn：1.70％～1.90％；P：≤0.015％；S：≤0.008％；Nb：0.05％～0.07％；Ca：0.04％～0.06％，Al：0.03％～0.05％，Ti：0.04％～0.05％，其余为铁和残余的微量杂质。该发明的汽车纵梁钢板抗拉强度为585～610MPa，屈服强度为500～520MPa，延伸率为30～35％，满足重载汽车纵梁的生产需求，同时还可用于其它高强度汽车结构件的生产。但该汽车纵梁用钢板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，不适应用于复杂结构件的成形要求。

中国发明专利申请(公开日：2009年04月08日、公开号：CN100476007C)公开了一种汽车大梁钢的CSP生产工艺，包括转炉工序、LF精炼工序、CSP连铸连轧工序、卷取工序、成品检验工序；汽车大梁钢的化学重量成分控制如下：C：0.16～0.20％、Si：0.3～0.5％、Mn：1.3～1.5％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ti：0.01～0.03％、Als：0.020～0.035％，N≤65PPm。该发明与现有技术相比：炼钢生产合金成本较低，化学成分容易稳定控制，采用CSP短流程工艺且生产工艺中省略常规厚板坯流程中轧制后所需的横切线矫直工序，具有生产制造成本低优势，能够满足不同汽车厂不同表面处理下的冲压要求。但该大梁钢添加了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

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种汽车车架复杂结构件用钢及其制造方法，满足钢材在汽车车架复杂结构件的成形要求，且通过提升强度减轻重量实现轻量化要求。

为实现上述目的，本发明所设计的汽车车架复杂结构件用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.06～0.08％，Mn：1.60～1.80％，P≤0.008％，S≤0.002％，Als：0.30～0.50％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质。

一种汽车车架复杂结构件用钢的制造方法，包括如下步骤：

A)将原料经过转炉冶炼后，进入真空处理，处理时间＞15min，其后将钢水连铸成铸坯；

B)对所述步骤A)取得的铸坯进行分段加热，首先经过800～1000℃预热，预热段时间60～80min，再快速进入加热段，温度控制在1100～1200℃，时间20～40min，最后进入均热段，温度控制在1220～1260℃，加热时间40～60min；

C)对经过所述步骤B)加热的铸坯进行分段轧制制得钢卷，控制粗轧结束时温度为1040～1080℃，控制精轧终轧时温度为800～900℃；

D)对经过所述步骤C)轧制后取得的钢卷采用两段式冷却工艺，首先采用高冷速的超快速冷却，冷却速度为50～100℃/s，冷却至650～750℃，然后空冷4～20秒，冷却至400～450℃，进行卷取；

E)将所述步骤D)卷取的钢卷进行精整，平整力设定为200～460t，完成制备。

优选地，所述步骤步骤B)中，铸坯加热时，铸坯上下表面及两侧温度波动控制在50℃以内。

优选地，所述步骤D中，钢卷进行超快速冷却，冷却水水温≤30℃。

本发明中，各组分及主要工艺的作用及控制的原理如下：

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0.06％，则不能满足材料强度的要求，如果其含量大于0.08％，则不能满足材料的良好成形性能，因此，将其含量限定在0.06～0.08％范围。

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1.60％，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，因此将其上限定为1.80％，将其含量限定在1.60～1.80％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，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％，Als含量限定在0.30～0.50％范围。

铬：铬可缩小奥氏体相区，扩大热轧工艺控制窗口，利于获得马氏体，当Cr含量低于0.10％时，难以发挥效果，当Cr含量高于0.30％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0.10～0.30％。

另外，从提高材料成形性、经济性的观点出发，本发明未添加Cu、Ni、Mo等贵重合金元素。

其中，本发明中，对铸坯进行分段加热并保温，铸坯经过预热段、加热段、均热段三个阶段，合金元素充分固溶，铸坯温度均匀，组织更均匀，产品力学性能和使用性能更稳定。

同时，通过进行分段轧制，并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，增大轧制负荷，增加能耗，而如高于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。

最后，对轧制后钢卷进行两段式冷却，首先进行高冷速的超快速冷却，冷却速度为50～100℃/s，冷却至650～750℃，控制冷却水水温≤30℃，保证冷却时的冷却速度。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4～20秒，铁素体在此阶段析出，最后强冷至400～450℃，进行贝氏体相变。

本发明中，控制精整阶段的平整力，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，具有以下优点：

1、所生产的汽车车架复杂结构件用钢能有效的获得铁素体+贝氏体组织，钢材下屈服强度≥480MPa、抗拉强度600～720MPa，延伸率≥20％，扩孔率≥70％，以满足商用车复杂结构件的复杂成形要求

2、通过提升强度实现了减轻重量的轻量化要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明汽车车架复杂结构件用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.06～0.08％，Mn：1.60～1.80％，P≤0.008％，S≤0.002％，Als：0.30～0.50％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述汽车车架复杂结构件用钢的制造方法，包括如下步骤：

A)将原料经过转炉冶炼后，进入真空处理，处理时间＞15min，其后将钢水连铸成铸坯；

B)对步骤A)取得的铸坯进行分段加热，首先经过800～1000℃预热，预热段时间60～80min，再快速进入加热段，温度控制在1100～1200℃，时间20～40min，最后进入均热段，温度控制在1220～1260℃，加热时间40～60min，铸坯加热时，铸坯上下表面及两侧温度波动控制在50℃以内；

C)对经过步骤B)加热的铸坯进行分段轧制制得钢卷，控制粗轧结束时温度为1040～1080℃，控制精轧终轧时温度为800～900℃；

D)对经过步骤C)轧制后取得的钢卷采用两段式冷却工艺，首先采用高冷速的超快速冷却，冷却水水温≤30℃，冷却速度为50～100℃/s，冷却至650～750℃，然后空冷4～20秒，冷却至400～450℃，进行卷取；

E)将步骤D)卷取的钢卷进行精整，平整力设定为200～460t，完成制备。

按照上述的成分配比及制造方法，制造了如下8个实施例：

表1本发明各实施例的化学成分列表

表2本发明各实施例的主要工艺参数列表

表3本发明各实施例力学性能检测结果列表

另外，制造了10个对照例，如下表所示：

表4对照例的化学成分列表

表5对照例的主要工艺参数列表

表6对照例力学性能检测结果列表

其中，对照例1～8中，原料的配比在超出本发明的范围，但是使用的是本发明范围内的制造工艺，对照例9～10，原料的配比使用超出本发明的配比，但是制造工艺不在本发明的范围内，其最终成材的抗拉强度或扩孔率不理想，没有达到预期值，难以满足商用车复杂结构件的复杂成形要求。

本发明汽车车架复杂结构件用钢及其制造方法，所生产的汽车车架复杂结构件用钢能有效的获得铁素体+贝氏体组织，钢材下屈服强度≥480MPa、抗拉强度600～720MPa，延伸率≥20％，扩孔率≥70％，以满足商用车复杂结构件的复杂成形要求，通过提升强度实现了减轻重量的轻量化要求。

Claims (4)

1.一种汽车车架复杂结构件用钢，其特征在于：其化学成分及重量百分比含量为：C：0.06～0.08％，Mn：1.60～1.80％，P≤0.008％，S≤0.002％，Als：0.30～0.50％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述汽车车架复杂结构件用钢的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

A)将原料经过转炉冶炼后，进入真空处理，处理时间＞15min，其后将钢水连铸成铸坯；

B)对所述步骤A)取得的铸坯进行分段加热，首先经过800～1000℃预热，预热段时间60～80min，再快速进入加热段，温度控制在1100～1200℃，时间20～40min，最后进入均热段，温度控制在1220～1260℃，加热时间40～60min；

C)对经过所述步骤B)加热的铸坯进行分段轧制制得钢卷，控制粗轧结束时温度为1040～1080℃，控制精轧终轧时温度为800～900℃；

D)对经过所述步骤C)轧制后取得的钢卷采用两段式冷却工艺，首先采用高冷速的超快速冷却，冷却速度为50～100℃/s，冷却至650～750℃，然后空冷4～20秒，冷却至400～450℃，进行卷取；

E)将所述步骤D)卷取的钢卷进行精整，平整力设定为200～460t，完成制备。

3.根据权利要求2所述汽车车架复杂结构件用钢的制造方法，其特征在于：所述步骤步骤B)中，铸坯加热时，铸坯上下表面及两侧温度波动控制在50℃以内。

4.根据权利要求2所述汽车车架复杂结构件用钢的制造方法，其特征在于：所述步骤D中，钢卷进行超快速冷却，冷却水水温≤30℃。