CN111809110A - 一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带及其制造方法 - Google Patents

一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，其化学成分按重量百分比计为C：0.06～0.09％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.60～1.90％，P≤0.020％，S≤0.005％，Alt：0.020～0.050％，Nb：0.04～0.06％，Ti：0.07～0.10％，N≤0.0040％，Ce：0.00100～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。还公布了其制造方法。本发明的合金成分设计采用Nb‑Ti微合金，且不含贵元素Mo，目的是通过添加稀土元素，充分发挥稀土夹杂物改性，细化晶粒，提高低温冲击韧性等特点，配合优化后的加热及轧制工艺，生产出厚规格、强韧性匹配性良好的汽车大梁钢，拓宽该强度级别汽车大梁钢的规格范围和使用温度范围。

Description

一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带及其制造方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带及其制造方法。
背景技术
通过提高钢板强度来减轻车身重量，达到降耗节能，减少环境污染是当今汽车工业研究的重要课题。在国内外，现阶段多是采用添加一定的微合金元素来强化钢的强度。大梁钢作为客货车的安全承重件，对性能和成形性有很高的要求。但是所用的合金元素、用量、何种工艺都不尽相同，和各厂的装备、技术、原料等有关。目前，700MPa以下级别大梁钢的生产技术已相当成熟，在汽车工业的应用也较广泛。受限于国内汽车行业的落后成型装备，目前普遍使用700MPa以下级别钢种制造重卡汽车大梁，使用强度范围主要集中在610MPa～700MPa，更高强度级别大梁的应用范围较小或处于工业认证阶段。
汽车大梁是车体结构中重量较大的承重部件，承受频繁的拉、压、弯、扭交变载荷，对力学性能的稳定性要求较高。大梁钢板用于制造汽车纵梁、横梁、前后车桥、保险杠等结构件，厚度一般在3.0～10.0mm，是汽车结构钢钢中需求量较大，是性能指标要求较高的钢种之一。汽车大梁是载重汽车的主要部件，几乎承载着货物全部的重量，因此大梁的质量直接影响到整车的使用寿命与行车安全。但是有些重型载货卡车不能通过自身的减重来提高自身的使用寿命，比如拉运重型设备的货卡车，该种车型的大梁钢必须具有一定的冲击韧性、较高的横向冷弯性能和抗疲劳性，同时要求尺寸精度高，板形好。只能通过提高汽车大梁钢的强度等级和同厚度规格下对强韧性配合提出更高的要求，所以厚度规格≥10.0mm的汽车大梁钢需求量在逐年提升。
目前国内外生产和使用较为广泛的高强度汽车大梁钢主要有610L、650L、700L、750L等，能生产的钢铁企业有宝钢、武钢、鞍钢、包钢、太钢、莱钢、安钢、承德钢铁等，同时屈服强度700MPa级高强汽车大梁钢也逐渐进入国内外商用车汽车用钢市场，有宝钢开发的BS700MC、武钢开发的WL700、鞍钢开发的A700L、太钢开发的TH800、安钢开发的AG700MC、包钢开发的BT700、莱钢开发的LG700L、承钢开发的C700L等。
金钊等人(金钊等，重型挂车大梁用含铌钢的开发与应用)对比了10mm厚抗拉强度为700MPa级的Mn-Ti系、Nb-Ti系汽车大梁钢的韧脆转变温度，通过添加Nb元素，发挥细晶强化、析出强化等作用，韧脆转变温度从-20℃～-40℃之间降低到-40℃～-60℃之间。
王旭生等人(王旭生等，厚规格700MPa级高强钢热轧板卷，金属世界，2016年第4期)介绍本钢生产厚规格700MPa级高强钢通过采用Mn-Ti-Nb-Mo的合金成分设计，以及高温加热、大变形精轧和高冷却速率，获得细小均匀的铁素体+贝氏体+少量珠光体组织，研制生产了厚规格高强钢S700MC热轧板卷，热轧板卷具有良好匹配的高强度和低温冲击韧性，产品最大厚度15.0mm，合计中添加0.2％Mo，增加了制造成本。
专利CN103849812A公开了一种700MPa级汽车大梁用钢及其制造方法，其厚度范围3.0～12.0mm，但只给出10.0mm厚钢板的力学性能指标。专利CN108315639A公开了一种高韧性600MPa级汽车大梁钢及其生产方法，其抗拉强度600～700MPa，屈服强度≥500MPa，伸长率≥20％，钢板最大为7.8mm，但其强度偏低。专利CN109161806A公开了一种700MPa级汽车大梁钢带及其制备方法，只公布了厚度为14.0mm的力学性能，厚度规格单一。
总之，上述文献和专利所涉及的700MPa级汽车大梁钢存在厚度规格未突破15.0mm、制造成本偏高等技术问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明公开了一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢及制造方法，合金成分设计采用Nb-Ti微合金，且不含贵元素Mo，目的是通过添加稀土元素，充分发挥稀土夹杂物改性，细化晶粒，提高低温冲击韧性等特点，配合优化后的加热及轧制工艺，生产出厚规格、强韧性匹配性良好的汽车大梁钢，拓宽该强度级别汽车大梁钢的规格范围和使用温度范围。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，其化学成分按重量百分比计为C：0.06～0.09％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.60～1.90％，P≤0.020％，S≤0.005％，Alt：0.020～0.050％，Nb：0.04～0.06％，Ti：0.07～0.10％，N≤0.0040％，Ce：0.00100～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分按重量百分比计为，C：0.07～0.09％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.70～1.85％，P≤0.015％，S≤0.003％，Alt：0.030～0.045％，Nb：0.045～0.055％，Ti：0.075～0.90％，N≤0.0035％，Ce：0.0015～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分按重量百分比计为，C：0.07％，Si：0.15％，Mn：1.65％，P:0.012％，S：0.003％，Alt：0.03:8％，Nb：0.043％，Ti：0.070％，N：0.003:1％，Ce：0.0018％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分按重量百分比计为，C：0.08％，Si：0.22％，Mn：1.78％，P：0.011％，S：0.004％，Alt：0.034％，Nb：0.047％，Ti：0.074％，N：0.0036％，Ce：0.0023％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分按重量百分比计为，C：0.08％，Si：0.20％，Mn：1.80％，P：0.012％，S：0.002％，Alt：0.038％，Nb：0.052％，Ti：0.080％，N：0.0038％，Ce：0.0016％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分按重量百分比计为，C：0.08％，Si：0.25％，Mn：1.85％，P：0.015％，S：0.003％，Alt：0.042％，Nb：0.045％，Ti：0.086％，N：0.0030％，Ce：0.0026％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，所述汽车大梁钢的金相组织为铁素体+珠光体，其中珠光体含量<8％，其中晶粒度≥13级。
一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带的制造方法，包括：铁水预处理、转炉复合吹炼、LF精炼、RH精炼、连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取；
连铸坯加热步骤中，将连铸板坯加热到1200～1240℃，在炉时间控制在200～260min内；
粗轧采用3+3或者3+5模式2机架轧机粗轧，粗轧开轧温度为1150～1200℃，粗轧首道次压下量在30.0～40.0mm；
精轧采用7机架连续变凸度轧机精轧，所述精轧的开轧温度为950～1100℃；
精轧开轧时的中间坯厚度为钢板成品厚度的4.0～5.5倍，精轧累压下率70％以上，终轧温度为800～840℃；
层流冷却和卷取步骤中，采用前段冷却模式，所述冷却速度为20～40℃/s，所述卷取温度为580～600℃。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明以低碳锰钢为基础，复合添加铌、钛、稀土等微合金元素，铌、钛通过析出强化，提高再结晶温度，通过细化晶粒来提高钢的强度和低温冲击韧性，但是如果含量不当或者加热温度偏低，会形成未溶相，强度和冲击韧性都会受到影响，同时发挥稀土净化钢液、夹杂物改性、细化晶粒等特点，进一步提高后规格大梁钢低温冲击韧性。但是本发明人发现采用本发明提供的原料成分及质量配比，并结合控制轧制和控制冷却工艺，采用2250mm热轧生产线开发出10.0～16.0mm厚700MPa级高强度热轧汽车大梁钢带，具有良好的成型性能、低温韧性和疲劳性能，成功应用于重型商用车制造，并具有以下有益效果：
本发明提供一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，通过合理的成分设计，该热轧钢带含有Ti：0.06～0.10％，Nb：0.04～0.06％，Ce：0.0010～0.0030％微合金元素，显微组织为铁素体+珠光体，晶粒度等级不低于13级，具有高强度、优良的加工成形性能和焊接性能等特点，适用于商用重载汽车横梁、纵梁等汽车结构件。力学性能和工艺性能满足屈服强度≥620MPa，抗拉强度710～840MPa，延伸率A≥18％，冷弯d＝2a，-40℃冲击值≥70J的要求。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例的典型金相组织图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，其化学成分按重量百分比为C：0.06～0.09％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.60～1.90％，P≤0.020％，S≤0.005％，Alt：0.020～0.050％，Nb：0.04～0.06％，Ti：0.07～0.10％，N≤0.0040％，Ce：0.00100～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其经过铁水预处理、转炉复合吹炼、RH精炼、连铸、板坯加热、热连轧、层流冷却和卷取制成。
连铸步骤包括工序：铁水预处理、转炉复合吹炼、LF精炼、RH精炼和铸机；具体地，将铁水进行脱硫预处理，采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉终点出钢温度≥1620℃；然后将转炉冶炼后钢水进行LF精炼工序，根据钢水成分加入锰铁、硅铁、铌铁等合金调整到目标成分，喂入Fe-Ca线(高钙线)进行钙处理，喂丝后保证软吹时间8～15min，防止钢液裸露。LF精炼后钢水进行RH操作，RH真空处理结束前5～10min加入Ce-Fe合金，RH真空处理后调整氩气流量使钢水处于软吹状态，时间8～10min。
为了保证稀土的收得率，加入的Ce-Fe合金中Ce质量百分比占所加Ce-Fe合金的10～30％，所加Ce-Fe合金中氧含量小于等于20ppm。
热连轧过程先将连铸坯在200～260min内加热到1200～1240℃，粗轧开轧温度为1150～1200℃，粗轧首道次压下量在30.0～40.0mm，精轧的开轧温度为950～1100℃，终轧温度为800～840℃。
随着铌、钛含量的增加，板坯加热温度需提高，目的是保证钛的化学物充分溶解，本专利中要求1200～1240℃，如果低于1200℃，钛化物在加热过程中溶解不充分，在轧制过程中以大尺寸的钛化物存在，影响其析出强化效果。本专利对加热时间上下限有要求，若果加热时间低于200min，由于钛含量较高，钛化物不能充分溶解，影响轧钢过程中钛的析出，降低钢板的强度，如果加热时间超过260min，使奥氏体晶粒过分长大，导致强度降低，同时钢坯表面形成过量的氧化皮，在除磷过程中不易清除，轧钢时将氧化皮扎入钢板，在表面形成缺陷。
本发明采用粗轧和精轧两阶段控制轧制工艺，即奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制，使得大梁钢在完成轧制的同时得到储存大变形能的变形奥氏体组织，进而得到细小的相变组织，通过细晶强化提高钢的强度。为了保证厚规格大梁钢横向1/2处晶粒尺寸，中间坯厚度(mm)/成品厚度(mm)为4.0～5.5倍，精轧累压下率70％以上。
层流冷却过程中冷却水的水温<40℃，为了抑制厚规格卷板厚度1/2处铁素体晶粒尺寸，采用前段冷却模式，冷却速度为20～40℃/s，同时可以提高强度和低温冲击韧性。
卷取温度为580～600℃，有利于多边形铁素体的形成，多边形铁素体的韧性优于等轴铁素体的。
实施例：
按表1中所示的具体化学成分制备稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，制备过程如下：
将铁水进行脱硫预处理，采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉终点出钢温度≥1620℃；然后将转炉冶炼后钢水进行LF精炼工序，根据钢水成分加入锰铁、硅铁、铌铁等合金调整到目标成分，喂入Fe-Ca线(高钙线)进行钙处理，喂丝后保证软吹时间8～15min，防止钢液裸露。LF精炼后钢水进行RH操作，RH真空处理结束前5～10min加入Ce-Fe合金，RH真空处理后调整氩气流量使钢水处于软吹状态，时间8～10min。
按表1所示的化学成分冶炼，板坯连铸过热度25℃。之后进行板坯清理、缓冷，及连铸坯质量检查。板坯加热温度为1200～1240℃，加热时间为200～260min，将加热后的板坯进行高压水除磷。通过定宽压力机定宽，采用2机架粗轧，7机架CVC精轧。粗轧开轧温度1150～1200℃，粗轧首道次压下量在30.0～40.0mm，精轧的开轧温度为950～1100℃，中间坯厚度45.0～68.0mm，终轧温度为800～840℃。层流冷却采用前段冷却，冷却速度为20～40℃/s，卷取温度为580～600℃，成品厚度为10.0～16.0mm。如图1所示，为本发明实施例钢带的典型金相组织图，其金相组织为铁素体+珠光体，其中珠光体含量<8％，其中晶粒度≥13级。该实施例制备得到的钢带的力学性能检测结果见表2。
表1本发明实施例1-4的化学成分(wt％)
实施例 C Si Mn P S Alt Nb Ti N Ce
1 0.07 0.15 1.65 0.012 0.003 0.038 0.043 0.070 0.0031 0.0018
2 0.08 0.22 1.78 0.011 0.004 0.034 0.047 0.074 0.0036 0.0023
3 0.08 0.20 1.80 0.012 0.002 0.038 0.052 0.080 0.0038 0.0016
4 0.08 0.25 1.85 0.015 0.003 0.042 0.045 0.086 0.0030 0.0026
表2本发明实施例1-4制备得到的钢带的力学性能检测结果
Figure BDA0002544105500000081
由表2数据可知，本发明提供的一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢热轧钢带，力学性能和工艺性能满足屈服强度≥620MPa，抗拉强度≥700MPa，延伸率A≥18％，冷弯d＝2a，-40℃纵向冲击功KV2≥70J。
从上述实施例结果可知，本发明的汽车大梁钢带具有优良的力学性能，尤其是其低温韧性，同时具有良好的焊接性能。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为C：0.06～0.09％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.60～1.90％，P≤0.020％，S≤0.005％，Alt：0.020～0.050％，Nb：0.04～0.06％，Ti：0.07～0.10％，N≤0.0040％，Ce：0.00100～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为，C：0.07～0.09％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.70～1.85％，P≤0.015％，S≤0.003％，Alt：0.030～0.045％，Nb：0.045～0.055％，Ti：0.075～0.90％，N≤0.0035％，Ce：0.0015～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为，C：0.07％，Si：0.15％，Mn：1.65％，P:0.012％，S：0.003％，Alt：0.03:8％，Nb：0.043％，Ti：0.070％，N：0.003:1％，Ce：0.0018％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为，C：0.08％，Si：0.22％，Mn：1.78％，P：0.011％，S：0.004％，Alt：0.034％，Nb：0.047％，Ti：0.074％，N：0.0036％，Ce：0.0023％，余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为，C：0.08％，Si：0.20％，Mn：1.80％，P：0.012％，S：0.002％，Alt：0.038％，Nb：0.052％，Ti：0.080％，N：0.0038％，Ce：0.0016％，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为，C：0.08％，Si：0.25％，Mn：1.85％，P：0.015％，S：0.003％，Alt：0.042％，Nb：0.045％，Ti：0.086％，N：0.0030％，Ce：0.0026％，余量为Fe和不可避免的杂质。
7.根据权利要求1所述的稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带，其特征在于：所述汽车大梁钢的金相组织为铁素体+珠光体，其中珠光体含量<8％，其中晶粒度≥13级。
8.根据权利要求1所述的稀土处理厚规格700MPa级汽车大梁钢带的制造方法，其特征在于：包括：铁水预处理、转炉复合吹炼、LF精炼、RH精炼、连铸、板坯加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取；
连铸坯加热步骤中，将连铸板坯加热到1200～1240℃，在炉时间控制在200～260min内；
粗轧采用3+3或者3+5模式2机架轧机粗轧，粗轧开轧温度为1150～1200℃，粗轧首道次压下量在30.0～40.0mm；
精轧采用7机架连续变凸度轧机精轧，所述精轧的开轧温度为950～1100℃；
精轧开轧时的中间坯厚度为钢板成品厚度的4.0～5.5倍，精轧累压下率70％以上，终轧温度为800～840℃；
层流冷却和卷取步骤中，采用前段冷却模式，所述冷却速度为20～40℃/s，所述卷取温度为580～600℃。
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