CN112030071A - 510MPa级高韧性汽车大梁钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种510MPa级高韧性汽车大梁钢及其制备方法，其中汽车大梁钢按质量百分数包括以下化学成分：0.09％≤C≤0.11％，1.00％≤Mn≤1.15％，0.020％≤Al≤0.060％，0.40％≤Ti≤0.70％，Si≤0.12％，P≤0.020％，S≤0.012％，N≤0.060％，O≤0.0050％，Re≤0.010％，余量为Fe及不可避免夹杂物。Ti能够显著提高钢的强度，在合金价格上降低成本，通过Ti替代现有市场上510L大梁钢采用的合金体系中C+Nb、V和部分Mn等合金，在保证510MPa级汽车大梁钢的基本性能的前提下，还能够有效地降低510MPa级汽车大梁钢的生产成本，提高企业的经济性。

Description

510MPa级高韧性汽车大梁钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种510MPa级高韧性汽车大梁钢及其制备方法。

背景技术

制造汽车大梁钢(纵梁、横梁)通常用厚度为2.5-12.0mm的低合金热轧钢板，由汽车大梁形状复杂，除要求较高强度和冷弯性能外，要求良好的冲压性能。

伴随着汽车工业的快速发展和产量的持续增加，汽车用钢成为了各钢厂关注的焦点，而在需求量较大的情况下，生产出性能优异且成本低廉的汽车用钢更是研究的主要方向。汽车大梁钢，作为汽车重要承载部件，越来越向高强度方向发展，其不仅保证了更高的安全性，同时还需要有助于汽车轻量化。

目前，国内外大梁钢强度级别在320MPa至800MPa之间，但随着强度的提高其韧塑性较差，700MPa至800MPa还处在试制或小批量供货阶段，而大批量生产和使用的是510MPa级大梁钢。但为了提高510MPa级大梁钢的韧性要求，通常生产成本较高。

因此，有必要开发一种510MPa级高韧性汽车大梁钢及其制备方法，使其满足汽车大梁钢的使用要求，具有较高的韧性，还能够提高企业的经济性。

发明内容

本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此本发明的一方面提出了一种510MPa级高韧性汽车大梁钢。

本发明的另一方面提出了一种510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法。

有鉴于此，本发明的一方面提出了一种510MPa级高韧性汽车大梁钢，所述汽车大梁钢按质量百分数包括以下化学成分：

0.09％≤C≤0.11％，1.00％≤Mn≤1.15％，0.020％≤Al≤0.060％，0.40％≤Ti≤0.70％，Si≤0.12％，P≤0.020％，S≤0.012％，N≤0.060％，O≤0.0050％，Re≤0.010％，余量为Fe及不可避免夹杂物。

进一步地，所述汽车大梁钢厚度为1.6mm至16mm。

进一步地，所述汽车大梁钢的抗拉强度为575MPa至585MPa，屈服强度为492MPa至500MPa，延伸率为28％至32％。

本发明的另一方面提出了一种510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法，包括炼钢→加热炉加热→轧制机组热连轧→控制冷却→卷取→机能检验，其特征在于，所述炼钢包括以下步骤：

铁水预处理：对铁水进行脱硫处理，使S≤0.003％，扒净渣；

转炉工序：将精料废钢装入炉内，并将经过处理的所述铁水倒入所述炉内，形成钢水，出钢前通过氩气吹扫钢包，将所述钢水注入钢包内，使所述钢包内0.020％≤Alt≤0.035％，N≤30ppm；

LF钢包炉精炼：对所述钢包内的钢水进行精炼，使氮增量N≤10ppm，制造具有流动性的还原渣，控制吹氩强度，并采用稀土化处理，获得精炼后的钢水；

连铸工序：将所述精炼后的钢水倒入中包内，开浇前采用氩气吹扫所述中包，使氮增量N≤10ppm，连铸过热度控制目标不大于25℃；

其中，1ppm＝0.0001％。

进一步地，所述转炉工序中还包括向炉内的熔池内吹氧，当所述熔池内含碳量达到出钢要求时停止吹氧，在出钢前加入高锰、硅铁。

进一步地，所述LF钢包炉精炼中采用活性石灰、萤石制造具有流动性的还原渣。

进一步地，所述加热炉内的加热温度为1200℃至1250℃，加热3小时。

进一步地，所述轧制机组热连轧包括：轧制机组包括两个粗轧机，在两个所述粗轧机上分别轧制三回，所述热连扎的终轧温度不低于840℃。

进一步地，所述卷取时的卷取温度不低于580℃。

进一步地，所述轧制机组为2300mm轧制机组。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过Ti替代Nb、V等合金，降低了510MPa级汽车大梁钢的生产成本；通过低含量的C、低合金和稀土化处理，能够获得较高韧性的汽车大梁钢，满足510MPa级钢的要求；采用合理的加热温度和卷取温度，获得较高的成品质量和成品率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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示出了根据本发明一个实施例提供的一种510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的炼钢的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明的一方面提出了一种510MPa级高韧性汽车大梁钢，汽车大梁钢按质量百分数包括以下化学成分：

0.09％≤C≤0.11％，1.00％≤Mn≤1.15％，0.020％≤Al≤0.060％，0.40％≤Ti≤0.70％，Si≤0.12％，P≤0.020％，S≤0.012％，N≤0.060％，O≤0.0050％，Re≤0.010％，余量为Fe及不可避免夹杂物。

其中，C用于形成足够碳化物强化相，随着钢中含碳量的增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，但含量过高能降低钢的塑性和冲击韧性，恶化冷成型性能和焊接性能，所以在保证强度的前提下，应尽量降低钢中的C含量。

Si和氧的亲和力较强，属于强脱氧元素，并以固溶形式存在于钢中，Si可以提高钢的强度、疲劳极限、耐腐蚀性和耐磨性，但Si含量过高，热轧时易产生氧化物，降低钢材表面质量。

Mn在钢中以固溶态存在，属固溶强化元素，可提高铁素体的强度，但用量过多会降低钢材的韧性和焊接性。

一般来说P是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，焊接性能恶化，降低塑性。

S作为有害元素，其使钢产生热脆性，降低钢的韧塑性，在轧制过程中易产生裂纹，优质钢一般要求小于0.04％。

N含量主要影响钢材的冲击韧性和强度，和活泼的Ti结合，还能降低有效Ti含量。

低O控制，减少夹杂物，提高钢的韧塑性。

Ti能够显著提高钢的强度，在合金价格上降低成本，通过Ti替代现有市场上510L大梁钢采用的合金体系中C+Nb、V和部分Mn等合金，在保证510MPa级汽车大梁钢的基本性能的前提下，还能够有效地降低510MPa级汽车大梁钢的生产成本，提高企业的经济性。

进一步地，汽车大梁钢厚度为1.6mm至16mm。

进一步地，汽车大梁钢的抗拉强度为575MPa至585MPa，屈服强度为492MPa至500MPa，延伸率为28％至32％。

其中，510L的汽车大梁钢要求屈服强度不小于355MPa，抗拉强度为510MPa至650MPa，延伸率不低于24％，具有本发明的化学成分的韧性510MPa级汽车大梁钢能够满足510L的汽车大梁钢的要求。

图1示出了根据本发明一个实施例提供的一种510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法的流程示意图；图2示出了根据本发明的一个实施例的炼钢的流程示意图。

如图1和图2所示，本发明的另一方面提出了一种510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法，包括炼钢→加热炉加热→轧制机组热连轧→控制冷却→卷取→机能检验，其特征在于，炼钢包括以下步骤：

步骤101，铁水预处理：对铁水进行脱硫处理，使S≤0.003％，扒净渣；

步骤102，转炉工序：将精料废钢装入炉内，并将经过处理的铁水倒入炉内，形成钢水，出钢前通过氩气吹扫钢包，将钢水注入钢包内，使钢包内0.020％≤Alt≤0.035％，N≤30ppm；

步骤103，LF钢包炉精炼：对钢包内的钢水进行精炼，使氮增量N≤10ppm，制造具有流动性的还原渣，控制吹氩强度，并采用稀土化处理，获得精炼后的钢水；

步骤104，连铸工序：将精炼后的钢水倒入中包内，开浇前采用氩气吹扫中包，使氮增量N≤10ppm，连铸过热度控制目标不大于25℃；

其中，1ppm＝0.0001％。

具体地，S≤0.003％是铁水预处理时要求的S含量，S≤0.012％是连铸时或成品卷要求的S含量，由于后续工序由于还要加入废钢、矿石等一些辅料，其中含有S元素，导致最终的大梁钢S含量升高；钢中的Al分为酸溶铝和酸不溶铝，Alt表示的是钢中的全铝含量，厂矿测定铝的含量为酸溶铝含量，在工艺生产过程中采用全铝Alt含量表示。

其中，稀土化处理是向钢水中加入稀土，稀土对改善夹杂物有好处，对钢的韧塑性能具有有良好的提升效果；中包也叫中间包，将精炼后的钢水倒入中包内，中包把钢水分流成若干小流，进入冷凝器，凝固后变成钢坯。

其中，加热炉内的加热温度为1200℃至1250℃，加热3小时。

加热时间是3h，如果加热温度过高会使钢坯表面熔化，加热温度过低则不能使钢坯内部晶粒组织充分地奥氏体化，轧制时钢坯内部会出现裂纹；加热时间过长，特别是高温区停留时间过长会造成过热、过烧、脱碳和氧化等缺陷，加热时间不足，则会产生钢温偏低，温度不均等问题。

控制加热炉炉膛气氛，减少铸坯氧化铁皮的生成，保证加热温度均匀，以保证最终钢成品卷的板型平整，避免有浪型的形成，影响客户使用。

进一步地，卷取时的卷取温度不低于580℃。

更进一步地，轧制机组热连轧包括：轧制机组包括两个粗轧机，在两个所述粗轧机上分别轧制三回，热连扎的终轧温度不低于840℃。

卷曲温度低于580℃会影响冷却速度，不同的冷却速度形成不同的组织，甚至组织相同时其含量也有不同，性能也会不同，因此要保证卷曲温度不低于580℃来控制冷速等方式最终达到想要的组织，即铁素体+珠光体，通过热连扎的终轧温度不低于840℃能够避免出现贝氏体马氏体等硬相组织。

通过低含量的C、低合金和稀土化处理，能够获得较高韧性的汽车大梁钢，满足韧性510MPa级的要求；采用合理的加热温度、卷取温度和合适的金相组织，即铁素体+珠光体，获得较高的成品质量和成品率。

之前生产的510L以及市场上的500MPa级大梁钢采用的合金体系为低C+Nb、V合金化，由于Ti成本低于Nb、V，故本专利用Ti替代Nb、V合金，不加Nb、V合金，降低生产成本；考虑到后续客户需要进行折弯等成型操作，避免出现贝氏体马氏体等硬相组织，故采取终轧温度不低于840℃来使铁素体的晶粒细化和含量增加；卷取温度不低于580℃来控制冷速等方式最终达到想要的组织，即铁素体+珠光体。

在高强度的同时保证其拥有良好的塑性，在车轮成型时才能够避免开裂，通过加入稀土处理，提高产品塑性，进而避免钢材开裂，提高钢材的综合性能，满足用户的使用要求。

进一步地，转炉工序中还包括向炉内的熔池内吹氧，当熔池内含碳量达到出钢要求时停止吹氧，在出钢前加入高锰、硅铁。

当熔池内含碳量达到出钢要求时停止吹氧，在吹炼终点时不仅熔池的硫、磷和温度等符合出钢要求，熔池中的碳加上铁合金带入的碳也能符合所炼钢种的要求，不需再专门向金属追加增碳剂增碳，这样使得金属收得率高、锰铁消耗少，渣中FeO低，有利于提高炉龄，钢中气体、夹杂含量较低。

其中，在出钢前加入高锰、硅铁是保证Mn含量和Si含量达到设计要求，以满足510MPa级汽车大梁钢的使用要求。

进一步地，LF钢包炉精炼中采用活性石灰、萤石制造具有流动性的还原渣。

采用活性石灰、萤石制造具有流动性的还原渣能够提高精炼钢水顶渣的碱度，降低熔渣的熔点，改善熔渣的流动性；消除钢包内衬结渣挂渣、顶渣结壳的现象。

采用LF路径工序，对气体含量要求严格控制，要求LF处理过程保持微正压，严格控制氮增量，使N≤10ppm，采用活性石灰、萤石制造具有流动性的还原渣，严格控制吹氩强度，尽量避免钢液裸露；采用稀土化处理，使夹杂物充分的球化，改善产品韧塑性，尤其是低温韧性。

进一步地，轧制机组为2300mm轧制机组。

2300mm机组是本钢最先进的热轧轧机、国内先进的设备，产品宽度可达2150mm，轧制力和卷取能力也是最强的，很适合生产高强的高端产品钢。

需要说明的是，在热连扎和卷取时，均需要间隙喷水冷却，其中，控制冷却速度小于10m/s，保证出现铁素体+珠光体组织，在机能检验后包装缴库并打捆发货。

对比例

表1样本钢的性能和成本对比表

牌号	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率A％	吨钢成本(元)
					510L	≥355	510-650	≥24	--
样本1	497	581	30.0	0
					样本2	456	562	26.5	96
样本3	439	555	28.0	95

样本1为采用本发明的方法制造的汽车大梁钢，样本2和样本3是其他钢厂的钢板试样，样本2相对于样本1多了0.3％的Mn，0.02％的Nb，样本1比样本2多了0.025％的Ti，按样本1的吨成本为0进行对比，样本2的吨成本比样本1的吨成本高了96元，同理，样本3对于样本1多了0.32％的Mn，0.02％的Nb，样本1比样本3多了0.034％的Ti，样本3的吨成本比样本1的吨成本高了95元。

从表1中可以看出，采用本发明的化学成分和制备方法的汽车大梁钢具有更好的性能参数，同时生产成本较低。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种510MPa级高韧性汽车大梁钢，其特征在于，所述汽车大梁钢按质量百分数包括以下化学成分：

0.09％≤C≤0.11％，1.00％≤Mn≤1.15％，0.020％≤Al≤0.060％，0.40％≤Ti≤0.70％，Si≤0.12％，P≤0.020％，S≤0.012％，N≤0.060％，O≤0.0050％，Re≤0.010％，余量为Fe及不可避免夹杂物。

2.根据权利要求1所述的510MPa级高韧性汽车大梁钢，其特征在于，所述汽车大梁钢厚度为1.6mm至16.0mm。

3.根据权利要求1所述的510MPa级高韧性汽车大梁钢，其特征在于，所述汽车大梁钢的抗拉强度为575MPa至585MPa，屈服强度为492MPa至500MPa，延伸率为28％至32％。

4.一种如权利要求1至3中任一项所述的510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法，包括炼钢→加热炉加热→轧制机组热连轧→控制冷却→卷取→机能检验，其特征在于，所述炼钢包括以下步骤：

铁水预处理：对铁水进行脱硫处理，使S≤0.003％，扒净渣；

转炉工序：将精料废钢装入炉内，并将经过处理的所述铁水倒入所述炉内，形成钢水，出钢前通过氩气吹扫钢包，将所述钢水注入钢包内，使所述钢包内0.020％≤Alt≤0.035％，N≤30ppm；

LF钢包炉精炼：对所述钢包内的钢水进行精炼，使氮增量N≤10ppm，制造具有流动性的还原渣，控制吹氩强度，并采用稀土化处理，获得精炼后的钢水；

连铸工序：将所述精炼后的钢水倒入中包内，开浇前采用氩气吹扫所述中包，使氮增量N≤10ppm，连铸过热度控制目标不大于25℃；

其中，1ppm＝0.0001％。

5.根据权利要求4所述的510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法，其特征在于，所述转炉工序中还包括向炉内的熔池内吹氧，当所述熔池内含碳量达到出钢要求时停止吹氧，在出钢前加入高锰、硅铁。

6.根据权利要求4所述的510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法，其特征在于，所述LF钢包炉精炼中采用活性石灰、萤石制造具有流动性的还原渣。

7.根据权利要求4所述的510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法，其特征在于，所述加热炉内的加热温度为1200℃至1250℃，加热3小时。

8.根据权利要求4所述的510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法，其特征在于，所述轧制机组热连轧包括：轧制机组包括两个粗轧机，在两个所述粗轧机上分别轧制三回，所述热连扎的终轧温度不低于840℃。

9.根据权利要求4所述的510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法，其特征在于，所述卷取时的卷取温度不低于580℃。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的510MPa级高韧性汽车大梁钢的制备方法，其特征在于，所述轧制机组为2300mm轧制机组。

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