CN112195404B - 一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢及其制备方法 - Google Patents

一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，属于钢铁冶炼技术领域，所述汽车扭力梁用钢的化学成分以质量分数计为：C：0.03‑0.12％、Si：0.05‑0.18％、Mn：0.8‑2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Als：0.03‑0.04％、Ti：0.05‑0.15％、Mo：0.1‑0.3％，B≤0.005％；其余为Fe及不可避免杂质。其微合金元素添加量低，从而降低材料生产成本，并且具备优异的冲压成形性能、焊接性能和疲劳性能。本发明还提供了一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢的制备方法。

Description

一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，涉及一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢及其制备方法。
背景技术
汽车在崎岖路面上行驶时，扭力梁同时承受车轮传递的纵向力以及垂直方向上的交变载荷，在横梁处应力高，易产生疲劳断裂。因此必须要求扭力梁在具有高强度的同时，还需要高疲劳强度。
发明内容
为了解决扭力梁疲劳强度不足的技术问题，本发明提供了一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，其微合金元素添加量低，从而降低材料生产成本，并且具备优异的冲压成形性能、焊接性能和疲劳性能。
本发明还提供了一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，所述汽车扭力梁用钢的化学成分以质量分数计为：
C：0.03-0.12％、Si：0.05-0.18％、Mn：0.8-2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Als：0.03-0.04％、Ti：0.05-0.15％、Mo：0.1-0.3％，B≤0.005％；
其中，微合金元素Ti、Mo的添加量满足：1.4≤(％C/12)/[(％Ti/48)+(％Mo/96)]≤1.8，以及0.45≤(％Ti)/(％Mo)≤0.55；
其余为Fe及不可避免杂质。
其中，(％C/12)表示碳元素的质量百分含量除以12(摩尔质量)，其余的％Ti/48和％Mo/96同理。
进一步的，所述汽车扭力梁用钢的微观金相组织为粒状贝氏体。
一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢的制备方法，包括：
钢水连铸获得板坯，所述钢水化学成分与所述汽车扭力梁用钢的化学成分相同；
将所述板坯进行加热、粗轧和精轧，获得热轧板；
对所述热轧板以前段主冷的冷却模式进行层流冷却，卷取成热轧卷。
本发明前段主冷迅速将热轧板冷却至中间温度540-600℃，精冷区调控热轧板温度至目标卷取温度卷取成热轧卷。
进一步的，所述板坯加热温度为1200-1250℃，加热时间150-200min。
进一步的，所述粗轧工艺采用5道次粗轧，所述精轧工艺采用7道次精轧。
进一步的，所述粗轧工艺中，粗轧终止温度为1020-1080℃，所述精轧工艺采用恒速轧制，精轧终止温度控制在880-910℃，所述热轧板厚度变化为2-5mm。
进一步的，所述热轧卷的卷取温度为500-560℃。
进一步的，所述热轧卷经平整、酸洗后获得成品。
进一步的，所述热轧卷冷却至室温后再进行平整，平整延伸率控制在1-3％，酸洗时热轧卷的运行速度控制在60-100m/min，酸洗工艺中最后一个酸洗槽酸洗温度为80-90℃、铁离子浓度控制在30-40g/L。
进一步的，所述钢水制备工艺为：将铁水预处理后，经冶炼、LF+RH精炼获得所述钢水。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本发明一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，采用C-Si-Mn-Mo-Ti-B成分体系，以微量B元素代替微合金元素，减少微合金元素的使用量，降低生产成本，并通过控制轧制、层流冷却，并配合一定的平整、酸洗工艺，获得抗拉强度700MPa级成形性能及疲劳性能优异且具备高焊接性能的热轧酸洗带钢。
2.本发明一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢的制备方法，通过对钢板化学成分及轧制工艺的改进，获得的成品带钢微观金相组织为粒状贝氏体，屈服强度≥590MPa，抗拉强度≥700MPa，断后延伸率A80≥18％，具备优异的表面质量及焊接性。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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它的附图。
图1是本发明实施例1制备的汽车扭力梁用钢材的显微组织示意图；
图2是本发明板材进行对折后，弯曲部分外侧图；
图3是微合金元素Mo与Ti形成的细小复合析出相；
图4是对比例1板材的显微组织；
图5为对比例3板材的显微组织图；
图6为对比例3板材的析出相形貌；
图7为对比例4板材的显微组织图；
图8为对比例4板材的析出相形貌。
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。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
研究发现，均匀的粒状贝氏体组织强度高，韧性好，疲劳性能优异，因此，扭力梁用钢的组织设计由铁素体+珠光体向均匀的粒状贝氏体组织转变。为使扭力梁获得高疲劳强度，现有汽车扭力梁用钢在成分设计上采用大量微合金元素进行细晶强化与析出强化，微合金元素提高过冷奥氏体组织稳定性，通过控制冷却获得粒状贝氏体产生组织强化。但是，微合金元素的大量使用提高了材料的生产成本，并且，微合金元素发挥析出强化必须要有足够的C含量，高含量的合金元素与C元素提高了材料的焊接碳当量，恶化材料焊接。
基于此，本申请对汽车扭力梁用钢的化学成分及制备工艺进行改进，以组织强化为材料的主要强化方式，通过添加微量B元素来降低材料中其它合金元素添加量，从而降低材料生产成本，材料冲压成形性能优异，具有高焊接性，扭力梁成品具备优异的疲劳性能。
具体的，本发明一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，所述汽车扭力梁用钢的化学成分以质量分数计为：
C：0.03-0.12％、Si：0.05-0.18％、Mn：0.8-2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Als：0.03-0.04％、Ti：0.05-0.15％、Mo：0.1-0.3％，B≤0.005％；
其中，微合金元素Ti、Mo的添加量满足：1.4≤(％C/12)/[(％Ti/48)+(％Mo/96)]≤1.8，以及0.45≤(％Ti)/(％Mo)≤0.55：
其余为Fe及不可避免杂质。
本发明的C含量为0.03-0.12％，碳与合金元素Ti、Mo等形成微合金碳化物而起到析出强化的作用，较高碳含量对焊接性存在不利影响，晶界析出的碳化物也会促使裂纹的萌生与扩展，较高的C含量也不利于B元素提高过冷奥氏体淬透性作用的发挥，因此成分设计选择低碳体系。
本发明的Si含量0.05-0.18％，取较低的硅含量，降低Si对焊接性能与产品表面质量的影响。
本发明的Mn含量为0.8-2.0％，添加0.8％以上的Mn提高基体强度，含量过高会影响材料焊接性并产生大量MnS夹杂。
本发明的P与S对材料性能产生不利影响，应尽严格控制钢中P与S含量。
本发明中Al作为脱氧剂使用并固定N元素发挥细晶强化作用，B元素与0和N具备极强的亲和力，当B元素与O和N结合将无法发挥其作用，因此必须保证材料中含有一定的酸溶铝含量，因此要求材料中Als含量为0.03-0.04％。
本发明中适量添加Ti元素，其一，充分脱0，固定钢中N元素，细化晶粒，抑制B与N结合，并防止AlN造成的连铸板坯裂纹。其二，降低沿轧向分布的条状MnS造成的板材横纵向力学性能的差异。当Ti含量过高时会产生大颗粒的Ti夹杂，因此，钢中Ti含量控制在0.1-0.15％之间。
本发明的Mo含量低于0.30％，Mo是促进贝氏体组织形成的有效元素，控制微合金元素Mo与Ti的含量比为0.45≤(％Ti)/(％Mo)≤0.55，使Mo与Ti结合形成细小弥散的析出相，充分发挥弥散强化的作用。
本发明中B元素含量控制在0.005％以内，晶界偏聚的B元素(有效硼)才能充分发挥提高过冷奥氏体稳定性，抑制铁素体及珠光体形核的作用，促进贝氏体组织形核，而有效硼含量极低，因此添加微量B元素即可，过量添加B元素反而促进奥氏体分解。
本发明一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢的制备方法，包括：
(1)将铁水预处理后，经冶炼、LF+RH精炼获得钢水，钢水连铸获得板坯，所述钢水化学成分与所述汽车扭力梁用钢的化学成分相同。
(2)将所述板坯加热至1200-1250℃，加热时间150-200min，再进行5道次粗轧和7道次精轧，获得热轧板，其中，粗轧终止温度为1020-1080℃，精轧终止温度控制在880-910℃，所述热轧板厚度变化为2-5mm，精轧时采用恒速轧制并根据成品板厚规格调整轧制速度。
(3)采取前段主冷的冷却策略将所述热轧板快冷至500-560℃后卷取获得热轧卷。
(4)将所述热轧卷经平整、酸洗后获得成品：热轧卷冷却至室温后再进行平整，平整延伸率控制在1-3％，酸洗时热轧卷的运行速度控制在60-100m/min，酸洗工艺中最后一个酸洗槽酸洗温度为80-90℃、铁离子浓度控制在30-40g/L。
本发明为确保板坯成分均匀化，微合金析出相充分溶解，获得均匀的奥氏体组织，将板坯的加热温度设定在1200-1250℃左右，加热时间为150-200min，既保证板坯成分均匀也不使板坯产生过热等缺陷。
所述粗轧终止温度控制为1020-1080℃，在奥氏体未再结晶区温度范围内低温终轧，且避免在奥氏体铁素体两相区轧制，控制轧制温度在880-910℃，使奥氏体充分累积变形量以提高铁素体形核率，恒速精轧，根据厚度规格调整轧速，所述热轧板厚度规格变化范围控制在2-5mm，控制卷取温度稍高于贝氏体温度转变上限温度获得均匀的粒状贝氏体金相组织，卷取后大量细小的微合金析出相可以达到强化基体的目的。
平整后的热轧卷在酸洗时的运行速度控制在60-100m/min，避免酸洗速度过慢或过快造成的过酸洗或欠酸洗情况的发生，酸洗过程中最后一个酸洗槽酸洗温度控制为80-90℃、铁离子浓度控制为30-40g/L，使得酸洗后的带钢具备良好的表面质量。
本发明采用C-Si-Mn-Mo-Ti-B成分体系，通过控制轧制、层流冷却，并配合一定的平整、酸洗工艺，获得抗拉强度700MPa级成形性能优异且具备高焊接性能的热轧酸洗带钢，成品带钢微观金相组织为粒状贝氏体，该带钢屈服强度≥590MPa，抗拉强度≥700MPa，断后延伸率A80≥18％，具备优异的表面质量及焊接性，按照1.4≤(％C/12)/[(％Ti/48)+(％Mo/96)]≤1.8和0.45≤(％Ti)/(％Mo)≤0.55的比例关系添加微合金元素可以在基体中形成尺寸为10nm左右的细小弥散析出相。经细小析出相强化的粒状贝氏体组织具备优异的疲劳性能。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢及其制备方法进行详细说明。
实施例
本发明一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，所述汽车扭力梁用钢的化学成分以质量分数计为：
C：0.03-0.12％、Si：0.05-0.18％、Mn：0.8-2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Als：0.03-0.04％、Ti：0.05-0.15％、Mo：0.1-0.3％，B≤0.005％；
其中，微合金元素Ti、Mo的添加量满足：1.4≤(％C/12)/[(％Ti/48)+(％Mo/96)]≤1.8，以及0.45≤(％Ti)/(％Mo)≤0.55；其余为Fe及不可避免杂质。
本发明一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢的制备方法，包括：
(1)钢水连铸获得板坯，所述钢水化学成分与所述汽车扭力梁用钢的化学成分相同。
(2)将所述板坯加热至1200-1250℃，加热时间150-200min，再进行5道次粗轧和7道次精轧，获得热轧板，其中，粗轧终止温度为1020-1080℃，精轧终止温度控制在880-910℃，所述热轧板厚度变化为2-5mm，精轧时采用恒速轧制并根据成品板厚规格调整轧制速度。
(3)将所述热轧板快冷至500-560℃后卷取获得热轧卷。
(4)将所述热轧卷经平整、酸洗后获得成品：热轧卷冷却至室温后再进行平整，平整延伸率控制在1-3％，酸洗时热轧卷的运行速度控制在60-100m/min，酸洗工艺中最后一个酸洗槽酸洗温度为80-90℃、铁离子浓度控制在30-40g/L。
实施例1-3及对比例1-4的钢水化学成分如表1所示：
表1钢水化学成分(wt％)
编号 C Si Mn P S Als Mo Ti B 参数1 参数2 Cea
实施例1 0.062 0.12 1.49 0.009 0.003 0.034 0.155 0.077 0.0022 1.605 0.497 0.354
实施例2 0.063 0.13 1.53 0.011 0.002 0.032 0.140 0.072 0.0020 1.775 0.514 0.358
实施例3 0.066 0.11 1.55 0.01 0.002 0.034 0.147 0.074 0.0021 1.790 0.503 0.366
对比例1 0.063 0.12 1.49 0.009 0.003 0.033 0.153 0.076 0.0021 1.652 0.497 0.355
对比例2 0.067 0.14 1.48 0.01 0.002 0.033 0.145 0.06 0.0020 2.023 0.414 0.356
对比例3 0.068 0.14 1.47 0.011 0.003 0.034 0.203 0.118 - 1.239 0.581 0.370
对比例4 0.065 0.15 1.5 0.009 0.002 0.033 0.211 0.084 - 1.372 0.398 0.374
其中，Ceq＝C+Si/24+Mn/6+Mo/4
在实施例中，较低的焊接碳当量Ceq(小于0.4)可以保证产品具有良好的焊接性。
实施例1-3及对比例1-4的热轧工艺参数如表2所示：
表2热轧工艺参数
Figure BDA0002707579610000061
表2中，出炉温度即为板坯加热温度。
实施例1-3及对比例1-4的平整和酸洗工艺参数如表3所示：
表3平整和酸洗工艺参数
Figure BDA0002707579610000062
Figure BDA0002707579610000071
实施例1-3及对比例1-4制得的板材力学性能如表4所示，板材生产的扭力梁的台架试验疲劳寿命也计入表4。
表4板材力学性能与扭力梁疲劳寿命
编号 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/A80％ 疲劳寿命/万次
实施例1 624 735 20.5 39
实施例2 626 730 21 36
实施例3 632 738 20.5 36
对比例1 623 722 22.5 32
对比例2 636 732 21.5 30
对比例3 639 736 21.5 26
对比例4 644 743 20.5 33
图1为激光共聚焦显微镜拍摄的本发明实施例1制备的汽车扭力梁用钢材的显微组织示意图，图中板材微观组织为：粒状贝氏体，均匀的贝氏体组织保证产品具备良好的折弯性能。
图2中，取实施例1板材进行冷弯试验(D＝0a，即板材完全对折)，弯曲部分外侧无裂纹，表明板材具备良好的成型性能。
图3为微合金元素Mo与Ti形成的细小复合析出相(黑圈标示)，有效强化贝氏体基体组织，提升产品强度与疲劳性能。用EDS能谱对析出相成分进行检测，析出相中未检测出硼元素，可认为硼元素为偏聚于晶界提高过冷奥氏体稳定性的有效硼。
图4为激光共聚焦拍摄的对比例1板材的显微组织，对比例1采取后段主冷的冷却策略，其室温的显微组织中出现多边形铁素体组织(黑线框标示)，且组织晶粒尺寸大小不均，产品疲劳性能较差。
图5和图6分别为激光共聚焦和透射电镜拍摄的对比例3板材的显微组织和析出相形貌，较高的C含量和较高的Ti/Mo值容易使板材组织中出现大颗粒TiC(黑圈标示)，并且Mo与Ti的复合析出相明显粗化，强化效果减弱。
图7和图8分别为激光共聚焦和透射电镜拍摄的对比例4板材的显微组织和析出相形貌，板材显微组织为粒状贝氏体。由于Mo元素延缓析出相沉淀析出，较低的Ti/Mo值会降低析出相含量，析出相过于细小，难以有效强化基体。
由上述分析可知：使用微量B(0.002％)元素代替Mo(0.05％)+Ti(0.05％)，充分发挥B元素提高淬透性的特点。通过合适的轧制冷却工艺获得均匀的粒状贝氏体组织，控制微合金元素Ti、Mo的添加量满足：1.4≤(％C/12)/[(％Ti/48)+(％Mo/96)]≤1.8，以及0.45≤(％Ti)/(％Mo)≤0.55可以获得尺寸为10nm左右的细小析出相，该尺寸的析出相具有显著的强化基体组织的效果。
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 (8)

1.一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，其特征在于，所述汽车扭力梁用钢的化学成分以质量分数计为：
C：0.03-0.12％、Si：0.05-0.18％、Mn：0.8-2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Als：0.03-0.04％、Ti：0.05-0.15％、Mo：0.1-0.3％，B≤0.005％；
其中，微合金元素Ti、Mo的添加量满足：1.4≤(％C/12)/[(％Ti/48)+(％Mo/96)]≤1.8，以及0.45≤(％Ti)/(％Mo)≤0.55；
其余为Fe及不可避免杂质，所述汽车扭力梁用钢的微观金相组织为粒状贝氏体，粒状贝氏体中形成有尺寸为10nm左右的细小弥散析出相，
所述汽车扭力梁用钢通过如下方法制备：
钢水连铸获得板坯，所述钢水化学成分与所述汽车扭力梁用钢的化学成分相同；
将所述板坯进行加热、粗轧和精轧，获得热轧板，所述精轧工艺采用恒速轧制；
对所述热轧板以前段主冷的冷却模式进行层流冷却，卷取成热轧卷，所述热轧卷冷却至室温后再进行平整。
2.根据权利要求1所述的一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，其特征在于，所述板坯加热温度为1200-1250℃，加热时间150-200min。
3.根据权利要求1所述的一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，其特征在于，所述粗轧工艺采用5道次粗轧，所述精轧工艺采用7道次精轧。
4.根据权利要求1所述的一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，其特征在于，所述粗轧工艺中，粗轧终止温度为1020-1080℃，精轧终止温度控制在880-910℃，所述热轧板厚度变化为2-5mm。
5.根据权利要求1所述的一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，其特征在于，所述热轧卷的卷取温度为500-560℃。
6.根据权利要求1所述的一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，其特征在于，所述热轧卷经平整、酸洗后获得成品。
7.根据权利要求6所述的一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，其特征在于，平整延伸率控制在1-3％，酸洗时热轧卷的运行速度控制在60-100m/min，酸洗工艺中最后一个酸洗槽酸洗温度为80-90℃、铁离子浓度控制在30-40g/L。
8.根据权利要求1所述的一种700MPa级含硼汽车扭力梁用钢，其特征在于，所述钢水制备工艺为：将铁水预处理后，经冶炼、LF+RH精炼获得所述钢水。
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