CN112322974A - 一种高疲劳寿命带钢及其制备方法、应用 - Google Patents

一种高疲劳寿命带钢及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高疲劳寿命带钢及其制备方法、应用，属于钢制备技术领域，该高疲劳寿命带钢由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26‑0.45％，Si：0.10‑0.25％，Mn：1.1‑1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al：0.015‑0.08％，Ti：0.01‑0.05％，B：0.0010‑0.0050％，Cr：0.10‑0.30％，N≤0.006％，及如下质量分数的化学成分中的至少一种：Sb：0.05‑0.2％、Sn：0.05‑0.2％，其余为Fe及不可避免杂质。空心稳定杆在原材料生产及后续成形过程的多次热处理中易发生表面脱碳，造成表面硬度降低，从而导致疲劳寿命降低。锡/锑元素易于在钢材表层富集，抑制C从带钢中扩散，从而抑制表层的脱碳。在材料化学成分中加入Sb、Sn中的至少一种，通过减少材料表面脱碳，增加最终零件空心稳定杆的疲劳寿命。

Description

一种高疲劳寿命带钢及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于钢制备技术领域，特别涉及一种高疲劳寿命带钢及其制备方法、应用。
背景技术
随着汽车行业的发展，汽车工业对汽车轻量化和节能减排要求越来越高，采用超高强带钢是汽车工业发展的必然要求。空心稳定杆作为乘用车关键核心零部件，其功能是防止汽车在转弯或左/右轮受到不同的载荷时产生侧翻，提高汽车的操作稳定性，同时也可以改善汽车的乘坐舒适性。汽车稳定杆原使用棒材，为满足汽车轻量化的减重需求改为空心稳定杆。
空心稳定杆在汽车运行过程中长期承受交变载荷，疲劳性能是极为关键的评价指标。目前，空心稳定杆产品中存在较高的C、Mn等元素，极易发生脱碳，显著降低产品的疲劳性能，限制了产品的进一步使用。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的高疲劳寿命带钢及其制备方法、应用。
本发明实施例提供一种高疲劳寿命带钢，所述带钢由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26-0.45％，Si：0.10-0.25％，Mn：1.1-124％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al：0.015-0.08％，Ti：0.01-0.05％，B：0.0010-0.0050％，Cr：0.10-0.30％，N≤0.006％，
及如下质量分数的化学成分中的至少一种：Sb：0.05-0.2％、Sn：0.05-0.2％，
其余为Fe及不可避免杂质。
可选的，所述及如下质量分数的化学成分中的至少一种：Sb：0.05-0.2％、Sn：0.05-0.2％，包括：
及如下质量分数的化学成分中的至少一种：Sb：0.1-0.15％、Sn：0.1-0.15％。
可选的，所述带钢由如下体积分数的金相组织组成：50-60％的铁素体，40-50％的珠光体。
可选的，所述铁素体的晶粒尺寸为5-10μm，所述珠光体的晶粒尺寸为5-15μm。
可选的，所述带钢的脱碳层厚度≤所述带钢总厚度的0.8％。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种高疲劳寿命带钢的制备方法，所述方法包括：
获得所述高疲劳寿命带钢的铸坯；
将所述铸坯进行扎前加热、热轧、扎后冷却和卷取，获得热轧卷；
所述扎前加热中，出炉温度为1180-1260℃，在炉时间≥180min，
热轧包括粗轧和精轧，所述粗轧的终止温度为1020～1100℃，所述精轧的终止温度为840～880℃，
所述扎后冷却中，采用前段密集冷却至580-640℃。
可选的，所述扎前加热中，控制铸坯长宽高分别为8-10m、800-2100mm和230mm，控制铸坯截面温差≤15℃。
可选的，所述粗轧中，采用1+5轧制模式进行轧制，即第一粗轧机轧制1道次，第二粗轧机轧制5道次，控制末道次轧制速度为4-6m/s，控制粗轧总变形量为78-88％，控制粗轧进口温度为-℃。
可选的，所述精扎中，采用6-7道次进行轧制，控制末机架轧制速度为6-7m/s，控制精轧总变形量为80-95％，精扎的进口温度为1000-1120℃。
可选的，所述扎后冷却的冷速为60-90℃/s，所述卷取的温度为580-640℃。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种高疲劳寿命带钢的应用，将所述高疲劳寿命带钢用于制备空心稳定杆。
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：
本发明实施例提供的高疲劳寿命带钢由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26-0.45％，Si：0.10-0.25％，Mn：1.1-1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al：0.015-0.08％，Ti：0.01-0.05％，B：0.0010-0.0050％，Cr：0.10-0.30％，N≤0.006％，及如下质量分数的化学成分中的至少一种：Sb：0.05-0.2％、Sn：0.05-0.2％，其余为Fe及不可避免杂质。
通过本发明技术方案能使带钢达到高疲劳寿命的原理如下：
空心稳定杆是汽车悬架中的一种辅助弹性元件，前端和后端各有一根。当汽车在转弯等情况下发生侧倾时，两侧悬架不一致，连接两侧悬架的空心稳定杆发生扭转，杆身的弹力成为侧倾的阻力，从而提高了汽车的稳定性。空心稳定杆受到的扭转应力在杆身表面是最大的，所以钢材的表面状态对空心稳定杆的疲劳寿命有很大的影响。空心稳定杆在原材料生产及后续成形过程的多次热处理中易发生表面脱碳，造成表面硬度降低，从而导致疲劳寿命降低。锡/锑元素易于在钢材表层富集，抑制C从带钢中扩散，从而抑制表层的脱碳。在材料化学成分中加入Sb、Sn中的至少一种，通过减少材料表面脱碳，增加最终零件空心稳定杆的疲劳寿命。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
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。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：请详细补充如下资料
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种高疲劳寿命带钢，所述带钢由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26-0.45％，Si：0.10-0.25％，Mn：1.1-1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al：0.015-0.08％，Ti：0.01-0.05％，B：0.0010-0.0050％，Cr：0.10-0.30％，N≤0.006％，
及如下质量分数的化学成分中的至少一种：Sb：0.05-0.2％、Sn：0.05-0.2％，
其余为Fe及不可避免杂质。
上述主要组分的作用如下：
C：碳是奥氏体元素，碳含量的高低很大程度地决定了带钢板的抗拉强度级别，是影响碳当量很重要的指标。
Mn：利用锰推迟珠光体转变，提高带钢的淬透性，使带钢的组织亚结构细化。
P：磷一般固溶在铁素体中，有很强的固溶强化作用，用来提高带钢的强度，降低带钢的韧性，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。
S：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，对疲劳性能越不利。
Ti：钛元素能产生强烈的沉淀强化效果。
Sb/Sn：锡/锑元素易于在表层富集，抑制C从带钢中扩散，从而抑制表层的脱碳。但含量不可过多，过多的Sb/Sn易在晶界处偏聚，导致钢脆性增加，韧塑性降低。
根据本发明另一种典型的实施方式，还提供一种高疲劳寿命带钢的制备方法，所述方法包括：
获得所述高疲劳寿命带钢的铸坯；
将所述铸坯进行扎前加热、热轧、扎后冷却和卷取，获得热轧卷；
所述扎前加热中，出炉温度为1180-1260℃，在炉时间≥180min，
热轧包括粗轧和精轧，所述粗轧的终止温度为1020～1100℃，所述精轧的终止温度为840～880℃，
所述扎后冷却中，采用前段密集冷却至580-640℃。
轧前加热中，控制出炉温度为1180-1260℃，在炉时间≥180min的原因是让合金元素充分熔解。出炉温度过低或在炉时间过短，合金元素不能充分回熔，起不到合金作用。出炉温度过高会造成过烧，浪费金属。
粗轧终止温度过低会影响后续精轧温度的控制，无法保证精轧终止温度达到设计要求。
精轧终止温度过高会造成晶粒粗大，强度下降；过低易在精轧过程中出现铁素体，造成两相区轧制，出现混晶，同时也会提高轧制力，增加轧制难度。
采用前段密集冷却主要为获得细小的晶粒尺寸。卷取温度过高会造成晶粒偏大，强度偏低，同时加重晶间氧化，卷取温度过低会形成贝氏体等低温组织。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的高疲劳寿命带钢及其制备方法、应用进行详细说明。
实施例1
本实施例提供的高疲劳寿命带钢由如下质量分数的化学成分组成：
C 0.28％，Si 0.15％，Mn 1.3％，P 0.014％，S 0.002％，Al 0.04％，Ti 0.02％，B0.0030％，Cr 0.25％，N 0.004％，Sb：0.08％，Sn：0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例还提供配合上述高疲劳寿命带钢的制备方法，包括：
获得所述高疲劳寿命带钢的铸坯；
将所述铸坯进行扎前加热、热轧、扎后冷却和卷取，获得热轧卷；
扎前加热中，出炉温度为1240℃，在炉时间为220min，控制铸坯长宽高分别为8.5m、1m和230mm，控制铸坯截面温差为12℃；
热轧包括粗轧和精轧，粗轧中，采用1+5轧制模式进行轧制，即第一粗轧机轧制1道次，第二粗轧机轧制5道次，控制末道次轧制速度为5m/s，控制粗轧总变形量为83.5％，粗轧的终止温度为1080℃；精扎中，采用6道次进行轧制，控制末机架轧制速度为5m/s，控制精轧总变形量为87％，精轧的进口温度为1070℃，精轧的终止温度为860℃；
卷取的温度为640℃。
该例中，制得的疲劳寿命带钢的厚度为5mm，金相组织为55％铁素体+45％珠光体组成，无全脱碳层，半脱碳层厚度为15-30μm。
实施例2
本实施例提供的高疲劳寿命带钢由如下质量分数的化学成分组成：
C 0.36％，Si 0.18％，Mn 1.2％，P 0.013％，S 0.002％，Al 0.05％，Ti 0.03％，B0.0025％，Cr 0.2％，N 0.003％，Sb：0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例还提供配合上述高疲劳寿命带钢的制备方法，包括：
获得所述高疲劳寿命带钢的铸坯；
将所述铸坯进行扎前加热、热轧、扎后冷却和卷取，获得热轧卷；
扎前加热中，出炉温度为1220℃，在炉时间为230min，控制铸坯长宽高分别为9m、900mm和230m，控制铸坯截面温差为15℃；
热轧包括粗轧和精轧，粗轧中，采用1+5轧制模式进行轧制，即第一粗轧机轧制1道次，第二粗轧机轧制5道次，控制末道次轧制速度为4.5m/s，控制粗轧总变形量为81.5％，粗轧的终止温度为1060℃；精扎中，采用6道次进行轧制，控制末几架轧制速度为6m/s，控制精轧总变形量为90.5％，精扎的进口温度为1060℃，精轧的终止温度为850℃；
卷取的温度为620℃。
该例中，制得的疲劳寿命带钢的厚度为4mm，金相组织为57％铁素体+43％珠光体组成，无全脱碳层，半脱碳层厚度为10-25μm。
实施例3
本实施例提供的高疲劳寿命带钢由如下质量分数的化学成分组成：
C 0.32％，Si 0.15％，Mn 1.2％，P 0.015％，S 0.001％，Al 0.06％，Ti 0.04％，B0.0020％，Cr 0.25％，N 0.003％，Sn：0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例还提供配合上述高疲劳寿命带钢的制备方法，包括：
获得所述高疲劳寿命带钢的铸坯；
将所述铸坯进行扎前加热、热轧、扎后冷却和卷取，获得热轧卷；
扎前加热中，出炉温度为1200℃，在炉时间为250min，控制铸坯长宽高分别为9.5m、1.6m和230mm，控制铸坯截面温差为15℃；
热轧包括粗轧和精轧，粗轧中，采用1+5轧制模式进行轧制，即第一粗轧机轧制1道次，第二粗轧机轧制5道次，控制末道次轧制速度为6m/s，控制粗轧总变形量为86％，控制粗轧进口温度为℃，粗轧的终止温度为1040℃；精扎中，采用7道次进行轧制，控制末机架轧制速度为7m/s，控制精轧总变形量为90.5％，精扎的进口温度为1030℃，精轧的终止温度为870℃；
卷取的温度为600℃。
该例中，制得的疲劳寿命带钢的厚度为3mm，金相组织为52％铁素体+48％珠光体组成，无全脱碳层，半脱碳层厚度为5-20μm。
实施例4
本实施例提供的高疲劳寿命带钢由如下质量分数的化学成分组成：
C：0.26％，Si：0.10％，Mn：1.1％，P：0.013％，S：0.001％，Al：0.015％，Ti：0.01％，B：0.0010％，Cr：0.10％，N：0.003％，Sb：0.05％，Sn：0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例还提供配合上述高疲劳寿命带钢的制备方法，包括：
获得所述高疲劳寿命带钢的铸坯；
将所述铸坯进行扎前加热、热轧、扎后冷却和卷取，获得热轧卷；
扎前加热中，出炉温度为1180℃，在炉时间为180min，控制铸坯长宽高分别为9.2m、1.2m和230mm，控制铸坯截面温差为11℃；
热轧包括粗轧和精轧，粗轧中，采用1+5轧制模式进行轧制，即第一粗轧机轧制1道次，第二粗轧机轧制5道次，控制末道次轧制速度为5m/s，控制粗轧总变形量为82％，粗轧的终止温度为1020℃；精扎中，采用7道次进行轧制，控制末机架轧制速度为5m/s，控制精轧总变形量为87％，精扎的进口温度为1020℃，精轧的终止温度为840℃；
卷取的温度为580℃。
该例中，制得的疲劳寿命带钢的厚度为5.5mm，金相组织为59％铁素体+41％珠光体组成，无全脱碳层，半脱碳层厚度为5-10μm。
实施例5
本实施例提供的高疲劳寿命带钢由如下质量分数的化学成分组成：
C：0.45％，Si：0.25％，Mn：1.4％，P：0.015％，S：0.003％，Al：0.08％，Ti：0.05％，B：0.0050％，Cr：0.30％，N：0.006％，Sb：0.02％，Sn：0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例还提供配合上述高疲劳寿命带钢的制备方法，包括：
获得所述高疲劳寿命带钢的铸坯；
将所述铸坯进行扎前加热、热轧、扎后冷却和卷取，获得热轧卷；
扎前加热中，出炉温度为1260℃，在炉时间≥180min，控制铸坯长宽高分别为8.5m、900mm和230mm，控制铸坯截面温差≤13℃；
热轧包括粗轧和精轧，粗轧中，采用1+5轧制模式进行轧制，即第一粗轧机轧制1道次，第二粗轧机轧制5道次，控制末道次轧制速度为4.5m/s，控制粗轧总变形量为80.5％，粗轧的终止温度为1100℃；精扎中，采用6道次进行轧制，控制轧制速度为
5m/s，控制精轧总变形量为86.5％，精扎的进口温度为1090℃，精轧的终止温度为880℃；
卷取的温度为640℃。
该例中，制得的高疲劳寿命带钢的厚度为6mm，金相组织为53％铁素体+47％珠光体组成，无全脱碳层，半脱碳层厚度为15-30μm。
对比例1
该对比例与实施例1相比，不同之处在于：带钢的化学成分不含Sb和Sn。
无全脱碳层，半脱碳层厚度为50-70μm
对比例2
该对比例与实施例1相比，不同之处在于：Sb：0.3％和Sn：0.01％。
无全脱碳层，半脱碳层厚度为15-30μm
对比例3
该对比例与实施例1相比，不同之处在于：Sb：0.01％和Sn：0.3％。
无全脱碳层，半脱碳层厚度为15-30μm
相关实验：
将实施例1-5和对比例1-3制得的带钢进行力学性能和抗疲劳性能检测，测试结果如表1所示。
相关测试方法：
力学性能的测试方法为：静态拉伸实验。
韧性的测试方法为：夏比冲击实验。
抗疲劳性能的测试方法为：对制成品空心稳定杆进行疲劳台架试验。
表1
Figure BDA0002743310170000071
Figure BDA0002743310170000081
从表1可以看出，在材料成分中添加Sb/Sn中至少一种可显著提高空心稳定杆的疲劳寿命，而添加量过多虽然也能起到一定的延长疲劳寿命的作用，但会降低材料的韧塑性。
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 (10)

1.一种高疲劳寿命带钢，其特征在于，所述带钢由如下质量分数的化学成分组成：C：0.26-0.45％，Si：0.10-0.25％，Mn：1.1-1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al：0.015-0.08％，Ti：0.01-0.05％，B：0.0010-0.0050％，Cr：0.10-0.30％，N≤0.006％，
及如下质量分数的化学成分中的至少一种：Sb：0.05-0.2％、Sn：0.05-0.2％，
其余为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高疲劳寿命带钢，其特征在于，所述及如下质量分数的化学成分中的至少一种：Sb：0.05-0.2％、Sn：0.05-0.2％，包括：
及如下质量分数的化学成分中的至少一种：Sb：0.1-0.15％、Sn：0.1-0.15％。
3.根据权利要求1所述的一种高疲劳寿命带钢，其特征在于，所述带钢由如下体积分数的金相组织组成：50-60％的铁素体，40-50％的珠光体。
4.根据权利要求3所述的一种高疲劳寿命带钢，其特征在于，所述铁素体的晶粒尺寸为5-10μm，所述珠光体的晶粒尺寸为5-15μm。
5.根据权利要求1所述的一种高疲劳寿命带钢，其特征在于，所述带钢的脱碳层厚度≤所述带钢总厚度的0.8％。
6.一种权利要求1-5任一项所述的高疲劳寿命带钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
获得所述高疲劳寿命带钢的铸坯；
将所述铸坯进行扎前加热、热轧、扎后冷却和卷取，获得热轧卷；
所述扎前加热中，出炉温度为1180-1260℃，在炉时间≥180min，
热轧包括粗轧和精轧，所述粗轧的终止温度为1020～1100℃，所述精轧的终止温度为840～880℃，
所述扎后冷却中，采用前段密集冷却至580-640℃。
7.根据权利要求6所述的一种高疲劳寿命带钢的制备方法，其特征在于，所述扎前加热中，控制铸坯长宽高分别为8-10m、800-2100mm和230mm，控制铸坯截面温差≤15℃。
8.根据权利要求6所述的一种高疲劳寿命带钢的制备方法，其特征在于，所述粗轧中，采用1+5轧制模式进行轧制，即第一粗轧机轧制1道次，第二粗轧机轧制5道次，控制末道次轧制速度为4-6m/s，控制粗轧总变形量为78-88％。
9.根据权利要求6所述的一种高疲劳寿命带钢的制备方法，其特征在于，所述精扎中，采用6-7道次进行轧制，控制末机架轧制速度为5-7m/s，控制精轧总变形量为80-95％，精扎的进口温度为1000-1120℃；所述轧后层冷前段密集冷却的冷速为60-90℃/s，所述卷取的温度为580-640℃。
10.一种权利要求1-5任一项所述的高疲劳寿命带钢的应用，其特征在于，将所述高疲劳寿命带钢用于制备空心稳定杆。
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