CN112746159A

CN112746159A - 一种柔性生产低合金高强度座椅滑轨用钢方法

Info

Publication number: CN112746159A
Application number: CN202011605964.0A
Authority: CN
Inventors: 徐正彪; 王延苹; 王欢龙; 孙善波; 王刚; 游加伟; 王福良; 秦哲
Original assignee: Rizhao Steel Holding Group Co Ltd
Current assignee: Rizhao Steel Holding Group Co Ltd
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2021-05-04

Abstract

本发明公开了一种基于连铸连轧线柔性制造低合金高强度座椅滑轨用钢的方法，用于同时生成屈服强度460MPa和500MPa级别的乘用车座椅滑轨用钢的方法，属于钢铁产品生产技术领域，工艺步骤包括：(1)选择原材料；(2)炼钢；(3)连铸连轧，包括连铸→粗轧→精轧；(4)热轧带钢处理，包括层流冷却→卷取→缓冷→酸洗及平整→成品。与现有技术相比较，采用本工艺通过相同成分的钢水可同时生产出薄规格460MPa和500Mpa两个强度级别的乘用车座椅滑轨用钢，生产工艺流程短、能耗低，降低生产成本，实现柔性生产。

Description

一种柔性生产低合金高强度座椅滑轨用钢方法

技术领域

本发明涉及钢铁技术领域，特别适用于使用同一成分及规格的钢坯柔性制造460、500Mpa两个强度级别细晶粒座椅滑轨用汽车结构钢的方法。

背景技术

随着汽车轻量化的发展和安全需求的提高，乘用车座椅滑轨已普遍开始使用屈服强度460、500Mpa强度级别低合金高强钢。

常规热轧产线由于单块轧制的特点及技术条件的限制，即钢带头尾温差、张力状态、轧制速度等因素的影响，存在晶粒不均、性能均匀性差等不足，导致材料成型性差，难以满足滑轨连续冲压的加工工艺；同时单块轧制产品材料尺寸精度、表面质量无法满足座椅滑轨的工作要求。因此，汽车座椅滑轨用钢主要使用冷轧产品，冷轧类产品制造基本工艺流程为：热轧→冷轧→退火，存在工序整体流程长，能耗高、成本高的缺点。

近年来，随着短流程连铸连轧技术的应用，汽车用钢制造能耗和成本显著降低。但乘用车座椅滑轨制造工艺需要使用薄板带钢连续冲压5～7道次成型，因而对材料的力学性能均匀性、成型性能要求高；同时由于滑轨的工作特点，对材料的尺寸精度、表面质量要求高。

此外，对于不同车型，乘用车座椅滑轨要求的规格尺寸和强度级别也不尽相同，汽车钢订单存在批量小、规格尺寸多、牌号多的特点，短流程连铸连轧技术对生产的连续性要求较高，频繁更换成分混浇不利于生产的稳定和质量的控制，且会产生较多的混浇和过渡无主材，生产组织困难。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种柔性生产460、500MPa级别汽车座椅滑轨用钢的生产制造方法，采用本方法可低成本柔性生产460、500MPa级别座椅滑轨用钢，满足座椅滑轨对材料成形性好、尺寸精度高、性能稳定、使用寿命高的要求。采用相同的钢水成分设计，通过控制轧制及轧后温度的调控，实现了强度性能的控制，减少了无主材产生，降低了生产成本。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种柔性生产低合金高强度座椅滑轨用钢方法，其特征在于：工艺流程路线为：炼钢、连铸、粗轧、感应加热、精轧、层流冷却、卷取、酸洗及平整；其中：精轧出口的温度根据终产品强度要求进行分级控制，460Mpa级别钢为860～890℃，500Mpa级别钢为820～850℃；热轧卷取温度根据终产品强度要求，对成品冷却温度进行分级控制：460Mpa级别钢为610～650℃，500Mpa级别钢为560-600℃；平整压下率根据终产品强度要求进行分级控制：460Mpa级别钢为0.6-0.9％，500Mpa级别钢为1.2-1.5％。

上述的连铸得到的板坯厚度为90～110mm。

上述粗轧中，粗轧机轧制成厚度12～20mm的中间坯；粗轧入口的温度为950～1050℃，粗轧出口中间坯温度为920～980℃，轧制时间7-10s，压下量为85％～88％.

上述感应加热中，出口温度为1120～1180℃。

上述精轧中，单道次压下的压下量15％-50％，总压下量为75％-90％。

以上方法中，采用同成分同规格的坯料来生产同厚度规格但强度不同的热轧薄钢板。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

1、采用本工艺柔性生产2.0mm热轧薄规格460、500MPa级别乘用车滑轨用钢，生产工艺流程短、能耗低，减少混浇材料，降低材料生产成本，属于低能耗绿色制造工艺范畴；

2、产品性能稳定、尺寸公差小，晶粒细小，热轧酸洗状态可满足座椅滑轨连续冲压成型要求，并满足座椅滑轨公差及表面质量要求；

3、本发明制备的细晶粒500MPa级别座椅滑轨用钢屈服强度500～540MPa，抗拉强度630～680MPa，断后伸长率A80为17～19％，显微组织为铁素体和珠光体；晶粒度达到13级；细晶粒460MPa级别座椅滑轨用钢屈服强度460～500MPa，抗拉强度540～620MPa，断后伸长率A80为18～20％，显微组织为铁素体和珠光体；晶粒度达到12级。

4、低钛设计，结合控制轧制、轧后控冷等控轧控冷技术，降低了生产成本，实现机械性能的调控。

附图说明

图1是本发明实施例4终产品的金相组织图。

图2是本发明实施例3终产品的金相组织图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

本发明提供一种柔性生产460MPa和500MPa强度乘用车座椅滑轨用高强钢生产制造方法，是在低碳高锰基础上，通过调节材料Nb、Ti等微合金元素含量，采用低钛设计，并配合调节连铸拉速、粗轧温度、精轧轧制温度、层流冷却速度等控轧控冷技术，在轧制过程中获得TiC和NbC等间隙中间相，细化晶粒提高材料的强韧性，最终获得晶粒度≥12级的细晶粒高强度结构钢，并实现了对材料强度级别的调控。

本发明技术方案成分及设计范围为(wt％)：C：0.030％～0.10％、Si：0.10～0.50％；Mn：0.8～1.60％；Als：0.02～0.05％；Ti：0.02～0.035％；Nb：0.01～0.05％；S：≤0.015％；P：≤0.025％；N：≤0.005％。其余为Fe元素和不可避免的杂质。

在生产细晶粒座椅滑轨用钢的原材料选择上，为使开发钢板的屈服强度可调控达到460、500MPa级，同时满足韧性、焊接性及成形性的良好匹配要求，成分采用低碳高锰设计，并在钢中加入微合金化元素Nb、Ti，通过控轧控冷，控制微合金化化合物的析出强化机制，以调控材料的机械性能。

C：C元素是保证材料强度的最主要元素，碳元素能溶解在钢中形成固溶体，起到了固溶强化作用，它能与强碳化物形成元素一起结合形成碳化物析出时，起到了沉淀强化的作用，钢种C含量过高，尽管可大幅度提高钢材的强度，但同时会导致材料的塑性下降，严重影响到钢的冷成型性能和焊接性能，同时将造成回弹过大等问题，为后续加工造成困难。为了获得良好的冷热成型性，故本发明将C控制在0.03～0.10％。

Mn：Mn的作用主要是提高钢的淬透性，同时也是重要的固溶强化元素，具有细化珠光体组织的作用，能提高铁素体奥氏体的强度。如果Mn含量偏低，将不能保证低碳成分设计时钢的强度。Mn对提高钢的抗回火软化能力也有一定的作用，但Mn含量较高时有粗化晶粒和增加回火脆性的倾向，会造成轧制负荷加大，同时影响成品钢板的冷弯和焊接性能。故在本发明中Mn含量控制在0.8-1.60％。另外，必须严格控制P、S含量，由于采用高Mn的成分设计，S在钢中易与Mn形成MnS夹杂物及偏析，P易形成严重的偏析带，会大大提高带状组织的级别，沿轧制方向的硫化物夹杂与偏析造成钢板的各向异性增加，因此应将钢中的P、S含量控制在较低的范围内。

Nb：Nb在高温下以置换溶质原子状态存在钢中，Nb原子比Fe原子尺寸大，易于在位错处偏聚，对位错攀移产生强烈的拖拽作用，使再结晶形核受到抑制，因而对再结晶具有强烈的阻止作用，Nb可以在钢中可以形成NbC或NbN等间隙中间相，在再结晶过程中，因NbC对位错的钉扎及对亚晶界迁移的阻止作用，从而大大增加了再结晶的时间。在高于临界温度时，Nb元素对再结晶的作用表现为溶质拖拽机制，而在低于临界温度时，则表现为钉扎机制。Nb在钢中的特点就是提高奥氏体的再结晶温度，从而达到细化奥氏体晶粒的目的。Nb含量控制在0.01～0.05％，且与厚度规格呈现正相关，也即厚度规格越大，Nb含量越大，厚度规格越小，Nb含量越小。并且Nb/Mn保证在0.03～0.04之间，过低则高Mn的负向效应不能够被改善，过高则成本浪费。

Ti：Ti与C的结合力极强，容易形成的稳定的碳化物，当加热温度达1000℃以上时，才开始缓慢地溶入固溶体中，在未溶入之前，TiC微粒有阻止晶粒长大粗化的作用。Ti是极活泼的金属元素，Ti还能与Fe和C形成难溶的碳化物质点，富集于钢的晶界处，阻止钢的晶粒粗化，Ti也能溶入γ和α相中，形成固溶强化，Ti的加入量应大于0.020％。在钢液凝固过程中形成大量弥散分布的TiC颗粒，可以成为钢液凝固时的固体晶核，利于钢的结晶，细化钢的组织，减少粗大柱状晶核树枝晶组织的形成，可减少偏析降低带状组织级别，另外Ti也能与N结合生产稳定的高弥散化合物，Ti还能减慢珠光体向奥氏体转变的过程。但是Ti含量过高则不利于冲压性能，因此采用低Ti窄设计方案，Ti含量控制在0.020～0.035％。

由于C、Mn低碳高锰设计，所以微合金加入量Nb控制在0.01～0.05％，Ti控制在0.020～0.035％，高于此量的Nb和Ti对强韧化的贡献不再明显，因此，该含量的Nb和Ti性价比最高。

本发明制造工艺采用薄板坯连铸连轧及连续式酸洗平整线生产，工艺流程路线为：炼钢→连铸→粗轧→感应加热→精轧→层流冷却→卷取→酸洗及平整。采用控轧控冷工艺，对连铸拉速、中间坯厚度、粗轧温度、终轧温度、层流冷却速度、卷取温度进行严格控制，在轧制过程中获得TiC和NbC等间隙中间相，形成再结晶形核点并阻止晶粒长大，最终获得晶粒度≥12级的细晶粒、尺寸公差稳定、综合性能优良的高强度结构钢。并且通过成分、控轧控冷技术、平整压下的配合，实现了产品性能强度级别的调控。

工艺步骤包括：

(1)炼钢

按照相同成分设计配比的材料经过转炉、LF炉、RH炉冶炼，得到所需成分的钢水；

(2)铸坯

将从RH炉精炼形成的钢水通过连铸机浇铸，以4.5～6.0m/min的拉速进行浇铸，得到所需成分的钢坯，板坯厚度90～110mm。

(3)粗轧

所得板坯进入3架粗轧机轧制成中间坯，中间坯厚度：12～20mm；其中，粗轧入口的温度为950～1050℃，粗轧出口中间坯温度为920～980℃，轧制时间7-10s，压下量为85％～88％；

(4)感应加热

感应加热出口温度为1120～1180℃。

需要说明的是，感应加热炉位于转毂剪之后，精轧机之前的位置，感应加热的作用是加热中间坯，以保证精轧温度，感应加热温度按照带钢精轧要求且兼顾带钢表面质量而定，低于一定温度会造成精轧温度不合，高于一定温度则浪费能源。本工艺采用相对低温设计，铸坯在轧制过程温度低，轧制时间短，道次压下量大，有助于降低板材表面脱碳、细化珠光体片层间距，结合在线控轧控冷工艺和微合金化机制，可以得到更加细小的晶粒组织。

(5)精轧

中间坯从感应加热炉出来进入精轧机组，并且精轧出口的温度不低于820℃，精轧出口的温度根据终产品强度要求进行分级控制，460Mpa级别钢为860～890℃，500Mpa级别钢为820～850℃。

单道次压下的压下量15％-50％，总压下量为75％-90％。

(6)层流冷却和卷取

层流冷却：热轧带钢层流冷却工序，采用前段冷却方式，冷却后的带钢进入卷取机卷取保温。热轧卷取温度根据终产品强度要求，对成品冷却温度进行分级控制：460Mpa级别钢为610～650℃，500Mpa级别钢为560-600℃。

冷却速度不低于50％，降温幅度越大，冷却速度越快，相变温度区的过冷度越大，将降低γ→α的相变温度Ar3，提高铁素体的形核速率并降低铁素体晶粒的长大速率，从而使铁素体晶粒得到细化。

(7)缓冷酸洗及平整

卷取后钢卷在缓慢冷却至室温后，经连续式酸洗线酸洗和平整。酸洗后的平整压下对材料产生加工硬化作用，压下率在一定范围内增大时，提高材料的强度，但压下率不能过大，否则将影响材料的冲压性能，结合材料的性能，设置平整机压下率。

平整压下率根据终产品强度要求进行分级控制：460Mpa级别钢为0.6-0.9％，500Mpa级别钢为1.2-1.5％。

为了更好地比较本申请配方和现有技术，进行了对比试验。以QStE高强钢系列为例，对照组和实施例组均采用95mm规格的坯料来生产2mm规格的热轧薄钢板。

具体对照组和各个实施例中钢的化学成分(wt％)，如下表所示：其中实施例1和2、实施例3和4、实施例5和6采用相同的成分设计。

组别	C	Si	Mn	S	P	Als	Nb	Ti	N
										实施例1-2	0.056	0.12	0.84	0.008	0.01	0.047	0.024	0.035	0.0041
实施例3-4	0.034	0.33	1.56	0.01	0.012	0.032	0.045	0.031	0.0034
										实施例5-6	0.098	0.46	1.24	0.012	0.015	0.022	0.049	0.024	0.0032
对照组1	0.034	0.33	1.56	0.01	0.012	0.032	0.045	0.031	0.0034
										对照组2	0.053	0.35	1.1	0.002	0.012	0.035	0.015	0.055	0.003

本发明各个实施例中钢的制造工艺参数，如下表所示：

本发明各个实施例中钢的拉伸性能测试结果，如下表所示(产品性能检测采用《金属材料室温拉伸试验方法GB/T228》国家标准)：

实施例1～6采用相同的坯料规格，其中实施例1和2、3和4、5和6分别为同一炉钢水通过控制轧制和控制冷却生产出的不同强度级别的产品，生成的细晶粒低合金高强度座椅滑轨用钢的性能如下表所示。

由图1～2可以看出，经由本发明工艺制备的热轧钢板，可以实现金相组织为细晶粒铁素体+珠光体，组织晶粒度为12.0～13.5级。

产品性能稳定、尺寸公差小，晶粒细小，热轧酸洗状态可满足座椅滑轨连续冲压成型要求，并满足座椅滑轨公差及表面质量要求，通过控轧控冷对性能的调控满足了客户订单少量多样的需求，减少了无主材的产生，降低了生产成本。

而和实施例3～4采用同样成分同规格的坯料的对比例1，工艺控制采用常规生产模式，生产结果能够实现460Mpa要求，但是不能达到500Mpa要求，且屈强比和断后伸长率差强人意。

对比例2采用的是常规组分设计，配合实施例4的工艺进行生产，实施例4可以满足500Mpa要求，但对比例2仅仅能达到460Mpa要求。

需要说明的是，本发明所涉及的方法，适用薄板坯连铸连轧生产线及连续式酸洗平整线。此外，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种柔性生产低合金高强度座椅滑轨用钢方法，其特征在于：工艺流程路线为：炼钢、连铸、粗轧、感应加热、精轧、层流冷却、卷取、酸洗及平整；其中：精轧出口的温度根据终产品强度要求进行分级控制，460Mpa级别钢为860～890℃，500Mpa级别钢为820～850℃；热轧卷取温度根据终产品强度要求，对成品冷却温度进行分级控制：460Mpa级别钢为610～650℃，500Mpa级别钢为560-600℃；平整压下率根据终产品强度要求进行分级控制：460Mpa级别钢为0.6-0.9％，500Mpa级别钢为1.2-1.5％。

2.根据权利要求1所述的一种柔性生产低合金高强度座椅滑轨用钢方法，其特征在于：所述的连铸得到的板坯厚度为90～110mm。

3.根据权利要求1所述的一种柔性生产低合金高强度座椅滑轨用钢方法，其特征在于：所述粗轧中，粗轧机轧制成厚度12～20mm的中间坯；粗轧入口的温度为950～1050℃，粗轧出口中间坯温度为920～980℃，轧制时间7-10s，压下量为85％～88％。

4.根据权利要求1所述的一种柔性生产低合金高强度座椅滑轨用钢方法，其特征在于：所述感应加热中，出口温度为1120～1180℃。

5.根据权利要求1所述的一种柔性生产低合金高强度座椅滑轨用钢方法，其特征在于：所述精轧中，单道次压下的压下量15％-50％，总压下量为75％-90％。

6.根据权利要求1至5中任意一种柔性生产低合金高强度座椅滑轨用钢方法，其特征在于：采用同成分同规格的坯料来生产同厚度规格但强度不同的热轧薄钢板。