CN112877608A

CN112877608A - 一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢及其制造方法

Info

Publication number: CN112877608A
Application number: CN202011476051.3A
Authority: CN
Inventors: 谷海容; 汪永国; 李雄杰; 刘永刚; 詹华; 卢茜倩; 刘阳
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2021-06-01

Abstract

本发明公布了一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢及其制造方法，热轧汽车用钢所含化学成分及重量百分比为C 0.10～0.15％、Mn 1.10～1.90％、Si 0.10～0.50％、Cr 0.10～0.50％、Mo 0.05～0.25％、P≤0.02％、S≤0.04％、Nb 0.01～0.05％、Ti 0.01～0.05％，Al 0.02％～0.06％，N≤0.005％，其余为Fe和杂质。本发明通过合金元素、控轧控冷及调质处理工艺的综合调控手段，在较低的回火温度，更加节能的条件下，能够获得屈服强度在960MPa以上，抗拉强度在980‑1150MPa,延伸率在10％以上，‑40℃冲击功在100J以上，强塑性匹配较好。

Description

一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢及其制造方法

技术领域

本发明专利涉及超高强度热轧汽车用钢，具体涉及一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢及其制造方法。

背景技术

随着物流行业的规范化、国家对超载的管控、商用汽车燃油标准的提出、材料以及车辆制造技术的不断提高，商用汽车轻量化的市场日益成熟。商用汽车每年的燃油消耗约占所有汽车年的燃油消耗的75％，如果重型商用汽车油耗降低10％，相当于900多万辆家用轿车的燃油用量，节油效果巨大。商用汽车的燃油消耗即是国家能源战略的有效突破口，又是商用汽车使用企业的主要支出源头之一，降低商用汽车的燃油消耗极其重要。

在商用汽车行业，采用更高级别强度的钢板，不仅能够保证商用汽车的安全，而且能够显著减轻车重，大大减少了商用汽车的燃油消耗。因此，采用成本更低、强度级别更高、低温冲击韧性好的热轧超高强度钢板是未来商用汽车结构用钢的必然选择。

2、背景技术：

考虑到商用汽车使用的成本、经济效益，在满足商用汽车强度要求、保证安全、良好焊接性能、冲击韧性的条件下，设计出合金种类少、合金含量少、生产过程更加节能、符合汽车轻量化发展趋势的产品，这对产品的成分设计、生产的控制、热处理工艺的设定都有比较高的要求。

目前国内对生产960MPa级热轧高强钢已经有很多成果，武钢、南钢、首钢等也有对该级别高强钢的报道，但是传统工艺在生产960MPa级热轧高强钢板时，多添加较多的Ni、B、 Cr、Mo等贵重合金元素，成本较高。如专利CN 101935810A中加入Ni为0.28～0.32％， B含量为0.0012～0.002％，Mo含量为0.35～0.41％，Cr含量为0.38～0.42％，，专利CN102134680A中Cr含量高达1.05～1.15％，专利CN104328350B中Mo含量为0.2～0.6％。而本发明未添加Ni元素，仅添加了0.10～0.50％Cr、0.05～0.25％Mo、0.01～0.05％Nb、 0.01～0.05％Ti，且Cr、Mo含量相对其他专利要低，可以降低合金成本。另外，传统的960MPa 级热轧高强钢板生产工序相对成本比较高，960MPa级热轧高强钢的生产过程需要进行调质处理，需要进行淬火及回火过程，专利CN104328350B、专利CN105543666A中回火温度设定在500～770℃、600～650℃，而本发明的回火温度设定在500℃以下，能大大的节约能源。同时本发明制造的960MPa级热轧高强钢相对于其他发明专利具有更好的低温冲击韧性。传统方法制备的960MPa级热轧高强钢板如专利CN 101935810A、CN 101451221A的 -40℃冲击功一般在100J以下，而本发明生产的960MPa级热轧高强钢的-40℃冲击功能达到100J以上，甚至150J以上。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢及其制造方法，在保证组织性满足要求的同时，可实现稳定的工业化生产。

本发明的技术方案为：4、发明的技术方案：

一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢，所含化学成分及重量百分比为：C0.10～0.15％、Mn 1.10～1.90％、Si 0.10～0.50％、Cr 0.10～0.50％、Mo 0.05～0.25％、P≤ 0.02％、S≤0.04％、Nb 0.01～0.05％、Ti 0.01～0.05％，Al 0.02％～0.06％，N≤0.005％，其余为Fe和不可避免杂质。

在合金元素的设计中，在保证经济洁净度的情况下，降低钢中的碳含量，考虑到在生产中冶炼后合金的加入会使钢水增碳，因此碳成分设计为0.10～0.15％，既能在保证具有较高强度的前提下，具有良好的韧性和焊接性能。从钢种高强度出发，组织应为马氏体加铁素体为宜，加入一定量的合金元素进行固溶强化及改变钢种的相变温度。另外考虑到成本因素，应尽量减少合金元素的加入量，充分利用各种微合金元素复合加入技术来达到强化的目的，采用Nb、Ti元素的复合加入，保证未再结晶区内变形的积累，并保证钢种得到组织均匀、晶粒细化的热轧态组织，利用Nb、Ti、Mo等微合金元素的应变诱导析出及时效强化效果，进一步提高强度。由于钢板的厚度比较薄，冷却速率比较大，在钢中加入了少量Cr和0.05～0.25％含量的Mo，以利于在厚规格轧制中不同断面处获得比较均匀的组织。添加少量的Mo能够保证钢的高温回火稳定性和回火强度，而且过多的Mo也会降低材料的可焊性。这类钢加入微量的Nb、Ti以利用控制轧制和控制冷却得到细小的组织，钢中加入微量的Nb、Ti元素，一方面阻碍奥氏体再结晶，另一方面也起到强化组织的作用。为了降低钢中夹杂物含量，以保证材料的焊接性能和韧性，严格控制P、S杂质元素的含量。

本发明还提供了屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢的制造方法，包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→RH精炼→连铸→铸坯缓冷→热轧→层流冷却 →卷取→开平→淬火→回火。

进一步地，在连铸步骤中，中包温度控制在目标液相线温度以上15℃～30℃，拉速为 1.0～1.5m/min，以保证液态钢中溶质分配均匀，避免产生铸态偏析；浇铸时投用动态轻压下，同时使用电磁辊搅拌，浇铸时投用动态轻压下以保证溶质元素分配均匀减少铸坯内部偏析、疏松等内部缺陷；同时利用电磁辊搅拌使得杂质上浮以获得好的铸坯内部质量。为避免铸坯在脆性区产生内部裂纹，进一步保证铸坯内部质量，对铸坯进行堆垛或者进保温坑缓冷处理，缓冷保温温度不得低于600℃，缓冷处理时间为72～80小时

进一步地，在热轧步骤中，为了保证合金元素充分固溶，加热炉出炉温度控制在1200℃ ～1270℃，粗轧采用3+3道次轧制，在2250mm热连轧机上进行精轧，为了实现屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢的稳定轧制，终轧温度控制在820℃～900℃。

进一步地，以保证材料高强度、高韧性匹配，在层流冷却步骤中，采用前段快速冷却方式，冷却速度大于30℃/s，一方面可以减少Nb、Ti元素在高温阶段的析出，促进Nb、Ti元素在低温阶段的析出，增加析出强化效果；同时使析出的二相粒子尺寸更加细小、分布更弥散。

进一步地，卷取温度控制在620℃～680℃。

进一步地，热处理步骤中，考虑到冲击性能及较好的强度和塑性，良好的板形问题，热处理工艺有两种，第一种是经过850℃-920℃淬火保温10-30min，低温回火，回火温度为 150℃-250℃，保温时间为50-90min；第二种热处理工艺是850℃-920℃淬火保温10-30min，高温回火，回火温度为350℃-500℃，保温时间为20-40min。

根据上述制造方法制备得到的热轧汽车用钢，其组织为回火索氏体+少量铁素体，组织分布均匀。

与现有技术相比，本发明的化学成分体系中不添加Ni元素，仅添加了Cr 0.10～0.50％、 Mo 0.05～0.25％、Nb 0.01～0.05％、Ti 0.01～0.05％，且Cr、Mo含量相对其他专利设计要低，能够大大降低合金成本。充分考虑成本的前提下，降低钢中的碳含量，减少合金元素的加入量，充分利用各种微合金元素复合加入技术来达到强化的目的，采用Nb、Ti元素的复合加入，利用Nb、Ti、Mo等微合金元素的应变诱导析出及时效强化效果来达到强度要求。本发明通过合金元素、控轧控冷及调质处理工艺的综合调控手段，在较低的回火温度，更加节能的条件下，能够获得屈服强度在960MPa以上，抗拉强度在980-1150MPa,延伸率在10％以上，-40℃ 冲击功在100J以上，强塑性匹配较好；同时保证良好的板形、表面质量和焊接性能，且本发明制备方法简单、成本低，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明热轧汽车用钢热处理前典型组织照片(热处理前组织为铁素体+珠光体)；

图2为本发明热轧汽车用钢热处理后典型组织照片(热处理后的组织为回火索氏体+少量铁素体)。

具体实施方式

下面结合说明书附图1-2和实施例对本发明做进一步地描述。

采用以下步骤制备得到：

铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→RH精炼→连铸→铸坯缓冷→热轧→层流冷却→卷取→开平→淬火→回火；

其中，在连铸步骤中，为了确保铸坯质量，浇铸时投用动态轻压下以减少铸坯内部偏析、疏松等内部缺陷；同时利用电磁辊搅拌使得杂质上浮以获得好的铸坯内部质量，中包温度控制在目标液相线温度以上15℃～30℃，拉速为1.0～1.5m/min，连铸板坯尺寸为230mm，对铸坯进行堆垛或者进保温坑缓冷处理，缓冷保温温度不得低于600℃，缓冷处理时间为72～80 小时；在热轧步骤中，为了保证合金元素充分固溶，加热炉出炉温度控制在1200℃～1270℃，粗轧采用3+3道次轧制，在2250mm热连轧机上进行精轧，为了实现屈服强度大于960MPa 的热轧汽车用钢的稳定轧制，终轧温度控制在820℃～900℃。在层流冷却步骤中，采用前段快速冷却方式，冷却速度大于30℃/s，卷取温度控制在620℃～680℃；

热处理步骤中，热处理工艺有两种，第一种是经过850℃-920℃淬火保温10-30min，低温回火，回火温度为150℃-250℃，保温时间为50-90min；第二种热处理工艺是850℃-920℃ 淬火保温10-30min，高温回火，回火温度为350℃-500℃，保温时间为20-40min。

下面以具体的实施例1-2对本发明进行详细的说明，各个实施例中热轧汽车用钢的化学成分百分比见表1，连铸板坯尺寸为230mm；将铸坯经过加热炉加热、然后经2250mm热连轧机组进行轧制、冷却和卷取；控制出炉温度、精轧入口温度、终轧温度，层流冷却速度和卷取温度，控制淬火及回火热处理温度，轧制工艺参数见表2，力学性能见表3。

表1实施例实测化学成分(质量百分数％，余量为Fe)

表2实施例轧制工艺参数

表3实施例力学性能

编号	Rp<sub>0.2</sub>(MPa)	Rm(MPa)	A<sub>80</sub>(％)	Ak(-40℃)
					1-1	1007	1032	12.3	102
1-2	1012	1025	12.0	137
					1-3	1021	1031	14.6	129
2-1	1019	1028	13.0	178
					2-2	997	1009	14.4	168
2-3	986	1001	14.8	168

其中：Rp_0.2－屈服强度；Rm－抗拉强度；Rp_0.2/Rm－屈强；A₈₀－标距为80mm的断后延伸率；Ak(-40℃)－-40℃冲击功。

由表3可以看出，各个实施例所生产的热轧汽车用钢，屈服强度在960MPa以上，抗拉强度在980-1150MPa,延伸率在10％以上，-40℃冲击功在100J以上。

上述参照实施例对屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢及其制造方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢，其特征是，所含化学成分及重量百分比为：C 0.10～0.15％、Mn 1.10～1.90％、Si 0.10～0.50％、Cr 0.10～0.50％、Mo 0.05～0.25％、P≤0.02％、S≤0.04％、Nb 0.01～0.05％、Ti 0.01～0.05％，Al 0.02％～0.06％，N≤0.005％，其余为Fe和不可避免杂质；所述热轧汽车用钢组织为回火索氏体和少量铁素体。

2.根据权利要求1所述的一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢的制造方法，其特征是，包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→RH精炼→连铸→铸坯缓冷→热轧→层流冷却→卷取→开平→淬火→回火；

所述连铸步骤中，中包温度控制在目标液相线温度以上15℃～30℃，拉速为1.0～1.5m/min；

所述铸坯缓冷步骤中，缓冷保温温度不得低于600℃，缓冷处理时间为72～80小时；

所述热轧步骤中，加热炉出炉温度控制在1200℃～1270℃，粗轧采用3+3道次轧制，终轧温度控制在820℃～900℃；

所述层流冷却步骤中，采用前段快速冷却方式，冷却速度大于30℃/s；

所述卷取温度控制在620℃～680℃。

3.根据权利要求2所述的一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢的制造方法，其特征是，所述热处理步骤中，热处理工艺为：850℃-920℃淬火保温10-30min，低温回火，回火温度为150℃-250℃，保温时间为50-90min。

4.根据权利要求2所述的一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢的制造方法，其特征是，所述热处理步骤中，热处理工艺为：850℃-920℃淬火保温10-30min，高温回火，回火温度为350℃-500℃，保温时间为20-40min。

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种屈服强度大于960MPa的热轧汽车用钢的制造方法，其特征是，所述制造方法生产的热轧汽车用钢组织为回火索氏体和少量铁素体，屈服强度在960MPa以上，抗拉强度在980-1150MPa,延伸率在10％以上，-40℃冲击功在100J以上。