CN113265502A - 一种高强度550l汽车大梁钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度550L汽车大梁钢的制备方法,大梁钢的成分组成为C:0.080~0.11wt%,Si:≤0.20wt%,Mn:0.55~0.65wt%,P:≤0.018wt%,S:≤0.004wt%,Ti:0.045~0.060wt%,Al:0.020~0.035wt%,N:0.0030~0.0045wt%,钢材TO≤0.0020wt%,转炉冶炼出钢控制:[C]:0.06‑0.08%,[P]:≤0.015%、[S]:≤0.008%,[O]≤400PPm,转炉出钢把萤石、电石、活性石灰按1:1:3的质量比进行混合,在转炉出钢过程中按间隔1分钟、2分钟、3分钟分三次加入,加入目标值600kg/炉;LF精炼处理前定氧;连铸钢水用氩气保护浇铸,板坯加热温度1210~1230℃,采用热连轧机轧制3.0mm~10mm厚的热轧卷,终轧温度854‑858℃。

Description

一种高强度550L汽车大梁钢的制备方法
发明人;吾塔210102197508015633、赵亮、冯跃平
技术领域
本发明涉及一种高强度550L汽车大梁钢的制备方法,生产一种高强度、高韧性、冷冲压性能优异的汽车大梁钢,属于钢铁冶金领域。
背景技术
高强度汽车大梁钢主要用在载重汽车的车架制造。车架是货车的承重件,由纵、横梁等组成。各部件采用冷冲压或滚压成形,铆接方式装配。因此,汽车底盘车架是载重卡车、拖挂车最重要的安全部件。载重汽车底盘车架减重是汽车行业发展的重点方向,采用高强度汽车大梁钢降低钢板厚度以及使用量,减轻汽车自重是发展方向。汽车大梁的加工方法是,对热轧钢卷进行开卷,根据汽车大梁的长度、宽度要求,横切、纵切成大梁需要的长度和宽度,再进行冷冲压成型,如是辊压成形这个过程是连续完成的。目前使用的强度级别较高的510L以上的大梁钢,多采用铌强化,或者铌钛复合强化,钢材的拉伸强度可大幅度提高,钢材的断后延伸率偏低,由于钢板的内应力释放,导致纵切成长条的钢板产生翘曲变形(翘曲通常以C翘、扭曲等形式同时出现)、导致大梁加工过程中冲压成型困难、甚至出现开裂报废,成材率偏低。
文献检索:(1)专利申请号CN2008100364159公开了“一种高强度热轧汽车大梁钢板及其制造方法”,成分组成为:C:0.05~0.10wt%,Si:≤0.010 wt%,Mn:1.10~1.85wt%,P:≤0.025wt%,S:≤0.003wt%,Nb:0.015~0.050wt%,Ti:0.015~0.15wt%,Al:0.015~0.060wt%,Ca:≤0.0050wt%。其强化模式采用铌、钛复合强化。优点是可以把钢材的屈服强度和抗拉强度提高,不足之处钢材的断后延伸率低,不大于21%,钢材的冷冲压成形性受到制约。
(2)专利申请号CN2011101488860,公开了一种“低成本汽车大梁用钢及其制造方法”,采用的生产工艺流程为铁水脱硫预处理、转炉冶炼、RH真空精炼、钙处理、板坯连铸。成分组成为:C:0.06~0.12wt%,Si:0.08~0.20wt%,Mn:1.0~1.40wt%,P:≤0.015wt%,S:≤0.008wt%,Nb:0.015~0.030wt%,Ti:0.015~0.15wt%,Als:0.020~0.060wt%,O:≤0.003wt%,N:≤0.005wt%。采用铌强化生产了510L。其抗拉强度545~550MPa,屈服强度465~475 MPa,钢材的断后延伸率小30%。CN2011101488860是优化了连铸板坯生产过程中的工艺路线,以RH真空处理代替LF精炼,热连轧制备了510L大梁钢,。优点是减少了电耗。缺点是由于钢水不是在完全还原气氛下处理,钢材中的全氧含量和非金属夹杂较高,并不适合550MPa以上的汽车大梁钢制备。
(3)专利申请号CN200610098393X,公开了一种“汽车大梁钢的CSP生产工艺”,采用的生产工艺为转炉冶炼、LF精炼、薄板坯连铸连轧,其成分组成为:C:0.16~0.20wt%,Si:0.30~0.50wt%,Mn:1.3~1. 50wt%,P:≤0.015wt%,S:≤0.010wt%、Nb:0.015~0.030wt%,Ti:0.010~0.030wt%,Als:0.020~0.035wt%,N:≤0.0065wt%。强化模式主要采用碳锰强化,微钛处理。其抗拉强度540~560MPa,屈服强度405~415MP,钢材的断后延伸率30~32%。薄板坯连铸连轧工艺特点是,节省能源,连铸板坯的热能得到充分利用,由于装备的局限性,由于CSP板坯轧制时的压缩比低,轧制钢卷厚度受到了限制,通常生产较薄的低强度结构板和冷轧基料,专利公开号CN200610098393X制备的大梁钢没有注明轧制的大梁钢钢卷厚度。专利公开号CN20061009839X同时指出了攀钢生产的09SiVL和宝钢B510L冲压开裂率高,而经过退火处理,钢板的内应力可以降低,钢板的翘曲可以减轻或消除,但是多一道处理工序,能耗和成本增加,更主要的是退火后钢材的屈服强度显著降低(退火后钢材的屈服强度δ0.2从370 MPa降低到325 MPa,钢材的抗拉强度δb从520 MPa降低到480 MPa,而不能满足汽车大梁的承重要求),这也是在高锰含量条件下,铌钛复合强化和铌单独强化的汽车大梁钢普遍存在的问题。
(4)专利申请号CN2010101815590, 公开了一种“汽车大梁钢的低铌强化生产工艺”,采用的生产工艺为转炉冶炼、LF精炼、连铸、1750连轧机轧制。成分组成为:C:0.085~0.115wt%、Si:0.154~0.254wt%、Mn:1.40~1. 55wt%、P:≤0.015wt%、S:≤0.006wt%、Nb:0.008~0.014wt%、Al:0.020~0.040wt%、N:≤0.0065wt%。生产的大梁钢为510L级别。
(5)专利申请号CN2010102429653, 公开了一种采用铌、钛复合强化轻型卡车汽车大梁钢的制备方法,成分组成为:C:0.09~0.15wt%、Si:0.3~0.6wt%、Mn:1.25~1. 50wt%、P:≤0.03wt%、S:≤0.03wt%、Nb:0.015~0.045wt%、Ti:0.010~0.030wt%、Alt:0.020~0.050wt%。明确了轧制工艺方法和工艺参数,而没有提供钢材的厚度规格、力学性能以及冷加工成型性能。
(6)专利申请号CN2008101548662, 公开了一种采用铌、钒、钛复合强化,轧制了4~10mm钢卷,屈服强度达到了500MPa、抗拉强度550~700MPa,断后延伸率≥19%的汽车大梁用钢。采用的生产工艺为转炉冶炼、LF精炼、连铸连轧。成分组成为:C:0.065~0.095wt%、Si:≤0.15wt%、Mn:1.51~1.65wt%、P:≤0.025wt%、S:≤0.008wt%、Nb:0.051~0.060wt%、V:0.051~0.065wt%、Ti:0.015~0.025wt%、Alt:0.020~0.050wt%。
(7) 《鞍钢技术》2020年第1期刊发了《汽车用550MPa级热恋轧钢板的研制开发》,采用低碳,铌钛复合强化模式开发了厚度为3.0-16mm的QStE550TM,其主要用途为制造车桥的桥壳。成分组成为:C:0.05~0.08wt%,Si:0.02~0.08wt%,Mn:1.20~1.39wt%,P:≤0.015wt%,S:≤0.002wt%,Nb +Ti:0.075~0.11wt%,Als:0.015~0.050wt%, N:0.0030~0.0050wt %。其钢板的力学性能为屈服强度≥580MPa,抗拉强度≥625Mpa,钢材的断后延伸率≥18%。特点是低碳、低硅,拉伸强度高,不足之处是强度提高后的断后伸长率低的难题依然存在。
(8) 《新疆钢铁》2018年第2期刊发了《钛强化510MPa级汽车大梁钢试验研究》,采用钛强化模式开发了厚度为5.69~9.50mm的510L的大梁钢。成分组成为:C:0.11~0.14wt%,Si:0.15~0.25wt%,Mn:0.55~0.75wt%,P:≤0.018wt%,S:≤0.006wt%,Ti:0.050~0.070wt%,Al:0.020~0.040wt%, N:0.0060wt %。钢板的力学性能为屈服强度408~520MPa,抗拉强度535~616MPa,钢材的断后延伸率28.0~35.0%。钢材的性能波动大,抗拉强度的波动值达到了81MPa,屈服强度的波动值达到了102MPa。
发明内容
本发明针对目前市场上使用的510L汽车大梁钢强度低,加工大梁需要的钢板厚,汽车自重大等不足,提出了一种高强度550L汽车大梁钢的制备方法,能够消除高强度汽车大梁钢纵切后发生翘曲(钢板条)、难以冷加工成形等缺点,在提高钢材强度的同时,提高钢材冷家冷冲压成形性能和使用效率。
本发明的目的是这样实现的,一种高强度550L汽车大梁钢的制备方法,包括如下步骤:1.成分设计:大梁钢的成分组成为C:0.080~0.11wt%,Si:≤0.20wt%,Mn:0.55~0.65wt%,P:≤0.018wt%,S:≤0.004wt%,Ti:0.045~0.060wt%,Al:0.020~0.035wt%,N:0.0030~0.0045wt%,钢材TO≤0.0020wt%,余量为杂质;2.制备方法:采用铁水脱硫预处理、120t顶底复吹转炉冶炼,LF精炼处理、板坯连铸、1750热连轧工艺生产,[1]转炉冶炼,出钢控制:[C]:0.06-0.08%,[P]:≤0.015% 、[S]:≤0.008%,[O]≤400PPm。转炉出钢采用电石脱氧,为防止电石和钢水剧烈反应导致包内钢水翻腾和爆炸,把萤石、电石、活性石灰按1:1:3的质量比进行混合,三种原料的粒度均为10-15mm,在转炉出钢过程中按时间分别间隔1分钟、2分钟、3分钟分三次加入,加入目标值600kg/炉,通过转炉出钢过程的钢渣混冲,提高电石的脱氧效率;[2]LF精炼处理前定氧,根据钢中的残氧量和要求的成分铝含量,喂入铝线,按残氧每10 PPm喂入铝线1.6 kg/炉钢,铝的回收率按30%计算,喂入铝线后钢包底吹氩强搅拌5分钟,促使夹杂物上浮去除,钢包钢液到LF补加铝铁,铝的回收率按65%加入,LF精炼过程控制氮含量的方法是造泡沫渣埋弧精炼,方法是为提高渣的粘度配入高三氧化二铝含量和金属铝的炉渣促进剂,成分Al含量20~25%,Al2O3含量50~55%,SiO2含量≤5%,CaF2 含量5-8%,CaCO3含量10%,碳化硅1.5%,电石含2%,均为质量百分比;LF精炼末期,钙和钛除外,钢中其它成分符合钢的熔炼成品成分后,加入钛铁,钛回收率必须大于70%,否则将有大量的钛的氧化物夹杂生成,钛铁配入后钢包底吹氩吹氩搅拌熔化、均匀成分,严禁加入钛铁后送电提温再处理,造成钢水增氮,生成大颗粒钛的氮化物夹杂,形成的泡沫渣覆盖钢水利于底吹氩搅拌脱硫,钢水快速深脱硫,硫含量小于0.0035%;然后钙处理,钢包底软吹氩搅拌,钙处理喂入钙线进行夹杂物的变性处理,软吹时间控制在8分钟,钢水上连铸温度控制在1580-1585℃;[3]连铸,连铸钢水通过的各连接部位全部采用氩气封闭保护浇铸,拉速恒定,并采用板坯动态压下,压下量约6mm,钢水过热度控制在10-20℃,通过低锰、低硫钢水,低过热度,恒拉速连铸解决了板坯中心的锰偏析以及偏析带中的硫化锰夹杂铸坯设计厚度220mm,压下量大于6mm,板坯中心偏析不大于1.5级,曼内斯曼标准;[4]轧制,板坯加热温度1210~1230℃,板坯入加热炉温度避开裂纹敏感区,热装温度≥800℃,或者在620℃以下装炉,避免轧后钢卷边部出现翘皮缺陷;[5]采用1750热连轧轧机轧制厚度为3.0mm~10mm的热轧卷,终轧温度854-858℃,卷取温度钢卷厚度3.0~5.99m,设计卷取温度650℃,卷取温度钢卷厚度6.0~10m,设计卷取温度630℃,层流冷却水的上下集管的设置带有一定的角度,喷出的冷却水流股与沿着轧制方向与带钢平面呈620角。
在冷却的同时,可以及时吹扫带钢表面的积水,其作用是一是利用新的斜射来低温冷却水与高温带钢表面接触,强化冷却,提高冷速,二是清除了带钢上表面积水的干扰,利于温度传感器能够精确地测得带钢表面的温度。
钢材力学性能:钢材力学性能(横向)检测显示,屈服强度463~501MPa,抗拉强度569~612MPa,断后伸长率27.5~34.5%。由于锰含量的大幅度降低,由鹏偏析导致的钢材的带状组织显著减低。
采用本发明方法生产14炉,生产214mm×1510 mm×10500 mm,板坯55块,806吨,熔炼成品成分见表1。板坯偏析抽检不大于2级 (曼内斯曼标准)。全部热装轧制。
表1 采用本发明方法生产的高强度汽车大梁钢550L熔炼成品合低倍抽检结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
轧后钢材力学性能,见表2。
表2 采用本发明方法生产的高强度汽车大梁钢550L钢材性能
Figure DEST_PATH_IMAGE004
采用本发明生产的钢卷,钢材拉伸性能稳定性大幅度提高,同一材料号(同一钢卷)的屈服强度波动的的最大值14Mpa ,最小值为5Mpa。钢卷的不同位置屈服强度的性能波动不大于15Mpa,钢材的屈强比小于0.85.
钢材的组织和纯净度,见表3,6炉钢轧后钢材抽检,组织为铁素体+珠光体,晶粒度在10级至11级之间。非金属夹杂物最大为B类细1.0级,钛的碳、氮物夹杂小于15μm,满足纯净钢要求。有效防止了钢材的冷冲压开裂。钢材的带状组织不大于1级。
表3 采用本发明方法生产的高强度结构钢Q355C钢材纯净度检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE006
本发明方法制备的材料,采用减量化成分设计,节约了合金,消除了纵切翘曲和冷冲压开裂,提高了钢材的性能稳定性。由于大幅度降低了钢中的锰含量,取消了铌,合金成本低于现有铌或铌钛强化的工艺生产的550L。例如,专利申请号CN2008101548662合金成本远高于本发明,就是与低级别的510L相比,本发明的吨钢合金成本低于100元以上,与同强度级别的550L相比,具有较低的屈服强度和屈强比,断后延伸率更高,利于冷冲压成形,成本优势更加明显,具有更高的性价比,具体数值见表4。
表4 本发明与同级别(抗拉强度)的550L合金含量和性能对比
Figure DEST_PATH_IMAGE008
具体实施方式
一种高强度550L汽车大梁钢的制备方法,包括如下步骤:1.成分设计:大梁钢的成分组成为C:0.080~0.11wt%,Si:≤0.20wt%,Mn:0.55~0.65wt%,P:≤0.018wt%,S:≤0.004wt%,Ti:0.045~0.060wt%,Al:0.020~0.035wt%,N:0.0030~0.0045wt%,钢材TO≤0.0020wt%,余量为杂质;2.制备方法:采用铁水脱硫预处理、120t顶底复吹转炉冶炼,LF精炼处理、板坯连铸、1750热连轧工艺生产,[1]转炉冶炼,出钢控制:[C]:0.06-0.08%,[P]:≤0.015% 、[S]:≤0.008%,[O]≤400PPm。转炉出钢采用电石脱氧,为防止电石和钢水剧烈反应导致包内钢水翻腾和爆炸,把萤石、电石、活性石灰按1:1:3的质量比进行混合,三种原料的粒度均为10-15mm,在转炉出钢过程中按时间分别间隔1分钟、2分钟、3分钟分三次加入,加入目标值600kg/炉,通过转炉出钢过程的钢渣混冲,提高电石的脱氧效率;[2]LF精炼处理前定氧,根据钢中的残氧量和要求的成分铝含量,喂入铝线,按残氧每10 PPm喂入铝线1.6 kg/炉钢,铝的回收率按30%计算,喂入铝线后钢包底吹氩强搅拌5分钟,促使夹杂物上浮去除,钢包钢液到LF补加铝铁,铝的回收率按65%加入,LF精炼过程控制氮含量的方法是造泡沫渣埋弧精炼,方法是为提高渣的粘度配入高三氧化二铝含量和金属铝的炉渣促进剂,成分Al含量20~25%,Al2O3含量50~55%,SiO2含量≤5%,CaF2 含量5-8%,CaCO3含量10%,碳化硅1.5%,电石含2%,均为质量百分比;LF精炼末期,钙和钛除外,钢中其它成分符合钢的熔炼成品成分后,加入钛铁,钛回收率必须大于70%,否则将有大量的钛的氧化物夹杂生成,钛铁配入后钢包底吹氩吹氩搅拌熔化、均匀成分,严禁加入钛铁后送电提温再处理,造成钢水增氮,生成大颗粒钛的氮化物夹杂,形成的泡沫渣覆盖钢水利于底吹氩搅拌脱硫,钢水快速深脱硫,硫含量小于0.0035%;然后钙处理,钢包底软吹氩搅拌,钙处理喂入钙线进行夹杂物的变性处理,软吹时间控制在8分钟,钢水上连铸温度控制在1580-1585℃;[3]连铸,连铸钢水通过的各连接部位全部采用氩气封闭保护浇铸,拉速恒定,并采用板坯动态压下,压下量约6mm,钢水过热度控制在10-20℃,通过低锰、低硫钢水,低过热度,恒拉速连铸解决了板坯中心的锰偏析以及偏析带中的硫化锰夹杂铸坯设计厚度220mm,压下量大于6mm,板坯中心偏析不大于1.5级,曼内斯曼标准;[4]轧制,板坯加热温度1210~1230℃,板坯入加热炉温度避开裂纹敏感区,热装温度≥800℃,或者在620℃以下装炉,避免轧后钢卷边部出现翘皮缺陷;[5]采用1750热连轧轧机轧制厚度为3.0mm~10mm的热轧卷,终轧温度854-858℃,卷取温度钢卷厚度3.0~5.99m,设计卷取温度650℃,卷取温度钢卷厚度6.0~10m,设计卷取温度630℃,层流冷却水的上下集管的设置带有一定的角度,喷出的冷却水流股与沿着轧制方向与带钢平面呈620角。
在冷却的同时,可以及时吹扫带钢表面的积水,其作用是一是利用新的斜射来低温冷却水与高温带钢表面接触,强化冷却,提高冷速,二是清除了带钢上表面积水的干扰,利于温度传感器能够精确地测得带钢表面的温度。

Claims (1)

1.一种高强度550L汽车大梁钢的制备方法,其特征在于包括如下步骤:1.成分设计:大梁钢的成分组成为C:0.080~0.11wt%,Si:≤0.20wt%,Mn:0.55~0.65wt%,P:≤0.018wt%,S:≤0.004wt%,Ti:0.045~0.060wt%,Al:0.020~0.035wt%,N:0.0030~0.0045wt%,钢材TO≤0.0020wt%,余量为杂质;2.制备方法:采用铁水脱硫预处理、120t顶底复吹转炉冶炼,LF精炼处理、板坯连铸、1750热连轧工艺生产,[1]转炉冶炼,出钢控制:[C]:0.06-0.08%,[P]:≤0.015% 、[S]:≤0.008%,[O]≤400PPm,转炉出钢采用电石脱氧,把萤石、电石、活性石灰按1:1:3的质量比进行混合,三种原料的粒度均为10-15mm,在转炉出钢过程中按时间分别间隔1分钟、2分钟、3分钟分三次加入,加入目标值600kg/炉;[2]LF精炼处理前定氧,根据钢中的残氧量和要求的成分铝含量,喂入铝线,按残氧每10 PPm喂入铝线1.6 kg/炉钢,铝的回收率按30%计算,喂入铝线后钢包底吹氩强搅拌5分钟,促使夹杂物上浮去除,钢包钢液到LF补加铝铁,铝的回收率按65%加入,LF精炼过程控制氮含量的方法是造泡沫渣埋弧精炼,方法是为提高渣的粘度配入高三氧化二铝含量和金属铝的炉渣促进剂,成分Al含量20~25%,Al2O3含量50~55%,SiO2含量≤5%,CaF2 含量5-8%,CaCO3含量10%,碳化硅1.5%,电石含2%,均为质量百分比;LF精炼末期,钙和钛除外,钢中其它成分符合钢的熔炼成品成分后,加入钛铁,钛回收率必须大于70%,否则将有大量的钛的氧化物夹杂生成,钛铁配入后钢包底吹氩吹氩搅拌熔化、均匀成分,严禁加入钛铁后送电提温再处理,造成钢水增氮,生成大颗粒钛的氮化物夹杂,形成的泡沫渣覆盖钢水利于底吹氩搅拌脱硫,钢水快速深脱硫,硫含量小于0.0035%;然后钙处理,钢包底软吹氩搅拌,钙处理喂入钙线进行夹杂物的变性处理,软吹时间控制在8分钟,钢水上连铸温度控制在1580-1585℃;[3]连铸,连铸钢水通过的各连接部位全部采用氩气封闭保护浇铸,拉速恒定,并采用板坯动态压下,压下量约6mm,钢水过热度控制在10-20℃,通过低锰、低硫钢水,低过热度,恒拉速连铸解决了板坯中心的锰偏析以及偏析带中的硫化锰夹杂铸坯设计厚度220mm,压下量大于6mm,板坯中心偏析不大于1.5级,曼内斯曼标准;[4]轧制,板坯加热温度1210~1230℃,板坯入加热炉温度避开裂纹敏感区,热装温度≥800℃,或者在620℃以下装炉,避免轧后钢卷边部出现翘皮缺陷;[5]采用1750热连轧轧机轧制厚度为3.0mm~10mm的热轧卷,终轧温度854-858℃,卷取温度钢卷厚度3.0~5.99m,设计卷取温度650℃,卷取温度钢卷厚度6.0~10m,设计卷取温度630℃,层流冷却水的上下集管的设置带有一定的角度,喷出的冷却水流股与沿着轧制方向与带钢平面呈620角。
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