CN113322416A - 高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带及制备方法 - Google Patents

高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带及制备方法，属于炼钢技术领域。高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带，化学成分按质量百分比为：C0.02‑0.06％，Si≤0.08％，Mn2.2‑2.8％，P≤0.015％，S≤0.01％，Nb0.065‑0.12％，Ti0.13‑0.25％，V0.07‑0.15％，N≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质，显微组织为铁素体90‑98％和超细针状贝氏体2‑10％，晶粒度等级为13‑14级。制备方法依次包括冶炼、连铸、加热、粗轧、UFC中间坯冷却、精轧、层流冷却及卷取步骤。本发明通过成分设计，结合全流程工艺控制，实现了具有高疲劳性能的800MPa级热轧汽车大梁钢带的稳定控制。本发明生产出的800MPa级热轧汽车大梁钢带表面质量优良，疲劳性能、成型性能以及强韧性能优异，可有效解决现有800MPa级热轧汽车大梁钢带疲劳性能较差的问题。

Description

高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带及制备方法
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，涉及热轧汽车大梁钢板，具体涉及一种高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带及制备方法。
背景技术
受到“排放法规”、“燃油税”、计重收费、治理超载以及油价不断攀升等的影响，加之排放标准的日益严格，汽车轻量化需求已迫在眉睫。据不完全统计，在我国的汽车结构中汽车保有量占比约为10％，但我国汽车的总体燃料消耗量占汽车燃料总消耗量的55％-60％。汽车排放量约为乘用车的3-4倍，汽车重量每降低10％，可降排放5％-6％；汽车减重100kg，CO2可减排10g/100km。降低汽车的自重，可以有效降低燃油消耗的总量，因此，汽车的轻量化意义重大，汽车轻量化逐步上升到国家战略层面。近年来，众多钢铁企业纷纷开发了重载汽车用800MPa级大梁钢板，然而，800MPa汽车大梁钢板的疲劳极限调控及机理的研究鲜有报道。采用高强度钢是汽车减量化可持续发展的有效途径，服役条件下既要承受垂直底盘平面的非线性弯曲载荷，又要承受纵向瞬时冲击载荷，材料疲劳性能低及断裂问题严重制约着重载汽车行业的可持续发展。因此进行热轧钢疲劳性能的研究具有重要意义，开发具有高疲劳性能的热轧汽车大梁钢很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有800MPa级热轧汽车大梁钢带疲劳性能较差的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带，其特征在于，其化学成分按质量百分比为：C 0.02-0.06％，Si≤0.08％，Mn 2.2-2.8％，P≤0.015％，S≤0.01％，Nb 0.065-0.12％，Ti 0.13-0.25％，V 0.07-0.15％，N≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质，其显微组织为铁素体90-98％和超细针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为13-14级。
上述高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，依次包括冶炼、连铸、加热、粗轧、UFC中间坯冷却、精轧、层流冷却及卷取步骤，具体包括如下步骤：
a.按照高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的化学成分制备铸坯；
b.粗轧：将加热的铸坯轧制成板坯，对薄规格的板坯采用3+3模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，累计变形量≥80％；对厚规格的板坯采用0+5模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，后2机架累计变形量≥50％，累计变形量≥78％；
c.UFC中间坯冷却：将粗轧后的板坯快速冷却，以80-180℃/s速度冷却到920±20℃；
d.精轧：进行5-7道次连轧，控制最后一个机架变形量为8-15％，后3机架累计变形量20-35％。
上述步骤b中，板坯厚度为40-50mm，薄规格板坯为40-44mmm，厚规格板坯为45-50mm。
上述步骤b中，铸坯加热温度为1260±20℃，保温100-180min。
上述精轧终轧温度为830-900℃。
上述精轧结束后采用双段冷却，以80-110℃/s的速率快速冷却至600-700℃，然后空冷3-8s后以0-100℃/s的速率继续冷却。
上述最终卷取温度为580-630℃。
上述步骤b和d中，轧制完成后均采用高压水除磷，水压为20MPa。
本发明的有益效果是：本发明在钢材化学成分中特别添加Nb、V、Ti结合TMCP工艺控制生产得到的汽车大梁钢带显微组织为铁素体90-98％和超细针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为13-14级。
其中Nb具有延迟奥氏体再结晶，降低相变温度的作用，可以通过固溶强化、析出强化和相变强化提高材料强度，同时也可通过细晶作用改善材料的韧性；V的加入可有效提高析出强化作用，能够有效组织奥氏体晶粒的长大和再结晶过程；结合UFC中间坯冷却过程可以控制基体组织的均匀性以及铁素体中析出相的尺寸和数量。
而Ti通过铁素体中的过饱和析出可明显提高钢材的强度，但Ti易与S结合形成Ti4C2S2，N与Ti结合在连铸过程中易形成液析TiN。因此本发明通过将铸坯加热以控制细小TiC回溶，同时抑制Ti4C2S2和液析TiN的粗化长大；通过控制轧制变形量可以控制奥氏体中的形变诱导相变，同时将前期大尺寸的Ti4C2S2和液析TiN破碎和均匀化。
本发明生产出的800MPa级热轧汽车大梁钢带表面质量优良，疲劳性能、成型性能以及强韧性能优异。
具体实施方式
本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。
高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带，其特征在于，其化学成分按质量百分比为：C0.02-0.06％，Si≤0.08％，Mn 2.2-2.8％，P≤0.015％，S≤0.01％，Nb 0.065-0.12％，Ti 0.13-0.25％，V 0.07-0.15％，N≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质，其显微组织为铁素体90-98％和超细针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为13-14级。
上述高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，依次包括冶炼、连铸、加热、粗轧、UFC中间坯冷却、精轧、层流冷却及卷取步骤，具体包括如下步骤：
a.按照高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的化学成分制备铸坯；
b.粗轧：将加热的铸坯轧制成板坯，对薄规格的板坯采用3+3模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，累计变形量≥80％；对厚规格的板坯采用0+5模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，后2机架累计变形量≥50％，累计变形量≥78％；
c.UFC中间坯冷却：将粗轧后的板坯快速冷却，以80-180℃/s速度冷却到920±20℃；
d.精轧：进行5-7道次连轧，控制最后一个机架变形量为8-15％，后3机架累计变形量20-35％。
上述铸坯出加热炉后，厚度为200-230mm，经过2台粗轧机组轧制到板坯，厚度为40-50mm。为了生产出2mm-14mm的热轧板，因此优选的是，对厚度40-44mmm的薄规格板坯粗轧过程采用3+3模式，即六道次粗轧，确保每道次的变形量；对45-50mm的厚规格板坯粗轧过程采用0+5模式，即5道次的轧制，有一个轧机没有压下量。
为了控制细小TiC回溶，同时抑制Ti4C2S2和液析TiN的粗化长大，因此优选的是，上述步骤b中，铸坯加热温度为1260±20℃，保温100-180min。
为了控制TiC形变诱导析出量，优选的是，经过7个精轧机机组5-7道次连轧，F7变形量8％-15％，后3机架累计变形量20％-35％，精轧终轧温度为830-900℃。
为了控制基体组织的均匀性，因此优选的是，采用双段冷却，终轧结束后，采用快速冷却至铁素体区，以80-110℃/s的速率快速冷却至600-700℃；然后进行空冷，控制铁素体转变量以及析出，空冷时间3-8s；再冷却至贝氏体，冷却速度为0-100℃/s，板带最终卷取温度为580-630℃。
为了更好的控制钢材的化学成分，因此优选的是，上述步骤b和d中，轧制完成后均采用高压水除磷，水压为20MPa。
下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。
实施例
本实施例提供了1组采用本发明制备方法制备的高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带及两组对比例，汽车大梁钢板坯化学成分如表1所示。
表1 800MPa级热轧大梁钢板坯化学成分(wt.％)
编号 C Si Mn P S N Ti Nb V
实施例2 0.035 0.068 2.5 0.003 0.010 0.0035 0.21 0.083 0.08
对比例1 0.052 0.074 2.3 0.012 0.008 0.0046 0.18 0.088 0.091
对比例2 0.080 0.068 1.9 0.012 0.010 0.0055 0.11 0.06 0.16
将加热的铸坯轧制成板坯后粗轧，板坯粗轧主要工艺控制参数如表2所示。
表2 800MPa级热轧大梁钢带粗轧工艺
Figure BDA0003092042900000041
UFC中间坯冷却：将粗轧后的板坯快速冷却，控制参数如表3所示。
表3 800MPa级热轧大梁钢带UFC快冷工艺
编号 板坯厚度/mm 冷却速度/℃/s 冷却温度/℃
实施例1 41 90 930
对比例1 50 183 950
对比例2 43 90 928
经过7个精轧机机组5-7道次连轧，精轧工序的控制参数如表4所示。
表4 800MPa级热轧大梁钢带精轧工艺
Figure BDA0003092042900000042
精轧结束后进行层冷工序，然后卷取，主要工艺控制参数如表5所示。
表5 800MPa级热轧大梁钢带层冷工艺
编号 1段冷却速度/℃/s 空冷时间/s 2段冷却速度/℃/s 卷取温度/℃
实施例1 87 5 40 589
对比例1 58 3 56 558
对比例2 83 5 42 592
对上述工艺制备的汽车大梁钢带进行力学测试，其力学性能如表6所示。
表6 800MPa级热轧大梁钢带力学性能
Figure BDA0003092042900000043
由实施例和对比例可知，采用本发明化学成分及制备方法制备的高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带，实施例的疲劳性能明显优于对比例，且表面质量优良，成型性能以及强韧性能优异。

Claims (8)

1.高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带，其特征在于，其化学成分按质量百分比为：C 0.02-0.06％，Si≤0.08％，Mn 2.2-2.8％，P≤0.015％，S≤0.01％，Nb 0.065-0.12％，Ti0.13-0.25％，V 0.07-0.15％，N≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质，其显微组织为铁素体90-98％和超细针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为13-14级。
2.如权利要求1所述的高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a.按照高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的化学成分制备铸坯；
b.粗轧：将加热的铸坯轧制成板坯，对薄规格的板坯采用3+3模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，累计变形量≥80％；对厚规格的板坯采用0+5模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，后2机架累计变形量≥50％，累计变形量≥78％；
c.UFC中间坯冷却：将粗轧后的板坯快速冷却，以80-180℃/s速度冷却到920±20℃；
d.精轧：进行5-7道次连轧，控制最后一个机架变形量为8-15％，后3机架累计变形量20-35％。
3.根据权利要求2所述的高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：步骤b中，板坯厚度为40-50mm，薄规格板坯为40-44mmm，厚规格板坯为45-50mm。
4.根据权利要求2所述的高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：步骤b中，铸坯加热温度为1260±20℃，保温100-180min。
5.根据权利要求2所述的高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：精轧终轧温度为830-900℃。
6.根据权利要求2所述的高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：精轧结束后采用双段冷却，以80-110℃/s的速率快速冷却至600-700℃，然后空冷3-8s后以0-100℃/s的速率继续冷却。
7.根据权利要求2所述的高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：最终卷取温度为580-630℃。
8.根据权利要求2所述的高疲劳性能800MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：步骤b和d中，轧制完成后均采用高压水除磷。
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