CN113373375A - 高疲劳性能的600MPa级热轧汽车大梁钢带及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高疲劳性能600MPa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600MPa级热轧汽车大梁钢带,化学成分按质量百分比为:C 0.02‑0.06%,Si≤0.08%,Mn 1.0‑2.0%,P≤0.015%,S≤0.01%,Nb 0.001‑0.015%,Ti 0.02‑0.05%,N≤0.005%,其余为Fe及不可避免的杂质。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600MPa级热轧汽车大梁钢带的稳定控制。本发明生产出的600MPa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600MPa级热轧汽车大梁钢带疲劳性能较差的问题。

Description

高疲劳性能的600MPa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600MPa 级热轧汽车大梁钢带及制备方法。
背景技术
受到路况较差,设计、制造和装配水平落后的限制,很长时间以来我国的重卡汽车只能采用屈服强度在500MPa以下级别的双层结构大梁,而发达国家的重卡汽车已经普遍采用屈服强度在600MPa以上级别的单层结构大梁。为了满足降低生产成本、节能减排、提高安全性等要求,通过优化成分设计和生产工艺,以改善钢板的强韧性、塑.性、冷弯成形性、焊接性能、抗疲劳性能、表面质量,已成为汽车大梁钢带研究的热点。
目前国内是以510-610MPa级大梁钢板为主,汽车大梁钢作为汽车结构用重要承重部件,成型制造工艺复杂,材质要求具有较高的强韧性匹配、低屈强比、较好的冷弯成型性能和疲劳性能。由于构件在服役过程中承受交变载荷,其寿命取决于材料的疲劳性能,而疲劳一般不发生明显的塑性变形,难以检测和预防,但失效后极易造成事故和经济损失。大梁钢带的疲劳性能没有随强度提升而提升,已成为该领域大梁钢带研发与应用的主要难题,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带很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有600MPa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600MPa级热轧汽车大梁钢带,其化学成分按质量百分比为:C 0.02-0.06%,Si≤0.08%,Mn 1.0-2.0%,P≤0.015%,S≤0.01%, Nb 0.001-0.015%,Ti 0.02-0.05%,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%和粒状贝氏体2-10%,晶粒度等级为11-12.5级。
上述高疲劳性能600MPa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600MPa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≥30%,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≥30%,后2机架累计变形量≥47%,累计变形量≥72%;
c.UFC中间坯冷却:将粗轧后的板坯快速冷却,以80-120℃/s速度冷却到930±20℃。
d.精轧:进行5-7道次连轧,控制最后一个机架变形量为8-12%,后3机架累计变形量 15-30%。
上述步骤b中,板坯厚度为41-59mm,薄规格板坯为41-44mmm,厚规格板坯为45-59mm。
上述步骤b中,铸坯加热温度为1280±20℃,保温120-180min。
上述精轧终轧温度为830-890℃。
上述精轧结束后采用双段冷却,以60-100℃/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480-580℃。
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:本发明的热轧汽车大梁钢带化学成分中,Nb具有细化晶粒的作用,有助于提高钢板强度;Ti是较便宜的合金元素,通过铁素体中的过饱和析出可明显提高钢材的强度,但是S与Ti结合易形成Ti4C2S2,N与Ti结合在连铸过程中易形成液析TiN,然而钢中S、N等元素不可避免存在,因此本发明将铸坯加热,可以控制细小TiC回溶,同时抑制Ti4C2S2和液析TiN的粗化长大,通过控制轧制过程变形量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。
本发明采用的UFC中间坯冷却,主要是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,通过快速冷却的方式抑制粗轧工艺后钢带组织的长大,尤其是控制前期未回溶的析出相粗化,协同其他工序能够将板带组织控制在较小的范围,有助于提高钢板的疲劳性能。
本发明通过成分设计,特别是对Nb和Ti含量定量成分设计,结合全流程工艺控制,尤其是UFC中间坯冷却工艺和轧制变形量的控制,生产得到大梁钢带的显微组织为铁素体90-98%和粒状贝氏体2-10%,晶粒度等级为11-12.5级,实现了具有高疲劳性能的600MPa级热轧汽车大梁钢带的稳定控制。本发明生产出的600MPa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600MPa级热轧汽车大梁钢带,其化学成分按质量百分比为:C 0.02-0.06%, Si≤0.08%,Mn 1.0-2.0%,P≤0.015%,S≤0.01%,Nb 0.001-0.015%,Ti0.02-0.05%,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%和粒状贝氏体2-10%,晶粒度等级为11-12.5级。
C有助于提高钢板强度,但含量过高会影响钢板焊接性能和成型性能,因此采用0.02-0.06%;Si用于提高钢板强度,但含量过高会影响钢板表面质量,一般不高于0.08%;Mn具有细化组织的作用,对提高钢板力学性能具有显著效果,因此采用1.0-2.0%;P和S元素是钢中的有害夹杂物,含量越低越好,但考虑炼钢成本和可操作性,控制P≤0.015%,S:≤0.01%。Nb具有细化晶粒的作用,有助于提高钢板强度,但考虑到Nb成本高,采用微量添加0.001-0.0.15%。
上述高疲劳性能600MPa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600MPa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≥30%,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≥30%,后2机架累计变形量≥47%,累计变形量≥72%;
c.UFC中间坯冷却:将粗轧后的板坯快速冷却,以80-120℃/s速度冷却到930±20℃;
d.精轧:进行5-7道次连轧,控制最后一个机架变形量为8-12%,后3机架累计变形量 15-30%。
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41-59mm。为了生产出2mm-14mm的热轧板,因此优选的是,对厚度41-44mmm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45-59mm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1280±20℃,保温120-180min。
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%-12%,后3机架累计变形量15%-30%,精轧终轧温度为830-890℃。
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60-100℃/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 480-580℃。
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600MPa级热轧汽车大梁钢带及两组对比例,汽车大梁钢带板坯化学成分如表1所示。
表1 600MPa级热轧大梁钢带板坯化学成分(wt.%)
编号 C Si Mn P S N Nb Ti
实施例1 0.035 0.068 1.51 0.003 0.005 0.0035 0.012 0.039
对比例1 0.052 0.074 1.92 0.012 0.008 0.0046 0.015 0.044
对比例2 0.052 0.08 0.83 0.02 0.012 0.0053 0.02 0.01
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 600MPa级热轧大梁钢带粗轧工艺
Figure BDA0003085583600000041
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 600MPa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 58 76 960
对比例2 43 93 928
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 600MPa级热轧大梁钢带精轧工艺
编号 终轧温度/℃ 板坯厚度/mm 后3机架累计变形量/% F7变形量/%
实施例1 850 2 20 8
对比例1 900 12 14 5
对比例2 840 8 26 10
精轧结束后进行层冷工序,然后卷曲,主要工艺控制参数如表5所示。
表5 600MPa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 78 5 40 550
对比例1 58 3 56 580
对比例2 83 5 67 520
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 600MPa级热轧大梁钢带力学性能
编号 板坯厚度 屈服强度 抗拉强度 延伸率A -20℃冲击 疲劳强度
实施例1 2mm 548MP 640MP 31% 110 526MPa
对比例1 12mm 563MP 663MP 26% 90 460MPa
对比例2 8mm 510MP 593MP 30% 80 443MPa
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600MPa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600MPa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 1.0-2.0%,P≤0.015%,S≤0.01%,Nb 0.001-0.015%,Ti 0.02-0.05%,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%和粒状贝氏体2-10%,晶粒度等级为11-12.5级。
2.如权利要求1所述的高疲劳性能600MPa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600MPa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≥30%,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≥30%,后2机架累计变形量≥47%,累计变形量≥72%;
c.UFC中间坯冷却:将粗轧后的板坯快速冷却,以80-120℃/s速度冷却到930±20℃;
d.精轧:进行5-7道次连轧,控制最后一个机架变形量为8-12%,后3机架累计变形量15-30%。
3.根据权利要求2所述的高疲劳性能600MPa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41-59mm,薄规格板坯为41-44mmm,厚规格板坯为45-59mm。
4.根据权利要求2所述的高疲劳性能600MPa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1280±20℃,保温120-180min。
5.根据权利要求2所述的高疲劳性能600MPa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830-890℃。
6.根据权利要求2所述的高疲劳性能600MPa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60-100℃/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600MPa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480-580℃。
8.根据权利要求2所述的高疲劳性能600MPa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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