CN113584405A

CN113584405A - 一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢及其制造方法

Info

Publication number: CN113584405A
Application number: CN202011620739.4A
Authority: CN
Inventors: 彭梦都; 葛浩; 李雄杰; 代朋虎; 詹华; 马明璐; 王康乐; 肖洋洋; 王尧
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-11-02

Abstract

本发明公布了一种抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢及其制造方法，其主要化学成分重量百分比为：C：0.03％～0.09％、Mn：1.80％～2.50％、Al：0.10％～0.80％、P≤0.020％、S≤0.008％、Nb：0.010％～0.065％、Ti：0.010％～0.050％，Cr：0.10％～0.40％，Mo：0.01％～0.10％，其余为Fe和不可避免杂质。本发明通过含Al的C‑Mn‑Al‑Nb‑Ti‑Cr‑Mo成分设计，选用合适的TMCP工艺，成功开发了一种抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢，同时产品具有优异的冷弯性能、焊接性能和强塑性匹配，同时具有良好的工业生产适应性。

Description

一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢及其制造方法

技术领域

本发明专利涉及金属材料领域，涉及一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢及其制造方法，主要应用于制造汽车结构部件

背景技术

2000年后，中国汽车制造进入爆发式增长阶段，到2009年中国已成为汽车制造和消费大国并一直保持至今，满足汽车轻量化需求的汽车用高强化技术研发明显加速。此外，随着能源、环保、安全法规的日益严苛，汽车轻量化已成为汽车工业发展的必然选择，而高强钢的推广应用是实现汽车轻量化以及节能减排的有效途径。

高强度低合金钢是在传统碳锰钢中添加微合金元素，利用析出强化及细晶强化，形成细小的碳化物，来提高屈服强度，同时兼具良好的低温韧性、焊接性以及成型性，因此，高强度低合金钢广泛用于制造几何形状复杂的缓冲梁、卡车底盘以及大客车车轮、轮毂等汽车结构部件。

中国专利申请号CN201610504636.9的《低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢及其制造方法》公开了一种由铁素体和珠光体组成的热轧高强低合金钢，该发明采用含Ni、Cu的C-Si-Mn-Cr-Ni-Cu-Ti成分和高温轧制及常规冷却工艺设计，未提及到含Al成分和热轧后三段冷却工艺设计；且该专利未提及到屈服强度440～550MPa，抗拉强度550～650MPa热轧高强低合金钢及其制造方法。

中国专利申请号CN201610866363.2的《一种抗拉强度550Mpa级热轧钢板及其制造方法》公开了一种由铁素体和珠光体组成的热轧高强低合金钢，该发明采用含Mg的 C-Si-Mn-Mg-Nb-Ti成分和高温轧制及常规冷却工艺设计，未提及到含Al成分和热轧后三段冷却工艺设计的热轧高强低合金钢及其制造方法。

中国专利申请号CN200810201495.9的《抗拉强度为550MPa级热轧轮辋钢板及其制造方法》公开了一种热轧高强度轮辋钢，该发明采用C-Si-Mn-Nb成分和高温轧制及常规冷却工艺设计，未提及到含Al成分和热轧后三段冷却工艺设计的热轧高强低合金钢及其制造方法。

中国专利申请号CN201410786436.8的《一种550MPa级热轧轮辋用钢及其制造方法》公开了一种由铁素体、贝氏体和马氏体组成的热轧高强度轮辋钢，该发明采用C-Si-Mn-Cr-Ti 成分和高温轧制及二阶段冷却控制工艺设计，未提及到含Al成分和热轧后三段冷却工艺设计；且该专利未提及到屈服强度452～550MPa，抗拉强度550MPa以上的热轧高强低合金钢及其制造方法。

中国专利申请CN201811019834.1的《一种550MPa级热轧集装箱用耐候钢及其制造方法》公开了一种热轧集装箱用耐候钢，该发明采用C-Si-Mn-Cr-Cu-Ti成分和高温轧制及常规中温卷取工艺设计，未提及到含Al成分和热轧后三段冷却工艺设计；且该专利未提及到屈服强度440～550MPa，抗拉强度550MPa以上的热轧高强低合金钢及其制造方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢及其制造方法，采用含Al的C-Mn-Al-Nb-Ti-Cr-Mo成分和热轧三段冷却工艺设计，产品屈服强度在440～550MPa 范围、抗拉强度在550MPa以上，延伸率在20％以上，显微组织类型为铁素体和珠光体组成的混合组织，主要用于制造汽车结构部件。

本发明的及技术方案为：一种抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢，其主要化学成分重量百分比为：C：0.03％～0.09％、Mn：1.80％～2.50％、Al：0.10％～0.80％、P≤0.020％、 S≤0.008％、Nb：0.010％～0.065％、Ti：0.010％～0.050％，Cr：0.10％～0.40％，Mo： 0.01％～0.10％，其余为Fe和不可避免杂质。

优选的，一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢，其主要化学成分重量百分比为：C：0.055％～0.070％、Mn：1.90％～2.20％、Al：0.30％～0.60％、P≤0.010％、S≤0.005％、Nb： 0.030％～0.055％、Ti：0.010％～0.030％，Cr：0.20％～0.35％，Mo：0.02％～0.08％，其余为Fe和不可避免杂质。

本发明采用上述的化学成分，生产制造工艺流程为：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF→RH→连铸→铸坯热装→热连轧→冷却→卷取。

热轧工艺如下：

1)铸坯采用热装方式组产，加热炉出炉温度控制在1200～1250℃；

2)为了提高产品性能和表面质量，热轧终轧温度控制在850～900℃；

3)轧后采用三段控制冷却工艺；

4)热轧卷取温度控制在500～600℃，卷取后冷却至室温。

采用本发明生产的一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢，屈服强度 440～550MPa，抗拉强度≥550MPa，延伸率A≥20％，且3.0～4.0mm厚度钢板的屈强比≥ 0.82。

(1)本发明中为了得到一种550MPa级热轧高强复相钢，采用C-Mn-Al-Nb-Ti-Cr-Mo成分设计。在合金元素的具体设计中，C元素用于形成足够的碳化物强化相，以保证钢的强度级别，从成形性和焊接性能方面考虑，钢中宜采用低的碳含量，为了保证材料高强度和高韧性，同时考虑到其成形性能和焊接性能，C含量控制在0.03％～0.09％；Al元素在钢中起固溶强化作用，可扩大铁素体形成范围，抑制渗碳体形成，有助于改善钢板的延伸率，此外， Al元素作用与Si相似，抑制渗碳体形成，表面涂镀性能优于含Si钢，钢板表面质量的影响不如Si恶劣，以Al代Si有助于提升钢板表面质量；Mn元素可扩大奥氏体相区，提高过冷奥氏体稳定性，推迟过冷奥氏体相的转变，有利于相变组织的细化和调控基体组织含量；同时，固溶的Mn元素可提高钢的强度，抑制第二相热轧析出，促进第二相在轧后的却过程中在铁素体中析出，提升了析出强化作用；Nb、Ti微合金元素主要作用是在高温段析出阻碍晶粒长大、热轧过程中应变诱导析出的微合金碳氮化物阻碍形变奥氏体再结晶或阻止再结晶晶粒长大、卷取及连续冷却过程中在铁素体中沉淀析出的微合金碳氮化物产生强烈沉淀强化效果，固定C、N原子降低它们对韧性、焊接性及成形性能的危害；Cr元素是中强碳化物形成元素，显著提高钢的淬透性，能强烈推迟珠光体转变和贝氏体转变，能够延缓珠光体和贝氏体的形成，有利于获得贝氏体组织，而且扩大了“卷取窗口”；Mo元素能够降低碳化物形成元素的扩散能力，从而延迟碳化物沉淀的形成，能够提高微合金碳氮化物的热稳定性，从而减轻钢带卷取保温过程中析出相的粗化倾向，可以避免析出相在高温下熟化长大，有利于提高带钢强度；P元素容易引起带钢焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能恶化，因此将其含量控制在0.020％以下；S元素在带钢中往往以硫化物形态存在，这种硫化物夹杂会削弱带钢韧性，因此将其含量控制在0.008％以下。

(2)通过铁水预处理、转炉冶炼和LF+RH双联精炼工艺和Ca处理工艺，实现C、Mn、Al、Nb、Ti、Cr、Mo的化学成分控制，并提高P和S元素低含量水平控制，降低钢中夹杂物水平。

(3)采用结晶器钢液面波动控制±3mm以内的稳定速度浇注方法和均匀冷却工艺，投用动态轻压下，并利用电磁辊搅拌使得杂质上浮以获得好的铸坯内部质量。

(4)为进一步保证铸坯质量，降低铸坯开裂倾向，同时降低能耗，采用铸坯热装方式进行组产。铸坯在加热炉中加热2.5小时，出炉温度控制在1200～1250℃，有效控制Nb和Ti 微合金元素在高温段的析出损耗。

(5)粗轧采用3+3道次轧制，除鳞水全开；在2250mm热连轧机上进行精轧，精轧入口温度为1030～1050℃。

(6)为了获得细小均匀的组织，同时减少氧化铁皮的产生，终轧温度控制在850～900℃，较低的终轧温度有利于细化原奥氏体经理尺寸和使板坯轧后进入两相区以部分奥氏体化。

(7)终轧后采用三段控制冷却工艺冷却：第一段冷却速度控制在30～50℃/s，终冷温度控制在720～760℃，目的使材料进入铁素体相区析出铁素体；第二段空冷时间控制在6～12s，终冷温度控制在660～720℃，目的使材料获得一定数量铁素体；第三段冷却速度控制在 30～50℃/s，卷曲温度控制在600℃以下，目的是控制粗大碳化物形成恶化成形性。

(8)热轧卷取温度控制在500～600℃，卷取后冷却至室温，目的使材料获得一定数量珠光体组织，同时使析出的第二相粒子尺寸更加细小、分布更弥散，提高产品强度。

与现有技术相比，本发明针对汽车轻量化的需求，含Al的C-Mn-Al-Nb-Ti-Cr-Mo成分设计，选用合适的TMCP工艺，成功开发了一种抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢，同时产品具有优异的冷弯性能、焊接性能和强塑性匹配，同时具有良好的工业生产适应性。

附图说明

图1为本发明抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢的典型组织照片(a)金相照片，组织为铁素体和珠光体组成的混合组织；

图2为本发明抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢的典型组织照片(b)SEM照片。

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的描述。

表1实施例实测化学成分(质量百分数％，余量为Fe)

实施例1-5进行轧制生产，生产制造工艺流程为：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站 →LF→RH→连铸→铸坯热装→热连轧→冷却→卷取。

采用结晶器钢液面波动控制±3mm以内的稳定速度浇注方法和均匀冷却工艺，投用动态轻压下，并利用电磁辊搅拌使得杂质上浮以获得好的铸坯内部质量。

为进一步保证铸坯质量，降低铸坯开裂倾向，同时降低能耗，采用铸坯热装方式进行组产。铸坯在加热炉中加热2.5小时，出炉温度控制在1200～1250℃，有效控制Nb和Ti微合金元素在高温段的析出损耗。

粗轧采用3+3道次轧制，除鳞水全开；在2250mm热连轧机上进行精轧，精轧入口温度为1030～1050℃。

为了获得细小均匀的组织，同时减少氧化铁皮的产生，终轧温度控制在850～900℃，较低的终轧温度有利于细化原奥氏体经理尺寸和使板坯轧后进入两相区以部分奥氏体化。

终轧后采用三段控制冷却工艺冷却：第一段冷却速度控制在30～50℃/s，终冷温度控制在 720～760℃，目的使材料进入铁素体相区析出铁素体；第二段空冷时间控制在6～12s，终冷温度控制在660～720℃，目的使材料获得一定数量铁素体；第三段冷却速度控制在30～50℃ /s，卷曲温度控制在600℃以下，目的是控制粗大碳化物形成恶化成形性。

热轧卷取温度控制在500～600℃，卷取后冷却至室温，目的使材料获得一定数量珠光体组织，同时使析出的第二相粒子尺寸更加细小、分布更弥散，提高产品强度。

实施例1-5轧制工艺参数见表2。

表2实施例轧制工艺参数

编号	厚度mm	加热出炉温度(℃)	终轧温度(℃)	卷取温度(℃)
					S1	3.0	1240	890	590
S2	3.0	1230	880	580
					S3	4.0	1230	870	590
S4	4.0	1240	870	580
					S5	4.0	1210	860	540

表3实施例力学性能

编号	Rp<sub>0.2</sub>(MPa)	Rm(MPa)	A<sub>80</sub>(％)	屈强比
					S1	463	562	26	0.82
S2	496	588	25	0.84
					S3	512	584	22	0.88
S4	514	595	22	0.86
					S5	538	617	20	0.87

其中：Rp_0.2－屈服强度；Rm－抗拉强度；A₈₀－标距为80mm的断后延伸率。

表1为实施例1-5的原料钢的化学成分表，将实施例1-5的铸坯经过加热炉加热、然后在2250mm热连轧机组进行轧制、冷却。实施例1-5的轧制工艺见表2，力学性能见表3。

结合上述实施例和图表，实施例1-5按照本发明的要求选取原料并进行轧制，其获得的产品全部都符合屈服强度440～550MPa，抗拉强度≥550MPa，延伸率A≥20％，且3.0～4.0mm厚度钢板的屈强比≥0.82。

Claims

1.一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢，其特征是，其主要化学成分重量百分比为：C：0.03％～0.09％、Mn：1.80％～2.50％、Al：0.10％～0.80％、P≤0.020％、S≤0.008％、Nb：0.010％～0.065％、Ti：0.010％～0.050％，Cr：0.10％～0.40％，Mo：0.01％～0.10％，其余为Fe和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢，其特征是，其主要化学成分重量百分比为：C：0.055％～0.070％、Mn：1.90％～2.20％、Al：0.30％～0.60％、P≤0.010％、S≤0.005％、Nb：0.030％～0.055％、Ti：0.010％～0.030％，Cr：0.20％～0.35％，Mo：0.02％～0.08％，其余为Fe和不可避免杂质。

3.根据权利要求1或2所述的一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢的制造方法，其特征是，生产制造工艺流程为：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF→RH→连铸→铸坯热装→热连轧→冷却→卷取。

4.根据权利要求3所述的一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢的制造方法，其特征是，所述热轧工艺要求为：

3)轧后采用三段控制冷却工艺；

4)热轧卷取温度控制在500～600℃，卷取后冷却至室温。

5.根据权利要求4所述的一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢的制造方法，其特征是，所述三段控制冷却工艺：第一段冷却速度控制在30～50℃/s，终冷温度控制在720～760℃；第二段空冷时间控制在6～12s，终冷温度控制在660～720℃；第三段冷却速度控制在30～50℃/s，卷曲温度控制在600℃以下。

6.根据权利要求3-5任一项所述的一种含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢的制造方法，其特征是，所述制造方法生产的含Al抗拉强度550MPa级热轧高强低合金钢，屈服强度440～550MPa，抗拉强度≥550MPa，延伸率A≥20％，且3.0～4.0mm厚度钢板的屈强比≥0.82。