CN113802054A - 一种屈服强度420MPa级热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度420MPa级热轧钢板及其制造方法，主要解决现有屈服强度420MPa级热轧钢板的断后伸长率低，不能满足兼顾承载性及成形性的复杂形状汽车零部件制造需求的技术问题。本发明提供的一种屈服强度420MPa级热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.05～0.07％，Si≤0.10％，Mn：0.9～1.1％，P≤0.015％，S≤0.006％，Nb：0.035～0.045％，Ti：0.01～0.02％，Alt：0.02～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。热轧钢板的断后伸长率A80mm为27～34％。本发明钢板主要用于制作轿车副车架、悬架臂等复杂形状汽车零部件。

Description

一种屈服强度420MPa级热轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种热轧汽车结构钢，特别涉及一种屈服强度420MPa级热轧钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域，本发明热轧钢板主要用于制造汽车底盘、副车架等形状复杂零部件，属于铁基合金技术领域。
背景技术
汽车底盘零件形状复杂、服役过程受交变载荷等特征最好采用内高压液压成形方法生产，对原材料提出较高的塑性要求，即对产品的断后伸长率提出了高于常规产品的要求。微合金化钢QStE420TM是典型的底盘零部件用钢，常常用于生产汽车副车架等零件，现有工艺生产的牌号为QStE420TM钢的断后伸长率为23-26％，QStE420TM钢制作形状特别复杂的零件时会出现开裂问题，其本质原因是零件的成形要求和QStE420TM钢的断后伸长率性能不匹配。
申请公布号为CN104498822A的中国专利申请文件提供的一种汽车结构用钢及其生产方法，通过对成分的合理控制，并对热轧、冷轧和罩式退火等工艺进行优化的基础上，所生产的罩式退火钢板具有高强度、高延伸率、良好焊接性等特点，提高了产品质量，可带来可观的经济效益，但存在材料的断后伸长率低，生产成本高，不符合绿色、环保、低成本的技术发展要求。
申请公布号为CN107557673A的中国专利申请文件公开了一种高延伸率高强热轧酸洗板其制造方法，其C含量为0.08％～0.15％，Mn含量为0.8％～1.80％，Nb含量为0％～0.08％，V含量为0％～0.08％，合金成本高，生产成本高，材料的屈服强度低，不能满足现代汽车工业对汽车底盘、副车架高强减薄的发展要求。
申请公布号为CN102011054A的中国专利申请文件公开了一种热轧酸洗板及其低钛强化生产工艺，是通过低钛成分设计和TMCP轧制工艺控制，生产出表面质量好、加工性能优越的热轧酸洗板。该发明断后伸长率可以达到34％以上，但其抗拉强度最高为370MPa，不能满足现代汽车工业对汽车底盘、副车架高强减薄的发展要求。
现有技术中缺乏高断后伸长率的屈服强度420MPa级热轧汽车零部件用钢的生产技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种屈服强度420MPa级热轧钢板及其制造方法，主要解决现有屈服强度420MPa级热轧钢板的断后伸长率低、不能满足兼顾承载性及成形性的复杂形状汽车零部件制造需求的技术问题。
本发明的技术思路是，热轧钢板成分设计基础上配合TMCP工艺以及热轧卷取之后的合适平整压下率，通过平整压下率提高材料变形过程屈服平台长度，从而实现提高材料总断后伸长率的目的。一种高断后伸长率420MPa级低合金高强度热轧钢板，充分发挥热轧控制控冷工艺，满足了现代汽车底盘零件形状复杂、服役过程受交变载荷等特征必须采用内高压液压成形方法生产，并由此对原材料提出更高断后伸长率的特殊要求。
本发明采用的技术方案，一种屈服强度420MPa级热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.05～0.07％，Si≤0.10％，Mn：0.9～1.1％，P≤0.015％，S≤0.006％，Nb：0.035～0.045％，Ti：0.01～0.02％，Alt：0.02～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
本发明热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为10.0～12.0级；2.0～3.0mm厚热轧钢板的上屈服强度ReH为420～490MPa，抗拉强度Rm为480～620Mpa，断后伸长率A80mm为27～34％。
本发明热轧钢板主要用于制作轿车副车架、悬架臂等复杂形状汽车零部件。
本发明所述的屈服强度420MPa级热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
C：碳元素是钢中主要固溶强化元素，C％增加可提高强度，但降低塑性和焊接性能，故碳含量不能过高，但碳含量过低则需要添加其他合金元素，导致钢材合计成本增加，本发明中将C控制在0.05％～0.07％。
Si：硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，碳钢中每增加0.1％重量百分比的硅，可使热轧钢的抗拉强度提高7.8MPa～8.8MPa，屈服强度提高3.9MPa～4.9MPa。但是硅含量超过0.10％以后对韧性和表面质量不利影响明显增大，特别是使热轧钢板生成红铁皮，经续酸洗后在钢板表面留下麻点，成为零件在服役过程过程的裂纹源，因此本发明设定的Si含量为0.10％以下。
Mn：锰是高强度低合金高强度钢的基本合金化元素，通过固溶强化发挥作用和降低连续冷却相变温度从而细化晶粒作用。锰含量过低对导致固溶强化效果不足，材料达不到合适强度，锰含量过高会导致强化效果过于充分，不仅造成浪费且锰容易在连铸过程偏析，造成最终材料不均匀，因此本发明Mn含量0.9％～1.1％。
P、S：P在汽车结构钢中容易带来偏析和恶化韧性的不利影响，P会导致钢材“冷脆”。S易与Mn形成MnS夹杂，降低钢的低温韧性，且降低宽冷弯合格率，S会导致“热脆”。因此高钢级汽车大梁钢中尽量降低P、S含量。本发明中P≤0.015％，S≤0.006％。
Nb：铌是在本发明中属于的微调用微合金化元素，起细晶强化作用。一方面Nb能显著提高钢的再结晶温度Tnr，使热轧过程的大变形得以在低于其再结晶温度Tnr以下进行，从而获得细小的、含有大量变形带的奥氏体组织，使相变前的奥氏体组织尽量细化；另一方面在控制冷却过程中细小的Nb(C、N)在控轧控冷过程中析出，起到沉淀强化作用，提高钢的强度。由于Nb合金较为贵重，因此本发明中Nb仅仅实现提高再结晶温度即可，控制在：0.035％～0.045％。
Ti：钛在低碳微合金钢中，加入Ti可细化晶粒和析出强化，能提高钢的屈服强度和韧性。这种性能的改善主要与Ti能提高奥氏体再结晶温度和奥氏体粗化温度，从而提高连铸和加热过程中晶粒大小有关，同时Ti加入Nb钢中可以延长NbC的析出孕育期，使Nb-Ti复合钢中的碳化物的析出开始时间较Nb钢中晚，从而使析出物更加细小、弥散。由于Ti在高温下，能与N形成TiN高温难熔质点，因此Ti的加入还能提高焊接热影响区的晶粒度，从而改善焊接热影响区的韧性。本发明中Ti控制在0.01％～0.02％。
Al：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al2O3在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al2O3夹杂，Al2O3夹杂对于热轧钢板疲劳性能损害极大，热轧钢板必须对Al2O3夹杂进行控制，本发明限定Alt含量为0.02％～0.05％。
上述屈服强度420MPa级热轧钢板的制造方法，该方法包括以下步骤：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.05～0.07％，Si≤0.10％，Mn：0.9～1.1％，P≤0.015％，S≤0.006％，Nb：0.035～0.045％，Ti：0.01～0.02％，Alt：0.02～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
连铸板坯于1210～1230℃，加热180～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为990～1020℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为850～890℃，精轧压下率为90～95％；精轧后，控制钢板厚度为2.0～3.0mm，层流冷却采用前段冷却，层流冷却速度为45～60℃/s，卷取温度为530～570℃时卷取得热轧钢卷；
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经平整机组平整后得到成品热轧钢板，平整压下率为1.5～2.0％。
本发明采取的生产工艺的理由如下：
1、板坯加热温度和加热时间的设定
板坯加热温度和加热时间的设定在于保证连铸坯中粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒的溶解，本发明技术方案Nb、Ti含量，在连铸板坯冷却过程中会析出Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒，此时析出的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子粗大，没有强化作用；需要在热轧前的板坯加热时，将粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物充分溶解，这样才能将化合态的Nb、Ti元素固溶入奥氏体中去，在随后的热轧和冷却过程的相变时形成相间析出，强化铁素体，这对于本发明技术方案非常重要；温度过低和加热时间过短，连铸板坯中原始粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子不能充分溶解，温度过高，加热时间过长，板坯表面氧化脱碳严重，不利于钢板最终性能和表面质量，同时也消耗能源。因此本发明设定板坯加热温度为1210℃～1230℃，加热时间为180min～240min。
2、粗轧结束温度的设定
粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，确保奥氏体经过反复变形和再结晶，得到均匀细小的奥氏体晶粒。通过理论计算，本发明成分设计下再结晶温度为1020℃附近，故本发明设定粗轧结束温度为990℃～1020℃。
3、精轧压下率的设定
精轧压下率＝(精轧机入口的钢坯厚度-精轧机出口的钢板厚度)/精轧机入口钢坯厚度，精轧压下率决定精轧阶段未再结晶奥氏体转变为细铁素体能力大小，精轧压下率越大，相变后铁素体越细小，材料强韧性越好。本发明控制精轧压下率为90～95％。
4、精轧结束温度的设定
本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，发挥细晶强化的作用。本发明晶粒细化很重要，细晶强化可以在不降低强度同时实现高韧性。另一方面精轧温度也不能过低，过低的精轧温度容易诱发Nb、Ti微合金碳、氮化物在轧制过程中的奥氏体状态析出，导致在后续的相变过程中没有足够的析出物，影响析出强化效果。本发明成分设计下Ar3温度为840℃，故精轧结束温度设定为850℃～890℃。
5、精轧后层流冷却方式和冷却速度的设定
本发明的热轧钢板，在精轧后的冷却目的是采用快的层流冷却速度来抑制晶粒的长大和Nb、Ti微合金碳氮化物在高温段的析出，因此冷却方式为前段冷却。通过快速冷却抑制Nb、Ti微合金碳氮化物粒子在奥氏体的析出，在形变奥氏体中保留固溶Nb、Ti元素，使得在较低温度下的铁素体区间析出细小弥散的Nb、Ti微合金碳氮化物成为可能；冷却速度过慢，无法抑制Nb、Ti微合金碳氮化物在高温变形奥氏体中的提前析出。因此本发明设定层流冷却阶段采用前段冷却，冷却速度为45～60℃/S。
6、热轧卷取温度的设定
热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能。本发明主要考虑晶粒尺寸，将卷取温度设计为530～570℃。若是卷取温度低于530℃，将会晶粒尺寸过于细小而强度过高，材料塑性不足，后续用户成形等过出现开裂问题；若是卷取温度高于570℃，将会晶粒尺寸粗化而导致前度不足，无法满足用户要求，造成判废。
7、热轧平整压下率的设定
热轧平整压下率主要影响材料屈服平台长度，从而提升材料总伸长率，屈服平台越长，总伸长率越大。本发明设定平整压下率为1.5％-2.5％，平整压下率低于1.5％，原始材料仅引入位错量少，无法起到增长屈服平台长度作用；平整压下率高于2.5％，原始材料引入过多位错，屈服平台长度反而变低。
本发明方法生产的热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为10.0～12.0级；2.0～3.0mm厚热轧钢板的上屈服强度上屈服强度ReH为420～490MPa，抗拉强度Rm为480～620Mpa，断后伸长率A80mm为27％～34％。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过合适的成分设计和热轧工艺设计，本发明方法生产的热轧钢板在具有高延伸率，满足了汽车底盘、副车架制造企业对热轧钢高强度、高成形性的需求。2、本发明成分设计采用低C、中Mn、Nb、Ti的成分体系，配合常规炼钢工艺和TMCP工艺，能够获得细晶粒铁素体+少量珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为10.0～12.0级，保证获得高强、高延伸率，2.0～3.0mm厚热轧钢板的上屈服强度：ReH为420～490MPa，抗拉强度Rm为480～620Mpa，断后伸长率A80mm为27％～34％。
附图说明
图1是本发明实施例1热轧钢板的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1～3对本发明做进一步说明，如表1～3所示；表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
Figure BDA0002542039480000051
通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经LF钢包精炼炉精炼工序吹Ar处理，RH炉进行真空循环脱气处理和成分微调，后进行板坯连铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1600mm，长度为8500～11000mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采取前段冷却，随后卷取，卷取后的钢卷重新上平整机组，平整压下率为1.5～2.0％；热轧钢板的厚度为2.0～3.0mm。热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
Figure BDA0002542039480000061
利用上述方法得到的热轧钢板，参见图1，热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为10.0～12.0级；热轧钢板的屈服强度的上屈服强度ReH为420～490MPa，抗拉强度Rm为480～620Mpa，断后伸长率A80mm为26％～34％。
将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。
表3本发明实施例热轧钢板的力学性能
性能指标 屈服强度R<sub>eH</sub>/MPa 抗拉强度R<sub>m</sub>/MPa 断后伸长率A<sub>80mm</sub>/％ 热轧钢板厚度/mm
本发明 420～490 480～620 27～34 2.0～3.0
实施例1 425 500 34.0 3.0
实施例2 430 510 32.0 2.8
实施例3 440 540 30.0 2.6
实施例4 460 580 29.0 2.4
实施例5 485 600 27.5 2.0
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种屈服强度420MPa级热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.05～0.07％，Si≤0.10％，Mn：0.9～1.1％，P≤0.015％，S≤0.006％，Nb：0.035～0.045％，Ti：0.01～0.02％，Alt：0.02～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为10.0～12.0级。
2.如权利要求1所述的屈服强度420MPa级热轧钢板，其特征是：2.0～3.0mm厚热轧钢板的屈服强度的上屈服强度ReH为420～490MPa，抗拉强度Rm为480～620Mpa，断后伸长率A80mm为27～34％。
3.一种屈服强度420MPa级热轧钢板的制造方法，其特征是，包括以下步骤：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.05～0.07％，Si≤0.10％，Mn：0.9～1.1％，P≤0.015％，S≤0.006％，Nb：0.035～0.045％，Ti：0.01～0.02％，Alt：0.02～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
连铸板坯于1210～1230℃，加热180～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为990～1020℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为850～890℃，精轧压下率为90～95％；精轧后，控制钢板厚度为2.0～3.0mm，层流冷却采用前段冷却，层流冷却速度为45～60℃/s，卷取温度为530～570℃时卷取得热轧钢卷；
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经平整机组平整后得到成品热轧钢板，平整压下率为1.5～2.0％。
4.如权利要求3所述的屈服强度420MPa级热轧钢板的制造方法，其特征是，热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为10.0～12.0级；热轧钢板的屈服强度的上屈服强度ReH为420～490MPa，抗拉强度Rm为480～620Mpa，断后伸长率A80mm为27～34％。
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