CN113930668A - 一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量包括：C：0.19‑0.21％，Si：0.15‑0.25％，Mn：1.40‑1.60％，P：≤0.015％，S≤0.006％，Alt：0.035～0.040％，Nb：0.030～0.040％，Ti:0.010～0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质。还公布了其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板及其制备方法，屈服强度550MPa级桥壳用钢板具有高的强度、良好的成型性能、低温韧性和疲劳性能等特点。

Description

一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板及其制备方法
技术领域
本发明涉及高强钢生产技术领域，尤其涉及一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板及其制备方法。特别是具有高强度、良好的成型性能、低温韧性和疲劳性能，主要用于要求良好成型加工性能并有高强度、耐疲劳要求的汽车桥壳等汽车承载部件。
背景技术
由于环境压力及资源的短缺，轻量化已成为汽车工业可持续发展的一个重要课题，轻量化已被证明是汽车“节能减排”的关键技术路线。汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％～8％，油耗可降低约7％。纵观我国能源短缺、道路超载及运输效率低等现状，由于环保和节能的需要，汽车轻量化已不仅成为我国汽车工业发展的当务之急，也成为世界汽车发展的潮流。在专用汽车行业，应用高强度钢板可以使得整车的强度得到大幅度提高，板厚也得以有效减薄，显著的减轻整车重量，提高负载，提高车辆的使用寿命，给物流公司带来的好处是提高运输效率，大幅降低物流成本，节能减排社会效益显著，与传统的普通钢板相比拥有无可比拟的优势。
桥壳是汽车行驶系统的主要构件之一，在使用过程中，它支承车架及车架以后的各总成重量，是重要的承载部件，壳体冲压成型时要承受很大的弯曲和膨胀塑性变形，冲压成型后的壳体需要经过焊接组合成桥，同时它保护传动系统中的各部件。中、重型卡车市场对包括驱动桥在内的各总成的要求也相应提高，汽车驱动桥壳用钢要求产品有足够的强度、刚度和良好的冷弯及拉延成型性，以及优异的焊接性能。本发明为降低研制成本和生产成本，考虑合金减量化设计以中碳锰钢为基础，添加硅元素，为保证其强度添加Nb、Ti元素，严格控制P、S有害元素，开发出的屈服强度550MPa级桥壳用钢板是在保证产品性能基础上依据桥壳成型工艺要求开发的专用桥壳钢板，具有高的强度、良好的成型性能、低温冲击韧性。
李晓林等人(李晓林等，卡车驱动桥壳用轻质高强度钢的研发，上海金属，2020年第5期)采用C-Mn-Nb-Cr-V成分体系，采用控轧控冷工艺生产的12mm厚桥壳用钢板，微合金元素Nb、Cr、V以促进碳氮化物析出，利用其析出强化作用，使材料的强度得到提升，添加的微合金元素含量较高造成成本会较高。张爱梅等人(张爱梅等，热轧桥壳用钢BQK580钢板的研制开发，新疆钢铁，2017年第3期)根据汽车桥壳用钢的使用特点进行成分设计，添加Nb、V、Ti微合金元素，在八钢1750mm热连轧机组进行生产通过控轧控冷工艺，使材料的各项性能满足技术要求，但设计试制出的钢板的-40℃低温冲击韧性较低，添加的微合金元素含量较高造成成本会较高。刘艳玲等人(刘艳玲等，600MPa轻量化汽车桥壳用中板的研制开发，河南冶金，2019年第4期)中厚板生产线通过添加Nb、V微合金元素开发出600MPa桥壳用中板，该成分设计下屈服强度511～516MPa，抗拉强度634～638MPa，由于强度不高导致设计桥壳的厚度减薄量受到限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板及其制备方法，屈服强度550MPa级桥壳用钢板具有高的强度、良好的成型性能、低温韧性和疲劳性能等特点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板，其化学成分的质量百分含量包括：C：0.19-0.21％，Si：0.15-0.25％，Mn：1.40-1.60％，P：≤0.015％，S≤0.006％，Alt：0.035～0.040％，Nb：0.030～0.040％，Ti:0.010～0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分的质量百分含量包括：C：0.19％，Si：0.25％，Mn：1.60％，P：0.013％，S：0.003％，Alt：0.035％，Nb：0.040％，Ti:0.010％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分的质量百分含量包括：C：0.20％，Si：0.18％，Mn：1.55％，P：0.014％，S：0.002％，Alt：0.038％，Nb：0.035％，Ti:0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分的质量百分含量包括：C：0.21％，Si：0.15％，Mn：1.40％，P：0.015％，S：0.002％，Alt：0.040％，Nb：0.030％，Ti:0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板的制备方法，其主要工序步骤及工艺参数如下：
1)冶炼和浇铸
将准备好的低磷(≤0.010％)、低硫(≤0.005％)、低氧(≤0.0040％)、低氮(≤0.0060％)优质废钢和计算配好的其他合金加入实验室25kg真空冶炼炉，抽真空后启动进行熔化冶炼，待熔化后浇铸到矩形钢模中，浇铸成尺寸为220×250×300mm的矩形钢坯。
2)加热和轧制：
用机械手将钢坯装入高温电阻炉中。加热温度1200℃～1220℃，总在炉时间≥240min，确保钢坯温度均匀，待钢坯达到加热要求时，用机械手将钢坯送往φ750×550mm实验轧机。采用两阶段控制轧制工艺，即奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制。在奥氏体再结晶区轧制时，开轧温度为1130～1180℃，第1～2道次压下量应大于10％，其次至少有1～2道次压下率控制在25％以上，用以充分细化原始奥氏体晶粒；在奥氏体未再结晶区轧制时，此阶段的轧制使奥氏体伸长，晶界面积增加，同时变形导致晶粒内部导入大量的变形带，在其后相变时形核密度和形核点增多，晶粒进一步细化。设定开轧温度≤960℃，中间坯厚度：2.0～3.5倍成品厚度，终轧温度：840～860℃。
3)冷却
控制轧制结束后，钢板进入层流冷却区域，以10～15℃/s的冷却速度冷却至550～590℃，之后进入冷床冷却。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明采用中碳成分设计，控制P、S等有害元素含量，提高了低温韧性；添加微量合金元素Nb、Ti，有效抑制奥氏体晶粒长大，通过高温大压下，细化奥氏体晶粒，最终得到细小的晶粒组织，通过细晶强化和韧化作用提高钢的强度和低温韧性。
本发明通过合理的成分设计，该热轧钢带采用C-Si-Mn-Nb-Ti成分设计，显微组织为铁素体+珠光体，晶粒度约11～12级，具有适当的高强度、良好的成型性能、低温韧性和疲劳性能等特点，同时具有制备工艺流程简单，生产周期短，生产成本低的特点。力学性能和工艺性能满足屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率A≥15％，冷弯d＝1.5a的要求，具有良好的-40℃冲击值。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例2钢板的金相组织；
图2为本发明实施例2钢板的冷弯照片。
具体实施方式
一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板，其特征在于所述钢板的化学成分按重量百分比为C：0.19-0.21％，Si：0.15-0.25％，Mn：1.40-1.60％，P：≤0.015％，S≤0.006％，Alt：0.035～0.040，Nb：0.030～0.040，Ti:0.010～0.020，余量为Fe和不可避免的杂质。
其生产方法，包括：
(1)加热和轧制：
(a)在加热过程中，加热温度为1200℃～1220℃，总在炉时间≥240min,
(b)轧制：轧制分为第一阶段和第二阶段轧制：
第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制过程中，开轧温度为1170～1180℃，第1～2道次压下量应大于10％，其余至少有1～2道次压下率控制在25％以上；
第二阶段在奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度≤960℃，中间坯厚度：2.0～3.5倍成品厚度，终轧温度：840～860℃。
(2)冷却：
控制轧制结束后，钢板进入层流冷却区域，以10～15℃/s的冷却速度冷却至550～590℃，之后进入冷床冷却。
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
按表1所示的化学成分冶炼，并浇铸成钢锭，将钢锭加热至1200℃，总在炉时间252分钟，在实验轧机上进行第一阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1170℃，第1～2道次压下量应大于10％，其次至少有1～2道次压下率控制在25％以上，当轧件厚度为44mm时，在辊道上待温至960℃，随后进行第二阶段轧制，即奥氏体未再结晶区轧制。终轧温度为840℃，成品钢板厚度为14mm。轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以15℃/s的速度冷却至550℃，最后即可得到所述钢板。
实施例2
实施方式同实施例1，其中加热温度为1210℃，总在炉时间保温256分钟，第一阶段轧制的开轧温度为1175℃，中间坯厚度为44mm，第二阶段轧制的开轧温度为950℃，终轧温度为850℃，成品钢板厚度为14mm。轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以12℃/s的速度冷却至570℃，最后即可得到所述钢板。
图1为本实施例制备的钢带的典型显微组织图，由该图可知，显微组织为铁素体和少量珠光体，晶粒度约12级。
实施例3
实施方式同实施例1，其中加热温度为1220℃，总在炉时间260分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1180℃，中间坯厚度为44m；第二阶段轧制的开轧温度为955℃，终轧温度为860℃，成品钢板厚度为14mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以10℃/s的速度冷却至590℃，最后即可得到所述钢板。
表1本发明实施例1～3的化学成分(wt％)
实施 C Si Mn P S Alt Nb Ti
1 0.19 0.25 1.60 0.013 0.003 0.035 0.040 0.010
2 0.20 0.18 1.55 0.014 0.002 0.038 0.035 0.015
3 0.21 0.15 1.40 0.015 0.002 0.040 0.030 0.020
对本发明实施例1～3的钢板进行力学性能检验，检验结果见表2。
表2本发明实施例1～3的钢板的力学性能
Figure BDA0003247527430000061
Figure BDA0003247527430000071
由表2数据可知，本发明提供的一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板，力学性能和工艺性能满足屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率A≥15％，冷弯d＝1.5a，具有良好的-40℃纵向冲击功。
从上述实施例结果可知，本发明的桥壳用钢板具有优良的力学性能，尤其是其低温韧性，同时具有良好的耐疲劳性能。
本发明采用控制轧制控制冷却工艺获得了以细小铁素体和珠光体为主的金相组织，从而具有高的强度、良好的成型性能、低温韧性和疲劳性能等特点。为现场工业试制提供一定的技术支撑。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种屈服强度550MPa级桥壳用钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量包括：C：0.19-0.21％，Si：0.15-0.25％，Mn：1.40-1.60％，P：≤0.015％，S≤0.006％，Alt：0.035～0.040％，Nb：0.030～0.040％，Ti:0.010～0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的屈服强度550MPa级桥壳用钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量包括：C：0.19％，Si：0.25％，Mn：1.60％，P：0.013％，S：0.003％，Alt：0.035％，Nb：0.040％，Ti:0.010％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的屈服强度550MPa级桥壳用钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量包括：C：0.20％，Si：0.18％，Mn：1.55％，P：0.014％，S：0.002％，Alt：0.038％，Nb：0.035％，Ti:0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的屈服强度550MPa级桥壳用钢板，其特征在于，其化学成分的质量百分含量包括：C：0.21％，Si：0.15％，Mn：1.40％，P：0.015％，S：0.002％，Alt：0.040％，Nb：0.030％，Ti:0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的屈服强度550MPa级桥壳用钢板的制备方法，其特征在于，其主要工序步骤及工艺参数如下：
1)冶炼和浇铸
将准备好的低磷、低硫、低氧、低氮的优质废钢和计算配好的其他合金加入真空冶炼炉，抽真空后启动进行熔化冶炼，待熔化后浇铸到矩形钢模中，浇铸成矩形钢坯；
2)加热和轧制：
用机械手将钢坯装入高温电阻炉中，加热温度1200℃～1220℃，总在炉时间≥240min，确保钢坯温度均匀，待钢坯达到加热要求时，用机械手将钢坯送往轧机；采用两阶段控制轧制工艺，即奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制；在奥氏体再结晶区轧制时，开轧温度为1130～1180℃，第1～2道次压下量应大于10％，其次至少有1～2道次压下率控制在25％以上，用以充分细化原始奥氏体晶粒；在奥氏体未再结晶区轧制时，此阶段的轧制使奥氏体伸长，晶界面积增加，同时变形导致晶粒内部导入大量的变形带，在其后相变时形核密度和形核点增多，晶粒进一步细化；设定开轧温度≤960℃，中间坯厚度：2.0～3.5倍成品厚度，终轧温度：840～860℃；
3)冷却
控制轧制结束后，钢板进入层流冷却区域，以10～15℃/s的冷却速度冷却至550～590℃，之后进入冷床冷却。
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