CN114058967B - 一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢及生产方法 - Google Patents

一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢，其化学成分及wt%为：C：0.036~0.05%，Mn：0.8~1.0%，P≤0.005%，S≤0.001%，Al：0.25~0.45%，Ti：0.12~0.17%，V：0.03~0.04%，B：0.002~0.004%，N：0.003~0.006%，N/V范围为0.1~0.15%；生产方法：转炉冶炼并真空处理；经浇注后对铸坯加热；热轧；冷却；卷取。本发明钢板厚度在12~16mm；在保证钢板的下屈服强度≥700 MPa、抗拉强度≥750MPa，延伸率≥15%，冷弯半径为0，冷弯角度180度，圆棒状试样测试疲劳极限≥600MPa，由此使专用自卸车的大梁由原为双梁能改为单梁结构，且还使生产成本降低至少13%，满足钢材在矿用车厚规格易成形车架轻量化要求。

Description

一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢及生产方法
技术领域
本发明涉及一种汽车用热轧钢及生产方法，具体属于700MPa级厚规格汽车用钢及生产方法，确切地为汽车大梁用钢及生产方法。
背景技术
在现有技术中，矿场工地用专用自卸车大量使用的是屈服强度为500MPa级钢板，其专用自卸车采用的是外梁及内梁的双梁结构，外梁用钢板厚度为10mm，内梁用的钢板厚度为5～8mm。其存在车梁结构复杂，即为双梁，用钢厚度规格较多，导致制造成本高，车自重大等缺点，更主要是均未予以对抗疲劳性能的重视，不能适用于专用自卸车的大梁的制作，如经检索的中国专利申请号为CN201410126292.3的文献，一种低脆性750MPa级汽车大梁用钢及其制造方法，其采用Nb,Mo等贵重金属元素，大幅增加了生产成本，限制了应用，只适用于制造10mm以下规格钢板，未能解决10mm以上钢板的疲劳、低温韧性等技术问题。
现有大梁普遍采用10mm以下规格钢板，结构上采用双梁设计。因为对厚规格钢板，随着钢板强度提升，材料的延伸率和韧性下降，组织均匀性变差，尤其是疲劳性能显著下降。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种专用自卸车的大梁为单梁结构，且钢板厚度在12～16mm；在保证钢板的下屈服强度≥700MPa、抗拉强度≥750MPa，延伸率≥15％，冷弯半径为0，冷弯角度180度，圆棒状试样测试疲劳极限≥600MPa，降低生产成本至少为13％，满足钢材在矿用车厚规格易成形车架轻量化要求的车用钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.036～0.05％，Mn：0.8～1.0％，P≤0.005％，S≤0.001％，Al：0.25～0.45％，Ti：0.12～0.17％，V：0.03～0.04％，B：0.002～0.004％，N：0.003～0.006％，N/V范围为0.1～0.15％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地：所述C的重量百分比含量在0.039～0.046％。
优选地：所述Mn的重量百分比含量在0.83～0.96％。
优选地：所述Ti的重量百分比含量在0.15～0.17％。
优选地：所述B的重量百分比含量在0.0025～0.0036％。
优选地：所述N的重量百分比含量在0.003～0.0053％。
生产一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢的方法，其步骤：
1)经过转炉冶炼及进行真空处理，期间：真空处理结束时钢水中的P控制在0.005以下，S控制在0.0008％以下，A、B类夹杂物控制在1.5级以下，C、D类夹杂物控制在2级以下，A、B、C、D四类夹物之和不超过6；
2)经浇注后对铸坯进行加热：
A、控制铸坯入炉温度在400～700℃；
B、对铸坯进行预热，预热温度在800～1000℃，预热时间在50～70min；
C、进行高温加热，温度控制在1180～1200℃，加热时间在30～40min；
D、进行均热，控制均热温度在1240～1260℃，均热时间在50～60min；并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过30℃；
3)进行热轧，其间：控制粗轧结束温度在1040～1060℃，控制精轧终轧温度在780～820℃，并控制精轧轧制速度不低于3m/s；
4)进行冷却，在冷却速度为51～80℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度控制在550～570℃。
优选地：铸坯均热温度在1248～1260℃，并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过25℃。
本发明中各金属元素及主要工艺的作用及机理
碳：碳是廉价的固溶强化元素。如果其含量小于0.036％，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.05％，则不能满足材料的良好成形性能。所以，将其含量限定在0.036～0.05％范围，优选地C的重量百分比含量在0.039～0.046％。
锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素，可改善钢的强度-延伸平衡性。如果其含量小于0.8％，则不能满足材料强度要求；但是添加多量的锰，会导致增加钢的淬透性，所以，将其上限定为1％，所以，将其含量限定在0.8～1％范围，优选地述Mn的重量百分比含量在0.83～0.96％。
磷：磷是钢中的有害元素，易引起铸坯中心偏析，为了避免冷弯成形性能、韧性发生恶化，设定其含量上限为0.005％。
硫：硫是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的疲劳性能是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，为满足疲劳性能的要求，将钢中硫含量控制在0.001％以下。
铝：铝是良好的脱氧元素，能缩小奥氏体相区。当Als含量不足0.25％时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定Als上限为0.45％。因此，Als含量限定在0.25～0.45％范围。
钛：钛是良好的细晶强化元素，当Ti含量低于0.12％时，难以发挥效果，当Ti含量高于0.17％时，易于形成含钛的金属夹杂物。因此将Ti含量限定在0.12～0.17％，优选地Ti的重量百分比含量在0.15～0.17％。
硼：硼是良好的淬透性元素，当B含量低于0.002％时，难以发挥效果，当B含量高于0.004％时，易于形成晶界偏聚缺陷。因此将B含量限定在0.002～0.004％，优选地限定B的重量0.0025～0.0036％。
钒：钛是良好的细晶强化元素，在低温下也能充分析出，利于提升钢板疲劳性能。当V含量低于0.03％时，难以发挥效果，当V含量高于0.04％时，易于形成含V的金属夹杂物。因此将V含量限定在0.03～0.04％。
氮：氮元素可促进钒元素的稳定析出，提升疲劳性能，将其限定在0.003～0.006％，优选地N的重量百分比含量在0.003～0.0053％。
本发明除了对以上化学成分的范围作了限定以外，从提高材料成形性、经济性的观点出发，本发明未添加Cu、Ni、Mo等贵重合金元素。
本发明之所以控制铸坯入炉温度在400～700℃，是由于热坯入炉节约能源，同时内部热应力更小更均匀，避免钢坯断裂等缺陷。
本发明之所以控制预热温度在800～1000℃，预热时间在50～70min，是由于大于1000℃时，导致钢坯升温速度过快，增加钢坯的内应力，恶化疲劳性能，小于800℃，会导致加热时间的延长。
本发明之所以控制高温加热温度在1180～1200℃，加热时间在30～40min，是由于大于1200℃时，导致钢坯升温速度过快，增加钢坯的内应力，恶化疲劳性能，小于1180℃，会导致加热时间的延长。
本发明之所以控制均热温度在1240～1260℃，均热时间在50～60min；并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过30℃，是由于大于1260℃时，晶粒粗化，恶化疲劳性能，小于1240℃，Ti元素不足以充分溶解，降低拉伸性能。
对铸坯进行分段加热，是本发明的关键技术点。预热段、高温段和均热段的加热制度设计是因为各段间的温度提升梯度会影响到钢板的内应力，而钢板的内应力直接影响到钢板的疲劳寿命。所以加热工艺的设计不仅考虑了内应力控制、组织均匀性能控制，还要考虑Ti元素的溶解，以此保证钢板具有高强度、高疲劳的综合力学性能。
本发明之所以控制粗轧结束温度在1040～1060℃，控制精轧终轧温度在780～820℃。这是因为如果粗轧结束温度低于1000℃，则无法保证精轧终轧温度达到设定值，增大轧制负荷，增加能耗；如高于1040℃，则会导致晶粒粗大。如果精轧终轧温度低于780℃，则会在材料的两相区内进行轧制，造成混晶等缺陷；如高于820℃，则钢材的原始奥氏体晶粒会过于粗大，降低钢材的疲劳强度。
本发明之所以控制轧制速度大于3m/s，会导致晶粒粗大，降低钢材的性能。
对轧制后钢卷高速冷却。冷却速度为51～80℃/s，冷却至520～540℃，控制冷却水水温≤30℃。高的冷却速度能保证组织均匀性，起到细晶强化作用。
本发明与现有技术相比，本发明钢板厚度在12～16mm；在保证钢板的下屈服强度≥700MPa、抗拉强度≥750MPa，延伸率≥15％，冷弯半径为0，冷弯角度180度，圆棒状试样测试疲劳极限≥600MPa，正是由于本发明的上述性能，使专用自卸车的大梁由原为双梁能改为单梁结构，使梁的结构简单，且还可使生产成本降低至少13％，满足钢材在矿用车厚规格易成形车架轻量化要求的车用钢及生产方法。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例的化学成分列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
本发明各实施例按照以下步骤生产
1)经过转炉冶炼及进行真空处理，期间：真空处理结束时钢水中的P控制在0.005以下，S控制在0.0008％以下，A、B类夹杂物控制在1.5级以下，C、D类夹杂物控制在2级以下，A、B、C、D四类夹物之和不超过6；
2)经浇注后对铸坯进行加热：
A、控制铸坯入炉温度在400～700℃；
B、对铸坯进行预热，预热温度在800～1000℃，预热时间在50～70min；
C、进行高温加热，温度控制在1180～1200℃，加热时间在30～40min；
D、进行均热，控制均热温度在1240～1260℃，均热时间在50～60min；并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过30℃；
3)进行热轧，其间：控制粗轧结束温度在1040～1060℃，控制精轧终轧温度在780～820℃，并控制精轧轧制速度不低于3m/s；
4)进行冷却，在冷却速度为51～80℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度控制在550～570℃。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)
Figure BDA0003336937210000061
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
Figure BDA0003336937210000062
Figure BDA0003336937210000071
表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
Figure BDA0003336937210000072
从表3可以看出本发明中厚规格钢板具备高强度的同时拥有优良的疲劳性能。通过12mm规格设计成单梁结构，替代原500MPa级钢的10+8mm双梁结构，实现减重33％,由于用钢量减少，还可实现每台车降低钢材采购成本400～600元。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (7)

1.一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.036％，Mn：0.82％，P：0.004％，S：0.0008％，Als：0.25％，Ti：0.12％，V：0.03％，B：0.0032％，N：0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；生产方法：
1)经过转炉冶炼及进行真空处理，期间：真空处理结束时钢水中的P控制在0.005％以下，S控制在0.0008％以下，A、B类夹杂物控制在1.5级以下，C、D类夹杂物控制在2级以下，A、B、C、D四类夹物之和不超过6；
2)经浇注后对铸坯进行加热：
A、控制铸坯入炉温度在400℃；
B、对铸坯进行预热，预热温度在800℃，预热时间在65min；
C、进行高温加热，温度控制在1193℃，加热时间在34min；
D、进行均热，控制均热温度在1255℃，均热时间在53min；并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过30℃；
3)进行热轧，其间：控制粗轧结束温度在1042℃，控制精轧终轧温度在800℃，并控制精轧轧制速度不低于3m/s；
4)进行冷却，在冷却速度为78℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度控制在565℃。
2.一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.04％，Mn：0.93％，P：0.005％，S：0.0009％，Als：0.32％，Ti：0.16％，V：0.033％，B：0.0030％，N：0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质；生产方法：
1)经过转炉冶炼及进行真空处理，期间：真空处理结束时钢水中的P控制在0.005％以下，S控制在0.0008％以下，A、B类夹杂物控制在1.5级以下，C、D类夹杂物控制在2级以下，A、B、C、D四类夹物之和不超过6；
2)经浇注后对铸坯进行加热：
A、控制铸坯入炉温度在423℃；
B、对铸坯进行预热，预热温度在892℃，预热时间在63min；
C、进行高温加热，温度控制在1200℃，加热时间在36min；
D、进行均热，控制均热温度在1243℃，均热时间在59min；并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过30℃；
3)进行热轧，其间：控制粗轧结束温度在1049℃，控制精轧终轧温度在812℃，并控制精轧轧制速度不低于3m/s；
4)进行冷却，在冷却速度为51℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度控制在568℃。
3.一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.043％，Mn：0.88％，P：0.001％，S：0.0008％，Als：0.45％，Ti：0.132％，V：0.037％，B：0.0034％，N：0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质；生产方法：
1)经过转炉冶炼及进行真空处理，期间：真空处理结束时钢水中的P控制在0.005％以下，S控制在0.0008％以下，A、B类夹杂物控制在1.5级以下，C、D类夹杂物控制在2级以下，A、B、C、D四类夹物之和不超过6；
2)经浇注后对铸坯进行加热：
A、控制铸坯入炉温度在672℃；
B、对铸坯进行预热，预热温度在933℃，预热时间在55min；
C、进行高温加热，温度控制在1184℃，加热时间在38min；
D、进行均热，控制均热温度在1260℃，均热时间在60min；并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过30℃；
3)进行热轧，其间：控制粗轧结束温度在1059℃，控制精轧终轧温度在788℃，并控制精轧轧制速度不低于3m/s；
4)进行冷却，在冷却速度为63℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度控制在557℃。
4.一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.045％，Mn：0.80％，P：0.003％，S：0.0007％，Als：0.29％，Ti：0.17％，V：0.039％，B：0.0029％，N：0.006％，余量为Fe及不可避免的杂质；生产方法：
1)经过转炉冶炼及进行真空处理，期间：真空处理结束时钢水中的P控制在0.005％以下，S控制在0.0008％以下，A、B类夹杂物控制在1.5级以下，C、D类夹杂物控制在2级以下，A、B、C、D四类夹物之和不超过6；
2)经浇注后对铸坯进行加热：
A、控制铸坯入炉温度在700℃；
B、对铸坯进行预热，预热温度在1000℃，预热时间在70min；
C、进行高温加热，温度控制在1198℃，加热时间在37min；
D、进行均热，控制均热温度在1258℃，均热时间在58min；并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过30℃；
3)进行热轧，其间：控制粗轧结束温度在1060℃，控制精轧终轧温度在780℃，并控制精轧轧制速度不低于3m/s；
4)进行冷却，在冷却速度为73℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度控制在552℃。
5.一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.048％，Mn：0.99％，P：0.004％，S：0.0004％，Als：0.33％，Ti：0.164％，V：0.04％，B：0.004％，N：0.006％，余量为Fe及不可避免的杂质；生产方法：
1)经过转炉冶炼及进行真空处理，期间：真空处理结束时钢水中的P控制在0.005％以下，S控制在0.0008％以下，A、B类夹杂物控制在1.5级以下，C、D类夹杂物控制在2级以下，A、B、C、D四类夹物之和不超过6；
2)经浇注后对铸坯进行加热：
A、控制铸坯入炉温度在584℃；
B、对铸坯进行预热，预热温度在921℃，预热时间在67min；
C、进行高温加热，温度控制在1184℃，加热时间在31min；
D、进行均热，控制均热温度在1240℃，均热时间在54min；并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过30℃；
3)进行热轧，其间：控制粗轧结束温度在1050℃，控制精轧终轧温度在819℃，并控制精轧轧制速度不低于3m/s；
4)进行冷却，在冷却速度为77℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度控制在562℃。
6.一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.049％，Mn：1.00％，P：0.005％，S：0.0005％，Als：0.31％，Ti：0.128％，V：0.035％，B：0.0036％，N：0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；生产方法：
1)经过转炉冶炼及进行真空处理，期间：真空处理结束时钢水中的P控制在0.005％以下，S控制在0.0008％以下，A、B类夹杂物控制在1.5级以下，C、D类夹杂物控制在2级以下，A、B、C、D四类夹物之和不超过6；
2)经浇注后对铸坯进行加热：
A、控制铸坯入炉温度在512℃；
B、对铸坯进行预热，预热温度在855℃，预热时间在59min；
C、进行高温加热，温度控制在1180℃，加热时间在40min；
D、进行均热，控制均热温度在1241℃，均热时间在50min；并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过30℃；
3)进行热轧，其间：控制粗轧结束温度在1041℃，控制精轧终轧温度在817℃，并控制精轧轧制速度不低于3m/s；
4)进行冷却，在冷却速度为80℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度控制在550℃。
7.一种具有良好疲劳性能的700MPa级汽车用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.050％，Mn：0.90％，P：0.002％，S：0.0006％，Als：0.36％，Ti：0.155％，V：0.038％，B：0.0033％，N：0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质；生产方法：
1)经过转炉冶炼及进行真空处理，期间：真空处理结束时钢水中的P控制在0.005％以下，S控制在0.0008％以下，A、B类夹杂物控制在1.5级以下，C、D类夹杂物控制在2级以下，A、B、C、D四类夹物之和不超过6；
2)经浇注后对铸坯进行加热：
A、控制铸坯入炉温度在498℃；
B、对铸坯进行预热，预热温度在876℃，预热时间在68min；
C、进行高温加热，温度控制在1180℃，加热时间在39min；
D、进行均热，控制均热温度在1250℃，均热时间在51min；并控制铸坯上、下表面及两侧温度波动范围不超过30℃；
3)进行热轧，其间：控制粗轧结束温度在1040℃，控制精轧终轧温度在813℃，并控制精轧轧制速度不低于3m/s；
4)进行冷却，在冷却速度为79℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，卷取温度控制在564℃。
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