CN114262847A

CN114262847A - 一种抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢及其制造方法

Info

Publication number: CN114262847A
Application number: CN202111564584.1A
Authority: CN
Inventors: 肖洋洋; 刘阳; 崔磊; 谷海容; 马聪; 吴胜付; 晋家春; 尹雪; 张露星; 何丹丹
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-04-01

Abstract

本发明提供了一种抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢及其制造方法，成：C0.22‑0.25％，Si1.20‑1.80％，Cr1.60‑2.20％，Mn1.00‑1.40％，Nb0.020‑0.030％，Al0.020‑0.050％，P≤0.020％，S≤0.010％，H≤0.0003％，C+(Mn+Si+Cr)/6≤1.1％，Si/Mn≤1.5，余量为Fe及不可避免杂质。与现有技术相比，本发明添加Cr、Si的全新热成形钢成分设计，控制生产方法，钢板表面形成一层致密氧化膜；成品屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率A₈₀≥8％，成品Rp_0.2/R_m≤70％。

Description

一种抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种厚度2.0-4.0mm抗拉强度大于1300MPa且高表面质量的热轧汽车用钢及其制造方法。

背景技术

节能、环保、安全是当今汽车工业发展面临三大挑战。实施汽车轻量化可在不牺牲安全性能的前提下减轻车身重量、降低能源消耗。同时,轻量化还将在一定程度上带来车辆操控稳定性和一定意义上碰撞安全性的提升。在汽车轻量化选材中，高强钢的应用是主要途径之一。

由于随着钢板强度的提高，其延伸率明显下降，成型性能也大大降低，成型过程中易产生开裂及回弹，影响零件形状和尺寸精度。此外，由于材料强度的提高，其对生产及冲压成型设备的能力要求也就越高。因此，当前各大钢铁企业对于抗拉强度大于1300MPa级高强钢主要以22MnB5、26MnB5和34MnB5等热成形钢为主，少数企业或研究院所开展了1000MPa级以上的冷成形超高强度钢的研究，而对于抗拉强度大于1300MPa级的热轧高强钢的产品少之又少。

2019年2月12日公开的中国发明专利《一种稀土超强钢及其制备方法》，公开号CN109321844 A，其公开了利用组分：0.01％≤La＜0.10％，0.005％≤Ce≤0.09％，Ni 13.00～16.00％，Al 0.30～4.00％，Mo 0～4.00％，Nb0.60～0.80％，C 0.03～0.08％，B0.01～0.02％，Mn 2.10～5.50％，W 0.10～0.20％，稀土La和Ce的总含量为0.005～0.10％，Fe余量，来进行极高强钢生产。该专利采用Ni-Mo-Ti扩散，进而形成细小的Ni3Mo、Ni3Ti、Fe2Mo等沉淀析出相，在变形过程中，这些析出相会与位错、层错发生强烈的交互作用，从而达到提高材料强度的目的。但以上制备方式存在以下缺陷：随强度增加，共格畸变非均匀分布，从而增大材料在变形过程中产生裂纹的倾向，保证材料具有较高强度的同时，无法同时保持较好的塑性，不能满足市场对高强减薄、塑性加工的要求；由于Mo、W等合金元素的大量使用导致成本大大提高，不利于广泛使用；该钢中加入了2.1％-5.5％的Mn，批量生产时在炼钢和连铸工序存在较大的困难，而且会使成品焊接性能大大降低。

2021年3月16日公开的中国发明专利《一种1300MPa级高强高塑性低成本热轧钢》，公开号CN 112501515 A，其公开了利用组分：C：0.12～0.22％，Si：1.0～2.0％，Mn：2.0～3.0％，Al：0.8～1.8％，P≤0.015％，S≤0.005％，Re：0.002～0.004％，Ti：0.02-0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。该专利中不添加Nb、Cr、Mo合金，但为了获得1300MPa以上的强度要求，添加了大量的Mn、Al元素，并为了减轻Al的有害作用，采用添加Re稀土元素形成熔点较高的化合物，提高材料塑性，但Mn的大量添加会造成成品焊接性能的降低。此外，其成品屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1300MPa，屈强比较高(77％)，零件成形性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢及其制造方法，成分中不含Mo可降低成本，且采用较低的Mn含量来改善成品焊接性能，并添加Cr来提高热轧成品表面质量，防止铁粉的产生。成品屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率A₈₀≥8％。成品Rp_0.2/R_m≤70％，有利于后续的成型加工。

本发明具体技术方案如下：

一种抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢，包括以下质量百分比成分：

C：0.22-0.25％，Si：1.20-1.80％，Cr：1.60-2.20％，Mn：1.00-1.40％，Nb：0.020-0.030％，Al：0.020-0.050％，P≤0.020％，S≤0.010％，H：≤0.0003％，同时，C+(Mn+Si+Cr)/6≤1.1％，Si/Mn≤1.5；余量为Fe及不可避免杂质。所述抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢的厚度2.0-4.0mm；

所述抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢的组织为马氏体(M)和铁素体(F)，马氏体体积占比百分数60％-90％。

本发明各成分设计思路如下：

C：碳是提高马氏体强度的主要元素，碳含量过低钢板强度不足，碳含量过高将会对焊接性能不利。本发明中C的成分控制在0.22-0.25％。

Si与Cr：硅是优先氧化元素，且扩散系数较高。Si与Cr容易在钢板表面发生伴生富集。在900℃-1100加热时主要发生表面元素富集氧化。表面富集的Si与Cr首先发生氧化并在界面平铺生长，形成一层连续的致密氧化膜(SiO₂和Cr₂O₃)，可以隔绝氧气，起到抗氧化作用。同时，Cr元素可显著提升材料的淬透性，使成品获得更高的强度。本发明优选的Si含量控制在1.2-1.8％，Cr含量控制在1.6-2.2％。

Mn：Mn元素可通过固溶强化提高钢的强度，同时可促进碳氮化物析出相在加热时候的溶解，抑制析出相在轧制时候的析出，有利于保持较多的析出元素于轧后的冷却过程中在铁素体中析出，加强了析出强化，此外Mn还可扩大奥氏体相区，降低过冷奥氏体相的转变温度，有利于相变组织的细化，但Mn含量也不宜过高，当高于1.40％时炼钢容易发生Mn偏析，板坯连铸时易发生边裂，同时会加重钢的组织偏析形成带状组织，使钢的塑性及韧性降低；本发明为了保证钢板的强度和成品质量，Mn含量应合理控制在1.0-1.4％。

Nb：目的是通过在加热、轧制过程中析出弥散分布的细小析出物，一方面细化晶粒，提高韧性。Nb含量过低起不到效果，成品强度得不到保障；Nb含量过高会导致成本增加，不利于扩大应用。本发明优选的Nb含量控制在0.02-0.03％。

Al：在冶炼时加入微量的铝可以进行脱氧，但过多的Al会在连铸时阻塞喷嘴，增加连铸的难度，因此Als含量宜控制在0.02-0.05％。

P、S是钢中的杂质元素，含量越低越好，但过低的P含量会增加炼钢成本，因此P含量控制在0.02％以下，可满足生产成本和产品的要求；而S在钢中通常与Mn结合形成MnS夹杂，钢中硫化物的梳理和形态直接影响了复相钢的扩孔性能和拉伸性能，因此S含量在实际生产时控制在0.01％以下。

H：H是钢中的有害元素，会使焊接过程中产生气孔等不利影响，因此其含量越低越好，但过低的H含量会增加炼钢成本，因此H含量控制在0.0003％以下。

同时为保证材料具有良好的焊接性能，C+(Mn+Si+Cr)/6≤1.1％，为保证材料具有良好的表面质量和涂装性能，Si/Mn≤1.5。

本发明提供的一种抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢的制造方法，所述制造方法包括以下工艺流程为：炼钢→连铸→铸坯热装→热连轧→层流冷却→卷取。

所述连铸，连铸生产铸坯，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；

所述铸坯热装，为进一步保证铸坯质量，减少铸坯裂纹，同时节约能耗，采用铸坯热装方式进行组产。铸坯加热温度1200-1250℃，保温2-3小时，有效降低轧制变形抗力，同时降低铸坯及钢板表面脱碳层及氧化层厚度；

所述热连轧，包括粗轧和精轧，粗轧进行3+3道次轧制，除鳞水全开，粗轧至30-50mm厚度中间坯；在2250mm热连轧机上进行7道次精轧，精轧入口温度为1030-1050℃。为了保证热轧产品的表面质量，该产品在精轧前需进行更换轧辊，并且该产品须安排在一个轧制周期的前1/2周期内进行轧制，同时为了获得细小均匀的组织，并减少氧化铁皮的产生，终轧温度控制在840-900℃，轧至目标厚度；

所述层流冷却，以前段冷却模式进行快速冷却；

所述卷取，在540-600℃范围内进行卷取成钢卷。

与现有技术相比，本发明添加Cr、Si的全新热成形钢成分设计，钢板表面形成一层致密氧化膜(SiO₂和Cr₂O₃)，对基体起到防止高温氧化的保护作用，热轧及卷取后防止钢板表面氧化铁粉的产生，提高成品表面质量。本发明获得的成品屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率A₈₀≥8％，成品Rp_0.2/R_m≤70％，低屈强比有利于成型加工。可用于生产制造商用车或载重货车等车型的车架、大梁等零部件，具有降低零件厚度起到轻量化的作用。

附图说明

图1为本发明热轧卷表面照片；

图2为实施例1成品组织SEM照片(马氏体体积分数为71.26％)；

图3为对比例3表面照片；

图4为对比例3表面氧化铁皮脱落后状态。

具体实施方式

实施例1-实施例7

一种抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。

对比例1-对比例3

表1各实施例和对比例化学成分及具体工艺

类别	C	Si	Mn	P	S	Al	Cr	Nb	H
										实施例1	0.22	1.80	1.35	0.012	0.002	0.050	1.61	0.030	0.0002
实施例2	0.23	1.47	1.15	0.015	0.002	0.038	2.07	0.024	0.0001
										实施例3	0.25	1.20	1.05	0.014	0.003	0.022	1.95	0.025	0.0001
实施例4	0.24	1.55	1.40	0.010	0.002	0.040	2.20	0.021	0.0002
										实施例5	0.23	1.52	1.20	0.011	0.002	0.034	1.90	0.024	0.0001
实施例6	0.24	1.48	1.25	0.010	0.002	0.038	1.85	0.023	0.0002
										实施例7	0.23	1.55	1.19	0.009	0.003	0.040	1.87	0.027	0.0002
对比例1	0.23	1.47	1.35	0.015	0.004	0.038	2.00	0.024	0.0001
										对比例2	0.26	1.60	1.20	0.013	0.006	0.038	-	0.0030	0.0001
对比例3	0.03	0.67	1.80	0.014	0.002	0.033	-	0.016	0.0001

上述实施例1-7和对比例1-3的抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢制造方法工艺流程为：炼钢→连铸→铸坯热装→热连轧→层流冷却→卷取。

1)炼钢：适用于转炉、电炉和感应炉冶炼；

2)连铸：采用连铸生产铸坯，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；

3)铸坯热装：为进一步保证铸坯质量，减少铸坯裂纹，同时节约能耗，采用铸坯热装方式进行组产。铸坯加热温度1200-1250℃，保温2-3小时，有效降低轧制变形抗力，同时降低铸坯及钢板表面脱碳层及氧化层厚度；

4)粗轧进行3+3道次轧制，除鳞水全开，粗轧至30-50mm厚度中间坯；

5)在2250mm热连轧机上进行7道次精轧，精轧入口温度为1030-1050℃。为了保证热轧产品的表面质量，该产品在精轧前需进行更换轧辊，并且该产品须安排在一个轧制周期的前1/2周期内进行轧制，同时为了获得细小均匀的组织，并减少氧化铁皮的产生，终轧温度控制在840-900℃，轧至目标厚度；

6)精轧后采用层流冷却方式以前段冷却模式进行快速冷却，在540-600℃范围内进行卷取成钢卷。

上述实施例1-7和对比例1-3生产过程中具体的工艺参数如表2所示。

表2各实施例和对比例轧制工艺参数

上述实施例1-4和对比例1-2生产的产品的性能如表3所示。

表3各实施例和对比例产品性能

对比例1虽然成分满足本发明要求，但是生产工艺不能达到本发明要求，产品延伸率低；对比例2成分不满足本发明要求，即使按照本发明要求生产，产品的强度较低，不能满足本发明要求。对比例3产品成分和生产工艺都不能满足本发明要求，产品强度最低且产品表面氧化铁皮严重、易脱落。

本发明提供的抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢的厚度2.0-4.0mm；的组织为马氏体(M)和铁素体(F)，马氏体体积占比百分数60％-90％。成品表面质量高，成品屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率A₈₀≥8％，成品Rp_0.2/R_m≤70％，低屈强比有利于成型加工。

Claims

1.一种抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢，其特征在于，所述抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢包括以下质量百分比成分：

C：0.22-0.25％，Si：1.20-1.80％，Cr：1.60-2.20％，Mn：1.00-1.40％，Nb：0.020-0.030％，Al：0.020-0.050％，P≤0.020％，S≤0.010％，H：≤0.0003％，同时，C+(Mn+Si+Cr)/6≤1.1％，Si/Mn≤1.5；余量为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢，其特征在于，所述抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢的组织为马氏体和铁素体，马氏体体积占比百分数60％-90％。

3.根据权利要求1或2所述的抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢，所述抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率A₈₀≥8％，成品Rp_0.2/R_m≤70％。

4.一种权利要求1-3任一项所述的抗拉强度大于1300MPa高表面质量的热轧汽车用钢的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下工艺流程：炼钢→连铸→铸坯热装→热连轧→层流冷却→卷取。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述连铸，采用结晶器钢液面波动控制±3mm以内。

6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述铸坯热装，铸坯加热温度1200-1250℃，保温2-3小时。

7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述热连轧，精轧入口温度为1030-1050℃，终轧温度控制在840-900℃。

8.根据权利要求4或7所述的制造方法，其特征在于，所述卷取，卷取温度为540-600℃。