CN114507821A - 一种一钢多级热轧高扩孔钢及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种一钢多级热轧高扩孔钢及其生产工艺。该钢的化学成分及重量百分比为C：0.05％～0.10％、Si：0.05％～0.20％、Mn：1.2％～1.8％、P≤0.015％、S≤0.004％、Nb：0.020％～0.080％、Ti：0.010％‑0.050％、Als：0.015％～0.050％，余量为Fe及其他杂质。其生产工艺包括冶炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取工序。本发明提供的多级热轧高扩孔钢采用低成本成分设计，低温加热，降低能耗消耗，一种成分可生产多级别的高扩孔钢，各级别高扩孔钢均具有优良的扩孔性能，能满足复杂汽车零部件对成型性能的要求。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种一钢多级热轧高扩孔钢及其生产工艺。
背景技术
乘用车领域的高强减薄或汽车结构轻量化已成为各大汽车制造厂商的重要研究方向。提高轿车燃油经济性和降低二氧化碳排放的一个重要且可行的方案就是降低轿车自身重量，在降低重量的同时还要保证乘用车的碰撞安全性就必须使用高强高韧等材料，通过使用具有优异性能的先进高强钢或对乘用车的底盘等结构进行优化设计可实现对整车的较大幅度减重。作为车辆的重要组成部分，汽车底盘部件由于形状复杂且在制造过程中需要进行包括拉伸翻边、弯曲、扩孔等成形方式，因此对钢板的成形性尤其是扩孔性能提出了较高的要求。在此种条件下，具有优异扩孔性能的热轧高扩孔钢得到了汽车生产商的广泛关注。
专利号CN 113025897 A公开了“一种疲劳性能优异的600MPa级热轧扩孔钢及生产方法”，钢的成分质量百分比为：C：0.03-0.06％；Si：0.10％-0.30％；Mn：1.30-1.70％；P：≤0.009％；S：≤0.003％；Ti：0.08-0.13％；Mo：0.18-0.22％；Nb：0.015-0.035％；V：0.08-0.12％；余量为Fe及不可避免的夹杂。采经转炉冶炼后进行真空处理；连铸成坯后对铸坯加热；粗轧；精轧；前段式冷却；卷取。此发明铁素体晶粒度等级≥10级，钢板的抗拉强度≥600MPa、延伸率≥25％，屈强比≥0.90，扩孔率≥150％。此发明扩孔率优良，但金相组织为全铁素体组织，为保证强度，添加大量贵重金属，合金成本增加，随着大量合金的加入，为保证后续的析出强化，加热温度采用1240～1280℃高温加热，使微合金元素在高温过程中完全固溶进基体中，导致了产线能耗增加。
公开号为CN 107868909 A的中国专利公开了“一种580MPa级经济型高表面质量高扩孔钢及其制备方法”，钢的成分质量百分比为：C：0.055％～0.095％，Si：0.85％～1.50％，Mn：0.60％～1.20％，P：0.010％～0.020％，S≤0.003％，Alt：0.010％～0.050％，Ca：0.0010％～0.0050％，N：≤0.0050％，O：≤0.0040％，其余为Fe和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤冶炼工序、连铸工序、加热工序、粗轧工序、热卷箱工序、精轧工序、层流冷却工艺、卷取、缓慢冷却、酸洗工序、卷取包装。生产出屈服强度为360～450MPa，抗拉强度为580MPa，扩孔率为≥85％，断后延伸率为≥22％的钢卷。此发明的在抗拉强度580MPa级时扩孔率仅为90％左右，同时此发明添加Si，Si含量较高，钢带表面易产生Fe2SiO4，酸洗时不易去除，影响了钢带表面质量。
公开号CN 109706401 A公开了“一种690MPa高扩孔钢带的生产工艺”，钢板及其化学成分：C：0.04～0.08％，Mn：1.00～1.35％，Cr：0.30～0.45％，Mn+Cr：1.30～1.80％，S≤0.010％，P：≤0.020％，Si：≤0.25％，Ti：0.07～0.12％，Nb：0.020～0.060％，Als：0.020～0.060％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述生产工艺包括转炉冶炼、LF炉精炼、板坯连铸、加热、粗轧、精轧、冷却和卷取工序。此发明实例中生产：抗拉强度Rm：692MPa，屈服强度Rp0.2：558MPa，断后延伸率A80：14％，此发明抗拉强度为690MPa时，扩孔率仅为57.6％。
公开号CN 110295325 A公开了“Ti微合金化540MPa级高扩孔钢钢带及其生产方法”，钢板及其化学成分：C：0.07～0.11％，Mn：1.00～1.30％，S≤0.010％，P：≤0.020％，Si：0.05～0.12％，Als：0.015～0.040％，Ti：0.020～0.040％，N：≤0.0050％，Ceq：0.30～0.36％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述生产方法包括转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却和卷取工序。本发明采用低碳、常规锰、钛合金成分设计，通过冷却路径、中温卷取控制，所得钢带抗拉强度ReH≥540MPa，屈服强度Rm：365～500MPa，断后伸长率A50：23～37％，扩孔率≥80％。此专利所述钢种的级别低，实例所述扩孔率均值仅为100％。
公开号CN 107747042 A公开了“一种690MPa级经济型高表面质量高扩孔钢及其制备方法”，钢板及其化学成分：C：0.055～0.095％，Si：0.85～1.50％，Mn：1.30～1.80％，S≤0.003％，P：0.010～0.020％，Alt：0.010～0.050％，Ca：0.0010～0.0050％，N：≤0.0050％，O：≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：冶炼工序、连铸工序、加热工序、粗轧工序、热卷箱工序、精轧工序、层流冷却、工艺卷取、缓慢冷却、酸洗工序、卷取包装。所得钢带抗拉强度为≥690MPa，屈服强度为450～550MPa，断后伸长率≥19％，扩孔率≥75％。此发明未添加合金元素，节约了合金成本，同时添加了较高的Si元素，Si含量较高，钢带表面易产生Fe2SiO4，酸洗时不易去除，所述需特定的酸洗工艺，不利于工业化组织生产。
发明内容
针对现有的钢扩孔性能较差的问题，本发明提供了一种一钢多级热轧高扩孔钢，以解决上述问题。
一方面，本发明提供一种一钢多级热轧高扩孔钢，化学成分及重量百分比为C：0.05％～0.10％、Si：0.05％～0.20％、Mn：1.2％～1.8％、P≤0.015％、S≤0.004％、Nb：0.020％～0.080％、Ti：0.010％-0.050％、Als：0.015％～0.050％，余量为Fe及其他杂质。
碳：碳元素的强化作用十分明显，可以显著提高钢材的强度，但是高含量的碳元素也会显著降低钢材的韧性，碳含量的增加会降低钢材的冷成型及焊接性能，因此碳含量应控制在0.05％～0.10％。
锰：锰元素是提高强度和韧性最有效的元素，锰元素是奥氏体稳定元素，良好的脱硫剂和脱氧剂，提高钢材的淬透性。锰元素可以扩大奥氏体相区，推迟珠光体转变，锰可以起到细化铁素体晶粒的作用，锰含量过高，会降低钢材的成型性能，同时容易形成带状组织，严重的会是钢材出现分层现象，所以锰含量控制在1.2％～1.8％。
硅：硅元素可以溶解于铁素体中，起到固溶强化的作用，可以显著提高钢材的强度和硬度。
磷：磷元素具有很强的固溶强化作用，使钢材的强度和硬度显著上升，但是会降低钢材的韧性。同时磷元素具有严重的偏析倾向，影响车轮钢的综合性能，因此本发明磷含量控制在≤0.015％。
硫：硫元素作为钢种的有害元素，影响钢板的成型性能，硫化物夹杂显著影响钢材的冲击韧性及疲劳性能，因此硫元素含量应尽可能低，本发明硫元素含量控制在0.004％以下。
铌：铌元素在钢中有显著细化作用，在钢中形成NbN或者NbC为铁素体的形核提高了有利位置，钉扎晶界阻止晶界移动，提高钢材强度，同时可以明显提高热轧时的变形抗力，因为添加铌元素可以有效的细化原奥氏体晶粒尺寸，同时细化晶粒还能提高塑性，提高钢板扩孔率，因此铌含量控制在0.020％～0.080％。
钛：钛是强碳化物形成元素，钛元素与碳、氮都有极强的亲和力，细化钢中组织，提高韧性及强度，有资料表明，在钢中添加微量的钛元素，特别是在含铌钢种添加微量的钛，可以降低钢材的裂纹敏感性。
铝：铝作为钢种的脱氧剂，还可以起到细化晶粒作用，为保证钢水洁净度，含量不可过高，本发明中铝的含量控制在0.015％～0.050％。
进一步的，高扩孔钢的钢卷厚度≤6mm。
进一步的，高扩孔钢的金相组织包含铁素体+珠光体+贝氏体。
另一方面，本发明还提供一种一钢多级热轧高扩孔钢的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取工序。
进一步的，冶炼工序中，采用LF+RH双联精炼工艺，LF处理周期≥25min，软吹时间不小于12min。
进一步的，连铸工序中，全流程氩气保护浇注，过热度控制在15-35℃，控制结晶器液面波动≤±3mm，可提高钢水纯净度进而提升铸坯质量。
进一步的，加热工序中，板坯出炉温度控制在1180-1230℃，加热时间≥180min，为确保板坯在加热炉中充分加热，板坯在均热段时间不低于30min。
进一步的，粗轧工序中，除鳞压力≥25MPa，采取全道次除鳞，末道次出口温度1040-1100℃。
进一步的，精轧工序中，终轧轧温度800-900℃，精轧阶段采取恒速轧制，轧制速度为4.0-8.0m/s，保证了钢带的组织均匀性。
进一步的，冷却工序中，采用三段式冷却方式，即前段超快冷冷却+空冷+后段常规层流冷却，前段冷却至650-750℃；再进行空冷，空冷时间为2-8s；然后进入后段常规冷却；卷取工序中，卷取温度为300-500℃，得到580MPa和680MPa两种强度级别的高扩孔钢。
卷取工序中，卷取温度为400-500℃时，得到580MPa级别的高扩孔钢，屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥580MPa，延伸率≥20％，扩孔率≥110％；卷取温度为300-400℃时，得到680MPa级别的高扩孔钢，屈服强度≥580MPa，抗拉强度≥680MPa，延伸率≥19％，扩孔率≥95％。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供的多级热轧高扩孔钢采用低成本成分设计，节约成本，低温加热，降低能耗消耗。
(2)一种成分可生产多级别的高扩孔钢，便于生产组织。
(3)各级别高扩孔钢均具有优良的扩孔性能，能满足复杂汽车零部件对成型性能的要求，580MPa级扩孔性能达到了110％左右，680MPa级扩孔性能达到了95％左右。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种一钢多级热轧高扩孔钢，化学成分及重量百分比为C：0.06％、Si：0.12％、Mn：1.6％、P：0.01％、S：0.002％、Nb：0.04％、Ti：0.02％、Als：0.02％，余量为Fe及其他杂质。高扩孔钢的钢卷厚度为4.5mm。高扩孔钢的金相组织包含铁素体+珠光体+贝氏体。
一种一钢多级热轧高扩孔钢的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取工序。
(1)冶炼工序中，采用LF+RH双联精炼工艺，LF处理周期为25min，软吹时间为13min。
(2)连铸工序中，全流程氩气保护浇注，过热度控制在20℃，控制结晶器液面波动≤±3mm，可提高钢水纯净度进而提升铸坯质量。
(3)加热工序中，板坯出炉温度控制在1200℃，加热时间190min，为确保板坯在加热炉中充分加热，板坯在均热段时间为30min。
(4)粗轧工序中，除鳞压力为25MPa，采取全道次除鳞，末道次出口温度1050℃。
(5)精轧工序中，终轧轧温度820℃，精轧阶段采取恒速轧制，轧制速度为5m/s。
(6)冷却工序中，采用三段式冷却方式，即前段超快冷冷却+空冷+后段常规层流冷却，前段冷却至680℃；再进行空冷，空冷时间为5s；然后进入后段常规冷却。
(7)卷取工序中，卷取温度为450℃，得到580MPa强度级别的高扩孔钢，屈服强度为482MPa，抗拉强度为591MPa，延伸率为22％，扩孔率为116％；温度为350℃，得到680MPa强度级别的高扩孔钢，屈服强度为590MPa，抗拉强度为689MPa，延伸率为21％，扩孔率为100％。
实施例2
一种一钢多级热轧高扩孔钢，化学成分及重量百分比为C：0.08％、Si：0.15％、Mn：1.7％、P：0.012％、S：0.003％、Nb：0.06％、Ti：0.04％、Als：0.035％，余量为Fe及其他杂质。高扩孔钢的钢卷厚度为5mm。高扩孔钢的金相组织包含铁素体+珠光体+贝氏体。
一种一钢多级热轧高扩孔钢的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取工序。
(1)冶炼工序中，采用LF+RH双联精炼工艺，LF处理周期为25min，软吹时间为13min。
(2)连铸工序中，全流程氩气保护浇注，过热度控制在20℃，控制结晶器液面波动≤±3mm，可提高钢水纯净度进而提升铸坯质量。
(3)加热工序中，板坯出炉温度控制在1220℃，加热时间为180min，为确保板坯在加热炉中充分加热，板坯在均热段时间为30min。
(4)粗轧工序中，除鳞压力为25MPa，采取全道次除鳞，末道次出口温度1090℃。
(5)精轧工序中，终轧轧温度820℃，精轧阶段采取恒速轧制，轧制速度为5m/s。
(6)冷却工序中，采用三段式冷却方式，即前段超快冷冷却+空冷+后段常规层流冷却，前段冷却至680℃；再进行空冷，空冷时间为6s；然后进入后段常规冷却。
(7)卷取工序中，卷取温度为450℃，得到580MPa强度级别的高扩孔钢，屈服强度为526MPa，抗拉强度为612MPa，延伸率为21％，扩孔率为112％；卷取温度为350℃，得到680MPa强度级别的高扩孔钢，屈服强度为620MPa，抗拉强度为705MPa，延伸率为19％，扩孔率为95％。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种一钢多级热轧高扩孔钢，其特征在于，化学成分及重量百分比为C：0.05％～0.10％、Si：0.05％～0.20％、Mn：1.2％～1.8％、P≤0.015％、S≤0.004％、Nb：0.020％～0.080％、Ti：0.010％-0.050％、Als：0.015％～0.050％，余量为Fe及其他杂质。
2.如权利要求1所述的一种一钢多级热轧高扩孔钢，其特征在于，高扩孔钢的钢卷厚度≤6mm。
3.如权利要求1所述的一种一钢多级热轧高扩孔钢，其特征在于，高扩孔钢的金相组织包含铁素体+珠光体+贝氏体。
4.一种如权利要求1所述的一钢多级热轧高扩孔钢的生产工艺，其特征在于，包括冶炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却、卷取工序。
5.如权利要求4所述的一钢多级热轧高扩孔钢的生产工艺，其特征在于，冶炼工序中，采用LF+RH双联精炼工艺，LF处理周期≥25min，软吹时间不小于12min。
6.如权利要求4所述的一钢多级热轧高扩孔钢的生产工艺，其特征在于，连铸工序中，全流程氩气保护浇注，过热度控制在15-35℃，控制结晶器液面波动≤±3mm。
7.如权利要求4所述的一钢多级热轧高扩孔钢的生产工艺，其特征在于，加热工序中，板坯出炉温度控制在1180-1230℃，加热时间≥180min，板坯在均热段时间不低于30min。
8.如权利要求4所述的一钢多级热轧高扩孔钢的生产工艺，其特征在于，粗轧工序中，除鳞压力≥25MPa，采取全道次除鳞，末道次出口温度1040-1100℃。
9.如权利要求4所述的一钢多级热轧高扩孔钢的生产工艺，其特征在于，精轧工序中，终轧轧温度800-900℃，精轧阶段采取恒速轧制，轧制速度为4.0-8.0m/s。
10.如权利要求4所述的一钢多级热轧高扩孔钢的生产工艺，其特征在于，冷却工序中，采用三段式冷却方式，前段超快冷冷却+空冷+后段常规层流冷却，前段冷却至650-750℃；再进行空冷，空冷时间为2-8s；然后进入后段常规冷却；卷取工序中，卷取温度为300-500℃。
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