CN114774788B - 一种900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢及其制造方法和应用 - Google Patents

一种900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢及其制造方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢及其制造方法和应用，所述酸洗汽车用钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.07％～0.10％、Si：0.22％～0.32％、Mn：1.60％～2.20％、Al：0.030％～0.060％、P≤0.015％、S≤0.008％、Nb：0.020％～0.080％、Ti：0.10％～0.15％，Mo：0.10％～0.20％，Cr：0.2％～0.5％，且Mo/3+Cr≥0.6％，Ca≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质；采用铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF、RH、连铸、铸坯热装、热连轧、层流冷却、卷取、酸洗、卷取的工艺进行制造；制造得到的酸洗汽车用钢同时具备900MPa级的高强度以及良好的表面质量和扩孔性能。

Description

一种900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢及其制造方法和 应用
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900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢及其制造方法和应用。
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。
以铁素体、贝氏体和马氏体以及析出物组成的高强复相钢，不但具有高强度和足够的成形性，而且具有良好的加工硬化特性、焊接性能和翻边扩孔性能。由于复相钢具有良好的成形加工性能，广泛用于制作复杂的汽车结构件如底盘结构件、悬挂件、汽车座椅系统等零件，同时随着汽车行业的发展，汽车用户对复相钢产品外观要求(表面质量、粗超度等)也越来越高。
现有技术中的酸洗汽车用钢主要以800MPa级及以下强度为主，且对于酸洗汽车用钢的主要关注点均在酸洗汽车用钢的强度上，均未关注到如何提高酸洗汽车用钢的表面质量和扩孔性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢及其制造方法和应用，其同时具备900MPa级的高强度以及良好的表面质量和扩孔性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
本发明提供的一种900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.07％～0.10％、Si：0.22％～0.32％、Mn：1.60％～2.20％、Al：0.030％～0.060％、P≤0.015％、S≤0.008％、Nb：0.020％～0.080％、Ti：0.10％～0.15％，Mo：0.10％～0.20％，Cr：0.2％～0.5％，且Mo/3+Cr≥0.6％，Ca≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质。
所述900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢的金相组织为贝氏体+铁素体+珠光体。
所述900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢的扩孔率大于35％，表面粗糙度≤2.0μm，屈强比≤0.9。
本发明提供的所述900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢的制造方法，包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF→RH→连铸→铸坯热装→热连轧→层流冷却→卷取→酸洗→卷取。
所述连铸步骤中，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。
所述热连轧步骤中，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；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。
铸坯热装进入加热炉时的温度≥400℃。
精轧入口温度为1030～1050℃，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℃；为了保证热轧产品的表面质量，精轧前更换轧辊，在一个轧制周期的前1/3周期内进行轧制。
所述层流冷却步骤中，以前段冷却模式进行快速冷却，冷却速度30～50℃/s，一方面可以阻止过冷奥氏体转变为多边形铁素体和珠光体，形成以贝氏体为主，加少量铁素体和珠光体的微观组织；另一方面可以减少Nb、Ti元素在高温阶段的析出，促进Nb、Ti元素在低温阶段的析出，增加析出强化效果，同时使析出的二相粒子尺寸更加细小、分布更弥散。
热轧层流冷却后的卷取步骤中，卷取温度控制在580-640℃，卷取温度是获得高强度及高扩孔率的关键工艺参数之一，当卷取温度高于640℃时，由于碳化物的析出和粗化，降低了铁素体的强度，从而降低产品的扩孔率，同时也影响产品的表面质量；另一方面当卷取温度低于580℃时，Nb、Ti微合金元素的析出效果会大大降低，从而影响产品强度；为了确保产品的组织性能和表面质量，在580-640℃范围内进行卷取。
所述酸洗步骤中，酸液温度控制在50～90℃，酸液浓度在20～200g/L，酸洗线速度≤150mpm；为了进一步地提高产品表面质量、降低产品表面粗糙度和提高产品性能，酸洗采用轧制力模式，轧制力控制在100～300吨，平整延伸率为0.2～2.0％，平整过程中喷洒平整液，平整液为脱盐水。
本发明还提供了所述900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢在制造汽车零部件中的应用。
本发明提供的900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢中，各成分控制及作用如下：
C主要作用是形成所需数量的贝氏体或马氏体和保证钢的强度。控制C富集于亚稳奥氏体区域而避免其析出，是获得多边形铁素体包围岛状马氏体双相组织的保证。C对材料的强度(屈服和抗拉强度)、扩孔性能、冷弯性能和焊接性能起着非常重要的作用。但一方面碳含量过高会影响材料的焊接性能、另一方面C高使得碳化物颗粒粗大不利于钢板扩孔性能，所以C含量应合理控制在0.07～0.10％。
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。本发明考虑到汽车用材对表面质量的严格要求，钢中采用低Si设计，优选的Si含量控制在0.22～0.32％，Cr含量控制在0.20～0.50％。
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2.2％时炼钢容易发生Mn偏析，板坯连铸时易发生边裂；本发明为了保证钢板的强度和板坯质量，Mn含量应合理控制在1.6～2.2％。
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0.015％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，钢中硫化物的数量和形态直接影响了高扩孔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0.008％以下。
Al是钢中的脱氧元素，可减少钢中的氧化物夹杂，且可以细化晶粒，但过高时这种细化作用反而减弱、生产时浇铸困难，因此Als含量应合理控制在0.03～0.06％。
Nb对晶粒细化、相变行为、奥氏体中C富集发挥显著作用。Nb能够有效阻止奥氏体晶粒的长大，提高钢的粗化温度。Nb与C和N结合形成细小的碳氮化物也可延迟再结晶，阻止铁素体晶粒长大，从而具有强的细晶强化效果和较强的析出强化效果。在轧制变形过程中Nb经应变诱导析出后，增加了铁素体的形核位置，提高了形核率，细化了晶粒。但Nb含量过高，细化晶粒和析出强化作用不明显，鉴于成本考虑，本发明Nb含量应合理控制在0.020～0.080％。
Ti在钢中起与Nb的作用相似，相比较而言，Ti的活性更大，易和钢中的C、N、S、O等形成化合物。由于Ti比Nb的固溶温度低，所以在相同的固溶温度下，Ti比Nb固溶的量要多。Ti一般在钢中以TiC或Ti(C,N)形式存在。此外，含Ti钢对工艺的敏感性较大。因此Ti含量应合理控制在0.10～0.15％。
Mo是中强碳化物形成元素，显著提高亚稳奥氏体稳定性，强烈抑制珠光体转变的进行，在铁素体转变区和贝氏体转变区之间形成具有较宽温度范围的亚稳奥氏体区域。同时Mo的添加使铁素体转变冷速范围缩短，铁素体转变量减少。Mo的加入可明显降低钢种对控冷工艺参数的敏感性，更易于在热连轧机组上通过控轧控冷工艺来获得双相组织。但Mo含量超过0.20％时，成本显著增加的同时可焊性大大降低，因此本发明Mo含量应合理控制在0.10～0.20％。
Ca可以改变钢中的夹杂物形态，使长条的MnS类夹杂转化为球状的CaS夹杂，进而改善成品扩孔性能及塑性。
按照上述成分及工艺制备的900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢，屈服强度为：750～850MPa，抗拉强度为：900～1000MPa，延伸率A80≥10％，扩孔率大于35％，表面粗糙度≤2.0μm。成品Rp0.2/Rm≤90％。可用于生产制造汽车底盘件、悬臂件以及商用车或载重货车等车型的车架、大梁等零部件，降低零件厚度起到轻量化的作用。
附图说明
图1为实施例2中的酸洗汽车用钢成品的微观组织图；
图2为实施例2中的酸洗汽车用钢成品的微观组织图；
图3为实施例4中的酸洗汽车用钢成品的上表面；
图4为实施例4中的酸洗汽车用钢成品的下表面。
具体实施方式
一种900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.07％～0.10％、Si：0.22％～0.32％、Mn：1.60％～2.20％、Al：0.030％～0.060％、P≤0.015％、S≤0.008％、Nb：0.020％～0.080％、Ti：0.10％～0.15％，Mo：0.10％～0.20％，Cr：0.2％～0.5％，且Mo/3+Cr≥0.6％，Ca≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质。
所述900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢的制造方法，包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF→RH→连铸→铸坯热装→热连轧→层流冷却→卷取→酸洗→卷取。
所述连铸步骤中，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。
所述热连轧步骤中，采用铸坯热装方式进行组产，热装温度≥400℃。铸坯加热温度1200～1250℃，保温2～3小时，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。
精轧入口温度为1030～1050℃，终轧温度控制在840～900℃；精轧前更换轧辊，在一个轧制周期的前1/3周期内进行轧制。
所述层流冷却步骤中，以前段冷却模式进行快速冷却，冷却速度30～50℃/s，
所述卷取步骤中，卷取温度控制在580-640℃。
所述酸洗步骤中，酸液温度控制在50～90℃，酸液浓度在20～200g/L，酸洗线速度≤150mpm酸洗采用轧制力模式，轧制力控制在100～300吨，平整延伸率为0.2～2.0％，平整过程中喷洒平整液，平整液为脱盐水。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
各实施例及对比例中的酸洗汽车用钢的化学成分及重量百分比如表1所示，余量为铁及不可避免的杂质。
表1
各实施例及对比例中的酸洗汽车用钢的生产工艺参数如表2所示。
表2
各实施例及对比例中的酸洗汽车用钢的性能如表3所示。
表3
上述参照实施例对一种900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢及其制造方法和应用进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.07％～0.10％、Si：0.22％～0.32％、Mn：1.60％～2.20％、Al：0.030％～0.060％、P≤0.015％、S≤0.008％、Nb：0.020％～0.080％、Ti：0.10％～0.15％，Mo：0.10％～0.20％，Cr：0.2％～0.5％，且Mo/3+Cr≥0.6％，
Ca≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质；
所述900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢的金相组织为贝氏体+铁素体+珠光体；
所述900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢制造方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF→RH→连铸→铸坯热装→热连轧→层流冷却→卷取→酸洗→卷取；
所述热连轧步骤中，粗轧进行3+3道次轧制；在2250mm热连轧机上进行7道次精轧；精轧前更换轧辊，在一个轧制周期的前1/3周期内进行轧制；
层流冷却后的卷取步骤中，卷取温度控制在580-640℃。
2.根据权利要求1所述的900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢，其特征在于，所述900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢的扩孔率大于35％，表面粗糙度≤2.0μm，屈强比≤0.9。
3.如权利要求1或2所述的900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF→RH→连铸→铸坯热装→热连轧→层流冷却→卷取→酸洗→卷取。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述热连轧步骤中，铸坯加热温度1200～1250℃，保温2～3小时。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，精轧入口温度为1030～1050℃，终轧温度控制在840～900℃。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述层流冷却步骤中，以前段冷却模式进行快速冷却，冷却速度30～50℃/s。
7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述酸洗步骤中，酸洗采用轧制力模式，轧制力控制在100～300吨，平整延伸率为0.2～2.0％，平整过程中喷洒平整液，平整液为脱盐水。
8.如权利要求1或2所述的900MPa级高表面质量的酸洗汽车用钢在制造汽车零部件中的应用。
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