CN115652055B - 一种热轧钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热轧钢板及其生产方法，通过钢板化学成分、轧制阶段钢板速度、温度和压下率调控，结合先空冷后水冷却的方式制得铁素体+贝氏体双相钢，钢板强度高，屈强比适中，扩孔率高，低温韧性好，可应用于制作商用车轮辋、轮辐或其他汽车结构件。
Description
技术领域
本发明涉及高强钢技术领域，具体涉及一种抗拉强度650MPa以上的汽车用热轧高强钢板及其生产方法。
背景技术
随着汽车工业的不断发展，汽车在安全性、环保性、舒适性等方面的要求不断提高，与之相应的汽车用钢的强度也不断提高。车轮和车架是汽车上重要的承载部件，目前汽车车轮和车架用钢的抗拉强度通常在400-550MPa级。近来，各主流汽车厂开始将目光放在了590-700MPa级的汽车用钢上面，该强度级别汽车用钢目前主要使用析出强化钢和铁素体-马氏体双相钢。双相钢如DP600等，其组织主要为铁素体+马氏体，该类钢屈强比较低（一般在0.55~0.70左右），可以解决加工成形困难问题，但因其屈服强度偏低，存在承载能力不足的问题。另一方面，该类钢组织中铁素体相和马氏体相力学性能差异大，扩孔过程中容易产生由于应力集中导致的微裂纹，从而使其扩孔率偏低，一般为30-40%左右。
目前，国内汽车用热轧高强钢专利较多，主要涉及合金化工艺、微观组织控制和生产工艺方面。现有汽车用热轧高强钢专利中，析出强化高强钢存在屈强比高、不易加工成形的问题；双相钢则存在Si含量高、合金成本高、扩孔率低、恒速轧制和分段冷却控制困难等问题，这些问题限制了汽车用高强钢的应用和发展。
在合金化工艺和微观组织控制方面，专利CN 102912235B和CN101550519B分别公开了“抗拉强度590MPa级热轧双相钢板及其制造方法”、“一种车轮用热轧双相钢板及其生产方法”，其所述钢的组织主要为铁素体+马氏体，钢的屈服强度偏低，主要在制作车轮轮辐中使用。该类钢由于存在抗拉强度低、扩孔率低等问题，不能用于制作轮辋。专利CN105925892B、CN106399820B和CN108018493A利用高硅和Nb+Ti复合强化、分段冷却等手段使钢的微观组织为铁素体+马氏体+微细碳化物颗粒，铁素体上析出微细碳化物颗粒提高了铁素体强度和钢的扩孔率。但其所述钢的扩孔率提升有限，且高Si添加容易导致表面“红铁皮”问题，Nb+Ti微合金元素的添加，增加了合金成本。CN109536845B公开了“一种抗拉强度590MPa级车轮用热轧铁素体贝氏体双相钢钢带及其制备方法”，在低碳、硅锰系成分基础上，添加Nb和Cr元素，通过前段冷却方式获得一种铁素体+贝氏体组织的钢，钢的屈服强度≥590MPa，同样的，该发明所述钢Si含量高，容易导致钢板表面“红铁皮”问题，且采用前段冷却工艺会导致铁素体来不及析出，铁素体量偏少，屈强比偏高，影响其加工性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热轧钢板及其生产方法，解决汽车用高强钢合金成本高、扩孔率低、屈强比高问题,可应用于制作商用车轮辋、轮辐或其他汽车结构件。
本发明的热轧钢板的生产方法为连铸坯经加热、轧制、冷却、卷取后制成热轧钢板，所述轧制工序包括粗轧和精轧，
粗轧过程中后5个道次的总压下率为75~80%；精轧过程中总压下率75~92%，当钢板成品厚度≥3.0mm且<6.0mm时，穿带速度4.0~5.0m/s，加速度0.1~0.2m/s2，最大轧制速度10m/s；当钢板成品厚度≥6.0mm且≤12.0mm时，穿带速度2.5~3.0m/s，加速度0.1~0.2m/s2，最大轧制速度5m/s；
冷却工序为先空冷至700~730℃，再以40~60℃/s的冷却速度水冷却至400~450℃。
进一步地，所述连铸坯加热的温度为1230~1250℃，时间为2~3h；和/或，粗轧采用1+5道次轧制。
进一步地，所述粗轧过程的温度为T=(Tnr+80)℃~1100℃，Tnr满足Tnr=887+464W(C)×100+363W(Al)×100-357W(Si)×100，其中，W(C)为热轧钢板中C的质量百分数、W(Al)为热轧钢板中Al的质量百分数、W(Si)为热轧钢板中Si的质量百分数。
更进一步地，所述终轧目标温度FT满足(Tnr-60)℃~(Tnr-80)℃，Tnr满足Tnr=887+464W(C)×100+363W(Al)×100-357W(Si)×100，其中，W(C)为热轧钢板中C的质量百分数、W(Al)为热轧钢板中Al的质量百分数、W(Si)为热轧钢板中Si的质量百分数。
更进一步地，所述冷却阶段，上集管用水量与上下集管总用水量的质量比λ为0.38~0.40。
进一步优选地，卷取工序的卷取温度为400~450℃。
进一步优选地，所述钢板的化学成分组成按质量百分比计依次为：C 0.11~0.15%，Si 0.04~0.15%，Mn 1.30~1.50%，P≤0.015%，S≤0.0050%，Cr 0.30~0.50%，N≤0.0040%，Al0.020~0.050%，Ca 0.0015~0.0030%，其余为铁和不可避免的杂质。
以下对本发明中各化学成分的主要作用及其用量的选择进行具体分析说明：
在成分设计中，提高钢的强度，可以考虑的合金元素有C、Mn、Nb、V、Ti、Mo等合金元素，但考虑到产品的塑性要求和焊接性能，C、Mn含量不宜过高。微合金元素V、Nb和Ti的添加可以通过细晶强化、沉淀强化来提高钢的强度，但这些强化作用会带来屈强比的升高，同时也会增加生产成本。本发明采用C-Mn-Cr成分，不添加Nb、Ti、V、Mo等微合金元素。
碳（C）：碳是钢中最经济的强化元素，强化效果好。本发明通过贝氏体相变强化获得高强度，增加碳含量可以增大贝氏体强度，但过高碳含量会使铁素体形成时间推后，不利于获得铁素体+贝氏体双相组织，同时会造成钢的韧性和塑性下降。因此，碳含量选择为0.11~0.15%。
硅（Si）：硅是双相钢合金化常用元素，常规双相钢硅含量0.5~2.0%，主要通过高硅获得较宽的铁素体形成工艺窗口，以方便在分段冷却的空冷段获得一定量的铁素体。但硅含量的增加会导致钢板“红铁皮”问题，且高硅对焊接性不利。本发明硅含量选择为0.04~0.15%，主要考虑获得适当的Mn/Si，同时兼顾硅对表面质量的影响，有利于钢板获得较好的焊接质量和表面质量。
锰（Mn）：锰在钢中起固溶强化作用，同时锰也有稳定奥氏体及细化铁素体晶粒的作用，本发明中通过锰元素保证获得足够量贝氏体，同时也可细化铁素体晶粒。但锰含量过高易形成偏析，会影响钢的扩孔率，同时也会降低钢板低温韧性。因此，锰含量选择为1.30~1.50%。
铬（Cr）：TTT曲线中，铬可以扩大铁素体相区，使获得铁素体的温度范围更广，铬在本发明中的作用主要是促进铁素体形成。铬含量选择为0.30~0.50%。
磷（P）：磷是钢中的杂质元素，会降低钢板低温韧性，但过低的磷也会增加炼钢成本。因此，磷含量选择为≤0.015%。
硫（S）：硫是钢中的杂质元素，易与Mn结合形成MnS夹杂，降低钢的低温韧性，同样过低的硫会增加炼钢成本。因此，硫含量选择为≤0.0050%。
铝（Al）：铝是钢中的脱氧元素，过多的铝易使钢中的Al2O3夹杂物增加，影响钢的低温韧性。因此，铝含量选择为0.020~0.050%。
钙（Ca）：炼钢过程钙处理可以改善夹杂物形态，形成球状夹杂物，减少A类夹杂物的出现。
氮（N）：氮是钢中的残余气体元素，其含量过高会损害钢的韧性和塑性，过低则会增加炼钢成本。因此N含量选择为≤0.0040%。
更进一步地，所述钢板成品厚度3.0~12.0mm，其组织为铁素体+贝氏体，其中贝氏体含量70~90%，其余为铁素体。
进一步优选地，所述钢板抗拉强度≥650MPa，延伸率A≥19%，屈强比≤0.82，扩孔率≥60%。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明通过轧制阶段钢板速度和压下率调控，即在粗轧阶段控制后5个道次的轧制压下率，使得板坯内部充分再结晶，获得细小均匀的奥氏体晶粒；在精轧阶段控制不同厚度的钢板的穿带速度、加速度和最大轧制速度以及精轧总压下率，使钢板在适当时间内积蓄大量的变形能；在冷却阶段控制空冷温度，积蓄的变形能使奥氏体变为铁素体，然后控制水冷的温度、冷却速度，使钢板的剩余奥氏体转变成贝氏体。这样制备的厚规格钢板上下表面获得均匀的组织，同时还可以避免钢板表面上下冷却不均产生的碗形等板形缺陷。避免了常规双相钢生产由于恒速轧制、分段冷却方式而导致的温度控制困难和性能波动问题，使得钢板的强度和扩孔率明显提高，屈强比适中，且不会出现“红铁皮”问题。
（2）本发明的钢板无微合金元素V、Nb、Ti和Mo添加，合金成本低，且可以与常规钢种连浇，炼钢易于实现；Si含量低，同时避免了常规双相钢由于高Si含量导致的“红铁皮”问题、焊接问题和铁素体晶粒粗大问题。
（3）本发明钢板强度高，屈强比适中，扩孔率高，低温韧性好。与析出强化型高强钢相比，本发明钢板屈强比低于析出强化钢，易于加工；与铁素体+马氏体双相钢相比，本发明钢板扩孔率高、承载能力强，且炼钢和轧钢生产易于实现。
具体实施方式
实施例1
一种抗拉强度650MPa级汽车用热轧高强钢板及其生产方法，其化学成分质量百分比依次为：C 0.13%，Si 0.08%，Mn 1.40%，P 0.011%，S 0.004%，Cr 0.40%，Alt 0.032%，N0.0040%，Ca 0.020%，其余为铁和不可避免的杂质。
按上述化学成分冶炼、浇注成连铸坯，连铸坯在1240℃下加热以及2.5h的保温、轧制、冷却和卷取工序制成钢板，其中，轧制包括粗轧阶段和精轧阶段，粗轧阶段采用1+5道次轧制，后5个道次总压下量78%，其轧制在温度区间(Tnr+80)℃~1100℃进行，其中Tnr为930℃，轧制的温度为1055℃，即在温度区间1010~1100℃中。道次间隔时间20s。精轧阶段的穿带速度4.5m/s，加速度0.2m/s2，最大轧制速度10m/s；终轧目标温度FT满足(Tnr-60)℃~(Tnr-80)℃，终轧温度为860℃，即在温度区间850~870℃中，精轧总压下率84%。
冷却过程中，钢板采用前段空冷+后段水冷却工艺，前段空冷至715℃后，进入水冷却，水冷却的冷却速度为50℃/s，水冷却至430℃，冷却段水比λ为0.39。卷取温度为430℃。
本实施例得到的钢板厚度5.5mm，其组织为铁素体+贝氏体，按体积比，铁素体占比17%，贝氏体占比83%。
实施例2
一种抗拉强度650MPa级汽车用热轧高强钢板及其生产方法，其化学成分质量百分比为：C 0.15%，Si 0.14%，Mn 1.50%，P 0.015%，S 0.005%，Cr 0.5%，Alt 0.037%，N0.0040%，Ca 0.0025%，其余为铁和不可避免的杂质。
按上述化学成分冶炼、浇注成连铸坯，连铸坯经过1230℃的加热以及2h的保温、轧制、冷却和卷取工序制成钢板，其中，轧制包括粗轧阶段和精轧阶段，粗轧阶段采用1+5道次轧制，所述后5个道次总压下量
75%，其轧制在温度区间(Tnr+80)℃~1100℃进行，其中Tnr为920℃，轧制的温度为1050℃，即在温度区间1000~1100℃中。道次间隔时间30s；精轧阶段的穿带速度2.5m/s，加速度0.1m/s2，最大轧制速度5.0m/s；终轧目标温度FT满足(Tnr-60)℃~(Tnr-80)℃，即终轧温度为850℃，即在温度区间840~860℃中，精轧总压下率75%；
（2）冷却和卷取，钢板采用空冷+后段水冷却工艺，前段空冷至700℃后，进入水冷却，水冷却的冷却速度为40℃/s，水冷却至450℃，冷却段水比λ为0.40。卷取温度为450℃。
本实施例得到的钢板厚度10mm，其组织为铁素体+贝氏体，按体积比，铁素体占比20%，贝氏体占比80%。
实施例3
一种抗拉强度650MPa级汽车用热轧高强钢板及其生产方法，其化学成分质量百分比为：C 0.11%，Si 0.04%，Mn 1.30%，P 0.014%，S 0.004%，Cr 0.30%，Alt 0.045%，N0.0030%，Ca 0.0015%，其余为铁和不可避免的杂质。
按上述化学成分冶炼、浇注成连铸坯，连铸坯经过1250℃的加热以及3h的保温、轧制、冷却和卷取工序制成钢板，其中，轧制包括粗轧阶段和精轧阶段，粗轧阶段，采用1+5道次轧制，后5个道次总压下量80%，其轧制在温度区间(Tnr+80)℃~1100℃进行，其中Tnr为940℃，轧制的温度为1060℃，即在温度区间1020~1100℃中，道次间隔时间10s；精轧阶段的穿带速度4.5m/s，加速度0.2m/s2，最大轧制速度10m/s；终轧目标温度FT满足(Tnr-60)℃~(Tnr-80)℃，即终轧温度为870℃，即在温度区间860~880℃中，精轧总压下率87%；
冷却过程中，钢板采用空冷+后段水冷却工艺，前段空冷至730℃，进入水冷却，水冷却的冷却速度为60℃/s，水冷却至400℃，冷却段水比λ为0.38。卷取温度为400℃。
本实施例得到的钢板厚度3.0mm，其组织为铁素体+贝氏体，按体积比，铁素体占比11%，贝氏体占比89%。
实施例4
一种抗拉强度650MPa级汽车用热轧高强钢板及其生产方法，其化学成分质量百分比为：C 0.15%，Si 0.04%，Mn 1.30%，P 0.014%，S 0.004%，Cr 0.30%，Alt 0.04%，N0.0030%，Ca 0.0015%，其余为铁和不可避免的杂质。
按上述化学成分冶炼、浇注成连铸坯，连铸坯经过1240℃的加热以及2.5h的保温、轧制、冷却和卷取工序制成钢板，其中，轧制包括粗轧阶段和精轧阶段，粗轧阶段，采用1+5道次轧制，后5个道次总压下量80%，其轧制在温度区间(Tnr+80)℃~1100℃进行，其中Tnr为957℃，轧制的温度为1069℃，即在温度区间1037-1100℃中，道次间隔时间10s；精轧阶段的穿带速度4.5m/s，加速度0.20m/s2，最大轧制速度10m/s；终轧目标温度FT满足(Tnr-60)℃~(Tnr-80)℃，终轧温度为887℃，即在温度区间877~897℃中，精轧总压下率87%；
冷却过程中，钢板采用前段空冷+后段水冷却工艺，前段空冷至720℃后，进入水冷却，水冷却的冷却速度为55℃/s，水冷却至410℃，冷却段水比λ为0.38。卷取温度为410℃。
本实施例得到的钢板厚度4.5mm，其组织为铁素体+贝氏体，按体积比，铁素体占比10%，贝氏体占比90%。
实施例5
一种抗拉强度650MPa级汽车用热轧高强钢板及其生产方法，其化学成分质量百分比为：C 0.11%，Si 0.15%，Mn 1.30%，P 0.014%，S 0.004%，Cr 0.30%，Alt 0.02%，N0.0030%，Ca 0.0015%，其余为铁和不可避免的杂质。
按上述化学成分冶炼、浇注成连铸坯，连铸坯经过1240℃的加热、2.5h的保温、轧制、冷却和卷取工序制成钢板，其中，轧制包括粗轧阶段和精轧阶段，粗轧阶段采用1+5道次轧制，后5个道次总压下量80%，其轧制在温度区间(Tnr+80)℃~1100℃进行，其中Tnr为892℃，轧制的温度为1036℃，即在温度区间972~1100℃中，道次间隔时间10s；精轧阶段的穿带速度4.5m/s，加速度0.10m/s2，最大轧制速度10m/s；终轧目标温度FT满足(Tnr-60)℃~(Tnr-80)℃，终轧温度为825℃，即在温度区间820~830℃中，精轧总压下率87%；
冷却过程中，钢板采用前段空冷+后段水冷却工艺，前段空冷至720℃后，进入水冷却，水冷却的冷却速度为55℃/s，水冷却至410℃，冷却段水比λ为0.38。卷取温度为410℃。
本实施例得到的钢板厚度4.5mm，其组织为铁素体+贝氏体，按体积比，铁素体占比12%，贝氏体占比88%。
对比例1
一种抗拉强度650MPa级汽车用热轧高强钢板及其生产方法，其化学成分质量百分比以及工艺步骤和参数与实施例1基本相同，区别仅在于，本对比例的前段空冷至600℃后，进入水冷却，水冷却的冷却速度为65℃/s，水冷却至440℃，冷却段水比λ为0.42。卷取温度为435℃。
本对比例得到的钢板厚度5.5mm，其组织为铁素体+珠光体+贝氏体，按体积比，铁素体占比32%，珠光体占比8%，贝氏体占比60%。
对比例2
一种抗拉强度650MPa级汽车用热轧高强钢板及其生产方法，其化学成分质量百分比以及工艺步骤和参数与实施例1基本相同，区别仅在于，本对比例的前段空冷至740℃后，进入水冷却，水冷却的冷却速度为60℃/s，水冷却至440℃，冷却段水比λ为0.35。卷取温度为440℃。
本对比例得到的钢板厚度5.5mm，其组织为铁素体+贝氏体，按体积比，铁素体占比8%，贝氏体占比92%。
对比例3
一种抗拉强度650MPa级汽车用热轧高强钢板及其生产方法，其化学成分质量百分比以及工艺步骤和参数与实施例1基本相同，区别仅在于，本对比例在精轧阶段的穿带速度6m/s，加速度0.23m/s2，最大轧制速度15m/s。
本对比例得到的钢板厚度5.5mm，其组织为铁素体+珠光体+贝氏体，按体积比，铁素体+珠光体占比80%，贝氏体占比20%。
对比例4
一种抗拉强度650MPa级汽车用热轧高强钢板及其生产方法，其化学成分质量百分比以及工艺步骤和参数与实施例1基本相同，区别仅在于，本对比例在精轧阶段的穿带速度2.5m/s，加速度0.1m/s2，最大轧制速度5m/s。
本对比例得到的钢板厚度5.5mm，其组织为铁素体+贝氏体，按体积比，铁素体占比22%，贝氏体占比78%。
对比例5
取实施例1所述同炉次连铸坯，连铸坯经过1240℃的加热以及2.5h的保温、轧制、冷却和卷取工序制成钢板，其加热、保温、轧制工艺均与实施例1相同，冷却采用常规前段水冷+空冷冷却模式，前段水冷却至570℃，水冷却的冷却速度50℃/s，空冷却至温度为430℃。
本对比例得到的钢板厚度5.5mm，其组织为铁素体+珠光体组织，铁素体占86%。珠光体占14%。
按照GB/T228.1-2021、GB/T15285.4方法分别检测实施例1-5制得的钢板的拉伸强度、抗拉强度、延伸率以及扩孔率，检测对比例1、3-5的拉伸强度、抗拉强度，对比例1-2、4-5的延伸率，对比例1-5的扩孔率，观察各实施例和对比例制得的钢板有无“红铁皮”现象，结果见表1-3。
表1 本发明实施例和对比例钢板的拉伸和扩孔性能
表2 本发明实施例和对比例钢板的拉伸和扩孔性能
表3 本发明实施例和对比例钢板的拉伸和扩孔性能
从表中可以得知，相比于各对比例来说，本发明各实施例制得的钢板强度、扩孔率明显提高，且外观正常，无红铁皮出现，屈强比适中，在0.75-0.82之间。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种热轧钢板的生产方法，其特征在于，连铸坯经加热、轧制、冷却、卷取后制成热轧钢板，
所述连铸坯的化学成分组成按质量百分比计依次为：C 0.11~0.15%，Si 0.04~0.15%，Mn 1.30~1.50%，P≤0.015%，S≤0.0050%，Cr 0.30~0.50%，N ≤0.004%，Al 0.020~0.050%，Ca 0.0015~0.0030%，其余为铁和不可避免的杂质；
所述轧制工序包括粗轧和精轧，粗轧过程中后5个道次的总压下率为75~80%，温度为T=(80+Tnr)℃~1100℃；精轧过程中总压下率75~92%，当钢板成品厚度≥3.0mm且<6.0mm时，穿带速度4.0-5.0m/s，加速度0.1~0.2m/s2，最大轧制速度10m/s；当钢板成品厚度≥6.0mm且≤12.0mm时，穿带速度2.5~3.0m/s，加速度0.1~0.2m/s2，最大轧制速度5m/s，终轧目标温度FT满足(Tnr-60)℃~(Tnr-80)℃；
轧制工艺中Tnr满足Tnr=887+464W(C)×100+363W(Al)×100-357W(Si)×100，其中，W(C)为热轧钢板中C的质量百分数、W(Al)为热轧钢板中Al的质量百分数、W(Si)为热轧钢板中Si的质量百分数；
所述冷却工序为先空冷至700~730℃，再以40~60℃/s的冷却速度将水冷却至400~450℃。
2.根据权利要求1所述的一种热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸坯加热的温度为1230~1250℃，时间为2~3h；和/或，粗轧采用1+5道次轧制。
3.根据权利要求1所述的一种热轧钢板的生产方法，其特征在于，所述冷却阶段，上集管用水量与上下集管总用水量的质量比λ为0.38~0.40。
4.根据权利要求1所述的一种热轧钢板的生产方法，其特征在于，卷取工序的卷取温度为400~450℃。
5.一种权利要求1-4中任一所述的生产方法所生产的热轧钢板。
6.根据权利要求5所述的一种热轧钢板，其特征在于，所述钢板成品厚度3.0~12.0mm，其组织为铁素体+贝氏体，其中贝氏体含量70~90%，其余为铁素体。
7.根据权利要求5所述的一种热轧钢板，其特征在于，所述钢板抗拉强度≥650MPa，延伸率A≥19%，屈强比≤0.82，扩孔率≥60%。
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