CN116288042A - 一种抗拉强度大于700MPa厚度2-4mm的热轧汽车结构用钢及其生产方法 - Google Patents

一种抗拉强度大于700MPa厚度2-4mm的热轧汽车结构用钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种抗拉强度大于700MPa厚度2‑4mm的热轧汽车结构用钢及其生产方法，其中提供的热轧汽车结构用钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.06～0.08％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.50～1.65％，P≤0.020％，S≤0.005％，Alt：0.020～0.060％，Cr：0.35～0.45％，Mo：0.22～0.32％，V：0.10～0.20％，Ca：0.0010～0.0030％，其余为Fe及不可避免夹杂。本发明提供的厚度2‑4mm的热轧汽车结构用钢具有高强度、高韧性、高成形精度等优点，可实现车辆自重和能耗的降低，极好地满足了汽车结构用钢的需求。

Description

一种抗拉强度大于700MPa厚度2-4mm的热轧汽车结构用钢及 其生产方法
技术领域
本发明属于冶金材料生产技术领域，具体涉及一种抗拉强度大于700MPa厚度2-4mm的热轧汽车结构用钢及其生产方法，尤其涉及一种低成本的抗拉强度大于700MPa厚度2-4mm的热轧汽车结构用钢及其生产方法。
背景技术
现代和未来汽车的发展趋势为低能耗、减重化和高安全，为适应这一发展趋势，钢铁企业、科研院所及汽车制造商积极致力于汽车车身“轻量化”，大量实验数据证明，汽车重量减少50％，燃料消耗将会降低将近一半。在保证车身安全的前提下，使用高强度(例如700MPa以上)、薄规格汽车用钢是实现汽车减重节能、提高安全性的有效手段。
由于700MPa以上高强度钢材产品对成分设计、生产的控制要求高，同时要求产品具有高的强度，还要具有良好的焊接性能、成型性能及冲击韧性等，当前各钢厂对于700Mpa以上级别的热轧高强钢的主要生产厚度为4mm以上，小于4mm的产品并不多。例如专利文献CN107043890A(以下称文献1)公布了一种厚度1.5～3.0mm屈服强度大于700MPa的热轧汽车用钢及其制造方法，其化学成分配比为C：0.02～0.06％，Mn：1.20～2.00％，Als：0.01～0.05％，P≤0.01％，S≤0.05％，Nb：0.01～0.05％，Ti：0.05～0.12％，V：0.05～0.20％，Mo：0.12～0.20％。专利文献CN109023109A(以下称文献2)公布了采用短流程生产的700MPa级薄规格热轧汽车结构钢及方法，其化学成分配比为C：0.05～0.08％，Si≤0.20％，Mn：1.40～1.70％，Ti：0.11～0.15％，Mo：0.15～0.19％，Nb：0.025～0.050％，V：0.015～0.045％，Als：0.015～0.050％，P≤0.020％，S≤0.006％，N≤0.006％。专利文献CN107236900A(以下称文献3)公布了一种含钒700MPa级汽车传动轴用热轧钢带、生产方法及应用，其化学成分配比为C：0.05～0.08％，Si≤0.12％，Mn：1.50～1.85％，P≤0.020％，S≤0.010％，V≥0.025％，Ti≤0.10％，Nb≤0.04％，Als≤0.05％，N≤0.006％。上述文献1-3虽然均生产了一种700MPa热轧汽车结构钢，但是它们在成分设计中均添加了Nb元素，由于Nb合金成本较高，会显著增加吨钢生产成本；另外，上述文献2虽然着重介绍了其设备的操作过程，但对其具体工艺流程描述却不够细致，不涉及热轧钢带的显微组织、精轧开轧温度、冷却速度、过热度等工艺参数。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种抗拉强度大于700MPa厚度2-4mm的热轧汽车结构用钢及其生产方法，本发明提到的汽车结构用钢具有高强度、高韧性、高成形精度等优点，通过提高材料的强度、减少钢板的厚度，可实现车辆自重和能耗的降低，极好地满足了汽车结构用钢的需求，且各项性能均满足相关标准要求和用户使用需求。
本发明具体通过以下技术方案实现：
在本发明的一个方面，本发明提供一种抗拉强度大于700MPa厚度2-4mm的热轧汽车结构用钢，其化学成分按质量百分比计为：C：0.06～0.08％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.50～1.65％，P≤0.020％，S≤0.005％，Alt：0.020～0.060％，Cr：0.35～0.45％，Mo：0.22～0.32％，V：0.10～0.20％，Ca：0.0010～0.0030％，其余为Fe及不可避免夹杂。
在一些实施方式中，所述热轧汽车结构用钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.070％，Si：0.15％，Mn：1.55％，P：0.018％，S：0.004％，Alt：0.050％，Cr：0.37％，Mo：0.24％，V：0.15％，Ca：0.0015％，其余为Fe及不可避免夹杂。
在一些实施方式中，所述热轧汽车结构用钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.075％，Si：0.18％，Mn：1.58％，P：0.016％，S：0.003％，Alt：0.040％，Cr：0.40％，Mo：0.30％，V：0.12％，Ca：0.0026％，其余为Fe及不可避免夹杂。
在一些实施方式中，所述热轧汽车结构用钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.066％，Si：0.20％，Mn：1.60％，P：0.015％，S：0.003％，Alt：0.030％，Cr：0.42％，Mo：0.26％，V：0.17％，Ca：0.0018％，其余为Fe及不可避免夹杂。
在一些实施方式中，所述热轧汽车结构用钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.062％，Si：0.22％，Mn：1.63％，P：0.017％，S：0.002％，Alt：0.035％，Cr：0.36％，Mo：0.28％，V：0.16％，Ca：0.0018％，其余为Fe及不可避免夹杂。
在一些实施方式中，所述热轧汽车结构用钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.080％，Si：0.25％，Mn：1.65％，P：0.018％，S：0.002％，Alt：0.025％，Cr：0.44％，Mo：0.32％，V：0.19％，Ca：0.0016％，其余为Fe及不可避免夹杂。
在一些实施方式中，所述热轧汽车结构用钢的显微组织为铁素体和粒状贝氏体组成，力学性能满足：屈服强度687～720MPa，抗拉强度780～795MPa，延伸率16～21％。
在本发明的另一方面，提供一种热轧汽车结构用钢的生产方法，其包括以下工艺：冶炼—连铸—板坯加热—轧制—冷却—卷取；其中：
所述冶炼—连铸工艺流程包括：KR脱硫—转炉—LF精炼—RH真空处理—板坯连铸—缓冷，供铸机钢水成分为C：0.06～0.08％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.50～1.65％，P≤0.020％，S≤0.005％，Alt：0.020～0.060％，Cr：0.35～0.45％，Mo：0.22～0.32％，V：0.10～0.20％，Ca：0.0010～0.0030％；
所述板坯加热工艺包括，经过表面清理后的板坯送入加热炉，严格控制板坯加热温度、在炉时间和出炉温度，加热温度控制1250±20℃，在炉时间控制160～240min，出炉温度控制1250±20℃；
所述轧制工艺包括粗轧阶段和精轧阶段，所述粗轧阶段采用3+3模式两机架轧机进行粗轧，精轧阶段采用7机架连续变凸度轧机进行精轧，精轧阶段采用升速轧制；所述精轧入口厚度为40mm，精轧的开轧温度不小于1080℃，所述精轧的终轧温度为890±20℃；
所述冷却工艺采用层流冷却设备，冷却模式采用计算机二级系统自学习计算结果；
所述卷取温度为560±15℃。
以上技术方案通过合理的成分设计，并结合优化的生产工艺参数提供一种抗拉强度大于700MPa厚度2-4mm的热轧汽车结构用钢，该钢种显微组织为铁素体和粒状贝氏体组成，力学性能满足：屈服强度687～720MPa，抗拉强度780～795MPa，延伸率16～21％，弯曲性能良好，该钢种具有较高的强度和良好的成型能力等综合性能，不仅在性能方面满足强度和成型性能的良好匹配，而且产品表面质量良好；其次生产方法简单易行，适合工业化批量生产，极好地满足了汽车轻量化车身底盘等结构用钢的需求，且各项性能均满足相关标准要求和用户使用需求；再者，在该钢种的成分设计中不含有Nb元素，相对于上述文献1-3，可以明显降低生产成本。
附图说明
图1为实施例1生产的抗拉强度大于700MPa厚度2-4mm的热轧汽车结构用钢的显微组织照片。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的内容，实施例旨在有助于理解本发明，而不在于限制本发明的内容。
实施例1
将铁水进行脱硫预处理，采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，废钢加入转炉，转炉出钢温度1653℃。然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度≥1564℃，LF炉外精炼进行测温和成分微调，LF炉外精炼供铸机化学成分如表1所示。板坯连铸过热度为28℃，之后进行板坯清理、缓冷以及连铸坯质量检查。板坯加热温度为1246℃，加热时间为235min，将加热后的板坯进行高压水除磷。通过定宽压力机定宽，采用2机架粗轧，7机架CVC精轧。精轧开轧温度1082℃，精轧终轧温度为890℃，成品厚度2.0mm。层流冷却采用前分散冷却，冷却速度28℃/s，钢带温度降低到570℃进行卷取。最后进行产品性能检测，如下表2所示。如图1所示，示出了该实施例获得的热轧汽车结构用钢的显微组织图，可见显微组织为铁素体和粒状贝氏体。
实施例2
将铁水进行脱硫预处理，采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，废钢加入转炉，转炉出钢温度1647℃。然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度≥1566℃，LF炉外精炼进行测温和成分微调，LF炉外精炼供铸机化学成分如表1所示。板坯连铸过热度为26℃，之后进行板坯清理、缓冷以及连铸坯质量检查。板坯加热温度为1253℃，加热的时间为238min，将加热后的板坯进行高压水除磷。通过定宽压力机定宽，采用2机架粗轧，7机架CVC精轧。精轧开轧温度1080℃，精轧终轧温度为900℃，成品厚度2.5mm。层流冷却采用前分散冷却，冷却速度26℃/s，钢带温度降低到573℃进行卷取，最后进行产品性能检测，如下表2所示。
实施例3
将铁水进行脱硫预处理，采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，废钢加入转炉，转炉出钢温度1641℃。然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度≥1562℃，LF炉外精炼进行测温和成分微调，LF炉外精炼供铸机化学成分如表1所示。板坯连铸过热度为32℃，之后进行板坯清理、缓冷以及连铸坯质量检查。板坯加热温度为1255℃，加热的时间为233min，将加热后的板坯进行高压水除磷。通过定宽压力机定宽，采用2机架粗轧，7机架CVC精轧。精轧开轧温度1081℃，精轧终轧温度为893℃，成品厚度3.0mm。层流冷却采用前分散冷却，冷却速度27℃/s，钢带温度降低到568℃进行卷取，最后进行产品性能检测，如下表2所示。
实施例4
将铁水进行脱硫预处理，采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，废钢加入转炉，转炉出钢温度1645℃。然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度≥1560℃，LF炉外精炼进行测温和成分微调，LF炉外精炼供铸机化学成分如表1所示。板坯连铸过热度为27℃，之后进行板坯清理、缓冷以及连铸坯质量检查。板坯加热温度为1260℃，加热时间为228min，将加热后的板坯进行高压水除磷。通过定宽压力机定宽，采用2机架粗轧，7机架CVC精轧。精轧开轧温度1086℃，精轧终轧温度为902℃，成品厚度3.5mm。层流冷却采用前分散冷却，冷却速度25℃/s，钢带温度降低到572℃进行卷取，最后进行产品性能检测，如下表2所示。
实施例5
将铁水进行脱硫预处理，采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，废钢加入转炉，转炉出钢温度1650℃。然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度≥1565℃，LF炉外精炼进行测温和成分微调，LF炉外精炼供铸机化学成分如表1所示。板坯连铸过热度为30℃，之后进行板坯清理、缓冷以及连铸坯质量检查。板坯加热温度为1258℃，加热时间为237min，将加热后的板坯进行高压水除磷。通过定宽压力机定宽，采用2机架粗轧，7机架CVC精轧。精轧开轧温度1083℃，精轧终轧温度为896℃，成品厚度4.0mm。层流冷却采用前分散冷却，冷却速度26℃/s，钢带温度降低到556℃进行卷取，最后进行产品性能检测，如下表2所示。
对比例1
生产方法按照实施例1所示的方法，不同之处在于LF炉外精炼供铸机化学成分与实施例1所用的不同，如下表1所示。最后进行产品性能检测，如下表2所示。
对比例2
生产方法按照实施例5所示的方法，不同之处在于LF炉外精炼供铸机化学成分与实施例5所用的不同，如下表1所示。最后进行产品性能检测，如下表2所示。
对比例3-4
对比例3-4的生产方法按照实施例1所示的方法，不同之处在于终轧温度与实施例1不同，具体地，对比例3的终轧温度为860℃，对比例4的终轧温度为920℃。最后进行产品性能检测，如下表2所示。
表1：本发明实施例1～5对比例1～4的化学成分(wt％)
实施例 C Si Mn P S Alt Cr Mo V Ca
1 0.070 0.15 1.55 0.018 0.004 0.050 0.37 0.24 0.15 0.0015
2 0.075 0.18 1.58 0.016 0.003 0.040 0.40 0.30 0.12 0.0026
3 0.066 0.20 1.60 0.015 0.003 0.030 0.42 0.26 0.17 0.0018
4 0.062 0.22 1.63 0.017 0.002 0.035 0.36 0.28 0.16 0.0018
5 0.080 0.25 1.65 0.018 0.002 0.025 0.44 0.32 0.19 0.0016
对比例1 0.073 0.18 1.70 0.016 0.003 0.040 0.48 0.35 0.22 0.0018
对比例2 0.076 0.20 1.45 0.016 0.002 0.028 0.30 0.18 0.08 0.0016
对比例3 0.070 0.15 1.55 0.018 0.004 0.050 0.37 0.24 0.15 0.0015
对比例4 0.070 0.15 1.55 0.018 0.004 0.050 0.37 0.24 0.15 0.0015
表2：本发明实施例1～5和对比例1～4的钢卷的力学性能
Figure BDA0004088864870000051
Figure BDA0004088864870000061
由以上表1和表2记载的内容可知，本发明提供的热轧汽车结构用钢的力学性能可满足：屈服强度660～830MPa，抗拉强度≥760MPa，延伸率≥16％，优选可满足：屈服强度687～720MPa，抗拉强度780～795MPa，延伸率16～21％，弯曲试验完好，该钢种具有较高的强度和良好的成型能力等综合性能，不仅在性能方面满足强度和成型性能的良好匹配，而且产品表面质量良好；其次生产方法简单易行，适合工业化批量生产，极好地满足了汽车结构用钢的需求，且各项性能均满足相关标准要求和用户使用需求。根据对比例1-2的结果可知，当该热轧汽车结构用钢产品的化学成分含量不能满足本发明的要求时，会导致获得的该产品不能满足预定的力学性能要求，例如对比例1获得的产品延伸率偏低，弯曲试验不合格导致该钢在使用过程中发生开裂；对比例2获得的产品则达不到预定的强度要求。根据对比例3-4的结果可知，当热轧汽车结构用钢的化学成分含量满足本发明的要求，但生产工艺参数不能满足本发明的要求时，主要为终轧温度，可能会导致获得的产品达不到预定的塑性或强度要求，在后续加工使用中易开裂且承重能力大大降低。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抗拉强度大于700MPa厚度2-4mm的热轧汽车结构用钢，其化学成分按质量百分比计为：C：0.06～0.08％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.50～1.65％，P≤0.020％，S≤0.005％，Alt：0.020～0.060％，Cr：0.35～0.45％，Mo：0.22～0.32％，V：0.10～0.20％，Ca：0.0010～0.0030％，其余为Fe及不可避免夹杂。
2.根据权利要求1所述的热轧汽车结构用钢，其化学成分按质量百分比计为：C：0.070％，Si：0.15％，Mn：1.55％，P：0.018％，S：0.004％，Alt：0.050％，Cr：0.37％，Mo：0.24％，V：0.15％，Ca：0.0015％，其余为Fe及不可避免夹杂。
3.根据权利要求1所述的热轧汽车结构用钢，其化学成分按质量百分比计为：C：0.075％，Si：0.18％，Mn：1.58％，P：0.016％，S：0.003％，Alt：0.040％，Cr：0.40％，Mo：0.30％，V：0.12％，Ca：0.0026％，其余为Fe及不可避免夹杂。
4.根据权利要求1所述的热轧汽车结构用钢，其化学成分按质量百分比计为：C：0.066％，Si：0.20％，Mn：1.60％，P：0.015％，S：0.003％，Alt：0.030％，Cr：0.42％，Mo：0.26％，V：0.17％，Ca：0.0018％，其余为Fe及不可避免夹杂。
5.根据权利要求1所述的热轧汽车结构用钢，其化学成分按质量百分比计为：C：0.062％，Si：0.22％，Mn：1.63％，P：0.017％，S：0.002％，Alt：0.035％，Cr：0.36％，Mo：0.28％，V：0.16％，Ca：0.0018％，其余为Fe及不可避免夹杂。
6.根据权利要求1所述的热轧汽车结构用钢，其化学成分按质量百分比计为：C：0.080％，Si：0.25％，Mn：1.65％，P：0.018％，S：0.002％，Alt：0.025％，Cr：0.44％，Mo：0.32％，V：0.19％，Ca：0.0016％，其余为Fe及不可避免夹杂。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的热轧汽车结构用钢，其显微组织为铁素体和粒状贝氏体组成，力学性能满足：屈服强度687～720MPa，抗拉强度780～795MPa，延伸率16～21％。
8.权利要求1-7中任一项所述的热轧汽车结构用钢的生产方法，其包括以下工艺：冶炼—连铸—板坯加热—轧制—冷却—卷取；其中：
所述冶炼—连铸工艺流程包括：KR脱硫—转炉—LF精炼—RH真空处理—板坯连铸—缓冷，供铸机钢水成分为C：0.06～0.08％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.50～1.65％，P≤0.020％，S≤0.005％，Alt：0.020～0.060％，Cr：0.35～0.45％，Mo：0.22～0.32％，V：0.10～0.20％，Ca：0.0010～0.0030％；
所述板坯加热工艺包括，经过表面清理后的板坯送入加热炉，严格控制板坯加热温度、在炉时间和出炉温度，加热温度控制1250±20℃，在炉时间控制160～240min，出炉温度控制1250±20℃；
所述轧制工艺包括粗轧阶段和精轧阶段，所述粗轧阶段采用3+3模式两机架轧机进行粗轧，精轧阶段采用7机架连续变凸度轧机进行精轧，精轧阶段采用升速轧制；所述精轧入口厚度为40mm，精轧的开轧温度不小于1080℃，所述精轧的终轧温度为890±20℃；
所述冷却工艺采用层流冷却设备，冷却模式采用计算机二级系统自学习计算结果；
所述卷取温度为560±15℃。
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