CN102534367A

CN102534367A - 一种超高强热轧汽车结构用钢及制备方法

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Publication number: CN102534367A
Application number: CN2011103976106A
Authority: CN
Inventors: 唐荻; 白瑞国; 赵征志; 宫彦岭; 赵爱民; 王金柱; 米振莉; 田海平; 武会宾; 尹志尧; 孙蓟泉; 张俊粉; 赵代银; 孙薇; 黄耀; 赵文龙
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd Chengde Branch
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd Chengde Branch
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-07-04

Abstract

一种超高强热轧汽车结构用钢及制备方法，属于合金钢生产工艺领域。其中碳含量：0.08％～0.12%；硅含量：0.10％～0.50%；锰含量：1.5％～2.50%；磷含量＜0.02%；硫含量＜0.01%；铝含量：0.02％～0.05%；钒含量：0.08～0.25%；氮含量：0.03％～0.06%；其余为Fe和其它不可避免的杂质。生产工艺为：转炉冶炼→炉外精炼→连铸→热轧→卷取。主要工艺参数为：连铸板坯加热温度1150-1220℃，保温0.5-1小时，开轧温度1100-1180℃，终轧温度850-1000℃，卷取温度500-650℃，热轧总压下率大于85%。本发明采用钒氮微合金化，通过增氮促进钒析出同时细化晶粒，以析出强化和细晶强化为主要强化手段，能够获得屈服强度大于700MPa，抗拉强度大于800MPa，断后总延伸率大于20%，塑性和冷弯性能优良的高强度汽车结构用钢。

Description

一种超高强热轧汽车结构用钢及制备方法

技术领域

本发明属于合金钢生产工艺领域，适用于以钒作为主要强化元素的合金钢的生产，特别适用于生产抗拉强度大于800MPa，并且具有良好韧性和成形性的超高强度汽车结构用钢的生产。

背景技术

目前国内生产的高强度汽车结构用钢，一般都采用复合添加Nb、Ti、Mo等合金元素进行微合金化，其基本思路就是采用Nb阻碍奥氏体再结晶细化晶粒，采用Ti和V等进行析出强化，采用Mo推迟珠光体转变以得到贝氏体或铁素体等强化组织。这样的生产方式添加的微合金量较多，同时对控轧控冷技术要求较高，产品性能对工艺较为敏感，波动较大，且成本较高。在碳锰钢的基础上单独添加钒和氮进行微合金化，由于钒是微合金化元素中最易固溶的，且不易出现横向裂纹，因此相对比较容易实现连铸。另外，由于微合金元素V的固溶析出温度较低，因此，需要的加热温度较低，因此，可以在C-Mn钢生产相近的条件下进行生产。含V钢可以通过再结晶控轧来生产，其轧制温度较高，不必通过降低终轧温度来提高钢板强度，因此，不需要大幅度增加轧机负荷，其力学性能相对终轧温度不敏感。

目前V-N微合金化技术在国内主要用于高强度钢筋的生产，攀钢研究开发钒氮微合金化500MPa级高强度钢筋；德国开发的屈服强度为500MPa级别高强度钢筋采用了钒氮微合金化技术。V-N微合金化技术用在汽车结构用钢的生产上还处于起步阶段。

北美的薄板坯连铸连轧企业主要利用V-N微合金化的沉淀强化作用，所开发的V-N微合金钢的主要强化机制是V 的沉淀强化。其产品的成分和性能如表1所示。其产品的铁素体晶粒尺寸较大，强度水平较低，抗拉强度仅达到600MPa左右。

表1 北美薄板坯生产V-N钢的成分及性能

试样号	钢带厚度	C/wt%	Si/wt%	Mn/wt%	Al/wt%	V/wt%	N/wt%	Rel/MPa	Rm/MPa	A/%
											A-11	12.6	0.064	0.01	1.01	0.039	0.065	0.014	425	505	33
A-12	7.8	0.053	0.01	0.99	0.036	0.067	0.156	506	529	31
											A-13	2.1	0.056	0.03	0.78	0.036	0.058	0.136	425	485	32
A-14	3.8	0.058	0.02	0.86	0.037	0.086	0.0163	444	555	28
											A-15	6.3	0.05	0.01	0.8	0.05	0.057	0.0146	396	496	29
B-1	2	0.054	0.19	0.99	0.024	0.05	0.015	442	517	28
											B-2	7.6	0.051	0.2	0.97	0.0	0.046	0.014	399	506	33
C-3	5.7	0.052	0.36	1.58	0.026	0.12	0.02	536	627	30

中国专利200510100421.2利用CSP线开发了强度级别为400-700MPa的钒氮微合金热轧薄带。化学成分范围为：C：0.03-0.08wt%；Si：0.01-0.8wt%；Mn：0.1-2.0wt%；V：0.01-2.0wt%；N：0.002-0.03wt%，其通过工艺优化控制，使得钢板组织明显细化，强度水平明显提高。但其工艺流程为薄板坯连铸连轧生产线，生产工艺的应用于推广具有一定的局限性。同时，相对于传统工艺流程来说，由于其微合金元素没有发生析出-溶解-析出的过程，更容易发挥微合金元素的高固溶优势，其较薄的铸坯厚度，薄板坯在结晶器和冷凝器内的冷却速度远大于传统工艺下的板坯，减少了粗大的枝晶，所以其二次、三次枝晶间距更短，从而得到形状较为规则、尺寸细小均匀的原始铸态组织，加之大压下率的控制轧制和优化的控制冷却工艺，因而薄板坯连铸连轧工艺生产的钢板强度普遍偏高。

发明内容

本发明目的是通过V-N微合金化匹配相应的生产工艺来细化晶粒提高强度的超高强度汽车结构用钢，该技术生产工艺控制简单，降低对工艺设备的要求，可获得性能稳定的具有良好韧性和冷弯性能的超高强度汽车结构用钢板。

一种超高强热轧汽车结构用钢，其特征在于钢化学成分（wt%）为： C：0.08％～0.12%； Si：0.10％～0.50%；Mn：1.50％～2.50%； P＜0.02%； S＜0.01%； Alt：0.02％～0.05%； V：0.08～0.25%； N：0.03％～0.06%；其余为Fe和其它不可避免的杂质。

所述的超高强汽车结构用钢的制备方法，其特征在于以下的主要工艺参数为：连铸板坯加热温度1150-1220℃，保温0.5-1小时，开轧温度1100-1180℃，终轧温度850-1000℃，卷取温度500-650℃，热轧总压下率大于85%，主要采用钒氮微合金化，通过增氮促进钒析出同时细化晶粒，以析出强化和细晶强化为主要强化手段，获得屈服强度大于700MPa，抗拉强度大于800MPa的超高强度汽车结构用钢。

所述的超高强汽车结构用钢成分，通过提高钢中氮含量，采用钒氮微合金化，促进了钢中细小的碳氮化钒粒子在钢中弥散析出，析出强化作用明显加强；扩大了二相粒子的析出温度范围，轧制过程中析出的第二相粒子起到了细化组织的作用，提高了含V钢控轧控冷工艺对钢板组织细化与强化的作用。另外，碳氮化钒粒子可以促进铁素体的形核，明显细化了铁素体晶粒，从而显著提高钢板的强度和韧性。

通过采用控制轧制，在析出鼻尖温度终轧，并加大轧后冷却速率，细化最终显微组织，使得钢中铁素体平均晶粒尺寸小于5微米，促进钢中纳米级二相粒子的析出，弥散析出的二相粒子的尺寸小于10nm，从而达到超高强度汽车结构用钢的目标强度。

本发明的技术特点如下：

（1）通过增氮促进钒的析出，增强析出强化和细晶强化作用

本发明通过对钢水增氮提高钒析出热力学与动力学，加大V析出比例，增强析出强化效果。选择较低的加热温度和保温时间，使钢中微合金元素完全溶解，以增加析出相的钒比例。

（2）采用两阶段控制轧制

本发明采用常规的热轧生产线，采用两阶段轧制即可，能够兼顾其它热轧产品的生产。通过再结晶区给与一定压下量，促进V在高温奥氏体区析出，阻碍奥氏体再结晶，细化原始奥氏体晶粒；在未再结晶区给予大压下量，促进相变时碳氮化物的细小弥散析出。同时析出物在奥氏体转变为铁素体相变过程中有助于诱导晶内铁素体形核，进一步细化晶粒。

（3）采用合理的冷却制度和卷取工艺使析出比例最大化

通过合理的控制轧制和控制冷却工艺，控制析出的时机和析出二相粒子的数量和尺寸，本发明探索了一种最佳卷取温度制度和工艺，减低了传统工艺生产高强钢对设备的要求，获得的产品综合力学性能最佳。

与现有技术相比，本发明的优点：

1 对设备要求较低

本发明采用常规的热轧设备即能满足生产条件。板坯加热温度低，节约能源。终轧温度较高，所需轧制力较低，亦能降低能耗。

2 工艺敏感度低

本发明采用V-N微合金化生产超高强热轧汽车用钢，由于钒主要是在较低温度区间段即卷取阶段析出，因而热轧工艺对V-N钢的性能影响较小，可以根据现场条件灵活选用。

3 晶粒细化，产品扩孔及冷弯性能优良

本发明采用V-N微合金化生产超高强热轧汽车用钢，通过增氮促进钒在奥氏体区析出，阻碍奥氏体长大；同时提供奥氏体向铁素体转变的形核点，提高形核率，细化铁素体晶粒，产品平均铁素体晶粒尺寸小于5微米，表层晶粒尺寸小于2微米，相比传统高强钢，显微组织大大细化。一方面大大提高了强度和韧性，另一方面也提高了冷弯和扩孔性能，即便在氮含量较高时，冷弯性能仍然可以达标。

4 析出强化效果

相比常规的低氮钒钢，V-N微合金化钢中钒大部分处于析出状态，钒的析出量提高30%以上，而且析出粒子尺寸明显减小，通过增氮可以节约钒的实用，具有较高的成本优势。

附图说明

图1 为钢中典型二相粒子形貌

具体实施方式：

实施例1：

钢水化学成分（wt%）：C：0.09-0.11%；Si：0.25-0.40%；Mn：1.50-2.0%；V：0.10-0.15%；N：0.03-0.05%。

热轧工艺参数为：连铸坯加热温度1150-1200℃；开轧温度：1120-1150℃；终轧温度：850-920℃；卷取温度580-610℃。

钢板的力学性能如表2所示。钢中典型的二相粒子如图1所示。

表2 实施例1的力学性能

产品厚度/mm	Rel/MPa	Rm/MPa	A/%	180°冷弯，b=35mm，d=a
					5.0	725	835	25	合格
8.0	745	815	23	合格

实施例2：

钢水化学成分（wt%）：C：0.10-0.12%；Si：0.30-0.50%；Mn：1.50-2.0%；V：0.13-0.20%；N：0.04-0.06%。

热轧工艺参数为：连铸坯加热温度1150-1200℃；开轧温度：1120-1150℃；终轧温度：860-930℃；卷取温度580-610℃。

钢板的力学性能如表3所示。

表3 实施例2的力学性能

产品厚度/mm	Rel/MPa	Rm/MPa	A/%	180°冷弯，b=35mm，d=a
					4.5	750	865	22	合格
6.0	765	880	22	合格

Claims

1.一种超高强热轧汽车结构用钢，其特征在于钢化学成分（wt%）为： C：0.08％～0.12%； Si：0.10％～0.50%；Mn：1.50％～2.50%； P＜0.02%； S＜0.01%； Alt：0.02％～0.05%； V：0.08～0.25%； N：0.03％～0.06%；其余为Fe和其它不可避免的杂质。

2.按照权利要求1所述的超高强汽车结构用钢的制备方法，其特征在于以下的主要工艺参数为：连铸板坯加热温度1150-1220℃，保温0.5-1小时，开轧温度1100-1180℃，终轧温度850-1000℃，卷取温度500-650℃，热轧总压下率大于85%，主要采用钒氮微合金化，通过增氮促进钒析出同时细化晶粒，以析出强化和细晶强化为主要强化手段，获得屈服强度大于700MPa，抗拉强度大于800MPa的超高强度汽车结构用钢。