CN102628141A - 一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢及其制造方法,所述钢是由下述重量百分比的成分组成:C:0.085~0.18,Si≤0.20,Mn:0.50~0.90,P≤0.025,S≤0.020,Al:0.010~0.050,Ti:0.020~0.060,余量为Fe及不可避免的杂质。所述制造方法体现了低成本思想,采用经济型强化元素C、Ti保证钢材的冷弯成型性能;转炉冶炼后,通过吹氩进行炉外精炼,提高了发明钢的冶金质量,也没有过多地增加成本;还通过控制浇铸时钢水过热度、粗轧出口温度、精轧终轧温度、卷取温度等工艺参数,使发明钢具有良好的冷弯成型性能,冷弯产品不开裂,薄规格长条状冷弯产品不发生扭曲变形,冷弯产品尺寸精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种低合金结构钢及其制造方法,属钢铁材料制造领域。
背景技术
在本发明前,中国专利申请号CN201010597659.1公开了“一种热轧可焊接细晶粒结构钢S355ML钢板及其生产方法”,该钢板的Si、Mn含量分别为ωSi0.20~0.50%、ωMn1.20~1.60%,在冶炼工序,还须进行钢包炉精炼和真空精炼,该钢的屈服强度在390~450MPa,抗拉强度520~570MPa,伸长率在25~28%,性能富余量较大;中国专利申请号CN201019000011.9公开的“一种LQ380G车轮用钢的生产方法”,通过调整C、Si、Mn的比例,加入微量Ti合金元素,C、Ti含量分别为ωC 0.06~0.08%、ωTi 0.005~0.015%,还通过调整温度制度,降低钢坯加热温度,提高精轧终轧温度和卷取温度,实现LQ380G车轮用钢伸长率的提高;中国专利申请号CN201010017998.8公开的“一种含Nb汽车用热轧窄带钢的生产工艺”, 其Mn、Nb含量为ωMn0.90~1.25%、ωNb0.03~0.05%,还通过冶炼原料准备、电弧炉冶炼、钢包炉精炼和真空精炼、连铸过程中电磁搅拌和热连轧工艺控制,生产出汽车用热轧窄带钢;一种公开出版物(谷春阳.鞍钢SM490A热轧带钢组织性能控制研究.鞍钢技术.2004,(1): 19- 22)对SM490A热轧带钢出现冷弯裂纹、延伸率偏低等问题进行了分析研究后,确定了合理的化学成分范围和轧制工艺制度,其化学成分中的Mn含量为ωMn 1.00~1.13%,还通过Nb来提高钢材的综合性能。
又有如美国专利US20090866382公开了“高强度热轧钢带及其制造方法”,对钢中的Ti及Ti与N的含量关系作出了严格的限定,增加了生产控制难度;美国专利US20080934039公开的“具有优异疲劳性能和延展性能的热轧钢带及其制造方法”,采用超低碳(ωC 0.015~0.040%)设计理念,Mn含量ωMn0.9~1.8%,还对Ti、C含量及Ti/C的比值提出了要求;一种公开出版物(Birzer, F. Sheet Purchase Specifications and Tests With Respect to Manufacturing Process.Sheet Metal Working '84 (Blechbearbeitung '84). 1984(7-8 Nov): 51-80)对不同成分的钢进行了冷弯试验研究,提出应控制碳化物的尺寸在一定范围内,才能得到好的延伸性,试验所用一组钢中的ωAl 0.061%,ωTi 0.18%。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢及其制造方法,本发明热轧钢的化学成分简单,只添加强化效果好而成本低廉的合金元素Ti;发挥冶金工艺装备的能力,获得适合冷弯成型加工的综合性能,生产工艺窗口较宽,适合大生产操作。
所述目的是通过如下方案实现的:
一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢,是由下述重量百分比的成分组成:C:0.085~0.18,Si≤0.20,Mn:0.50~0.90,P≤0.025,S≤0.020,Al:0.010~0.050,Ti:0.020~0.060,余量为Fe及不可避免的杂质。
在上述成分中,优选采用下述重量比例的一种或多种成分:
C 0.088~0.135,Si 0.14~0.19,Mn 0.71~0.89,P 0.021,S0.015,Al0.034~0.047,Ti0.041~0.058。
还可以优选采用下述重量比例的一种或多种成分:
C 0.14~0.175,Si 0.05~0.13,Mn 0.51~0.67,P 0.016,S0.007,Al0.013~0.037,Ti0.022~0.040。
以下详述本发明中C、Si、Mn、P、S、Al、Ti限定量的理由。
C在钢中以间隙原子的形式存在,能非常有效地提高钢材强度,是最为经济的强化元素,为保证发明钢的强度达到设计要求,且体现低成本理念,C含量下限是0.085%;随着钢中碳含量增加,钢材的伸长率和冲击韧性下降,考虑到本发明钢主要用作冷弯成型的原材料,高延性是发明钢最重要的性能要求,同时,冷弯成型产品大多是闭口形状,需要采用高频焊接工艺成型,因此,还要兼顾钢材的焊接性,因而C含量不能太高,所以C含量上限是0.18%。
Si在钢中以固溶形态存在于铁素体或奥氏体中,显著提高钢的屈服强度,降低钢的塑性和韧性,不利于冷弯成型加工;在炼钢过程中用硅作为还原剂和脱氧剂的工艺成熟,成本低廉,所以Si含量上限是0.20%。
Mn固溶于铁素体和奥氏体中,扩大奥氏体区,降低钢冷却过程的相变点,提高钢的淬透性,可提高钢的屈服强度和抗拉强度,对延性无明显影响;Mn还与钢中的S形成较高熔点的MnS,避免在晶界上形成FeS薄膜,消除钢的热脆性,所以Mn含量下限为0.50%;但Mn含量过高时,给冷弯成型加工带来困难,导致冷弯成型产品具有较大的残余应力,甚至影响冷弯产品的尺寸精度,影响使用性能,且Mn含量过高还对焊接性能有不利影响,Mn含量上限为0.90%。
P是钢中的有害元素,增加钢的冷脆性,降低塑性,使焊接性能变差,使冷弯性能降低,而降低P含量会增加生产成本,因此要求钢中含磷量≤0.025%。
S也是钢中的有害元素,使钢产生热脆性,降低钢的延性和韧性,使钢材产生各向异性,对焊接性能也不利,而降低S含量也会增加生产成本,S含量上限是0.020%。
A1是炼钢过程中的最为经济有效的脱氧元素,一定含量的A1还能细化钢材的晶粒,提高钢材的强度和韧性,所以Al含量下限为0.010%;但Al含量过高易导致钢中夹杂增多,对钢材的延性不利,且本发明钢还需要Ti在钢中形成氧化物、氮化物来改善钢材的冷弯成型性能,因此,Al含量的上限0.05%。
Ti是一种强碳化物和氮化物形成元素,在钢中形成的TiN、Ti(C、N)等粒子非常稳定,能有效地钉扎晶界,阻止奥氏体晶粒长大,因而能够细化晶粒,提高钢材的韧性和强度,同时,由于冷弯产品大多需要采用高频焊接工艺成型为闭口形状,添加适量的Ti可提高焊接性能,所以下限为0.020%。通过细化晶粒强化钢材,会导致钢材的延性降低,添加过量的Ti会导致钢中夹杂物增多,降低韧性和延性,因此Ti的上限为0.060%。
本发明同时提供一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢的制造方法。采用转炉顶底吹炼,按低合金结构钢工艺进行轧制,其特征在于:出钢后吹氩处理时间≥5分钟,浇铸时钢水过热度≤25℃;粗轧出口温度≤1100℃,精轧终轧温度780~880℃,卷取温度550~650℃。
本发明具有如下优点:
1.本发明钢采用经济型强化元素C、Ti保证钢材的冷弯成型性能,体现了低成本理念。
2.通过冶炼、连铸工艺参数控制,保证发明钢具有良好的冷弯成型性能,冷弯产品不开裂,薄规格长条状冷弯产品不发生扭曲变形,冷弯产品尺寸精度高。
3.本发明钢的生产工艺具有良好的适应性,制造成本低廉。
4. 本发明钢的延性高,最适合制造较复杂断面的冷弯型钢产品。
具体实施方式
本发明钢实施例的制备工艺为:
表1 实施例的化学成分(质量分数,%)
C | Si | Mn | P | S | Al | Ti | |
实施例1 | 0.088 | 0.192 | 0.72 | 0.024 | 0.007 | 0.039 | 0.058 |
实施例2 | 0.093 | 0.183 | 0.77 | 0.021 | 0.015 | 0.047 | 0.047 |
实施例3 | 0.117 | 0.165 | 0.77 | 0.011 | 0.009 | 0.042 | 0.041 |
实施例4 | 0.124 | 0.141 | 0.81 | 0.017 | 0.018 | 0.042 | 0.044 |
实施例5 | 0.135 | 0.137 | 0.89 | 0.020 | 0.014 | 0.036 | 0.052 |
实施例6 | 0.14 | 0.13 | 0.67 | 0.013 | 0.010 | 0.018 | 0.040 |
实施例7 | 0.151 | 0.11 | 0.61 | 0.018 | 0.005 | 0.021 | 0.032 |
实施例8 | 0.143 | 0.10 | 0.54 | 0.016 | 0.007 | 0.024 | 0.034 |
实施例9 | 0.162 | 0.09 | 0.59 | 0.012 | 0.011 | 0.034 | 0.021 |
实施例10 | 0.177 | 0.05 | 0.52 | 0.015 | 0.005 | 0.013 | 0.029 |
按照本发明钢成分要求冶炼,化学成分见表1。出钢后吹氩处理时间≥5分钟,具体如约7分钟,浇铸时钢水过热度≤25℃,具体如约15℃;铸坯加热后进行轧制,控制粗轧出口温度≤1100℃,具体如约1071℃,精轧终轧温度780~880℃,具体如约852℃,卷取温度550~650℃,具体如约593℃。
表2 实施例的力学性能
本发明钢的制造工艺简单,成本低廉,在各钢铁企业均可实施;本发明钢的延性良好,最适合冷弯成型加工。
本发明钢采用经济型强化元素C、Ti保证钢材的冷弯成型性能,体现了低成本理念。转炉冶炼后,仅通过吹氩进行炉外精炼,提高了发明钢的冶金质量,也没有过多地增加成本。发明钢具有良好的冷弯成型性能,冷弯产品不开裂,薄规格长条状冷弯产品不发生扭曲变形,冷弯产品尺寸精度高。
虽然以上通过实施例对本发明进行了较详细的说明,但不仅仅限于这些实施例,在不脱离本发明的构思的前提下,还可以有更多等效的其他实施例,本发明的范围由权利要求书确定。
Claims (4)
1.一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢,其特征在于是由下述重量百分比的成分组成:C:0.085~0.18,Si≤0.20,Mn:0.50~0.90,P≤0.025,S≤0.020,Al:0.010~0.050,Ti:0.020~0.060,余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢,其特征在于采用下述重量比例的一种或多种成分:
C 0.088~0.135,Si 0.14~0.19,Mn 0.71~0.89,P 0.021,S0.015,Al0.034~0.047,Ti0.041~0.058。
3.根据权利要求1所述的抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢,其特征在于采用下述重量比例的一种或多种成分:
C 0.14~0.175,Si 0.05~0.13,Mn 0.51~0.67,P 0.016,S0.007,Al0.013~0.037,Ti0.022~0.040。
4.一种抗拉强度500MPa级低成本高延性冷弯成型用钢的制造方法,其特征在于出钢后吹氩处理时间≥5分钟,浇铸时钢水过热度≤25℃;粗轧出口温度≤1100℃,精轧终轧温度780~880℃,卷取温度550~650℃。
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