CN103131967B - 一种天然气汽车气瓶用高强合金钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种天然气汽车气瓶用高强合金钢及其制造方法。所述方法包括：冶炼和连铸以得到成分按重量百分比计为不大于0.32%的C、0.15～0.35%的Si、0.35～0.65%的Mn、0.70～1.00%的Cr、0.15～0.25%的Mo、不大于0.010%的P、不大于0.008%的S、不大于0.0002%的H，以及余量的Fe和不可避免的杂质的目标钢坯；加热钢坯至1180～1280℃；粗轧，采用5道次方式轧制，其中单道次压下率不小于20%；精轧，控制精轧的开轧和终轧温度分别为990～1040℃和870～900℃；以10～30℃/s的冷却速度将精轧后的轧件冷却至650℃后空冷卷取。本发明能够得到屈服强度≥835MPa、抗拉强度≥980MPa、延伸率≥14%并且-40℃时冲击功≥47J的汽车气瓶用高强合金钢。
Description
技术领域
本发明涉及合金钢生产技术领域，更具体地讲，涉及一种天然气汽车气瓶用高强合金钢及其制造方法。
背景技术
天然气（CNG）汽车气瓶属高压容器，气瓶水爆压是气瓶安全设计的一个重要指标，它与材料的强度有关。为满足水爆试验的断裂特性和断口形貌，就必须使材料有合理的屈强比以及较高的延性和韧度，这些性能既与材料的成分有关、又与材料的热处理工艺有关。
Cr-Mo系列汽车气瓶用高强合金钢在水火电及煤化工领域具有广泛的应用途径。然而，生产抗拉强度（Rm）≥980MPa、延伸率（A）≥14%的Cr-Mo系列高强度合金钢，由于钢中需添加较高的强淬透性元素，对于一个以普通转炉冶炼，大方坯连铸，普通热轧机组轧制生产为主的企业，如何生产出性能达标的高品质产品具有一定的难度。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种适应性强且抗拉强度（Rm）≥980MPa、延伸率（A）≥14%的Cr-Mo系列汽车气瓶用高强合金钢。
本发明的一方面提供了一种天然气汽车气瓶用高强合金钢的制造方法。所述方法包括步骤：冶炼和连铸以形成目标钢坯，所述目标钢坯的成分按重量百分比计为不大于0.32%的C、0.15～0.35%的Si、0.35～0.65%的Mn、0.70～1.00%的Cr、0.15～0.25%的Mo、不大于0.010%的P、不大于0.008%的S、不大于0.0002%的H、Cu+Ni+As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.050%，以及余量的Fe和不可避免的杂质；加热钢坯至1180～1280℃；粗轧，采用5道次方式轧制，其中单道次压下率不小于20%；精轧，控制精轧的开轧温度为990～1040℃，控制精轧的终轧温度为870～900℃；以10～30℃/s的冷却速度将精轧后的轧件冷却至650℃后空冷卷取。
在本发明的制造方法的一个示例性实施例中，所述精轧步骤的轧制速度为3.0～12.0m/s。
在本发明的制造方法的一个示例性实施例中，所述冷却步骤以层流冷却方式进。
在本发明的制造方法的一个示例性实施例中，所述方法还包括设置在加热步骤与粗轧步骤之间的除磷步骤。
本发明的另一方面提供了一种天然气汽车气瓶用高强合金钢。所述天然气汽车气瓶用高强合金钢采用如上所述的方法制得。
在本发明的天然气汽车气瓶用高强合金钢的另一个示例性实施例中，所述天然气汽车气瓶用高强合金钢的成分包括0.17～0.24%的C、0.41～0.58%的Mn。
与现有技术相比，本发明能够得到屈服强度≥835MPa、抗拉强度≥980MPa、延伸率≥14%并且-40℃时冲击功≥47J的高品质的Cr-Mo系列汽车气瓶用高强合金钢产品。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的天然气汽车气瓶用高强合金钢及其制造方法。
根据本发明一方面的天然气汽车气瓶用高强合金钢的成分按重量百分比计为不大于0.32%的C、0.15～0.35%的Si、0.35～0.65%的Mn、0.70～1.00%的Cr、0.15～0.25%的Mo、不大于0.010%的P、不大于0.008%的S、不大于0.0002%的H、Cu+Ni+As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.050%，以及余量的Fe和不可避免的杂质。优选地，其中含有0.17～0.24%的C、0.41～0.58%的Mn。
根据本发明另一方面的天然气汽车气瓶用高强合金钢的制造方法包括以下步骤：冶炼和连铸以形成目标钢坯，所述目标钢坯的成分按重量百分比计为不大于0.32%的C、0.15～0.35%的Si、0.35～0.65%的Mn、0.70～1.00%的Cr、0.15～0.25%的Mo、不大于0.010%的P、不大于0.008%的S、不大于0.0002%的H、Cu+Ni+As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.050%，以及余量的Fe和不可避免的杂质；加热钢坯至1180～1280℃；粗轧，采用5道次方式轧制，其中单道次压下率不小于20%；精轧，控制精轧的开轧温度为990～1040℃，控制精轧的终轧温度为870～900℃；以10～30℃/s的冷却速度将精轧后的轧件冷却至650℃后空冷卷取。
优选地，所述精轧步骤的轧制速度为3.0～12.0m/s。
采用本发明的制造方法得到的天然气汽车气瓶用高强合金钢具有良好的力学性能，具体为：屈服强度≥835MPa、抗拉强度≥980MPa、延伸率≥14%，并且其-40℃时冲击功≥47J。
下面将结合具体示例来说明本发明的一个示例性实施例。
在本示例中，主要设备包括：大方坯连铸机（其具有规格为250×1650mm和250×1950mm的铸机各2条）、普通宽带钢热连轧机组（例如，可为具有1～4座步进梁式加热炉、1架可逆式粗轧机、7架精连轧机组、2～3台卷取机的传统带钢2050热连轧生产线）。
在本发明的天然气汽车气瓶用高强合金钢的制造方法的一个示例性实施例中，所述制造方法包括坯料加热出炉、粗轧、精轧、层流冷却及卷取工艺等步骤。其中，控制坯料出炉温度为1180～1280℃，以获得高的奥氏体固溶Cr、Mo含量和细小奥氏体晶粒；粗轧采用5道次方式轧制，单道次压下率不小于20%，即，在粗轧上来回轧5个道次，每道次的压下率不小于20%，这种轧制方式有增加高温大变形，减少中间坯厚度等好处，从而能够保证中间坯具有良好的板形；精轧采用高温低速、7机架连轧工艺，精轧入口温度（即，精轧开轧温度）为990～1040℃，精轧终轧温度为870～900℃；精轧后采用层流冷却以10～30℃/s的冷却速度将轧件冷却到650℃后空冷卷取。这里，所述高温低速中的低速是指轧制速度的范围为3.0～12.0m/s，低速的好处是增大精轧过程温降，获得低的终轧温度，利于控制到较低层流冷却速度，从而有利于形成良好的组织结构；所述高温是指精轧的开轧温度为990～1040℃，精轧终轧温度为870～900℃。
本发明的制造方法能够生产出2.0～25.4mm厚度、宽规格的高品质Cr-Mo系列汽车气瓶用高强合金钢板卷，该汽车气瓶用高强合金钢产品具有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好，具体来讲，其屈服强度能够达到835MPa以上，抗拉强度能够达到980MPa以上，延伸率能够达到14%以上，-40℃时冲击功≥47J。此外，本发明的制造方法还具有可操作性强、方法简单等优点。
示例1-3
转炉冶炼，然后进行连铸以得到钢坯，所述钢坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.17～0.32%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.35～0.65%，Cr：0.70～1.00%，Mo：0.15～0.25%，P：≤0.010%，S：≤0.008%，H：≤0.0002%，Cu+Ni+As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.050%，其余为Fe及其他不可避免的杂质。示例1-3的化学成分参见表1。
表1示例1-3的钢坯的化学成分
对连铸板坯分别依次进行板坯加热、高压水除鳞、粗轧、热卷箱卷取、精轧、层流冷却和卷取，从而制得热连轧钢板，板坯加热的温度、中间坯厚度、精轧入口温度、精轧终轧温度、卷取温度和钢板的厚度分别如表2所示。
表2示例1-3的参数控制情况
对示例1-3制得Cr-Mo系列汽车气瓶用高强合金钢的钢卷的尾部进行取样，按GB/T3077-1999中要求热处理试样后，并按照GB/T228规定的方法检测屈服强度（Rel）、抗拉强度（Rm）和延伸率（A％），按照GB/T232规定的方法检测冷弯性能（B=35，α=180°，d=a；d表示弯心直径、a表示试样厚度、α表示弯曲的角度、B表示试样的宽度）。并对其示例1-3制得Cr-Mo系列汽车气瓶用高强合金钢的钢卷样品的-40℃时冲击功进行检测。检测结果示于表3中。
表3示例1-3的汽车气瓶用高强合金钢的力学性能
综上所述，本发明的方法通过控制钢的化学成分、钢坯加热温度、粗轧和精轧工艺和冷却温度等条件，制得了屈服强度≥835MPa、抗拉强度≥980MPa、延伸率≥14%并且-40℃时冲击功≥47J的高品质的Cr-Mo系列汽车气瓶用高强合金钢产品。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (7)
1.一种天然气汽车气瓶用高强合金钢的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
冶炼和连铸以形成目标钢坯，所述目标钢坯的成分按重量百分比计为不大于0.32％的C、0.15～0.35％的Si、0.35～0.65％的Mn、0.70～1.00％的Cr、0.15～0.25％的Mo、不大于0.010％的P、不大于0.008％的S、不大于0.0002％的H、0<Cu+Ni+As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.050％，以及余量的Fe和不可避免的杂质；
加热钢坯至1180～1280℃；
粗轧，采用5道次方式轧制，其中单道次压下率不小于20％；
精轧，控制精轧的开轧温度为990～1040℃，控制精轧的终轧温度为870～900℃；
以10～30℃/s的冷却速度将精轧后的轧件冷却至650℃后空冷卷取。
2.根据权利要求1所述的天然气汽车气瓶用高强合金钢的制造方法，其特征在于，所述精轧步骤的轧制速度为3.0～12.0m/s。
3.根据权利要求1所述的天然气汽车气瓶用高强合金钢的制造方法，其特征在于，所述冷却步骤以层流冷却方式进行。
4.根据权利要求1所述的天然气汽车气瓶用高强合金钢的制造方法，其特征在于，所述方法还包括设置在加热步骤与粗轧步骤之间的除磷步骤。
5.一种天然气汽车气瓶用高强合金钢，其特征在于，所述天然气汽车气瓶用高强合金钢采用如权利要求1至4中任意一项所述的方法制得。
6.根据权利要求5所述的天然气汽车气瓶用高强合金钢，其特征在于，所述天然气汽车气瓶用高强合金钢的成分包括0.17～0.24％的C、0.41～0.58％的Mn。
7.根据权利要求5所述的天然气汽车气瓶用高强合金钢，其特征在于，所述天然气汽车气瓶用高强合金钢的屈服强度≥835MPa、抗拉强度≥980MPa、延伸率≥14％，并且其-40℃时冲击功≥47J。
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