CN105316578A

CN105316578A - 低碳当量易焊接屈服强度750Mpa以上的汽车大梁钢及其制造方法

Info

Publication number: CN105316578A
Application number: CN201410367574.2A
Authority: CN
Inventors: 殷胜; 万兰凤; 邓丽琴
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2034-07-29
Also published as: CN105316578B

Abstract

本发明涉及一种低碳当量易焊接屈服强度750Mpa以上的汽车大梁钢及其制造方法。该钢由以下化学成分按重量百分比组成：0.03～0.05％　C、0.06～0.15％　Si、1.80～1.85％　Mn、0.010～0.015％　P、0.001～0.003％　S、0.065～0.085　Nb、0.12～0.18％　Mo、0.15～0.16％　Ti、0.0015～0.0045％　Ca、0.02～0.05％　Alt，余量为Fe和不可避免的杂质。该方法包括炼钢－连铸－加热－热连轧－层流冷却－卷取－缓冷－成品。本发明汽车大梁钢在确保高强高韧的同时，确保能使用低成本焊丝，并且不会发生偏析和表面质量问题。

Description

低碳当量易焊接屈服强度750Mpa以上的汽车大梁钢及其制造方法

技术领域　

本发明涉及一种汽车大梁钢及其制造方法，尤其是一种低碳当量易焊接屈服强度750Mpa以上的汽车大梁钢及其制造方法。　

背景技术　

据申请人了解，随着国内重型汽车工业的快速发展，汽车生产厂家对汽车结构件用钢材的性能和品质要求也越来越高。　

目前，常用汽车大梁用钢的屈服强度为500Mpa级别、抗拉强度为550Mpa级别。如果汽车大梁用钢的屈服强度能达750Mpa以上、且抗拉强度能达780Mpa以上，则可减少钢板厚度，并确保载重量不变甚至有所提高。同时，若其碳当量Ceq(国际焊接协会标准＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5)能控制在0.41以下，则焊接过程可采用低成本焊丝：即采用500Mpa级焊丝。一般750Mpa级别钢必须采用750Mpa级焊丝，但750Mpa级焊丝价格大约比500Mpa级钢焊丝价格高10000元/吨。若能研制出能满足上述两项(高强、低碳当量)要求的汽车大梁用钢，则可实现减轻车辆自重、降本、节能降耗，符合当今社会节能、环保、绿色的主题。　

经检索发现，申请号201110156739.8申请公布号CN102226249A的中国发明专利申请公开了一种冷成形性能优良的高强度热轧钢板及其制备方法，该钢板屈服强度为750－810MPa，抗拉强度为850－882MPa。　

然而，该专利申请存在以下不利之处：(1)并未考虑到采用低成本焊丝的问题，包含了Ceq大于0.41、无法使用低成本焊丝的技术方案；同时这会导致其钢种成分及制备方法并未优化到仅针对Ceq在0.41以下的程度。(2)Si含量为0.15－0.30％，由于Si在热轧加热过程生成尖晶橄榄石(Fe₂SiO₄)，当Si含量超过0.2％时会产生锈红色氧化铁皮，无法通过热轧除鳞工序去除，不但影响钢板表面质量，而且容易造成钢板生锈穿孔和涂漆性能降低，影响产品服役过程安全性和表面质量。(3)Mn含量为1.2－1.9％，当Mn含量大于1.85％时，钢在连铸过程容易出现Mn偏析(如图1所示)，对于屈服强度在750Mpa级别的高强钢来讲，连铸过程的Mn偏析在热轧过程无法完全消除，容易导致服役过程从偏析处失效，造成安全事故。(4)精轧后层流冷却速度≥60℃/S，其冷速要求超过层流冷却一般能力，需要特殊的设备才能实现，这显然会限制其适用范围。　

申请号201110282100.4申请公布号CN103014494A的中国发明专利申请公开了一种汽车大梁用热轧钢板及其制造方法，该钢板屈服强度为710－770MPa，抗拉强度为780－850MPa。　

然而，该专利申请存在以下不利之处：(1)钢板屈服强度并非完全处于750MPa以上，性能存在不足。(2)同样包含了Ceq大于0.41、无法使用低成本焊丝的技术方案，并导致其钢种成分及制备方法并未优化到仅针对Ceq在0.41以下的程度。(3)Si含量为0.15－0.35％，同样存在Si含量超过0.2％时产生的问题。(4)Mn含量为1－2％，同样存在Mn含量大于1.85％时产生的问题。(5)冷却方式为先快冷后层冷，不利于简化工艺，降低成本。　

由于重型汽车对载重要求越来越高，汽车制造企业对汽车大梁强度级别提高到750Mpa要求越来越迫切，同时由于强度级别的提高带来焊接性、成型性能下降的问题也要求同时解决。另外，汽车行业市场竞争激烈，任何能降低成本的措施，都是汽车企业欢迎的，本发明的低碳当量易焊接高强、高韧钢板正是应此种要求而开发。　

发明内容　

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种低碳当量易焊接屈服强度750Mpa以上的汽车大梁钢，在确保高强高韧的同时，确保能使用低成本焊丝，并且不会发生偏析和表面质量问题。此外，还提供相应的制造方法。　

本发明解决其技术问题的技术方案如下：　

一种低碳当量易焊接屈服强度750Mpa以上的汽车大梁钢，其特征是，由以下化学成分按重量百分比组成：0.03～0.05％　C、0.06～0.15％　Si、1.80～1.85％　Mn、0.010～0.015％　P、0.001～0.003％　S、0.065～0.085　Nb、0.12～0.18％　Mo、0.15～0.16％　Ti、0.0015～0.0045％　Ca、0.02～0.05％　Alt，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量Ceq　IIW＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，所述汽车大梁钢的Ceq　IIW为0.354～0.394，屈服强度≥750Mpa，抗拉强度为780～950Mpa，断后伸长率≥15％。　

本发明还提供：　

一种低碳当量易焊接屈服强度750Mpa以上汽车大梁钢的制造方法，基本工艺流程为炼钢－连铸－加热－热连轧－层流冷却－卷取－缓冷－成品；其特征是，　

所述炼钢工序中：采用氧气顶底复吹转炉冶炼钢水，出钢温度为1645℃～1665℃，所得钢水含有以下重量百分比的成分：0.015～0.05％　C，0.001～0.003％　S，0.010～0.015％　P；然后，将转炉所得钢水置钢包精炼炉中进行LF炉精炼，精炼结束时钢水温度为1580℃～1630℃，所得钢水含有以下重量百分比的成分：0.03％～0.05％　C、0.06％～0.15％　Si、1.80％～1.85％　Mn、0.010～0.015％　P、0.001～0.003％　S、0.065％～0.085　Nb、0.02％～0.05％　Alt；之后，将LF精炼所得钢水进行RH真空处理，进行成分微调，并在真空处理结束时喂入钙线，RH真空处理结束时钢水温度为：1580℃～1620℃，所得钢水由以下重量百分比的成分组成：0.03～0.05％　C、0.06～0.15％　Si、1.80～1.85％　Mn、0.010～0.015％　P、0.001～0.003％　S、0.065～0.085％　Nb、0.12～0.18％　Mo、0.15～0.16％　Ti、0.0015～0.0045％　Ca、0.02～0.05％　Alt，余量为Fe和不可避免的杂质；　

所述连铸工序中，采用整体氩气密封浇铸，钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，中间包温度为1534℃～1554℃；采用漏斗形结晶器，铸坯拉速为0.7～0.9m/min，出结晶器的铸坯厚度为230mm；　

所述加热工序中，将铸坯送至加热炉，铸坯入炉温度为800℃～1000℃，出炉温度为1240℃～1270℃，加热时间为180～240min；　

所述热连轧工序中，先将加热后铸坯置可逆粗轧机组进行粗轧，粗轧出口温度控制为1055℃～1085℃，粗轧后中间坯厚度为45mm或49mm；再将中间坯置七机架连轧机组进行精轧，精轧入口温度为1015℃～1045℃，精轧出口温度为810℃～850℃，精轧后板卷的厚度为4.0mm～10.0mm；　

所述层流冷却工序中，冷却速度为35℃/s以上；　

所述卷取工序中，采用卷取机卷取成钢卷，卷取温度为550℃～590℃；　

所述缓冷工序中，将钢卷置缓冷坑中冷却或者采用堆冷方式冷却，控制冷却速度≤10℃/h；　

所述成品的Ceq　IIW为0.354～0.394，屈服强度≥750Mpa，抗拉强度为780～950Mpa，断后伸长率≥15％。　

本发明方法进一步完善的技术方案如下：　

优选地，所述炼钢工序中，转炉所得钢水中含有以下重量百分比的成分：0.015～0.04％　C，0.001～0.003％　S，0.010～0.015％　P；LF精炼所得钢水含有以下重量百分比的成分：0.03％～0.05％　C、0.06％～0.15％　Si、1.80％～1.85％　Mn、0.010～0.015％　P、0.001～0.003％　S、0.065％～0.085　Nb、0.12～0.18％　Mo、0.10～0.12％　Ti、0.02％～0.05％　Alt。　

优选地，所述连铸工序中，中间包温度为1535℃～1550℃，铸坯拉速为0.7～0.8m/min。　

优选地，所述加热工序中，出炉温度为1245℃～1265℃，加热时间为190～240min。　

优选地，所述热连轧工序中，粗轧出口温度控制为1065℃～1085℃；精轧入口温度为1020℃～1040℃，精轧出口温度为820℃～840℃，精轧后板卷的厚度为6.0mm～10.0mm。　

优选地，所述层流冷却工序中，采用前段冷却和全长冷却方式，冷却速度为35℃/s～60℃/s(这样可满足一般热轧轧机层流冷却能力，适用范围广)；所述卷取工序中，卷取温度为560℃～580℃。　

优选地，所述炼钢工序中RH真空处理所得钢水由以下重量百分比的成分组成：0.03％　C、0.08％　Si、1.80％　Mn、0.012％　P、0.003％　S、0.080％　Nb、0.12％　Mo、0.15％　Ti、0.0018％　Ca、0.034％　Alt，余量为Fe和不可避免的杂质；所述加热工序中，出炉温度为1255℃；所述热连轧工序中，精轧出口温度为830℃；所述层流冷却工序中，冷却速度为35℃/s；所述卷取工序中，卷取温度为580℃；所述成品的Ceq　IIW为0.354，屈服强度为780Mpa，抗拉强度为850Mpa，断后伸长率为19％。　

优选地，所述炼钢工序中RH真空处理所得钢水由以下重量百分比的成分组成：0.045％　C、0.11％　Si、1.82％　Mn、0.011％　P、0.0028％　S、0.075％　Nb、0.15％　Mo、0.155％　Ti、0.0025％　Ca、0.040％　Alt，余量为Fe和不可避免的杂质；所述加热工序中，出炉温度为1245℃；所述热连轧工序中，精轧出口温度为840℃；所述层流冷却工序中，冷却速度为45℃/s；所述卷取工序中，卷取温度为565℃；所述成品的Ceq　IIW为0.378，屈服强度为775Mpa，抗拉强度为840Mpa，断后伸长率为18％。　

优选地，所述炼钢工序中RH真空处理所得钢水由以下重量百分比的成分组成：0.05％　C、0.14％　Si、1.85％　Mn、0.013％　P、0.0025％　S、0.071％　Nb、0.18％　Mo、0.16％　Ti、0.0035％　Ca、0.038％　Alt，余量为Fe和不可避免的杂质；所述加热工序中，出炉温度为1240℃；所述热连轧工序中，精轧出口温度为825℃；所述层流冷却工序中，冷却速度为60℃/s；所述卷取工序中，卷取温度为560℃；所述成品的Ceq　IIW为0.394，屈服强度为840Mpa，抗拉强度为915Mpa，断后伸长率为17％。　

本发明所用各成分的作用如下：　

C：碳元素是影响汽车大梁钢的强韧性的主要元素，C％增加可提高强度，但降低韧性，本发明中将C控制在0.03～0.05％。　

Si：硅可提高产品强度，但考虑到汽车用户对表面质量的要求，本发明设计Si含量为0.06－0.15％，可实现强度和表面质量的平衡；　

Mn：锰是汽车大梁用低合金高强度钢的基本合金化元素。本发明中将Mn控制在1.80～1.85％，以提高屈服强度。　

P、S：P在汽车结构钢中容易带来偏析和恶化韧性的不利影响，P会导致钢材“冷脆”。S易与Mn形成MnS夹杂，降低钢的韧性，降低宽冷弯合格率，S会导致“热脆”。因此高钢级汽车大梁钢中尽量降低P、S含量。本发明中P控制在≤0.015％，S控制在≤0.003％。　

Ca：钙可与硫结合降低带状组织级别，另可实现夹杂物变性使夹杂物球化，均匀分布夹杂物，满足汽车大梁钢服役过程高疲劳特性的要求。本发明中Ca控制在0.0015～0.0045％。　

Mo：钼是高强汽车大梁钢用钢的重要元素，主要发挥其推迟珠光体转变的特性，发挥相变强化作用。本发明中Mo控制在0.12～0.18％。　

Nb：铌是低合金高强度汽车大梁用钢的主要微合金化元素，主要起细晶强化作用。一方面Nb能显著提高钢的再结晶温度Tnr，使热轧过程的大变形得以在低于其再结晶温度Tnr以下进行，从而获得细小的、含有大量变形带的奥氏体组织，使相变前的奥氏体组织尽量细化；另一方面在控制冷却过程中细小的Nb(C、N)在控轧控冷过程中析出，起到沉淀强化作用，提高钢的强度。本发明中Nb控制在：0.065～0.085％。　

Ti：Ti在低碳微合金钢中，加入Ti可细化晶粒和析出强化，能提高钢的屈服强度和韧性。这种性能的改善主要与Ti能提高奥氏体再结晶温度和奥氏体粗化温度，从而提高连铸和加热过程中晶粒大小有关，同时Ti加入Nb钢中可以延长NbC的析出孕育期，使Nb－Ti复合钢中的碳化物的析出开始时间较Nb钢中晚，从而使析出物更加细小、弥散。由于Ti在高温下，能与N形成TiN高温难熔质点，因此Ti的加入还能提高焊接热影响区的晶粒度，从而改善焊接热影响区的韧性。本发明中Ti控制在0.15～0.16％。　

本发明的技术构思如下：　

本发明设计钢种的屈服强度最低为750Mpa，常规方法一般通过提高C、Mn含量来实现，而本发明需要将碳当量Ceq　IIW控制在0.41以下，因此，首先，本发明设计Mn含量为1.80－1.85％，在尽量保持较高Mn含量的同时，避免发生Mn偏析；采用较低的C含量来有效降低碳当量Ceq　IIW；同时，加入0.0015～0.0045％的Ca来改善偏析和改善夹杂物形状，并大大改善汽车大梁服役过程交变载荷作用下的疲劳性能。(如图2所示，本发明基本无偏析。)　

其次，本发明采用对碳当量没有影响的合金元素Nb和Ti来强化钢材，Nb和Ti在热轧产品中与C结合生产碳化物来实现强化、发挥细晶作用。为使加入的微合金元素在轧制过程发挥作用，必须设计高温加热使微合金元素先固溶，因此需设计合理的加热工艺使Nb和Ti的碳化物在加热充分固溶，并在热轧卷取阶段采用缓冷冷却使Nb和Ti碳化物充分析出的工艺，实现在保证低碳当量的基础上实现钢材的高强度。　

最后，发明人在深入实践研究后，得出了与本发明钢种成分相配的制造工艺，可成功制得低碳当量易焊接且高强高韧的汽车大梁钢。(本发明成品的TiN、Ti(CN)、Nb(CN)弥散分布如图3、图4所示。)　

本发明有益效果如下：汽车大梁钢的Ceq　IIW为0.354～0.394屈服强度≥750Mpa，抗拉强度为780～950Mpa，断后伸长率≥15％，冷弯性能b＝35mm，弯曲半径d＝2.0a。在确保高强高韧的同时，确保能使用低成本焊丝，并且不会发生偏析和表面质量问题。　

附图说明　

图1为背景技术提及的Mn偏析示意图。　

图2为本发明基本无偏析示意图。　

图3、图4为本发明成品的TiN、Ti(CN)、Nb(CN)弥散分布示意图。　

具体实施方式　

下面以3个实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。　

采用炼钢－连铸－加热－热连轧－层流冷却－卷取－缓冷－成品的基本工艺流程。　

各实施例中，炼钢工序RH真空处理所得钢水的组分如表1所示，主要工艺参数以及性能实验结果如表2所示。　

表1钢水组分(Wt％)

注各实施例的余量为Fe及不可避免的杂质。

表2主要工艺参数以及性能实验结果

注冷弯实验d＝1a和d＝0.5a检测，结果均为合格。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。　

Claims

1.　一种低碳当量易焊接屈服强度750Mpa以上的汽车大梁钢，其特征是，由以下化学成分按重量百分比组成：0.03～0.05％　C、0.06～0.15％　Si、1.80～1.85％　Mn、0.010～0.015％　P、0.001～0.003％　S、0.065～0.085　Nb、0.12～0.18％　Mo、0.15～0.16％　Ti、0.0015～0.0045％　Ca、0.02～0.05％　Alt，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量Ceq　IIW＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，所述汽车大梁钢的Ceq　IIW为0.354～0.394，屈服强度≥750Mpa，抗拉强度为780～950Mpa，断后伸长率≥15％。

2.　一种低碳当量易焊接屈服强度750Mpa以上汽车大梁钢的制造方法，基本工艺流程为炼钢－连铸－加热－热连轧－层流冷却－卷取－缓冷－成品；其特征是，

所述层流冷却工序中，冷却速度为35℃/s以上；

3.　根据权利要求2所述制造方法，其特征是，所述炼钢工序中，转炉所得钢水中含有以下重量百分比的成分：0.015～0.04％　C，0.001～0.003％　S，0.010～0.015％　P；LF精炼所得钢水含有以下重量百分比的成分：0.03％～0.05％C、0.06％～0.15％　Si、1.80％～1.85％　Mn、0.010～0.015％　P、0.001～0.003％S、0.065％～0.085　Nb、0.12～0.18％　Mo、0.10～0.12％　Ti、0.02％～0.05％　Alt。

4.　根据权利要求3所述制造方法，其特征是，所述连铸工序中，中间包温度为1535℃～1550℃，铸坯拉速为0.7～0.8m/min。

5.　根据权利要求4所述制造方法，其特征是，所述加热工序中，出炉温度为1245℃～1255℃，加热时间为190～240min。

6.　根据权利要求5所述制造方法，其特征是，所述热连轧工序中，粗轧出口温度控制为1065℃～1085℃；精轧入口温度为1020℃～1040℃，精轧出口温度为823℃～840℃，精轧后板卷的厚度为6.0mm～10.0mm。

7.　根据权利要求6所述制造方法，其特征是，所述层流冷却工序中，采用前段冷却和全长冷却方式，冷却速度为35℃/s～55℃/s；所述卷取工序中，卷取温度为560℃～580℃。

8.　根据权利要求2所述制造方法，其特征是，所述炼钢工序中RH真空处理所得钢水由以下重量百分比的成分组成：0.03％　C、0.08％　Si、1.80％　Mn、0.012％　P、0.003％　S、0.080％　Nb、0.12％　Mo、0.15％　Ti、0.0018％　Ca、0.034％Alt，余量为Fe和不可避免的杂质；所述加热工序中，出炉温度为1255℃；所述热连轧工序中，精轧出口温度为830℃；所述层流冷却工序中，冷却速度为35℃/s；所述卷取工序中，卷取温度为580℃；所述成品的Ceq　IIW为0.354，屈服强度为780Mpa，抗拉强度为850Mpa，断后伸长率为19％。

9.　根据权利要求2所述制造方法，其特征是，所述炼钢工序中RH真空处理所得钢水由以下重量百分比的成分组成：0.045％　C、0.11％　Si、1.82％　Mn、0.011％　P、0.0028％　S、0.075％　Nb、0.15％　Mo、0.155％　Ti、0.0025％　Ca、0.040％Alt，余量为Fe和不可避免的杂质；所述加热工序中，出炉温度为1245℃；所述热连轧工序中，精轧出口温度为840℃；所述层流冷却工序中，冷却速度为45℃/s；所述卷取工序中，卷取温度为565℃；所述成品的Ceq　IIW为0.378，屈服强度为775Mpa，抗拉强度为840Mpa，断后伸长率为18％。

10.　根据权利要求2所述制造方法，其特征是，所述炼钢工序中RH真空处理所得钢水由以下重量百分比的成分组成：0.05％　C、0.14％　Si、1.85％　Mn、0.013％　P、0.0025％　S、0.071％　Nb、0.18％　Mo、0.16％　Ti、0.0035％　Ca、0.038％Alt，余量为Fe和不可避免的杂质；所述加热工序中，出炉温度为1240℃；所述热连轧工序中，精轧出口温度为825℃；所述层流冷却工序中，冷却速度为60℃/s；所述卷取工序中，卷取温度为560℃；所述成品的Ceq　IIW为0.394，屈服强度为840Mpa，抗拉强度为915Mpa，断后伸长率为17％。