CN107604256A - 一种700MPa级汽车大梁钢带的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及薄板坯连铸连轧技术领域，提供了一种700MPa级汽车大梁钢带的制备方法，连铸坯不经过二次加热直接进入3机架粗轧机组，经过3道次连续大压下（50%~60%）粗轧后，奥氏体晶粒大幅度细化，粗轧后，中间坯经过感应加热炉快速加热至精轧入口所需温度，同时形成反向温度场。本发明可获得尺寸规格为2.5‑3.0mm×1500mm，晶粒度达到12.5‑13.5级，屈服强度＞600MPa，抗拉强度为700‑880MPa的高强汽车大梁热轧钢带，可实现“以薄代厚”，使汽车车身轻量化，及“以热代冷”，提高生产效率，降低生产成本，同时降低能耗，减少排放，实现资源节约型、环境友好型生产。

Description

一种700MPa级汽车大梁钢带的制备方法

技术领域

本发明涉及薄板坯连铸连轧技术领域，特别涉及一种700MPa级汽车大梁钢带的制备方法。

背景技术

汽车大梁是载重汽车的主要承重部件，几乎承载着货物全部的重量，因此汽车大梁钢的质量直接影响到整车的行车安全与使用寿命。汽车制造行业中，汽车大梁钢一般采用冲压成形和辊压成型工艺，其变形方式以冷变形为主，因此要求大梁钢具备良好的综合性能，特别是成形性能。

目前市场上使用较多的汽车大梁钢多为510MPa和610MPa级(抗拉强度)。近年来，随着世界能源危机和环境污染的加剧，汽车轻量化成为发展趋势。根据国外相关研究资料，钢板厚度减小0.1mm，可使车辆自质量减轻12％，使油耗降低5％～8％，同时车身轻量化也增加了汽车的有效载质量，提高了运输效率，降低了运输成本。提高钢板的强度，可以通过“以薄代厚”来实现汽车自身的轻量化，因此，700MPa级高强汽车大梁钢的研发成为了各大钢厂及相关汽车制造厂商关注的焦点。

抗拉强度700MPa及以上级别汽车用钢的强化途径主要是多种强化方法的综合使用，从强度贡献来看主要有组织强化和析出强化两种，组织强化通过添加一定量的淬透性元素，结合控制轧制和控制冷却，得到中低温转变组织来提高钢板强度，此钢种综合性能优良；析出强化主要加入Ti、Nb、V等微合金元素，通过碳氮化物第二相粒子的析出强化铁素体基体，从而提高强度，析出强化钢成本较低，成形性较好，但韧性稍差于低碳贝氏体钢。

目前，700MPa级汽车大梁钢带多采用薄板坯单坯轧制或半无头轧制工艺，其传统生产工序为：“连铸→铸坯二次加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→酸洗→冷轧→退火。这种轧制工艺在粗轧前一般采用200-280m长的滚底式炉或感应加热炉对连铸坯进行加热，并且采用滚底式进行并流，造成了生产线长度增加、设备组成复杂、操作维护成本高、能耗高等缺点。且由于生产线过长(400m以上)，精扎入口温度无法精确控制，导致产品最终组织性能不稳定。此外，这种传统单坯轧制或半无头轧制生产的热轧表面质量及产品规格达不到下游用户要求，酸洗后的热轧板一般需要经过后续冷轧、退火工艺才能供货，使得生产工序繁杂、生产效率降低、生产成本增加。例如：2009年10月发表在《钢铁研究》第37卷，第5期，1-3页，“珠钢EAF—CSP流程700MPa级钛微合金化高强钢的开发”和2013年9月发表在《北京科技大学学报》第35卷，第9期，1169-1173页，“CSP生产700MPa级高强钢板卷氧化层分布规律”。

随着我国冶金工艺及设备水平的提高，热轧产品的质量不断提高，产品规格不断减薄，面对全球能源危机及环境污染，“以热代冷”成为薄板坯连铸连轧未来的产品发展方向。同时，随着薄板坯连铸连轧技术的发展，单坯轧制及半无头轧制工艺在生产上存在的问题逐渐显露，无头轧制技术显示出其先天优势，并成为未来连续化轧制技术的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种700MPa级汽车大梁钢带的制备方法，通过“以薄代厚”实现汽车自身轻量化，通过“以热代冷”解决高强汽车大梁钢带传统单坯轧制或半无头轧制工艺中存在的生产线冗长、设备组成复杂、生产效率低、操作维护成本高、能耗高等问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明一种700MPa级汽车大梁钢带的制备方法，采用无头轧制技术；连铸坯不经过二次加热直接进入粗轧机组；通过感应加热精确控制中间坯精轧入口温度；全程除了卷取外，均有带钢直接相连，生产过程无穿带和抛钢。

进一步的，具体步骤包括连铸、粗轧、精轧、层流冷却、卷取。

进一步的，所述700MPa级汽车大梁钢带的原材料的化学成分按质量百分比分别为：C 0.04-0.06％；Si 0.10-0.40％；Mn 1.60-1.70％；Als 0.02-0.04％；Ti 0.05-0.07％；Nb 0.03-0.07％；V 0.04-0.07％；P≤0.015％；S≤0.006；N≤0.0050，其余为铁及不可避免的杂质。

进一步的，，所述700MPa级汽车大梁钢带的产品规格为2.5-3.0mm×1500mm，组织为单相铁素体，晶粒度为12.5-13.5级，屈服强度＞600MPa，抗拉强度为700-880MPa，伸长率＞12.0％，屈强比＜0.94，冷弯180°性能合格，最终产品成材率＞98％。

进一步的，连铸坯厚度为80-100mm，拉速3-7m/min，最大钢水流量6.5t/min。

进一步的，进入粗轧机的铸坯芯部温度＞1200℃，表面温度约1100±100℃，形成反向温度分布模式；粗轧单道次压下量50％，形成14-16mm厚的中间坯。

进一步的，精扎前感应加热最大升温为300℃，中间坯经感应加热后温度为1155-1165℃，终扎温度为820-840℃。

进一步的，铁水依次经过BOF转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼后形成钢水，中间包温度为1540-1550℃，过冷度为20-30℃。

进一步的，连铸机配有带电磁制动功能的漏斗型结晶器及专家***，拥有动态调宽及漏钢预报功能，弯曲段配有液芯压下功能，能优化结晶器流场，扇形段配有轻压下功能，能减轻中心疏松和偏析，冷却***拥有动态配水功能，实时监测在线铸坯的热履历，精确控制铸坯温度。

上述的制备方法在ESP生产线上的应用，所述ESP生产线为无头轧制生产线，全长190m，钢水从连铸机到卷取机历时7min。

本发明的有益效果为：采用了薄板坯连铸连轧无头轧制技术，既能够满足薄规格超高强汽车大梁带钢的生产技术需求，实现“以薄代厚”，使汽车车身轻量化，从而增加汽车有效载质量、降低燃油消耗、提高运输效率，又能够缩短工艺流程，提高热轧钢带的表面质量，降低热轧带钢的厚度规格，实现“以热代冷”，从而提高生产效率，降低生产成本，同时降低能耗，减少排放，达到资源节约、环境友好型生产。

说明书附图

图1所示为本发明实施例中应用于生产700MPa级汽车大梁钢带的ESP无头轧制生产线流程示意图。

图2所示为实施例2中获得的细小均匀的单相铁素体在扫描电镜下的微观相貌。图3所示为实施例4中获得的纳米级均匀弥散分布的析出物在扫描电镜下的微观形貌。

其中：1-中间包、2-直弧形连铸机；3-三机架粗轧机；4-摆式剪；5-推废辊道；6-转毂剪；7-感应加热炉；8-高压除磷机；9-五机架精轧机；10-层流冷却装置；11-高速飞剪；12-地下卷取机；图2中PF表示多边形铁素体、QF表示准多边形铁素体、AF表示针状铁素体。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

在本领域中，连铸后得到连铸坯，粗轧后得到中间坯，精轧后得到薄板坯。

结合图1中ESP无头轧制生产线的工艺特点，为使开发钢带的抗拉强度达到700MPa级别，同时满足韧性、焊接性及成形性的良好匹配，成分采用低碳高锰设计，并加入微合金化元素Ti、Nb、V，采用原材料的具体化学成分为(质量百分比)：C 0.04-0.06％；Si 0.10-0.40％；Mn 1.60-1.70％；Als 0.02-0.04％；Ti 0.05-0.07％；Nb 0.03-0.07％；V 0.04-0.07％；P≤0.015％；S≤0.006；N≤0.0050，其余为铁及不可避免的杂质。

其中，C的质量分数为0.04-0.06％，目的是使连铸过程避开包晶反应，防止连铸坯凝固过程收缩量大，在后续粗轧时形成裂纹甚至漏钢。同时，过高的C含量也会使钢的塑性下降，严重影响到钢的冷成形性能和焊接性。

Si在原材料中的质量分数为0.10-0.40％，其作用主要是作为铁素体形成元素，起到固溶强化作用，另外Si在炼钢过程中可作为还原剂和脱氧剂。

Mn在原材料中质量分数为1.60-1.70％，Mn一方面通过固溶强化作用保证低碳设计时钢的强度，另一方面，Mn可扩大γ区，降低γ→α相变温度，促使实施例中原材料获得准多边形铁素体或针状铁素体组织，从而提高基体强度。但是过高的Mn含量会影响钢的冷冲压和焊接性能，同时造成轧制负荷加大。

Ti、Nb、V在原材料中的质量分数分别为0.05-0.07％、0.03-0.07％、0.04-0.07％，加入微量Ti、Nb、V主要是利用碳氮化物粒子的析出强化，来保证钢的强度。但是薄板坯连铸连轧工序中，过高的Ti含量容易造成铸坯在轧制过程出现边裂且使得力学性能不稳定，过高的Nb含量容易造成混晶。且由于钢中C、N含量较低，过高的Ti、Nb、V含量发挥不出足够的强化作用，反而会增加钢的成本。另外，钢中加入Ti、Nb、V元素可提高钢的再结晶温度，使得钢可在较高的温度下完成轧制同时得到储存大变形能的变形奥氏体组织，进而得到细小的相变组织，通过细晶强化提高钢的强度。

P、S、N在原材料中的质量分数分别为≤0.015％、≤0.006、≤0.0050，P易形成严重的偏析带，在实施例所述的ESP无头轧制生产工序中，P的加入会大大提高带状组织的级别。由于采用高Mn成分设计，S在钢中以形成MnS夹杂物与偏析。N易与Ti在高温区生成粗大的液析TiN，使钢中的Ti失去析出强化效果。因此，基于ESP无头轧制技术生产的700MPa级汽车大梁钢带，应尽量控制钢中的P、S、N含量在较低范围。

按照上述成分冶炼得到的钢水，将直接投入附图1所示的ESP无头轧制生产线，生产线全长190m，钢水从连铸机到卷取机历时7min，全程有带钢直接相连，除了通过卷取机前高速飞剪进行分卷，生产过程没有穿带和抛钢，具体生产流程如下：

(1)将铁水依次经过BOF转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼，得到上述成分钢水，控制中包钢水温度为1540-1550℃，过热度为20-30℃。

(2)中包钢水经过20.14m长的直弧形连铸机形成80-100mm厚的连铸坯。连铸机配有1.2m长、带电磁制动的漏斗型结晶器及专家***，拥有动态调宽及漏钢预报功能，可提高钢水纯净度，并适当提高拉速。连铸机弯曲短配有液芯压下功能，能优化结晶器流场，提高铸坯内部质量。扇形段配有轻压下功能，能减轻中心疏松和偏析。二次冷却拥有动态配水功能，实时监测在线铸坯的热履历，精确控制铸坯温度，满足后续轧机对铸坯温度的要求。此过程获得了相对于传统薄板坯较厚的铸坯厚度，一方面提高了单机产量，另一方面增加了轧制过程总压下量，使得晶粒进一步细化，达到细晶强化的效果。

(3)连铸坯在3-7m/min的拉速下直接进入3机架粗轧机进行粗轧，形成14-16mm厚的中间坯。此过程省掉了传统工艺中粗轧前对铸坯的二次加热环节，缩短了工艺流程，降低了能耗，也获得更高的单机产量。由于较快的拉速，粗轧入口时，铸坯芯部温度＞1200℃，表面温度约1100℃，形成反向温度分布模式，可以获得更高的凸度和楔形调节，使得铸坯芯部相比于传统轧制产品更加致密，另外，由于铸坯芯部温度高而较软，在轧制过程中节省了大量的能量。三机架粗轧机单道次压下量约50％，高温下大的变形量使得原奥氏体晶粒细化，为最终均匀细小的铁素体组织提供组织基础。

(4)14-16mm厚的中间坯依次经过摆式剪、推废辊道、转毂剪后，进入感应加热炉，经过快速加热后，中间坯出口温度达到1155-1165℃。此过程可精确控制中间坯精扎入口温度，满足终扎温度要求，为薄规格的轧制提供温度基础。另外，感应加热炉全长只有10m，氧化铁皮生成量少，减少了金属损失，且感应加热炉在空载和维护期间没有能量消耗，提高了能源利用效率，降低了生产成本。

(5)感应加热后的中间坯经过40MPa高压除鳞机，进入5机架精轧机轧制成厚度规格2.5-3.0mm、宽度规格1500mm的成品薄板坯，终扎温度为820-840℃。5机架精扎机配有工作辊弯辊***、负荷动态窜辊***、工作辊动态冷却***、以及长程液压AGC，响应速度快，便于动态换规格实现。此过程单道次压下量约30％，使得原奥氏体晶粒进一步细化为12.5-13.5级，为最终产品的高强度提供细晶强化作用。低的终扎温度可增加位错密度，增加形变储能，提高后续冷却过程铁素体的形核速率，且防止再结晶后的奥氏体晶粒长大。

(6)精扎后薄板坯经过配有高位水箱的层流冷却***，采取前段密集冷却方式，冷速达75％。前段密集且较快的冷却方式增大了铁素体相变的过冷度，使得相变过程扩散进行不充分，最终获得多边形铁素体(PF)、准多边形铁素体(QF)、针状铁素体(AF)共存的单相铁素体组织，如图2所示。由于快速冷却下形成的QF和AF晶界不平直，使得变形过程中穿晶断裂转变为沿晶断裂，增大了裂纹扩展功，另外，QF和AF晶粒内部位错密度较高，增加了位错运动形变阻力。因此，这种前段密集且较快的冷却方式，可通过组织强化来提高最终产品的强度。

(7)层流冷却后的薄板坯经过高速飞剪进行分卷，进入地下卷取机，卷取温度为560-620℃，卷取后缓慢冷却至室温。高温卷取后配合缓冷，可使Ti、Nb、V的纳米级碳氮化物充分析出(如图3所示)，通过强烈的析出强化作用使得钢的强度达到设计要求。

根据上述基于ESP无头轧制技术生产700MPa级汽车大梁钢的成分设计及工艺方法，本发明获得的产品力学性能为：屈服强度＞600MPa，抗拉强度为700-880MPa，伸长率＞12.0％，屈强比＜0.94，冷弯180°性能合格，最终产品成材率＞98％。为了对本发明成果作进一步验证说明，下表列举了4个具体实施例。其中，表1为实施例的具体工艺参数；表2为实施例的实施结果。

表1本发明实施例的工艺参数

表2本发明实施例的实施结果

本发明采用了薄板坯连铸连轧无头轧制技术，既能够满足薄规格超高强汽车大梁带钢的生产技术需求，实现“以薄代厚”，使汽车车身轻量化，从而增加汽车有效载质量、降低燃油消耗、提高运输效率，又能够缩短工艺流程，提高热轧钢带的表面质量，降低热轧带钢的厚度规格，实现“以热代冷”，从而提高生产效率，降低生产成本，同时降低能耗，减少排放，达到资源节约、环境友好型生产。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种700MPa级汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用无头轧制技术；连铸坯不经过二次加热直接进入粗轧机组；通过感应加热精确控制中间坯精轧入口温度；全程除了卷取外，均有带钢直接相连，生产过程无穿带和抛钢。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体步骤包括连铸、粗轧、精轧、层流冷却、卷取。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述700MPa级汽车大梁钢带的原材料的化学成分按质量百分比分别为：C 0.04-0.06％；Si 0.10-0.40％；Mn 1.60-1.70％；Als0.02-0.04％；Ti 0.05-0.07％；Nb 0.03-0.07％；V 0.04-0.07％；P≤0.015％；S≤0.006；N≤0.0050，其余为铁及不可避免的杂质。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述700MPa级汽车大梁钢带的产品规格为2.5-3.0mm×1500mm，组织为单相铁素体，晶粒度为12.5-13.5级，屈服强度＞600MPa，抗拉强度为700-880MPa，伸长率＞12.0％，屈强比＜0.94，冷弯180°性能合格，最终产品成材率＞98％。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，连铸坯厚度为80-100mm，拉速3-7m/min，最大钢水流量6.5t/min。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，进入粗轧机的铸坯芯部温度＞1200℃，表面温度1100±100℃，形成反向温度分布模式；粗轧单道次压下量50％，形成14-16mm厚的中间坯。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，精扎前感应加热最大升温为300℃，中间坯经感应加热后温度为1155-1165℃，终轧温度为820-840℃。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铁水依次经过BOF转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼后形成钢水，中间包温度为1540-1550℃，过冷度为20-30℃。

9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，连铸机配有带电磁制动功能的漏斗型结晶器及专家***，拥有动态调宽及漏钢预报功能，弯曲段配有液芯压下功能，能优化结晶器流场，扇形段配有轻压下功能，能减轻中心疏松和偏析，冷却***拥有动态配水功能，实时监测在线铸坯的热履历，精确控制铸坯温度。

10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法在ESP生产线上的应用，其特征在于，所述ESP生产线为无头轧制生产线，全长190m，钢水从连铸机到卷取机历时7min。