CN107904503A - 510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板及其生产方法。本发明510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板，其特征在于：按重量百分比计，其化学成分为C：0.06～0.09％、Si：0.05～0.15％、Mn：1.10～1.20％、N：0.002～0.006％、P：0～0.025％、S：0～0.015％、Nb：0.015～0.030％、Ti：0.010～0.030％、Al：0.02～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明方法通过控制合适的化学成分，再配合合适的热轧加热温度、终轧温度、卷取温度等工艺条件，最终获得的钢带成品屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥510MPa，延伸率≥24％，冷弯性能优良。

Description

510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板及其生产方法。
背景技术
热轧板卷为除锈及防锈，其表面处理一直采用酸洗、冷轧、热镀锌或涂层等工艺技术，这些技术拓宽了板材使用的范围，但生产成本普遍比较高以及不可避免地对环境带来一定的污染，针对氧化层结构及厚度改进而开发的免酸洗钢有效地解决这一问题。根据现代汽车“节能减排、环保、安全”等需求，汽车生产商对汽车构件用钢材方面提出了开发可免酸洗的钢铁产品的要求。这种热轧钢材产品表面产生的氧化铁皮形态为Fe3O4+Fe，而不是常规产品的Fe3O4+FeO类型。由于Fe3O4具有降低的硬度、较好的塑性及良好的黏附性，在深加工过程中不会因弯曲而发生脱皮和破裂，因此，使用免酸洗钢可以简化甚至完全取消热轧后的酸洗过程，对钢铁行业环保型加工方式有积极的作用。
目前，国内在氧化层结构控制方面开发出了喷涂于热轧带钢表面的防锈剂，虽然能促进表面Fe3O4的生成，但是需要增加冷却设备，投资较大；而该方法不能产生Fe3O4+Fe易于变形的氧化铁皮组织。日本、韩国、澳大利亚等国家采用的技术是在热轧生产中控制氧化铁皮的类型生产黑皮钢，日本的NKK、Nippon Steel及Kawasaki Steel等在开发热轧黑皮钢技术方面处于领先地位。我国钢铁界对热轧免酸洗钢的开发目前尚处于探索阶段，而汽车生产厂家等热轧板用户对此已有强烈的要求。
对微型乘用车材料而言，510MPa级热轧结构钢板属于汽车大梁结构中主要应用材料，通常的加工方式为酸洗工艺去除表面氧化层，利用磷化工艺形成的磷化膜提高钢板与面漆的结合能力。近年来，为了适应车辆轻型化的需求，部分汽车制造企业在采购510MPa级汽车结构用热轧钢板时提出了低成本、免酸洗表面质量的使用要求，其主要见表1。
表1 510MPa级热轧结构钢力学性能及工艺性能要求
510MPa级汽车结构用热轧钢板化学成分设计国内外通常采用低C-Mn-V微合金化方案，Mn含量一般为1.30％，C含量一般为0.08％左右，V含量0.08％左右，热轧工艺采用控轧控冷，其技术特点是较多地考虑了合金元素固溶强度及细晶强化的作用，但需要后期增加酸洗工序，存在生产成本偏高以及废酸环保处理附加成本。
发明内容
针对现有510MPa级汽车结构用钢板，本发明提供了一种新的510MPa级汽车结构用热轧免酸洗钢板及其生产方法。本发明采用低C-Mn-低Si-微Nb+Ti合金化方案，结合控轧控冷方式进行生产，热轧采用控制轧制及控制冷却的方法，获得一定量的铁素体、珠光体组织。本发明方法生产的510MPa级汽车结构用热轧钢板具有良好的室温力学性能及工艺性能，成品表面氧化铁皮中Fe3O4所占的比例均超过85％，氧化铁皮厚度≤10μm，能适应汽车构件企业免酸洗生产要求，钢材的性价比高，推广使用前景良好。
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种综合性能优良的510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板。该510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板，按重量百分比计，其化学成分为C：0.06～0.09％、Si：0.05～0.15％、Mn：1.10～1.20％、N：0.002～0.006％、P：0～0.025％、S：0～0.015％、Nb：0.015～0.030％、Ti：0.010～0.030％、Al：0.02～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法。该生产方法包括以下步骤：高炉铁水经转炉冶炼、LF精炼、电加热、连铸制得钢坯，钢坯经加热、热轧、冷却、卷取即得钢板成品；其中，钢坯化学成分为C：0.06～0.09％、Si：0.05～0.15％、Mn：1.10～1.20％、N：0.002～0.006％、P：0～0.025％、S：0～0.015％、Nb：0.015～0.030％、Ti：0.010～0.030％、Al：0.02～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质；钢坯加热温度为1215～1230℃，时间为1.2～1.8小时；热轧粗轧的开轧温度为1175～1200℃，除鳞水压力22.0～27.0MPa；精轧开轧温度950～1010℃，精轧开轧速度1.70～2.50m/s，终轧温度为860～890℃，终轧出口轧制速度8.0～14.0m/s；冷却采用稀疏冷却方式；卷取温度为570～590℃。
优选的，上述510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法中，所述冷却的速度为10～30℃/秒，冷却至570～590℃。
优选的，上述510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法中，转炉冶炼的出钢温度为1665～1685℃，出钢时氧活度条件为[a0]100～450PPm。
优选的，上述510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法中，转炉冶炼的时间为35～45分钟。
优选的，上述510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法中，转炉冶炼中的钢水脱氧步骤加入的脱氧剂为铝铁，脱氧剂的加入量为400～550Kg/炉。
优选的，上述510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法中，底吹氩气的温度为1600～1650℃，压力为200～500帕，时间为4～8分钟。
优选的，上述510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法中，二次喂Al线控制钢水氧活度为20～40ppm。
优选的，上述510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法中，二次喂Al线后对钢水罐底部通入压力200～500Pa的氩气4～6分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件。
优选的，上述510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法中，在电加热及补喂Al线后再喂Ca-Si线，其中Ca≥24％，加入量1000～1200米/炉。
本发明方法通过控制合适的化学成分，再配合合适的热轧加热温度、终轧温度、卷取温度等工艺条件，最终获得的钢带成品屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥510MPa，延伸率≥24％，冷弯性能优良。该510MPa级汽车结构用热轧免酸洗钢板具有良好的室温力学性能及工艺性能，完全符合技术指标的要求。其微观组织结构包括铁素体和珠光体，以晶体结构的总体积为基准，铁素体的体积百分数为88～90％，珠光体的体积百分数为10～12％。铁素体以及珠光体的体积百分数可以采用本领域技术人员公知的方法测得，例如GB/T 6394金相法。
本发明所得钢板成品表面氧化铁皮中Fe3O4所占的比例均超过85％，氧化铁皮厚度≤10μm，能有效地适应用户免酸洗要求。
本发明方法与低C-Mn-V合金化生产的同级别热轧钢板方法相比，本发明方法具有工艺简单、生产成本较低的优点，能有效地替代酸洗工艺，具有较高的性价比，推广使用前景良好。
具体实施方式
本发明涉及的510MPa级免酸洗汽车结构用热轧钢板的生产工艺流程如下：转炉冶炼→LF精炼→电加热→连铸→热轧→冷却→卷取→精整→包装入库。
其中，转炉冶炼具体为将高炉铁水及冶炼炉料在转炉中冶炼得到钢水，然后将钢水脱氧并进行合金化；在合金化步骤中将碳质材料、铝锰铁合金和铝丸加入到脱氧后的钢水中，得到钢水(以钢水总重量为基准，以单质计)为C：0.06～0.09％、Si：0.05～0.15％、Mn：1.10～1.20％、N：0.002～0.006％、P：0～0.025％、S：0～0.015％、Nb：0.015～0.030％、Ti：0.010～0.030％、Al：0.02～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质。为了使入炉原料中S的含量小于或等于入炉铁水总重量的0.015％，可以采用低硫铁水或半钢冶炼。为了防止金属元素尤其是锰元素的烧损，要严格控制冶炼过程温度及出钢时的氧活度，冶炼条件为出钢温度1665～1685℃，出钢时氧活度条件为[a0]100～450PPm。冶炼过程添加的碳质材料为本领域公知碳质材料，优选为沥青焦、无烟煤或碳粉中至少一种。冶炼的时间为常规的冶炼的时间，优选为35～45分钟。
其中，钢水脱氧的目的是降低钢水的氧活度以提高合金收得率。所述脱氧剂为铝铁。脱氧剂的加入量优选为400～550Kg/炉。
其中，合金化步骤采用分批加料的方式、炉外精炼采用本领域技术人员公知的方法。脱氧后的合金化步骤包括将铝铁、碳质材料、硅锰合金、铌铁加入到脱氧后的钢水中，得到钢水(以所述钢水总重量为基准，以单质计)C：0.06～0.09％、Si：0.05～0.15％、Mn：1.10～1.20％、N：0.002～0.006％、P：0～0.025％、S：0～0.015％、Nb：0.015～0.030％、Ti：0.010～0.030％、Al：0.02～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，为了保证钢的化学成分均匀，合金化后对钢水罐进行底吹氩气处理。所述底吹氩气处理的条件为温度1600～1650℃，压力200～500帕，时间4～8分钟。
其中，LF精炼步骤目的是对钢水的氧活度、纯净度及温度进行微调，利用二次喂Al线终脱氧控制钢水的氧活度为20～40ppm，钢水罐底部通入压力200～500Pa的氩气4～6分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件，可以避免钢水出现二次氧化及温度下降过快，使钢中夹杂物充分上浮，进一步提高钢材清洁度。本发明方法中炉外精炼过程采用Si-Ca线进行硫化物变性处理，硫化物在钢种通常以条带状或短棒状存在，不利于钢的冲压性能，因而在炉外精炼处理时采用硫化物变性处理，Ca:S≥2.0，提高了钢水清洁度，并使钢中残留非金属夹杂形状***，由末处理前的沿轧向分布的条带状或短棒状变成仿锤状或球状，提高钢板的冷成型性能。在电加热及补喂Al线后进行喂Ca-Si线(含Ca≥24％，规格：)处理，加入量1000～1200米/炉。
其中，电加热步骤目的是使钢坯达到适于浇铸温度的操作，是连铸钢水生产的基本工序。对钢坯进行加热可以采用本领域技术人员公知的各种加热设备和加热方法。
其中，连续浇铸步骤可以采用本领域技术人员公知的方法，本发明方法将精炼后的钢水浇铸至预先烧烤过的中间包，经全流程保护的连续铸机浇铸成板坯。浇铸后，可以按照常规方法进行冷却，如在室温下自然冷却。
其中，热轧的开轧温度指钢坯进入轧机的温度，在该温度下进行加热，能够充分固溶微合金元素，消除因连铸板坯枝晶偏析、微合金元素在钢中分布不均导致性能不佳的作用。热轧的终轧温度指钢带出精轧机组的温度，为了使成品的厚度和力学性能均匀，采用热轧中间坯热卷箱工艺技术，使精轧前的热轧中间坯料头、中、尾部保持特定的终轧温度。本发明热轧加热温度为1215～1230℃，时间为1.2～1.8小时，热轧步骤的粗轧温度为1175～1200℃，除鳞水压力22.0～27.0MPa，精轧开轧温度950～1010℃，开轧速度1.70～2.50m/s，终轧温度为860～890℃，终轧出口轧制速度8.0～14.0m/s；热轧过程中的温度控制能够使钢在精轧出口前处于完全奥氏体组织；并且避免奥氏体组织过于粗大，有利于控制热轧成品铁素体晶粒尺寸为5.6～7.9微米，提高细晶强化效果。由于免酸洗钢要求成品的氧化层厚度薄、结构主要为10-20％FeO+Fe3O4，精轧开轧温度主要影响三次氧化铁皮原始厚度的厚薄，直接和成品厚度相关；开轧速度越高，带钢在高温区停留时间越短，氧化层越薄；终轧速度也是同样的道理。卷取温度根据FeO共析转变温度曲线而设定，控制卷取温度为570～590℃，在该温度可使得氧化层的结构FeO尽可能的发生共析转变得到要求的氧化层结构。
其中，热轧步骤是将浇铸的板坯经加热后进行轧制。轧制目的是使510MPa级汽车结构钢的连铸板坯达到所需的厚度。本发明热轧板钢带的轧制道次为粗轧6个，精轧6～7个，每架机架轧制一道每道次轧制使热轧料坯的厚度减少3～9毫米。一般轧制原料厚度230mm，可生产的厚度范围涵盖4～10.0mm。
其中，冷却步骤采用稀疏冷却方式，目的是降低表面氧化层的热应力，避免冷却速度过快表面氧化层形成微细裂纹，造成氧化层与基本结合力下降。对于薄板钢带来说，包括经过轧制的薄板钢带经过冷却后调整了钢材内部的组织状态，然后进行卷取成卷。为了满足热轧板的组织和性能要求，从轧机出来的钢带必须在很短的时间内，在很高的冷却速度下冷却到卷取温度进行卷取。例如，所述冷却的速度为10～30℃/秒，冷却至570～590℃。
本发明中化学成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。
以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1
a、冶炼钢水：冶炼设备为220吨复吹转炉，高炉铁水作为原料，高炉铁水温度1375℃，加入炼钢辅料熔炼至1678℃出钢到钢水罐，出钢1/3时加入1000Kg铝铁合金(安阳佳鑫耐材有限公司)预脱氧，然后向脱氧后的钢水中加入沥青焦(攀枝花阳城冶金辅料有限公司)及硅锰合金(德昌铁合金有限公司)，使得钢水中各成分的含量为(以钢水的总重量为基准，wt％)C：0.07、Si：0.09、Mn：1.15、P：0.010、S：0.005、Nb：0.022、Ti：0.015、Al：0.04、N：0.0040，其余为Fe。随后在炉外小平台对钢水罐进行底吹氩气处理，氩气压力200～500Pa，时间为4分钟。
通过控制脱氧剂的添加量使氧在钢水中的含量为10～50ppm，尽可能防止锰氧化，从而保证在制备的热轧结构钢中锰以单质存在，而不是以氧化物形式存在，以充分发挥单质锰的功能。
b、LF电加热：二次喂Al线终脱氧，钢水罐底部通入一定压力(200～500Pa)的氩气5分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件，吹氩气后向通过喂丝机向钢包加入1050m的Si-Ca线，LF处理终止温度1595℃。
c、连铸：钢水罐运至浇铸位置，钢水罐的底部滑动水口Al质塞棒(安阳冶辅有限公司)，钢水自动流入中间包，经Al质塞棒、引流至结晶器进行连续浇铸。全流程采用保护渣进行保护浇铸，浇铸后冷却成热轧板钢坯。
d、热轧：板坯出炉轧制温度为1225℃(消除枝晶偏析、控制原始奥氏体晶粒尺寸)，时间为1.8小时；粗轧温度为1180℃，除鳞水压力22.5MPa，精轧开轧温度1000℃，开轧速度1.75m/s，终轧温度为875℃，终轧出口轧制速度8.8m/s；冷却步骤采用稀疏冷却方式；卷取步骤温度578℃。精轧的轧制道次为7个，每道次轧制使得中间坯的厚度分别为42～30毫米、30～21毫米、21～18毫米、18～14毫米、14～11毫米、11～8毫米、8～5毫米。
e、精整：钢带经平整机组分头卷后包装入库。
将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度Rel、抗拉强度Rm及伸长率A拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(Rel)为480MPa，抗拉强度(Rm)为569MPa，延伸率(A)为27％，冷弯工艺试验性能合格，成品氧铁皮厚度7.6μm，表面氧化铁皮中Fe3O4的比例达到88％，符合510MPa免酸洗热轧汽车结构钢板的技术条件要求。
实施例2
制备方法与实施例1基本相同，不同的是转炉冶炼得到的钢水成分为C：0.08、Si：0.10、Mn：1.12、P：0.013、S：0.006、Nb：0.020、Ti：0.013、Al：0.05、N：0.0036，其余为Fe，(重量百分比,％)并用前述钢水生产的热轧钢板，板坯出炉温度1220℃，精轧开轧速度1.72m/s，终轧出口轧制速度8.5m/s；终轧温度为885℃，卷取温度为580℃，热轧成品厚度6.0mm。
将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的屈服强度Rel、抗拉强度Rm及伸长率A，拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(Rel)为485MPa，抗拉强度(Rm)为575MPa，延伸率(A)为26％，冷弯工艺试验性能合格，成品氧铁皮厚度8.5μm，表面氧化铁皮中Fe3O4的比例达到85％，符合510MPa免酸洗热轧汽车结构钢板的技术条件要求。
对比例
制备方法与实施例1基本相同，不同的是转炉冶炼得到的钢水成分为C：0.08％，Si：0.25％，Mn：1.30％，P：0.016％，S：0.007％，V：0.08％，Als:0.054％其余为Fe，并用前述钢水生产的热轧钢板，板坯出炉温度1210℃，精轧开轧速度1.30m/s，终轧出口轧制速度5.0m/s；终轧温度为870℃，卷取温度为630℃，热轧成品厚度5.0mm。
将制备的板卷进行机械性能测试，分别检测室温的抗拉强度Rm及伸长率A，拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行。成品屈服强度(Rel)为510MPa，抗拉强度(Rm)为535MPa，延伸率(A)为27％，冷弯工艺试验性能合格，成品氧铁皮厚度13μm左右，表面氧化铁皮中Fe3O4的比例为60％，力学性能及氧化铁皮结构不符合510MPa免酸洗热轧汽车结构钢板的技术条件要求。

Claims (10)

1.510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板，其特征在于：按重量百分比计，其化学成分为C：0.06～0.09％、Si：0.05～0.15％、Mn：1.10～1.20％、N：0.002～0.006％、P：0～0.025％、S：0～0.015％、Nb：0.015～0.030％、Ti：0.010～0.030％、Al：0.02～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.权利要求1所述的510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：高炉铁水经转炉冶炼、LF精炼、电加热、连铸制得钢坯，钢坯经加热、热轧、冷却、卷取即得钢板成品；其中，钢坯化学成分为C：0.06～0.09％、Si：0.05～0.15％、Mn：1.10～1.20％、N：0.002～0.006％、P：0～0.025％、S：0～0.015％、Nb：0.015～0.030％、Ti：0.010～0.030％、Al：0.02～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质；钢坯加热温度为1215～1230℃，时间为1.2～1.8小时；热轧粗轧的开轧温度为1175～1200℃，除鳞水压力22.0～27.0MPa；精轧开轧温度950～1010℃，精轧开轧速度1.70～2.50m/s，终轧温度为860～890℃，终轧出口轧制速度8.0～14.0m/s；冷却采用稀疏冷却方式；卷取温度为570～590℃。
3.根据权利要求2所述的510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：所述冷却的速度为10～30℃/秒，冷却至570～590℃。
4.根据权利要求2所述的510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：转炉冶炼的出钢温度为1665～1685℃，出钢时氧活度条件为[a0]100～450PPm。
5.根据权利要求2所述的510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：转炉冶炼的时间为35～45分钟。
6.根据权利要求2所述的510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：转炉冶炼中的钢水脱氧步骤加入的脱氧剂为铝铁，脱氧剂的加入量为400～550Kg/炉。
7.根据权利要求2所述的510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：底吹氩气的温度为1600～1650℃，压力为200～500帕，时间为4～8分钟。
8.根据权利要求2所述的510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：二次喂Al线控制钢水氧活度为20～40ppm。
9.根据权利要求2所述的510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：二次喂Al线后对钢水罐底部通入压力200～500Pa的氩气4～6分钟，氩气流量以钢水不大翻为条件。
10.根据权利要求2所述的510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板的生产方法，其特征在于：在电加热及补喂Al线后再喂Ca-Si线，其中Ca≥24％，加入量1000～1200m/炉。
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