CN109266956B - 一种汽车b柱加强板用钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种汽车B柱加强板用钢及其制备方法，属于汽车车身零部件用材制造领域。该汽车B柱加强板用钢，其含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C：0.35～0.55％，Si：0.17～0.22％，Mn：0.8～1.5％，P≤0.02％，S≤0.02％，Al：2.5～4.69％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述的汽车B柱加强板用钢，其钢材抗拉强度800～850MPa，延伸率38～44％，强塑积30～35GPa·％，满足B柱加强板的高强度、高塑性、低成本的冷成型汽车B柱加强板用钢要求。其方法为：真空炉冶炼、铸坯加热、粗轧、精轧、酸洗冷轧和连续退火。该制备工艺简单、耗时短，能够适用于工业化生产。

Description

一种汽车B柱加强板用钢及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车车身零部件用材制造领域，具体涉及一种汽车B柱加强板用钢及其制备方法，该汽车B柱加强板用钢特别适用于制造汽车B柱加强板，满足车身碰撞安全要求。
背景技术
近年来，随着人们对汽车碰撞安全的要求越来越高，行业发展中，在侧碰试验中壁障的重量和尺寸都有更严格的要求，这给汽车生产厂及材料供应商带来了新的挑战。
汽车B柱加强板是汽车乘员舱的主要结构件，在侧碰中主要起到抵抗碰撞载荷的作用，因此对强度有很高的要求。同时在实用性方面，由于B柱加强板复杂的结构特征，对原材料的塑形要求也很高，以保证冷冲压成型件的成形与使用要求。而传统的汽车B柱加强板用钢随着强度的不断提高，必然会使材料塑形降低，这给零部件成形带来了困难。
目前，一些汽车主机厂采用热成型钢来生产B柱加强板，虽然解决了B柱加强板的成形问题，但大幅度地增加了零件的材料成本及制造成本。因此，开发出一种高强度、高塑性、低成本的冷成型汽车B柱加强板用钢吸引了各大钢铁公司和汽车厂家的关注。
专利文献CN 207345931U公开了一种变料厚热成型汽车B柱加强板，材料为22MnB5，优点是热成型钢的成形性好，其不足之处是零件制造成本太高，产线投入大。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种汽车B柱加强板用钢及其制备方法，通过添加一定含量的C、Si、Mn和Al元素，采用特定的热处理工艺，能够获得一种高强度、高塑形、低成本的冷成型汽车B柱加强板用钢，并且制备工艺简单、耗时短，能够适用于工业化生产。
具体的技术方案是：
一种汽车B柱加强板用钢，其含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C：0.35％～0.55％，Si：0.17％～0.22％，Mn：0.8％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.02％，Al：2.5％～4.69％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述的汽车B柱加强板用钢，其钢材抗拉强度800～850MPa，延伸率38～44％，强塑积30～35GPa·％，满足B柱加强板的高强度、高塑性要求。
所述的汽车B柱加强板用钢，其主要包括的微观组织及各个组织的体积百分数为：残余奥氏体为15％-25％，铁素体为35％-50％，贝氏体为25％-35％。
所述的汽车B柱加强板用钢，还包括总体积百分比≤5％的其他组织。
本发明的一种汽车B柱加强板用钢的制备方法，包括以下步骤：真空炉冶炼、铸坯加热、粗轧、精轧、酸洗冷轧和连续退火，具体步骤为：
步骤1：真空炉冶炼
按照汽车B柱加强板用钢的成分，称量原料，将原料至于真空炉中冶炼，得到满足汽车B柱加强板用钢成分含量的铸锭；
步骤2：铸锭加热
将铸锭加热，得到加热后的铸锭；其中，加热温度为1150～1250℃，保温时间为90～180min；
步骤3：粗轧
将加热后的铸锭进行粗轧，开轧温度≥1000℃，多道次粗轧后，得到粗轧中间坯，粗轧中间坯的厚度为25～40mm；
步骤4：精轧
将粗轧中间坯加热，得到加热后的粗轧中间坯；其中，加热温度为1150～1250℃，保温时间为90～180min；
将加热后的粗轧中间坯进行快速精轧，开轧温度≥1050℃，精轧的终轧温度为850～950℃，多道次精轧后，得到热轧板；其中，热轧板的厚度为2.8～4.5mm；
步骤5：酸洗冷轧
将热轧板酸洗后，进行多道次冷轧，冷轧过程中，总压下率为30％～80％，得到冷轧钢板；其中，冷轧钢板的厚度为0.8～2.0mm；
步骤6：连续退火和时效处理
(1)将冷轧钢板进行退火，退火温度为700～900℃，退火时间为2～10min，冷却速率≥20℃/s；
(2)冷却至时效温度后，保温10～20min，在冷却至室温，得到汽车B柱加强板用钢；其中，时效温度为330～450℃。
所述的步骤1中，所述的铸锭含有的成分及各个成分的质量百分数为：C：0.35％～0.55％，Si：0.17％～0.22％，Mn：0.8％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.02％，Al：2.5％～4.69％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述的步骤2中，作为优选，所述的加热温度为1200℃，保温时间为120～150min。
所述的步骤3中，作为优选，开轧温度≥1050℃，5道次粗轧后，得到粗轧中间坯，粗轧中间坯的厚度为28～35mm。
所述的步骤3中，作为优选，所述的单道次平均压下率为15％～17％。
所述的步骤4中，所述的粗轧中间坯的加热设备为电加热炉。
所述的步骤4中，作为优选，粗轧中间坯的加热温度为1200℃，保温时间为120～150min。
所述的步骤4中，作为优选，精轧过程中，开轧温度≥1100℃，终轧温度为930±20℃。
所述的步骤4中，作为优选，多道次精轧为7道次精轧，每道次平均压下率为12％～14％。
所述的步骤4中，控制终轧温度为850～950℃，其目的在于，如果终轧温度过低，会导致热轧板材的变形抗力过大，难以轧制到目标厚度。
所述的步骤5中，作为优选，总压下率为55％±10％，以保证钢板的最优综合性能。如果压下率过高，会导致变形抗力过大，难以轧制到目标厚度；压下率过低，会导致冷轧钢板的延伸率下降。
所述的步骤5中，所述的酸洗为采用盐酸进行酸洗，目的为除去热轧板表面的氧化层。
所述的步骤6中，冷轧钢板升温至退火温度，升温速率为10～20℃/s。
所述的步骤6中，退火温度冷却至时效温度采用氮气冷吹的方式降温。
所述的步骤6中，冷却至室温为自然冷却至室温。
所述的步骤6中，作为优选，所述的退火温度为780～860℃，若退火温度太高会导致晶粒组织过于粗大，退火温度过低会导致冷轧钢板伸长率下降。
所述的步骤6中，作为优选，所述的退火时间为3～7min，若退火时间过长，会导致钢板晶粒粗大，退火时间过短，钢板来不及完成退火和再结晶过程，导致钢板伸长率下降。
所述的步骤6中，作为优选，所述的时效温度为370～430℃，时效温度过高，会导致钢板中奥氏体含量过低，伸长率下降，时效温度过低，会导致钢板中出现马氏体组织，伸长率下降。
所述的步骤6中，作为优选，所述的时效时间为12～18min，时效时间过长，会降低生产效率，过短则导致钢板中奥氏体含量下降，伸长率降低。
通过上述方法制备的汽车B柱加强板用钢，是一种抗拉强度为800～850MPa，延伸率为38～44％，强塑积为30～35GPa·％的汽车B柱加强板用钢，满足高强度、高塑性、低成本的要求。汽车B柱加强板用钢，包括的组织及各个组织的体积百分比为：残余奥氏体为15％-25％，铁素体为35％-50％，贝氏体为25％-35％，余量为其他组织；其中，其他组织的总体积百分比≤5％。
本发明的汽车B柱加强板用钢的应用，为将制备的汽车B柱加强板用钢采用冷成型，冲压，得到汽车B柱加强板。
本发明的汽车B柱加强板用钢通过含有0.35wt％～0.55wt％的C，能够通过贝氏体相变获得稳定的奥氏体，同时具有良好的固溶强化效果，保证B柱加强板用钢的强度。当C元素含量低于0.35wt％时，会降低钢的强度和奥氏体的稳定性，导致残余奥氏体含量降低，不能获得本发明的汽车B柱加强板用钢的延伸性能。当C元素含量高于0.55wt％时，容易在晶界处析出渗碳体，降低钢的力学性能。
本发明的汽车B柱加强板用钢通过含有0.17wt％～0.22wt％的Si，起到脱氧的作用，减少钢中的夹杂。钢中的Si元素含量过低，起不到脱氧的作用；Si元素含量过高，会延长贝氏体的转化时间，会降低钢板的表面质量。
本发明的汽车B柱加强板用钢通过含有0.8wt％～1.5wt％的Mn，有利于稳定钢中的奥氏体组织。当Mn元素含量低于0.8wt％时，会导致钢板发生马氏体相变，降低钢板的塑性和韧性；当Mn元素含量高于1.5wt％，增加贝氏体转变时间，会导致钢板生产成本上升，同时造成伸长率下降。
本发明的汽车B柱加强板用钢通过含有2.5wt％～4.5wt％的Al，主要起到降低钢材密度，抑制渗碳体的形成，有利于在钢中形成残余奥氏体。当Al元素含量低于2.5wt％时，会导致钢板不利于形成残余奥氏体；当Al元素含量高于4.5wt％时，会导致连铸生产困难和力学性能下降。
在本发明中，由于P元素是钢中的有害元素，其含量越低越好。考虑到成本，本发明中将P元素含量控制在P≤0.02％。
在本发明中，由于S元素是钢中的有害元素，其含量越低越好。考虑到成本，本发明中将S元素含量控制在S≤0.02％。
本发明的一种汽车B柱加强板用钢及其制备方法，其有益效果为：
(1)本发明的钢材化学成分主要以C、Si、Mn、Al为主要元素，且C、Mn元素含量较低，原始成本低。
(2)本发明的制备工艺及方法易于推广到传统产线上实现工业化生产，具有成本低，不需要添加新的生产设备，生产工艺稳定的优点。
(3)本发明采用成分设计、轧制、连续退火工艺，生产的B柱加强板用钢具有高强度、高伸长率、高强塑积、低成本的特点。
附图说明
图1为本发明实施例2制备的汽车B柱加强板用钢的金相组织图。
图2为本发明实施例3制备的汽车B柱加强板用钢的金相组织图。
图3为本发明实施例1制备的汽车B柱加强板用钢的应力-应变曲线。
具体实施方式
以下用实施例对本发明进行更详细的描述，这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。
实施例
一种汽车B柱加强板用钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，真空炉冶炼：
按汽车B柱加强板用钢的化学组成，称量原料，通过200kg真空炉进行冶炼，得到铸锭，汽车B柱加强板用钢的化学组成见表1所示，余量为Fe和不可避免的杂质；
步骤2：铸锭加热
将铸锭加热，得到加热后的铸锭；其中，加热温度为1200℃，保温时间为120～150min；
步骤3，粗轧
将加热后的铸锭进行7道次粗轧，粗轧的开轧温度、粗轧总压下率见表2，得到粗轧中间坯，厚度为29.5～34.5mm；
步骤4，精轧：
将粗轧中间坯在电加热炉中加热，加热温度为1200℃，保温时间为120～150min，然后进行5道次快速精轧，开轧温度大于1100℃，终轧温度930±20℃。精轧的总压下率见表2，得到热轧板，厚度为2.95～4.14mm；
步骤5，酸洗冷轧：
将热轧板酸洗后，进行冷轧，酸洗冷轧的总压下率见表2，得到冷轧钢板，厚度为1.48～1.62mm；
步骤6，退火、时效处理：
将冷轧钢板，以10℃/s的升温速率升温至退火温度，进行连续退火处理，氮气气冷至时效温度，并进行时效处理，退火温度、退火时间、冷却速率、时效温度、时效时间见表3，然后自然冷却到室温，得到汽车B柱加强板用钢。
按照上述方法进行实施例1～8，各个实施例获得的汽车B柱加强板用钢的性能参数见表4，可见采用本发明的成分设计、轧制、连续退火工艺，制备出的汽车B柱加强板用钢，屈服强度522～554MPa，抗拉强度806～837MPa，延伸率38.5～42％，强塑积31.785～33.988GPa·％，满足B柱加强板的高强度、高塑性、低成本要求。
表1实施例钢的化学成分，wt％
表2实施例钢的轧制工艺
表3实施例钢的连续退火工艺
表4实施例钢的力学性能
实施例2得到的汽车B柱加强板用钢的金相组织如图1所示，实施例3得到的汽车B柱加强板用钢的金相组织如图2所示，从图中可以看出，制备的汽车B柱加强板用钢主要含有铁素体，贝氏体及残余奥氏体。其中需要进一步说明的是：铁素体组织包括α铁素体与δ铁素体两种形态，赋予钢优异的的强度与延伸性能；残余奥氏体组织的形态主要有块状残奥与薄膜状残奥，块状残余奥氏体在拉伸过程中容易发生相变，进而赋予钢优异的延伸性能，而薄膜状残余奥氏体能够阻碍裂纹的扩展，可大幅度提高钢的强塑积。
实施例1得到的汽车B柱加强板用钢的应力-应变曲线见图3，从图3中，可以得到实施例1的B柱加强板用钢屈服强度为522MPa，抗拉强度为806MPa，延伸率为42％，强塑积为33.852GPa·％。
由上述实施例可见，采用本发明的成分设计、轧制、连续退火工艺，制备出的汽车B柱加强板用钢抗拉强度800～850MPa，延伸率38～44％，强塑积30～35GPa·％，满足B柱加强板的高强度、高塑性、低成本要求。

Claims (6)

1.一种汽车B柱加强板用钢的制备方法，包括以下步骤：真空炉冶炼、铸坯加热、粗轧、精轧、酸洗冷轧和连续退火，其特征在于，具体步骤为：
步骤1：真空炉冶炼
按照汽车B柱加强板用钢的成分，称量原料，将原料至于真空炉中冶炼，得到满足汽车B柱加强板用钢成分含量的铸锭；
步骤2：铸锭加热
将铸锭加热，得到加热后的铸锭；其中，加热温度为1150~1250℃，保温时间为90~180min；
步骤3：粗轧
将加热后的铸锭进行粗轧，开轧温度≥1000℃，多道次粗轧后，得到粗轧中间坯，粗轧中间坯的厚度为25~40mm；
步骤4：精轧
将粗轧中间坯加热，得到加热后的粗轧中间坯；其中，加热温度为1150~1250℃，保温时间为90~180min；
将加热后的粗轧中间坯进行快速精轧，开轧温度≥1050℃，精轧的终轧温度为850~950℃，多道次精轧后，得到热轧板；其中，热轧板的厚度为2.8~4.5mm；
步骤5：酸洗冷轧
将热轧板酸洗后，进行多道次冷轧，冷轧过程中，总压下率为30%~80%，得到冷轧钢板；其中，冷轧钢板的厚度为0.8~2.0mm；
步骤6：连续退火和时效处理
(1)将冷轧钢板进行退火，退火温度为700~900℃，退火时间为2~10min，冷却速率≥20℃/s；
(2)冷却至时效温度后，保温10~20min，在冷却至室温，得到汽车B柱加强板用钢；其中，时效温度为330~450℃；
制备的汽车B柱加强板用钢含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C：0.35%～0.55%，Si：0.17%～0.22%，Mn：0.8%～1.5%，P≤0.02%，S≤0.02%，Al：2.5%~4.69%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述的汽车B柱加强板用钢，其钢材抗拉强度800~850MPa，延伸率38~44%，强塑积30~35GPa·%。
2.如权利要求1所述的汽车B柱加强板用钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的加热温度为1200℃，保温时间为120~150min。
3.如权利要求1所述的汽车B柱加强板用钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，开轧温度≥1050℃，5道次粗轧后，得到粗轧中间坯，粗轧中间坯的厚度为28~35mm；其中，单道次平均压下率为15%~17%。
4.如权利要求1所述的汽车B柱加强板用钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，粗轧中间坯的加热温度为1200℃，保温时间为120~150min；精轧过程中，开轧温度≥1100℃，终轧温度为930±20℃；精轧过程中，多道次精轧为7道次精轧，每道次平均压下率为12%~14%。
5.如权利要求1所述的汽车B柱加强板用钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤5中，总压下率为55%±10%。
6.如权利要求1所述的汽车B柱加强板用钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤6中，冷轧钢板升温至退火温度，升温速率为10~20℃/s；退火温度冷却至时效温度采用氮气冷吹的方式降温；所述的退火温度为780~860℃；所述的退火时间为3~7min；
所述的时效温度为370~430℃，时效时间为12~18min。
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