CN109576569B - 一种汽车扭力梁用钢材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提高了一种汽车扭力梁用钢材及其制备方法，所述汽车扭力梁用钢材包含以下质量百分含量的成分：C：0.03～0.22％、Si：0.1～0.4％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Nb≤0.10％、Cr≤0.50％、Mo≤0.50％，Re：0.002‑0.05％，Al≤0.05％，其余是Fe及不可避免杂质。本发明通过成分的上述配比设计以及选用相应的制备方法，且对方法中的参数进行调整，得到了折弯成形性能优异的高焊接性汽车扭力梁用钢材，将其焊接加工成形后，零件板表层为高硬度区，心部处为低硬度区，且在经过退火热处理后仍可维持表心硬度差，因而具有较高的综合机械性能，可以发挥出优异的疲劳性能。

Description

一种汽车扭力梁用钢材及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种汽车扭力梁用钢材及其制备方法。

背景技术

汽车在崎岖路面上行驶时，扭力梁同时需承受车轮传递的纵向力以及垂直方向上的交变载荷，在横梁处应力高，易产生疲劳。因此必须要求扭力梁在具有高强度的同时，还需要高疲劳强度。

但在扭力梁的生产制造过程中，需要对焊接后的钢管进行较大程度的冷塑性变形，因此会在变形区域产生较大的残余应力，部分区域残余应力与外部载荷的叠加甚至可能使材料产生塑性变形而使其丧失承载能力，进行去应力退火同时也会消除部分有益残余应力，使钢材软化降低疲劳特性。

发明内容

为了解决现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种汽车扭力梁用钢材及其制备方法，制备方法中不降低疲劳强度，得到了折弯成形性能优异以及具有高焊接性的汽车扭力梁用钢材。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:一种汽车扭力梁用钢材，包含以下质量百分含量的成分：C：0.03～0.22％、Si：0.1～0.4％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Nb≤0.10％、Cr≤0.50％、Mo≤0.50％，Al≤0.05％，其余是Fe及不可避免杂质。

作为进一步的优选，还包括含量为0.002～0.05％的Re。

作为进一步的优选，所述Re含量为：0.01-0.02％。

作为进一步的优选，所述C含量为：0.06～0.11％。

作为进一步的优选，所述Si含量为：0.12～0.14％。

作为进一步的优选，所述Mn含量为：1.46-1.50％。

作为进一步的优选，所述汽车扭力梁用钢材的微观金相组织为铁素体+珠光体。

本发明的另一目的在于提供上述汽车扭力梁用钢材的制备方法，包括如下步骤：

将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼获得上述成分的钢水后连铸获得板坯；将所述板坯进行加热后，经过粗轧、精轧获得热轧板，所述粗轧终止温度控制为1020～1120℃，所述精轧终止温度控制为830～900℃，将所述热轧板层流冷却后在530～620℃卷取温度下卷取获得热轧带钢；将所述热轧卷经平整、酸洗后获得成品。

作为进一步的优选，所述热轧板厚度规格变化范围控制在1.8～5mm。

作为进一步的优选，所述板坯的出炉温度为1230-1245℃，所述粗轧终止温度控制为1040～1050℃，所述精轧终止温度控制为850-875℃；所述卷取温度为550-575℃。

本发明的有益效果是：本发明汽车扭力梁用钢材，包含以下质量百分含量的成分：C：0.03～0.22％、Si：0.1～0.4％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Nb≤0.10％、Cr≤0.50％、Mo≤0.50％，其余是Fe及不可避免杂质。本发明通过成分的上述配比设计以及选用相应的制备方法，且对方法中的参数进行调整，得到了折弯成形性能优异的高焊接性汽车扭力梁用钢材，将其焊接加工成形后，零件板表层为高硬度区，心部处为低硬度区，且在经过退火热处理后仍可维持表心硬度差，因而具有较高的综合机械性能，可以发挥出优异的疲劳性能。

附图说明

图1为本发明实施例制备的汽车扭力梁用钢材的显微组织示意图。

图2a为本发明实施例S2热处理前的试样进行透射电镜萃取复型示意图。

图2b为本发明实施例S2热处理后的试样进行透射电镜萃取复型示意图。

具体实施方式

本发明通过提供一种汽车扭力梁用钢材及其制备方法，避免了现有扭力梁的生产制造过程中，使钢材软化降低疲劳特性的缺陷。

为了解决上述缺陷，本发明实施例的主要思路是：

本发明实施例汽车扭力梁用钢材，包含以下质量百分含量的成分：C：0.03～0.22％、Si：0.1～0.4％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Nb≤0.10％、Cr≤0.50％、Mo≤0.50％，Al≤0.05％，其余是Fe及不可避免杂质。

本发明的C含量为0.03～0.22％，碳与合金元素Nb和Mo等形成微合金碳化物而起到析出强化的作用，较高碳含量对焊接性存在不利影响，因而选择低碳体系。

本发明的Si含量0.1～0.4％，取较低的硅含量，降低焊接时硅对焊缝性能的影响。

本发明的Mn含量为0.8～2.0％，添加0.8％以上的Mn提高基体强度，含量过高会影响材料焊接性并增大回火脆性倾向。

本发明的P与S对材料性能产生不利影响，应尽严格控制钢中P与S含量。

本发明中Al作为脱氧剂使用，在钢钟多以夹杂物形式存在而危害材料性能，因此要求材料中Al含量较低，Al低于0.05％。

本发明中少量的Nb即可以充分发挥细晶强化与析出强化效果，在回火过程中增加材料的回火稳定性。Nb属于贵金属，含量不超过0.1％。

本发明的Cr含量低于0.50％，加入适量Cr提高基体强度，退火过程中补充析出从而抑制退火软化。

本发明的Mo含量低于0.50％，Mo可以在退火过程中补充析出，减小退火过程中析出相尺寸，提高材料回火稳定性，可以使材料在较高温度下退火，充分消除残余应力。

本发明实施例在上述成分体系中添加稀土元素Re来优化钢中夹杂物形状和尺寸，减少杂质元素在晶界的偏聚。球形的稀土硫化物仍保持细小的球形或者纺锤形，较均匀地分布在钢材中，消除了沿钢材轧制方向分布的条带状MnS，同时稀土元素富集于晶界，减少杂质元素在晶界的偏聚从而强化晶界，兼具抑制推迟奥氏体再结晶，提高奥氏体晶粒的长大温度，从而细化晶粒，从而提高材料强韧性。稀土元素的加入降低了碳氮化物的固溶温度，促进了(Nb、Mo、Cr)C等第二相粒子的固溶，更能够促进热变形过程中(Nb、Mo、Cr)C的析出，从而提高铌和钼等合金元素的析出强化效果。以上影响因素的共同作用使本发明实施例钢材具有优异的折弯成形性和焊接性，同时提高了成形零件的疲劳特性。

另外，本发明选用与上述成分体系相应的制备方法，且对方法中的参数进行调整，本发明实施例汽车扭力梁用钢材的制备方法，包括如下步骤：

将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼获得上述成分的钢水后连铸获得板坯；将所述板坯进行加热后，经过粗轧、精轧获得热轧板，所述热轧板厚度规格变化范围控制在1.8～5mm，所述粗轧终止温度控制为1020～1120℃，所述精轧终止温度控制为830～900℃，将所述热轧板层流冷却后在530～620℃卷取温度下卷取获得热轧带钢；将所述热轧卷经平整、酸洗后获得成品。

为使板坯中微合金析出相充分溶解，确保成分均匀化，并获得均匀的奥氏体组织，将板坯的加热温度设定在1230-1245℃左右。在奥氏体未再结晶区温度范围内低温终轧，且避免在奥氏体铁素体两相区轧制，控制轧制温度在830～900℃使奥氏体充分累积变形量以提高铁素体形核率。控制卷取温度在530～620℃以获取大量的细小微合金析出相颗粒以达到基体析出强化的目的。最终获得的板材微观金相组织为铁素体+珠光体，使得产品具备良好的折弯性能。

本发明实施例采用C-Si-Mn-Nb-Mo-Cr成分体系，通过控制轧制、层流冷却，并配合一定的平整、酸洗工艺，获得抗拉强度700MPa级折弯成形性优异且具备高焊接性能的热轧酸洗带钢，通过合适的热处理工艺使析出的细小第二相发挥析出强化作用弥补残余应力消除而带来的强度降低。

本发明实施例钢材在制成扭力梁后，通过折弯加工成形会在零件某些区域发生加工硬化，产生很大的残余应力，因此造成零件表面硬度的增大，而心部变形较小硬度的增加很小，表心之间存在一定的硬度差，表现为表硬心软。但是与加工成形相伴的残余应力在某种程度上会降低材料的疲劳特性，因此对本发明钢材生产的扭力梁进行退火热处理，通过制定上述合理热处理制备方法来消除产生的残余应力，提高疲劳强度。在退火热处理消除残余应力的同时，通过在位错上以及组织基体内析出细小的微合金碳化物如(Nb、Mo、Cr)C，可以有效的缓解残余应力的消失而带来的表层硬度和强度降低，从而有效的维持退火热处理后由折弯成形所引起的钢材厚度方向上表层与心部的硬度差。

本发明实施例钢制备的汽车扭力梁用钢材进行折弯成形后，板厚中心处维氏硬度与距板表面0.4mm以内的维氏硬度最高值相差20～40点。以及在由λ＝T(20+log(t))定义的回火参数λ为15000～17000条件下热处理后的板厚中心维氏硬度与距表面0.4mm以内的维氏硬度最高值相差30～70点(T为绝对温度，t为时间单位为小时)。

为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之汽车扭力梁用钢材及其制备方法。

本发明实施例汽车扭力梁用钢材的制备方法，包括以下步骤：

将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼获得钢水后连铸获得板坯；钢水中实际化学成分如表1所示。

表1化学成分(wt％)

将所述板坯进行加热后，所述板坯的出炉温度为1230-1245℃，经过粗轧、精轧获得热轧板，所述热轧板厚度规格变化范围控制在1.8～5mm，所述粗轧终止温度控制为1020～1120℃，所述精轧终止温度控制为830～900℃，将所述热轧板层流冷却后在530～620℃卷取温度下卷取获得热轧带钢；将所述热轧卷经平整、酸洗后获得成品。各实施例工艺参数具体见表2所示；

表2

图1为本发明实施例3制备的汽车扭力梁用钢材的显微组织示意图。其中，板材微观组织为：铁素体+35％珠光体(体积分数)，通过基体组织铁素体+珠光体保证产品具备良好的折弯性能。

为了证明本发明实施例制备得到的汽车扭力梁用钢材的性能，进行下述试验：

(一).将上述实施例S1-S4得到的4种试验钢制管并按照扭力梁管状横梁的生产程序冲压成型，在形变区取样，以显微硬度计(载荷为HV0.1)进行硬度试验，测量形变区域厚度方向***心部与距表面固定距离处(取距表面0.3mm)的硬度差值。将样品进行表3工艺的热处理后再次进行硬度测量试验，记录数据与于表3中。

表3

编号	退火温度℃	保温时间h	硬度差值
				S1-1	520	1.5	43
S1-2	-	-	50
				S2-1	480	2	50
S2-2	-	-	41
				S3-1	520	1	47
S3-2	-	-	46
				S4-1	560	0.5	38
S4-2	-	-	40

试验样品表层形变区由于残余应力的存在，因而造成表层硬度值增大。在进行退火热处理后，残余应力消失，微合金碳氮化物补充析出，弥补残余应力消失而造成的表层硬度降低。

(二)将编号为S2热处理前后的试样进行透射电镜萃取复型观察形变区析出相形态以及分布的变化。如图2a-2b所示，热处理后，基体中存在大量细小析出相，从而证明了热处理后细小微合金碳氮化物析出相弥补残余应力消失而造成的表层硬度降低。通过退火热处理去除成形后零件的残余应力并以析出强化机制来提高其强度。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本发明实施例汽车扭力梁用钢材，包含以下质量百分含量的成分：C：0.03～0.22％、Si：0.1～0.4％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Nb≤0.10％、Cr≤0.50％、Mo≤0.50％，Re：0.002-0.05％，Al≤0.05％，其余是Fe及不可避免杂质。本发明通过成分的上述配比设计以及选用相应的制备方法，且对方法中的参数进行调整，得到了折弯成形性能优异的高焊接性汽车扭力梁用钢材，将其焊接加工成形后，零件板表层为高硬度区，心部处为低硬度区，且在经过退火热处理后仍可维持表心硬度差，因而具有较高的综合机械性能，可以发挥出优异的疲劳性能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车扭力梁用钢材，其特征在于：包含以下质量百分含量的成分：

C：0.03～0.22％、Si：0.1～0.4％、Mn：0.8～2.0％、P≤0.02％、S≤0.009％、Nb≤0.10％、Cr≤0.50％、Mo≤0.50％，

，其余是Fe及不可避免杂质；

还包括含量为0.002～0.05％的RE；

所述汽车扭力梁用钢材的微观金相组织为铁素体和珠光体；

汽车扭力梁用钢材进行折弯成形后，板厚中心处维氏硬度与距板表面0.4mm以内的维氏硬度最高值相差20～40点，在由

定义的回火参数

为15000～17000条件下热处理后的板厚中心维氏硬度与距表面0.4mm以内的维氏硬度最高值相差30～70点，其中T为绝对温度，t为时间单位为小时；

所述汽车扭力梁用钢材的制备方法，包括如下步骤：

将铁水预处理后，经过转炉冶炼、LF精炼、RH精炼获得上述成分的钢水后连铸获得板坯；将所述板坯进行加热后，经过粗轧、精轧获得热轧板，所述粗轧终止温度控制为1040～1050℃，所述精轧终止温度控制为850～875℃，将所述热轧板层流冷却后在550～575℃卷取温度下卷取获得热轧带钢；将所述热轧卷经平整、酸洗后获得成品；

所述热轧板厚度规格变化范围控制在1.8～5mm；

所述板坯的出炉温度为1230～1245℃。

2.根据权利要求1所述的汽车扭力梁用钢材，其特征在于：所述RE含量为：0.01～0.02％。

3.根据权利要求1所述的汽车扭力梁用钢材，其特征在于：所述C含量为：0.06～0.11％。

4.根据权利要求1所述的汽车扭力梁用钢材，其特征在于：所述Si含量为：0.12～0.14％。

5.根据权利要求1所述的汽车扭力梁用钢材，其特征在于：所述Mn含量为：1.46～1.50％。

Images