CN110205559B

CN110205559B - 一种表面质量优良的抗拉强度≥510MPa级桥壳钢及生产方法

Info

Publication number: CN110205559B
Application number: CN201910478370.9A
Authority: CN
Inventors: 魏兵; 梁文; 张扬; 张鹏武; 刘登文; 徐峰; 习天辉; 杜明; 王世森
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2039-06-03
Also published as: CN110205559A

Abstract

一种表面质量优良的抗拉强度≥510MPa级桥壳钢，其化学成分及wt%为：C：0.10~0.20%，Si：0.40~0.50%，Mn：1.4~1.6%，S：≤0.005%，P：≤0.015%，Cu：0.020~0.030%，Als：0.025~0.050%；生产方法：经冶炼并浇铸成坯后对铸坯加热；对铸坯定宽；粗轧；精轧；层流冷却；卷取。本发明通过在C‑Si‑Mn成分体系的基础上添加一定量的Cu，使Cu元素在基体与氧化铁皮界面富集，由于高温下Cu呈现出液态，从而使板坯经过高压水除鳞后带钢表面氧化铁皮完全去除。且整个热轧工序控制简单可行，提高产品的合格率到95%以上，生产成本降低200~300元/吨钢。

Description

一种表面质量优良的抗拉强度≥510MPa级桥壳钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一众汽车用钢及生产方法，具体地指一种抗拉强度≥510MPa级桥壳钢及生产方法。

背景技术

热轧汽车桥壳，是安装主减速器、差速器、半轴、轮毂和悬架的基础件，同时它保护传动***中的各部件，在我国商用车上用量大，广泛应用于各商用车企业。现已大量使用14～20mm厚度的热轧钢板制作冲压桥壳。冲压桥壳成形方式主要有两种：第一种是热冲压成形，热冲压成形所使用的钢板厚度为14～20mm，钢板在感应炉中加热到800～900℃，高温模具冲压成形。第二种是冷冲压成形，但是将桥壳钢的厚度由14～16mm降低到12mm，成形工艺相对简单、材料利用率高，生产成本低。不管采用哪种成形方式，均要求原材料具有良好的成形性能、冷弯性能，因此此类钢种在成分设计时均采用“高碳高硅”的碳锰成分体系，添加少量Nb、Ti等微合金强化，满足其性能要求。一般的桥壳钢中，硅含量均在0.3～0.6％，由于Si在高温条件下先被氧化成SiO₂，然后SiO₂与表面氧化层中的FeO反应形成铁橄榄石相(Fe₂SiO₄)，它易富集在氧化铁皮与基体的结合面处以及氧化铁皮的内部，增强氧化铁皮的附着力，使带钢表面氧化铁皮未完全去除干净而产生严重的虎皮纹缺陷。产品经过用户后续喷丸工序后，带钢表面的粗糙度不一致，虎皮纹缺陷处的粗糙度与正常处的粗糙度Rz相差10um，钢板表面粗糙度不一致，导致冲压时摩擦力不同，零件表面会存在不同程度的拉毛，影响零件的质量，同时还需要对模具进行修复，影响用户的生产的效率。因此，如何有效的减少桥壳钢抗拉强度大于510MPa表面虎皮纹缺陷是本领域亟待解决的技术难点之一。

经检索：

中国专利申请号为200910063835.0的文献，其公开了“一种抗拉强度510MPa级汽车用热轧冲压桥壳钢及其制备方法”。其化学成分和重量百分比含量为：C:0.12～0.20％％，Si:0.20～0.60％，Mn:1.20～1.60％，P≤0.03％、S≤0.008％、Als：0.01～0.06％和Ti：0.005～0.030％，其余为Fe，连铸板坯加热温度在1160～1200℃，粗轧出口温度1040～1080℃，终轧温度810～850℃，卷取温度580～620℃。终轧后的带钢经层流冷却后卷取，层流冷却的冷却水温＜35℃，冷却速度≥20℃/s，通过以上的措施，获得具有高强度和优良的冲压成形性、焊接性能能，产品既适用于热冲压成形工艺，又适用于冷冲压成形工艺，冲压成形回弹小、形状保持性优良。

中国专利申请号为201410432234.3的文献，公开了“一种600MPa级汽车桥壳钢及其生产方法”，其成分组成为：C:0.21～0.26％％，Si:0.51～0.60％，Mn:1.10～1.50％，P≤0.02％、S≤0.01％、V:0.05～0.06％、N:0.012～0.016％、Als：0.01～0.06％和Ti：0.005～0.030％，其余为Fe及不可避免杂质，其中，V:N≤5：该文献将铸坯在加热炉内加热至1150℃～1220℃，加热时间为180min，粗轧轧制6～8道次，精轧轧制6或7道次，控制精轧入口温度为950～990℃，终轧温度为800～840℃，采用前端冷却模式进行层流冷却，开冷温度不低于780℃，进行卷取，卷取温度为540～560℃。该文献是通过精确的V、N含量及控轧控冷工艺窗口，生产出600MPa级汽车桥壳用热轧带钢，钢卷具有良好的强度和韧性，同时可保证800℃以上热成形后桥壳的各项力学性能指标。

中国专利申请号为201510490392.9的文献，其公开了《一种冷加工成形用桥壳钢及其制造方法》，其化学成分及质量百分比计含为：C:0.08～0.18％％，Si:0.10～0.45％，Mn:1.20～2.5％，P≤0.02％、S≤0.010％、Als：0.02～0.35％和Ti：0.01～0.05％，V：0.02～0.10％，Nb:0.015～0.10％，Cr:0.02～0.5％，其余为Fe；工艺流程为KR脱硫→全三脱转炉冶炼→LF精炼→连铸→加热炉再加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取，其中板坯加热温度为1230～1300℃，粗轧五道次轧制，板坯累计压下率大于75％，粗轧出口温度970～1050℃，精轧七道次轧制，控制最后一道次轧制压下率大于或等于8％，控轧终轧温度为830～870℃，采用前段集中冷却模式，对带钢进行层流冷却，卷取温度为520～580℃。最终获得低成本，冷成形性能良好的桥壳用钢。

综上述文献可知，均存在以下的不足：以上文献基本上都是采用的C-Si-Mn的成分体系设计，同时添加了少量的Nb、V、Ti微合金，都是从产品开发的角度进行考虑，并未考虑桥壳钢产品的表面氧化铁皮缺陷等问题。同时，现有的桥壳钢的成分体系中未添加Cu，主要由于Cu的熔点温度低，在加热过程中容易在基体与氧化铁皮的界面形成富集，当温度高于Cu的熔点温度1083℃时，形成的液态富Cu相由氧化铁皮/基体界面向奥氏体晶界侵入，降低晶间结合力，并加速钢材的氧化，进而在连铸或者轧制过程中产生裂纹、起皮等表面质量问题。容易引起桥壳钢成型开裂，因此，桥壳钢的成分体系都是采用C-Si-Mn，添加少量的Nb、V、Ti微合金来实现≥510MPa级的相关品种生存。从现在热轧产线的装备而言，桥壳钢的生产相对简单，但是产品的表面质量对材料的应用起到决定性作用，严重的表面氧化铁皮问题，如虎皮纹缺陷，将导致材料出现重大的质量异议的风险，降低产品的竞争力。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种通过在C-Si-Mn成分体系的基础上，添加一定量Cu，并对板坯加热工艺进行优化，以控制板坯表面的氧化铁皮结构，使板坯的氧化铁皮以FeO为主，Cu元素在基体与氧化铁皮界面富集，从而使带钢表面氧化铁皮完全去除的抗拉强度≥510MPa级桥壳钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种表面质量优良的抗拉强度≥510MPa级桥壳钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.10～0.20％，Si：0.40～0.50％，Mn：1.4～1.6％，S：≤0.005％，P：≤0.015％，Cu：0.020～0.030％，Als：0.025～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选地：所述Cu的重量百分比含量为0.020～0.027％。

生产一种减少抗拉强度≥510MPa级桥壳钢表面虎皮纹的方法，其步骤：

1)经冶炼并浇铸成坯后对铸坯加热：总加热在炉时间控制在180min～210min，且炉内保持正压在10～12Pa；

A、铸坯在预热段在不进行煤气输入加热的条件下停留60～70min；

B、进入加热段进行加热，总加热时间控制在80～100min，其中：

加热一段在空燃比为0.9～1.0下加热40～60min；

加热二段在空燃比为1.15～1.25下加热至1220～1260℃，加热时间控制在40～50min；

C、进行均热，在空燃比为1.05～1.1下均热35～50min，均热温度在1220～1260；

2)对铸坯进行定宽：

当铸坯宽度≤1550mm时，轧制过程采取等宽轧制，无需定宽，板坯仅空过定宽机；

当1550＜铸坯宽度≤1800mm，首先将板坯表面的氧化铁皮去除干净，再按照常规进行定宽；

3)进行粗轧

在经第一轧机常规轧制后，进入第二轧机进行5道次轧制，并在5道次的轧制中全部进行鳞，并控制出口温度在1020～1060℃；

4)粗轧结束随即进行精轧，控制终轧温度在820～850℃；

在精轧阶段：

穿带过程中，润滑油均处于关闭状态；穿带结束并稳定进入精轧时，采用润滑工艺进行轧制；

精轧中各道次的压下率分配依次为：第一道次为30～40％，第二道次为30～40％，第三道次为30～35％，第四道次为20～25％，第五道次为15～20％，第六道次为10～15％，第七道次为5～10％；

当精轧后的带头经过了第7机架时，随即将轧制速度控制在2m/s～4m/s；

5)进行层流冷却，仅采用前段冷却，且冷却到卷取温度；

6)进行卷取，卷取温度在570～600℃。

本发明各元素及主要工艺的作用及机理：

C：碳是便宜的固溶强化元素，根据本钢种的应用范围，主要用于加工汽车桥壳，采用冷成型或者热成型+焊接的方式，因此要求材料具有较高的力学性能及良好的焊接性能。如果其含量小于0.10％，则材料的强度满足不了要求；如果其含量大于0.20％，则不能满足材料的良好焊接性能。所以，将其含量限定在0.10～0.20％

Si：硅是廉价而有效的钢液脱氧元素，同时也是固溶强化元素。如果其含量＜0.40％，材料的强度不够；如果其含量＞0.5％，会恶化热轧钢板表面质量，在钢板表面产生严重的虎皮纹缺陷。所以，将其含量限定在0.4～0.5％之间。

Mn：锰是提高强度和韧性的有效元素。如果其含量低于1.4％，则不能满足材料的强度要求；但如果添加多量的Mn，会增加钢的淬透性，由于焊接硬化层的出现，而使裂纹敏感性增高，且增加材料的合金成本，因此，将其含量限定在1.4～1.6％之间

P：为了避免焊接性能、冲压性能、材料的韧性发生恶化，将其含量限定在0.015％以下。

S：有害元素，在钢中以硫化锰形态存在。这种夹杂对钢的冲击韧性是不利的。并造成性能的各向异性，因此，需要将钢中的硫含量控制得越低越好。基于对钢板冲压成形工艺和制造成本的考虑，将其含量限定于0.005％以下。

Cu：由于Si具有较强的固溶强化作用，为了保证材料的性能，在钢中添加了较高的Si量，而Si易富集在基体与氧化铁皮的界面形成橄榄石相(Fe₂SiO₄)，一旦在氧化铁皮与基体之间形成连续的Fe₂SiO₄层，会对氧化铁皮起“钉扎”作用，在轧制过程中造成氧化铁皮缺陷，恶化热轧钢板的表面质量，影响材料后续的使用。因此针对这种高Si含量的钢，在钢中添加一定量的Cu，使Cu在基体与Fe₂SiO₄的界面富集，Cu的熔点为1083℃，在1100～1200℃时，Cu为液态，使高压水较容易的去除表面氧化铁皮。同时Cu也起到一定的强化铁素体的作用，在铁素体中添加一定的铜，可以提高它在某些还原性介质中的耐蚀性和改善钢材的韧性。特别是当与P联合使用时，可提高钢对大气的抗蚀力。当其含量小于0.20％时，添加Cu的效果不明显，但当其含量大于0.30％时，容易产生热脆，导致材料的塑性显著降低，造成材料冲压开裂。因此，将其含量限定在0.020～0.030％之间，优选地Cu的含量为0.020～0.027％，从而大幅降低带钢表面的虎皮纹缺陷。

Als：为了脱氧而添加铝形成的，当Als含量不足0.020％，不能发挥其效果；如果Als含量过高，容易在带钢表面形成氧化铝夹杂，因此，Als的含量控制在0.025～0.050％之间。

本发明之所以在预热段不输入混合煤气流量，而是通过后段的热辐射给钢坯进行预热，充分利用了热能，降低能源消耗，使生产成本随之降低。

本发明之所以控制加热一段的空燃比在0.9～1.0，是由于一加段需要缓慢加热到目标温度，同时保证铸坯温度均匀。如果空燃比过小，加热效率低，无法达到目标温度；空燃比过大，板坯氧化烧损增大，成材率降低。

本发明之所以控制加热二段空燃比在1.15～1.25下加热至1220～1260℃，加热时间控制在40～50min，是由于加热二段采用短时高温的加热工艺，需要板坯在较短的时间内升到目标温度，缩短板坯在高温下停留时间。如果空燃比较低，板坯达不到目标温度；如果空燃比较高，板坯在高温下停留的时间更长，容易产生表面缺陷。

本发明之所以控制均热段空燃比在1.05～1.1，是由于均热段主要目的是使板坯温度均匀。空燃比过高，将会增大烧损，容易产生表面缺陷；空燃比过低，板坯温度易出现波动，均匀性较差。

本发明之所以控制精轧中各道次的压下率分配依次为：第一道次为30～40％，第二道次为30～40％，第三道次为30～35％，第四道次为20～25％，第五道次为15～20％，第六道次为10～15％，第七道次为5～10％，是由于本桥壳用钢采用的是低温轧制，精轧开轧温度较正常轧制低30～50℃，为保证轧制过程顺利和轧后良好的板型，精轧机组F1、F2、F3机架压下率分别较正常轧制大3～5％、3～4％、2～3％。

与现有技术相比，本发明的特点：通过在C-Si-Mn成分体系的基础上，添加一定量的Cu，对板坯加热工艺进行优化，控制板坯表面的氧化铁皮结构，使Cu元素在基体与氧化铁皮界面富集，由于高温下Cu呈现出液态，从而使板坯经过高压水除鳞后带钢表面氧化铁皮完全去除。且整个热轧工序控制简单可行，有效的提高产品的合格率到95％以上，生产成本降低200～300元/吨。

附图说明

图1为本发明生产的桥壳钢表面状况图；

图2为本发明之前生产的桥壳钢表面状况图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例组分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例关键检测情况列表；

本发明各实施例按照以下步骤生产：

加热一段在空燃比为0.9～1.0下加热40～60min；

2)对铸坯进行定宽：

3)进行粗轧

4)粗轧结束随即进行精轧，控制终轧温度在820～850℃；

在精轧阶段：

5)进行层流冷却，仅采用前段冷却，且冷却到卷取温度；

6)进行卷取，卷取温度在570～600℃。

表1本发明各实施例及对比例化学成分列表(wt％)

表2本发明各实施例及对比例主要工艺参数控制列表

表3为本发明各实施例力学性能检测情况列表

从表3可以看出，本发明针对现有桥壳钢生产中所存在的不足，提供一种减少桥壳钢表面虎皮纹缺陷的方法，通过在C-Si-Mn成分体系的基础上，添加一定量的Cu，对板坯加热工艺进行优化，控制板坯表面的氧化铁皮结构，使Cu元素在基体与氧化铁皮界面富集，由于高温下Cu呈现出液态，从而使板坯经过高压水除鳞后带钢表面氧化铁皮完全去除。此生产方法不仅可以获得抗拉强度大于510MPa级的桥壳钢，产品具有良好的表面质量，有效的提高产品的合格率到95％以上，降低了产品由于表面虎皮纹发生的改判，生产成本降低200～300元/吨，整个热轧工序控制简单可行。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims

1.一种表面质量优良的抗拉强度≥510MPa级桥壳钢的生产方法，其步骤：

1）经冶炼并浇铸成坯后对铸坯加热：总加热在炉时间控制在180min~210min，且炉内保持正压在10~12Pa；

A、铸坯在预热段在不进行煤气输入加热的条件下停留60~70min；

B、进入加热段进行加热，总加热时间控制在80~100min，其中：

加热一段在空燃比为0.9~1.0下加热40~60min；

加热二段在空燃比为1.15~1.25下加热至1220~1260℃，加热时间控制在40~50min；

C、进行均热，在空燃比为1.05~1.1下均热35~50min，均热温度在1220~1260；

2）对铸坯进行定宽：

当1550mm＜铸坯宽度≤1800mm，首先将板坯表面的氧化铁皮去除干净，再按照常规进行定宽；

3）进行粗轧

在经第一轧机常规轧制后，进入第二轧机进行5道次轧制，并在5道次的轧制中全部进行高压水除鳞，并控制出口温度在1020~1028℃；

4）粗轧结束随即进行精轧，控制终轧温度在820~835℃；

在精轧阶段：

精轧中各道次的压下率分配依次为：第一道次为30~40%，第二道次为30~40%，第三道次为30~35%，第四道次为20~25%，第五道次为15~20%，第六道次为10~15%，第七道次为5~10%；

当精轧后的带头经过了第7机架时，随即将轧制速度控制在2m/s~4m/s；

5）进行层流冷却，仅采用前段冷却，且冷却到卷取温度；

6）进行卷取，卷取温度在570~600℃；

所述表面质量优良的抗拉强度≥510MPa级桥壳钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.10~0.20%，Si：0.40~0.50%，Mn：1.4~1.6%，S：≤0.005%，P：≤0.015%，Cu：0.020~0.030%，Als：0.025~0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。