CN110205559B - 一种表面质量优良的抗拉强度≥510MPa级桥壳钢及生产方法 - Google Patents
一种表面质量优良的抗拉强度≥510MPa级桥壳钢及生产方法 Download PDFInfo
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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
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:
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℃。
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)
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:
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℃;
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。
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