CN110983180A - 一种热轧高强钢及其制备方法、应用 - Google Patents

一种热轧高强钢及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热轧高强钢及其制备方法、应用，所述热轧高强钢各组分的质量百分比分别为：C：0.06～0.20％，Si≤0.05％，Mn：1.50～2.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，Alt：0.02～0.05％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.03～0.10％，Ti：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.80％，余量为Fe和不可避免的杂质。采用本发明公开的方法生产出抗拉强度为850MPa级的热轧高强钢，满足市场对热轧高强钢强度高、厚度薄的轻量化需求。

Description

一种热轧高强钢及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于钢铁制备技术领域，特别涉及一种热轧高强钢及其制备方法、应用。
背景技术
热轧高强钢是一种可以广泛应用在对强度有特殊要求领域的产品，比如汽车、商用车制造领域。随着社会的发展和进步，车辆制造行业正在进行着一场轻量化的变革。目前，我国车辆制造轻量化方面还有很多不足，例如，我国商用车车型结构具有偏大、偏重的特点，其中乘用车重量平均比欧洲汽车重5％-10％，商用车则达到17％；国内载重40吨的牵引车自重为9吨，国外先进同等车型只有7吨；国内自卸车自重比国外同等车型多出3～4吨。
目前，国内商用车、半挂车、自卸车普遍使用的材料为700MPa级别的高强钢，随着市场的发展，提出了原材料轻量化的需求，因此只能使用更高强度级别的热轧钢替代700MPa强度级别的材料，同时厚度减薄，才能满足市场的新需求。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种热轧高强钢及其制备方法、应用，以解决现有技术中所使用的钢板强度低、厚度厚，不符合市场的轻量化要求问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一方面，本发明提供了一种热轧高强钢，所述热轧高强钢各组分的质量百分比分别为：
C：0.06～0.20％，Si≤0.05％，Mn：1.50～2.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，Alt：0.02～0.05％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.03～0.10％，Ti：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.80％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述热轧高强钢的金相组织包括体积百分比为85％-95％的铁素体。
进一步地，所述热轧高强钢的厚度为1.6～14mm。
另一方面，本发明还提供了上述的一种热轧高强钢的制备方法，所述方法包括，
将高炉铁水依次经过脱硫预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、Ca处理和连铸工序，获得板坯；所述板坯各组分的质量百分比分别为C：0.06～0.20％，Si≤0.05％，Mn：1.50～2.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，Alt：0.02～0.05％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.03～0.10％，Ti：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.80％，余量为Fe和不可避免的杂质；
将所述板坯进行加热、粗轧、精轧和卷取工序，获得热轧高强钢。
进一步地，所述加热工序的加热时间为3～5小时，所述加热工序的均热时间为30～60分钟，所述加热工序的出炉温度为1200～1260℃。
进一步地，所述加热工序后和粗轧工序前还包括除鳞工序，所述除鳞工序的除鳞次数为3～5次。
进一步地，所述粗轧工序的终止温度为960～1080℃，所述精轧工序的终止温度为820～880℃。
进一步地，所述精轧工序后和所述卷取工序前还包括层流冷却工序，所述层流冷却采用前段集中冷却模式。
进一步地，所述卷取温度为560～620℃。
再一方面，本发明还提供了上述的一种热轧高强钢作为商用车的梁、立柱和车厢结构件，工程机械吊臂、支腿和车架的应用。本发明的有益效果至少包括：
本发明公开了一种热轧高强钢及其制备方法、应用，所述热轧高强钢各组分的质量百分比分别为：C：0.06～0.20％，Si≤0.05％，Mn：1.50～2.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，Alt：0.02～0.05％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.03～0.10％，Ti：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.80％，余量为Fe和不可避免杂质。本发明成分设计中，采用特定的碳、锰作为基础强化元素，添加Nb、Ti、Mo、Cr微合金元素，同时配以特定的精轧工艺和卷取工艺，充分发挥微合金的细晶强化、析出强化和固溶强化作用，生产出抗拉强度为850MPa级的热轧高强钢，满足市场对热轧高强钢强度高、厚度薄的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种热轧高强钢的制备方法工艺步骤图；
图2为本发明实施例的一种热轧高强钢的相间析出图；
图3为本发明实施例的一种热轧高强钢的带状组织图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一方面，本发明实施例提供了一种热轧高强钢，所述热轧高强钢各组分的质量百分比分别为：
C：0.06～0.20％，Si≤0.05％，Mn：1.50～2.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，Alt：0.02～0.05％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.03～0.10％，Ti：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.80％，余量为Fe和不可避免杂质。
在本发明中，C元素是提高力学性能最有效的元素之一，对钢的强度和硬度影响最大，应在可能条件下充分发挥其作用，本发明中C元素含量设定在0.06％～0.20％，固溶于钢中的C元素既可提高钢的强度也有利于提高耐磨性能。
Mn元素是合金元素中对钢强度及其韧性都有良好作用的元素，本发明中Mn含量设计为1.50～2.50％。
P、S元素是钢中的有害元素，P元素会增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。S元素使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性。两者的含量越低越好，本发明实施例将P≤0.010％，S≤0.010％。
Al是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，但其会影响钢的热加工性能、焊接性能。本发明中Al含量设计为0.02～0.05％。
Mo元素对铁素体有固溶强化作用，为了兼顾成本，本发明中Mo元素含量设计为0.10～0.30％。
Nb元素能细化晶粒，提高钢的强度，为了兼顾成本，本发明中Nb元素含量设计为0.03～0.10％。
Ti是强碳化物形成元素，它与C、O、N、S有极强的亲和力。Ti与N结合形成TiN，在高温下即可显著抑制奥氏体晶粒的长大，并细化相变之后的铁素体晶粒；Ti和C形成的碳化物结合力极强，极稳定，当加热温度达到1000℃以上时，TiC开始溶解，并在随后的热轧及卷取过程中TiC能够大量的析出，起到显著的析出强化作用，参见图1，综合考虑本发明中Ti元素含量为0.10～0.20％。
Cr元素能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，增大钢的淬透性，但同时也能降低钢的塑性和韧性，综合考虑本发明实施例将钢中的Cr元素含量控制在0.10％～0.80％。
进一步地，所述热轧高强钢的金相组织包括体积百分比为85％-95％的铁素体。
进一步地，所述热轧高强钢的厚度为1.6～14mm。
进一步地，所述热轧高强钢的晶粒度等级为12～13级。
另一方面，本发明实施例提供了一种热轧高强钢的制备方法，图1为本发明实施例的一种热轧高强钢的制备方法工艺步骤图，结合图1，所述方法包括，
S1，将高炉铁水依次经过脱硫预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、Ca处理和连铸工序，获得板坯；所述板坯各组分的质量百分比分别为C：0.06～0.20％，Si≤0.05％，Mn：1.50～2.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，Alt：0.02～0.05％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.03～0.10％，Ti：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.80％，余量为Fe和不可避免杂质；
S2，将所述板坯依次进行加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取工序，获得热轧高强钢。
所述加热工序的加热时间为3～5小时，所述加热工序的均热时间为30～60分钟，所述加热工序的出炉温度为1200～1260℃；采用上述的加热工艺，钢中的微合金元素Mo、Nb、Ti和Cr元素完全固溶至奥氏体中，为实现细晶强化和析出强化提供了条件。
所述除鳞次数为3～5次，经过加热后的板坯表面生成了大量的氧化铁皮，经过除鳞后，可保证热轧高强钢的表面质量。
所述粗轧工序的终止温度为960～1080℃；
所述精轧工序采用升速轧制或恒速轧制，若精轧工序为升速轧制，精轧轧制速度为5.0～8.0m/s；若精轧工序为恒速轧制，则在所述粗轧工序后和所述精轧工序前必须开启保温罩，所述精轧工序轧制速度为5.0～7.0m/s，一般来说，精轧厚度越薄，精轧轧制速度越快。
所述精轧工序的终止温度为820～880℃；所述层流冷却工序采用前段集中冷却模式，所述卷取温度为560～620℃，经过精轧、层流冷却和卷取工艺的相互配合，使钢中的Mo、Nb、Ti微合金元素在冷却和卷取过程中析出，形成大量的(Ti，Nb，Mo)C复合析出相，起到显著的析出强化作用，见图2，同时在奥氏体区析出的(Ti，Nb)(C，N)可显著抑制奥氏体晶粒的长大，起到细化铁素体晶粒的作用。
再一方面，本发明实施例提供了一种热轧高强钢作为商用车的梁、立柱和车厢结构件，工程机械吊臂、支腿和车架的应用。
本发明公开了一种热轧高强钢及其制备方法、应用，本发明成分设计中，采用特定的碳、锰作为基础强化元素，添加Nb、Ti、Mo、Cr微合金元素，同时配以特定的精轧工艺和卷取工艺，充分发挥微合金的细晶强化、析出强化和固溶强化作用，生产出抗拉强度为850MPa级的热轧高强钢，满足用户对热轧高强钢强度高、厚度薄的轻量化需求。与现有技术中的700MPa级别的高强钢相比，采用本发明的制备方法所制得的热轧高强钢不仅强度高、厚度薄，而且带状组织评级更低，加工变形过程可以避免出现裂纹，晶粒度评级更高，晶粒更细小，热轧高强钢的塑性和强度同时得到了提高。
下面将结合具体的实施例对本发明提供的一种热轧高强钢及其制备方法、应用进行具体的说明。
在使用实施例1～5公开的制备方法制备热轧高强钢时，LF精炼使用的合金分别为FeSiAl2.0合金、FeMn78C2.0合金、含Nb量为65％的FeNb60-A合金，FeCr55C400合金，RH精炼所采用的合金分别为FeMn78C2.0合金，含Nb量为65％的FeNb60-A合金，Ti30-A合金。热轧在首钢京唐2250mm热连轧机组上进行，采用高压水除鳞机除鳞，定宽压力机定宽、两架可逆式粗轧轧机进行热轧、7机架精轧机组晶型连续精轧，所制备的热轧高强钢的宽度为1000～2000mm。
S1，将高炉铁水依次经过KR脱硫预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、Ca处理和连铸，获得板坯。
S2，将所述板坯下线进入缓冷坑缓冷后，置于加热炉内加热，将加热过的板坯依次经高压水除鳞机除鳞、定宽压力机定宽后，进行粗轧、保温罩保温、恒速精轧、前段集中冷却模式的层流冷却、卷取，获得热轧高强钢。
实施例1～5制备热轧高强钢的过程工艺参数控制见表1，制得的热轧高强钢的化学成分件表2所示，实施例1到实施例5的金相组织包括铁素体，其体积百分比分别为94.8％、93.4％、92.8％、89.9％、87.8％。
表1
Figure BDA0002320035390000061
表2
Figure BDA0002320035390000062
表3
类别 厚度/mm 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 带状组织，级 晶粒等级
实施例1 2.5 890 857 18 1.0 13
实施例2 4.0 880 848 18.5 0.5 13.5
实施例3 6.0 875 828 20.5 1.0 13.5
实施例4 8.0 878 814 23 1.0 13
实施例5 10.0 859 788 26.5 1.0 13
对比例1 8.0 735 689 23 1.5 12
对比例1是改进前商用车、半挂车、自卸车普遍使用的700MPa级别的高强钢，表3是本发明实施例1至实施例5、对比例1所制备的热轧高强钢的力学性能、带状组织等级和晶粒等级。
根据表3中的数据可知，实施例1至实施例5所制备的热轧高强钢抗拉强度为859～890MPa，带状组织评级为0.5～1.0(见图3)，晶粒度等级为13～13.5，改进前的700MPa高强钢的抗拉强度为735MPa，带状组织评级为1.5级，晶粒度等级为12。
相较于改进前的700MPa级别高强钢，实施例1至实施例5所制备的热轧高强钢的抗拉强度提升了至少16.87％，带状组织提升了至少0.5级，晶粒度等级提升了至少1级，本发明所制备的热轧高强钢具有更高的强度，可以满足客户实现车辆轻量化的要求，带状组织缺陷等级降低，减少了加工变形出现的裂纹等缺陷；晶粒度等级提升，更进一步的提高了热轧高强钢的强度和塑性，综合力学性能良好。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种热轧高强钢，其特征在于，所述热轧高强钢各组分的质量百分比分别为：
C：0.06～0.20％，Si≤0.05％，Mn：1.50～2.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，Alt：0.02～0.05％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.03～0.10％，Ti：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.80％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种热轧高强钢，其特征在于，所述热轧高强钢的金相组织包括体积百分比为85％-95％铁素体。
3.根据权利要求1所述的一种热轧高强钢，其特征在于，所述热轧高强钢的厚度为1.6～14mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种热轧高强钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括，
将高炉铁水依次经过脱硫预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、Ca处理和连铸工序，获得板坯；所述板坯各组分的质量百分比分别为C：0.06～0.20％，Si≤0.05％，Mn：1.50～2.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，Alt：0.02～0.05％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.03～0.10％，Ti：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.80％，余量为Fe和不可避免的杂质；
将所述板坯进行加热、粗轧、精轧和卷取工序，获得热轧高强钢。
5.根据权利要求4所述的一种热轧高强钢的制备方法，其特征在于，所述加热工序的加热时间为3～5小时，所述加热工序的均热时间为30～60分钟，所述加热工序的出炉温度为1200～1260℃。
6.根据权利要求4所述的一种热轧高强钢的制备方法，其特征在于，所述加热工序后和粗轧工序前还包括除鳞工序，所述除鳞工序的除鳞次数为3～5次。
7.根据权利要求4所述的一种热轧高强钢的制备方法，其特征在于，所述粗轧工序的终止温度为960～1080℃，所述精轧工序的终止温度为820～880℃。
8.根据权利要求4所述的一种热轧高强钢的制备方法，其特征在于，所述精轧工序后和所述卷取工序前还包括层流冷却工序，所述层流冷却采用前段集中冷却模式。
9.根据权利要求4所述的一种热轧高强钢的制备方法，其特征在于，所述卷取温度为560～620℃。
10.根据权利要求1～3任一项所述的一种热轧高强钢作为商用车的梁、立柱和车厢结构件，工程机械吊臂、支腿和车架的应用。
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