CN112593159A - 一种汽车用钢铁材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车用钢铁材料及其制备方法，该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.05‑0.2％、Si：1.0‑1.5％、Mn：2.0‑3.0％、Cu：0.5‑1.0％、Nb：0.02‑0.08％、Ti：0.01‑0.04％、Al：0.01‑0.06％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。本发明汽车用钢铁材料的制备方法设计合理，在只添加少量Cu合金元素情况下，通过提高Mn的含量获得强韧性匹配优异的钢板，并针对钢中MnS从各个工序进行综合控制，从而将钢中MnS控制为小尺寸、弥散分布的纺锤形或近球形夹杂物。

Description

一种汽车用钢铁材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种汽车用钢铁材料及其制备方法。
背景技术
超低碳贝氏体钢是近二十年来发展起来的一大类高强度、高韧性、焊接性能优异的新型钢种。目前开发的超低碳贝氏体钢含有Ni、Cr、Mo、Cu等合金元素，其主要作用是抑制先共析铁素体相变而获得高强度贝氏体组织，但这种钢的合金成本高。
众所周知，Mn元素同样具有抑制先共析铁素体转变、提高钢的淬透性的作用，且价格低廉，但以往超低碳贝氏体钢的开发并未把它作为获得贝氏体组织的主要元素来使用，其添加量少于2.0％，典型含量范围为1.0-1.8％。主要原因之一是Mn属于易偏析元素，Mn在连铸坯的中心偏析将导致钢板心部性能恶化；另外，Mn易与钢中S结合形成MnS夹杂，对钢的韧塑性危害较大。然而，现代洁净钢冶金技术的发展使得钢水中S等杂质元素的含量可以控制在很低的水平，而连铸轻压下和电磁搅拌技术的应用可以使中心偏析状况得到很大改善。另外，控轧控冷技术的发展使得组织细化乃至超细化成为可能，可以在很大程度上抵消高Mn对钢板韧塑性的不利影响。
因此，有必要提供一种汽车用钢铁材料及其制备方法，能够使用Mn元素成为超低碳贝氏体钢的主要合金化元素。
发明内容
本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种汽车用钢铁材料及其制备方法。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种汽车用钢铁材料，该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.05-0.2％、Si：1.0-1.5％、Mn：2.0-3.0％、Cu：0.5-1.0％、Nb：0.02-0.08％、Ti：0.01-0.04％、Al：0.01-0.06％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。
一种汽车用钢铁材料的制备方法，该制备方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却，其中，
在冶炼过程中，钢包底部环缝式透气砖处均匀设有若干鼓气头，利用鼓气头进行吹氩操作，且注意氩气流量的波动，并相应提高氩气流量由此提高吹氩的搅拌作用，促进气体钢中夹杂物上浮；改善大包中钢液成分和温度均匀性，从而降低元素和气体夹杂物的偏析；
在连铸过程中，转炉的钢水经过精炼炉精炼以后进入连铸机，连铸机二次冷却的比水量为0.8-1.0L/kg；采用电磁搅拌且电磁搅拌分为三个位置，分别为结晶器内电磁搅拌、二冷段电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌；
在加热过程中，将连铸坯装入加热炉中加热，加热温度为1150-1210℃，加热时间为3-4h，控制升温速率≤2℃/s，过热度≤10％，加热后进行高温扩散退火；
在轧制过程中，粗轧的累计变形量为46％-47％；精轧的累计变形量为60％-62％；
在冷却过程中，冷却速度为10-18℃/s，终冷温度为200-500℃；
其中，该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.05-0.20％、Si：1.0-1.5％、Mn：2.0-3.0％、Cu：0.5-1.0％、Nb：0.02-0.08％、Ti：0.01-0.04％、Al：0.01-0.06％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，如上所述汽车用钢铁材料的制备方法中，吹氩的压力为0.25-0.30MPa，时间为6-10min。
进一步地，如上所述汽车用钢铁材料的制备方法中，粗轧分为2个道次轧制，第一道次变形量为23％-24％，第二道次变形量为27％-28％。
进一步地，如上所述汽车用钢铁材料的制备方法中，精轧分为4个道次轧制，第一道次变形量为17％-18％、第二道次变形量为20％-21％、第三道次变形量为20％-21％、第四道次变形量为23％-25％。
进一步地，如上所述汽车用钢铁材料的制备方法中，粗轧开轧温度为1100-1150℃，粗轧终轧温度为950-1000℃。
进一步地，如上所述汽车用钢铁材料的制备方法中，精轧开轧温度960-980℃，终轧温度为700-800℃。
进一步地，如上所述汽车用钢铁材料的制备方法中，该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.05-0.10％、Si：1.0-1.2％、Mn：2.5-2.8％、Cu：0.5-0.8％、Nb：0.02-0.06％、Ti：0.01-0.02％、Al：0.01-0.04％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的有益效果是：
本发明汽车用钢铁材料的制备方法设计合理，在只添加少量Cu合金元素情况下，通过提高Mn的含量获得强韧性匹配优异的钢板，并针对钢中MnS从各个工序进行综合控制，从而将钢中MnS控制为小尺寸、弥散分布的纺锤形或近球形夹杂物。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为实施例2中汽车用钢铁材料经工艺处理后的微观结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例为一种汽车用钢铁材料的制备方法，该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.05-0.2％、Si：1.0-1.5％、Mn：2.0-3.0％、Cu：0.5-1.0％、Nb：0.02-0.08％、Ti：0.01-0.04％、Al：0.01-0.06％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。
碳(C)：碳元素作为最主要的固溶强化元素，显著提高钢的强度。但碳对提高钢的冲击韧性尤其是上平台冲击功非常不利，还明显损害焊接性能。因此，本发明涉及的钢铁材料成分设计，碳的添加量为0.05-0.2％。
硅(Si)：硅元素是钢中主要脱氧元素，且硅还能溶于铁素体中提高钢的强度和硬度。因此，本发明涉及的钢铁材料成分设计，硅的添加量为1.0-1.5％。
锰(Mn)：锰元素明显提高钢的淬透性，在本发明中是获得超低碳贝氏体组织的主要元素，同时具有一定的固溶强化作用。Mn虽然易与钢中的S形成MnS杂质，损害钢的性能，但是本发明通过一系列的***改进，能够使得MnS控制为小尺寸、弥散分布的纺锤形或近球形夹杂物。因此，本发明涉及的钢铁材料成分设计，Mn的添加量为2.0-3.0％。
铜(Cu)：铜元素主要利用铜在时效后期的析出强化作用，在不损害韧性的前提下提高钢材的强度。因此，本发明涉及的钢铁材料成分设计，Cu的添加量为0.5-1.0％。
铌(Nb)：铌元素可抑制高温奥氏体的变形再结晶行为，提高再结晶温度，扩大非再结晶区，加大了非再结晶区轧制时的变形积累，引入高密度位错，促进组织细化。因此，本发明涉及的钢铁材料成分设计，Nb的添加量为0.02-0.08％。
钛(Ti)：钛元素的添加是为了形成纳米级尺寸的TiN粒子，可以细化铸坯加热过程中奥氏体晶粒。因此，本发明涉及的钢铁材料成分设计，Ti的添加量为0.01-0.04％
铝(Al)：铝元素是强脱氧元素，还可与N结合形成AlN，能够起到细化晶粒作用。因此，本发明涉及的钢铁材料成分设计，Al的添加量为0.01-0.06％。
该汽车用钢铁材料的制备方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却，其中，
在冶炼过程中，钢包底部环缝式透气砖处均匀设有若干鼓气头，利用鼓气头进行吹氩操作，吹氩的压力为0.25-0.30MPa，时间为6-10min；
在连铸过程中，转炉的钢水经过精炼炉精炼以后进入连铸机，连铸机二次冷却的比水量为0.8-1.0L/kg；采用电磁搅拌且电磁搅拌分为三个位置，分别为结晶器内电磁搅拌、二冷段电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌；
在加热过程中，将连铸坯装入加热炉中加热，加热温度为1150-1210℃，加热时间为3-4h，控制升温速率≤2℃/s，过热度≤10％，加热后进行高温扩散退火；
在轧制过程中，粗轧分为2个道次轧制，第一道次变形量为23％-24％，第二道次变形量为27％-28％，累计变形量为46％-47％；粗轧开轧温度为1100-1150℃，粗轧终轧温度为950-1000℃；精轧分为4个道次轧制，第一道次变形量为17％-18％、第二道次变形量为20％-21％、第三道次变形量为20％-21％、第四道次变形量为23％-25％，累计变形量为60％-62％；精轧开轧温度960-980℃，终轧温度为700-800℃；
在冷却过程中，冷却速度为10-18℃/s，终冷温度为200-500℃。
实施例2
本实施例为一种汽车用钢铁材料，该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.10％、Si：1.2％、Mn：2.8％、Cu：0.8％、Nb：0.06％、Ti：0.02％、Al：0.04％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。
该汽车用钢铁材料经工艺处理后的微观结构图如图1所示。
实施例3
本实施例为一种汽车用钢铁材料，该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.05％、Si：1.0％、Mn：3.0％、Cu：0.5％、Nb：0.02-0.08％、Ti：0.01-0.04％、Al：0.01-0.06％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。
实施例4
该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.20％、Si：1.5％、Mn：2.5％、Cu：1.0％、Nb：0.02-0.06％、Ti：0.01-0.02％、Al：0.01-0.04％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种汽车用钢铁材料，其特征在于，该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.05-0.20％、Si：1.0-1.5％、Mn：2.0-3.0％、Cu：0.5-1.0％、Nb：0.02-0.08％、Ti：0.01-0.04％、Al：0.01-0.06％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。
2.一种汽车用钢铁材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却，其中，
在冶炼过程中，钢包底部环缝式透气砖处均匀设有若干鼓气头，利用鼓气头进行吹氩操作；
在连铸过程中，转炉的钢水经过精炼炉精炼以后进入连铸机，连铸机二次冷却的比水量为0.8-1.0L/kg；采用电磁搅拌且电磁搅拌分为三个位置，分别为结晶器内电磁搅拌、二冷段电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌；
在加热过程中，将连铸坯装入加热炉中加热，加热温度为1150-1210℃，加热时间为3-4h，控制升温速率≤2℃/s，过热度≤10％，加热后进行高温扩散退火；
在轧制过程中，粗轧的累计变形量为46％-47％；精轧的累计变形量为60％-62％；
在冷却过程中，冷却速度为10-18℃/s，终冷温度为200-500℃；
其中，该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.05-0.20％、Si：1.0-1.5％、Mn：2.0-3.0％、Cu：0.5-1.0％、Nb：0.02-0.08％、Ti：0.01-0.04％、Al：0.01-0.06％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的汽车用钢铁材料的制备方法，其特征在于，吹氩的压力为0.25-0.30MPa，时间为6-10min。
4.根据权利要求2所述的汽车用钢铁材料的制备方法，其特征在于：粗轧分为2个道次轧制，第一道次变形量为23％-24％，第二道次变形量为27％-28％。
5.根据权利要求2所述的汽车用钢铁材料的制备方法，其特征在于：精轧分为4个道次轧制，第一道次变形量为17％-18％、第二道次变形量为20％-21％、第三道次变形量为20％-21％、第四道次变形量为23％-25％。
6.根据权利要求2所述的汽车用钢铁材料的制备方法，其特征在于：粗轧开轧温度为1100-1150℃，粗轧终轧温度为950-1000℃。
7.根据权利要求2所述的汽车用钢铁材料的制备方法，其特征在于：精轧开轧温度960-980℃，终轧温度为700-800℃。
8.根据权利要求2所述的汽车用钢铁材料的制备方法，其特征在于：该汽车用钢铁材料的化学成分按重量计包含：C：0.05-0.10％、Si：1.0-1.2％、Mn：2.5-2.8％、Cu：0.5-0.8％、Nb：0.02-0.06％、Ti：0.01-0.02％、Al：0.01-0.04％、P：≤0.020％、S：≤0.005％，余为Fe和不可避免的杂质。
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