CN112708830B - 一种经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢及其生产方法 - Google Patents

一种经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢，按以下重量百分比配比：C：0.12‑0.20%，Mn：0.60‑1.20%，Si：0.05‑0.20%，P：≤0.015%，S：≤0.010%，Nb：0.010‑0.040%，Al：0.015‑0.050%，Ti：0.035‑0.065%，B：0.0005‑0.0020%，N：≤0.0060%，其余量为Fe和不可避免杂质。同时公开了汽车罐体封头钢的生产方法，包括：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、1780mm轧机轧制、前段稀疏型分散冷却。本发明制备的2.0‑8.0mm的经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢带屈服强度分布在500MPa‑620MPa之间，抗拉强度分布在620MPa‑720MPa之间，延伸率A在24‑30%之间，180度冷弯D＝1.0a均合格，具有生产成本低、塑性好、焊接性能优良、冲压开裂率低等特点。

Description

一种经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，尤其涉及经济型轻量化抗拉强度为620MPa级汽车罐体封头钢及其生产方法。
背景技术
汽车轻量化是节能减排的重要途径，对于罐式车而言，罐体自重占整车重量比例较大，减轻罐体的重量已成为企业关注的焦点。罐体在日常生活中应用极为广泛，罐体的前后端面使用的封头结构具有不可替代的作用。目前生产中较多采用冲压方法实现。冲压制成的封头要求外观协调匀称，凸起部位的塑性变形均匀一致，封头周边美观、圆滑过渡。罐体封头相对于筒体其他部位，对成型质量要求较高，罐体封头的主要制造工序为切割半圆、气保焊接、冲压涨型。目前市场上使用材质绝大部分为铝质封头、不锈钢质封头和钢质封头三种，其中铝质和不锈钢质封头一般均用于特殊罐体，比如油管、腐蚀性介质等，但其成本相对较高，维修也比较困难。然而钢质封头具有成本低、易加工、维修简单、回收处理容易等良好的综合性能。市场上现有的4.0mm-8.0mm的Q235B和Q355B材料封头较重，且时常出现封头焊缝冲压开裂、边缘拉伸口开裂、与高强度罐体焊接不匹配等问题，因此，为改善或解决上述问题以及实现钢质粉罐车、机械搅拌罐车的封头轻量化，通过成分、冶炼工艺、轧制工艺设计等手段开发出经济型抗拉强度620MPa的封头钢，该产品可以降低封头自重实现轻量化10-15％，并且具有良好的成型性能。
发明内容
本发明提供了一种经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢，该封头专用钢产品具有生产成本低、塑性好、焊接性能优良、冲压开裂率低等特点，可以有效的解决焊缝热影响区及边缘拉伸开裂问题，实现钢质粉罐车、机械搅拌罐车的封头轻量化，节约了社会资源。
本发明的另一目的是提供一种上述粉罐车、机械搅拌罐车的封头钢的生产方法，根据结构决定性能原理，通过重新设计钢材的成分，改变钢材的内部组织结构，进而得到低成本、高强度、高塑性、优良焊缝热影响区性能的钢材。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢，按以下重量百分比配比：C：0.12-0.20％，Mn：0.60-1.20％，Si：0.05-0.20％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Nb：0.010-0.040％，Al：0.015-0.050％，Ti：0.035-0.065％，B：0.0005-0.0020％，N：≤0.0060％，其余量为Fe和不可避免杂质。
其中，C：碳是提高钢材强度的重要元素，随着碳含量增加，钢的强度增加，也可以增加钢中珠光体的含量来抵消因为焊接后位错强化和固溶强化的损失。因碳当量小于0.34％且C含量小于0.22％时，材料具有良好的焊接性能，为此碳含量的选择需要综合考虑钢的强度、韧性、塑性，本发明中C含量控制在0.20％以下。
Mn：锰有固溶强化作用，还可降低γ-α相变温度，细化组织结构，对提高钢材的强度具有很大作用；锰还可提高钢的淬透性；同时，锰过高会降低焊接性能，加剧中心偏析；为了减轻锰元素成分偏析，一般钢中含量不超过1.50wt％。
Si：固溶强化，硅含量增加可使钢的硬度和强度增加，但塑性及韧性下降。同时硅含量超过0.25％时，容易出现一次氧化铁皮除鳞不净现象，同时硅量增加，也会降低钢的焊接性能，为此综合考虑本方法硅含量控制在0.20％以下。
Nb：铌可延迟奥氏体再结晶、降低相变温度，通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制提高了强度，同时细晶作用有利于改善钢材的韧性。
Ti：析出强化是一种非常有效的重要强化方式，添加适量的钛微合金元化可获得成百MPa的强度增量，并且可以与N结合，降低N元素带来的时效影响，降低钢种添加B元素产生的氮化硼晶界偏聚弱化晶界的影响，同时微合金碳氮化钛析出相还有晶粒细化、阻止焊接热影响区晶粒粗化作用。为此，本方案中综合考虑多方因素，将钛含量控制在一定的范围，即保证N的固化，也保证了硼和钛元素的作用充分发挥。
B：硼元素可以抑制多边形铁素体转变而不抑制B转变，微量B溶入奥氏体中可使铁素体体转变孕育期增加至数十秒。同时还使贝氏体转变曲线变得扁平，从而即使在低碳的情况下在一个较大的冷却范围之内也能获得贝氏体组织。硼的作用是当钢中含有微量(0.001-0.005％)硼时，钢的淬透性可以成倍的提高。但是，由于B中钢中活性很高，极易形成氧化物或氮化物而减少了奥氏体中有效B含量，所以加B钢必须用铝脱氧或加钛处理，为此本方案中综合考虑各项性能匹配。
进一步，所述经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢，按以下重量百分比配比：C：0.15～0.19％，Mn：0.95～1.15％，Si：0.08～0.18％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Nb：0.015～0.025％，Al：0.015～0.040％，Ti：0.040～0.055％，B：0.0009～0.0015％，N：≤0.006％，其余量为Fe和不可避免杂质。
一种经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢的生产方法，包括：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、1780mm轧机轧制、前段稀疏型分散冷却，其中，
所述铁水预处理，为保证铁水较低的硫含量控制，铁水温度≥1320℃，铁水脱硫终点S≤0.002％，铁水脱硫扒渣干净，保证扒渣亮面≥95％；
所述转炉冶炼，采用中碳钢底吹模式，加入硫含量≤0.05％的生铁块、污泥球等造渣料，控制中后期炉渣返干，转炉终渣碱度≥3.0；
所述转炉冶炼，终点关键成分控制为C：0.09％-0.14％，P≤0.013％，S≤0.022％，终点温度为1630-1670℃，转炉出钢开始、结束采用滑板挡渣操作，杜绝转炉炉渣下入钢包内；
所述LF精炼，为降低LF精炼过程中钢水的增氮量及钢水的洁净度控制，LF加热过程需调节除尘风机转速，保证LF精炼加热过程中烟罩内压力处于微正压，避免外界空气进入烟罩与钢水接触；冶炼过程不能裸露钢液面，送电期间底吹氩单砖流量不得超过300NL/min，并保证埋弧效果；
所述LF精炼，为保障LF离位保证钢水中S含量≤0.005％，造白渣并埋弧加热，不用或尽量减少萤石用量(不得超过60kg)，白渣保持时间不小于20min，渣造好后集中脱硫，缩短大流量搅拌脱硫时间，铌铁在脱硫任务完成后，在精炼后期加入；LF精炼处理结束进行钙处理，钙处理过程喂入高钙线200-300m，钙处理过程喂丝速度控制在3m/s-3.5m/s，钙处理结束钢液软吹6min-9min；
所述板坯连铸，铸机浇注过程中包全程采用氩气保护，大包浇注过程开启下渣检测设备，大包浇注结束时杜绝大包渣流入中包；铸机浇注过程采用恒拉速控制，根据不同浇注断面拉速设置范围0.90m/min-1.30m/min，中包浇注过热度控制在15℃-25℃；
所述板坯连铸坯料，为避免铸坯表面裂纹和热装裂纹，板坯需经冷却32小时以上低倍检验合格后放行；
所述1780mm轧机轧制，轧制包括粗轧和精轧，所述粗轧采用2机架轧机粗轧，精轧采用7机架连续变凸度轧机精轧，加热炉炉温1200-1280℃，加热时长为140-200min，粗轧终轧温度为1040-1100℃，保证粗除鳞至少2道次；精轧开轧温度1040-1080℃，精轧终轧温度840-900℃，精轧至厚度为2.0-8.0mm；
所述1780mm轧机轧制结束后，采用前段稀疏型分散冷却模式，卷取温度620-660℃，冷却采用层流连续式冷却设备，冷却代码分规格设置12和28模式，2.0-5.0mm采用代码12(每组4根)为上段冷却喷嘴为关一开二关一，1-7组上下水比1.47，8-17组上下水比1.24，18-19关闭；5.0-8.0mm采用代码28(每组5根)为上段冷却喷嘴为开一关一开二关一，1-13组上下水比1.53，14-17组上下水比1.33，18-19关闭。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1、本发明制备的钢带显微组织特点为铁素体+珠光体+纳米级碳化钛析出相，力学性能的特点为：高抗拉强度，高延伸率，具备良好的焊接性、成形性能和疲劳性能，可以有效的经济性解决焊缝热影响区及边缘拉伸开裂问题、实现粉罐车、机械搅拌罐车等的罐体封头轻量化，节约社会资源。
2、本发明制备的2.0-8.0mm的经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢带屈服强度分布在500MPa-620MPa之间，抗拉强度分布在620MPa-720MPa之间，延伸率A在24-30％之间，180度冷弯D＝1.0a均合格。
3、本发明的封头专用钢产品具有生产成本低、塑性好、焊接性能优良、冲压开裂率低等特点，可以有效的解决焊缝热影响区及边缘拉伸开裂问题、实现钢质粉罐车、机械搅拌罐车的封头轻量化，节约了社会资源。
4、本发明的罐车封头钢的生产方法，根据结构决定性能的原理，通过重新设计钢材的成分，改变钢材的内部组织结构，进而得到低成本、高强度、高塑性、优良焊缝热影响区性能的罐车封头钢。
附图说明
图1为本发明实施例1生产的汽车罐体封头钢的金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
本实施例的汽车罐体封头钢的生产方法为：将铁水进行脱硫预处理，脱硫KR离站铁水S含量为0.002％，铁水温度T为1326℃；采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，转炉出钢温度1653℃，出钢碳含量为0.10％，出钢过程进行脱氧合金化处理，出钢前后采用滑板挡渣出钢操作，杜绝下渣；然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度1549℃，LF精炼造渣脱氧、脱硫，并调整成分温度；铸机浇注过热度22℃；之后进行板坯缓冷49小时，及连铸坯质量检查；板坯加热温度为1243℃，加热的时间为156min，出炉温度1239℃，将加热后的板坯进行高压水除磷；采用2机架粗轧(粗轧采用3+5模式)，中间坯厚度为38mm，7机架精轧；精轧开轧温度1061℃，精轧终轧温度为880℃；层流冷却采用前段稀疏型冷却方式12代码，卷取温度653℃。
按照本实施例的步骤生产的钢带，其冶炼成分为：C：0.16％，Si：0.11％，Mn：0.99％，P：0.012％，S：0.003％，Al：0.036％，Nb：0.018％，Ti：0.042％，B：0.0011％，N：0.0051％。
本实施例生产的汽车罐体封头钢的金相组织图如图1所示，其金相组织主要为15-25％的珠光体和多边形铁素体组成。
按照本实施例的生产方法生产的汽车罐体封头钢性能指标见表1。
表1本实施例的生产方法生产的汽车罐体封头钢性能指标
Figure BDA0002853052190000051
实施例2
本实施例的汽车罐体封头钢的生产方法为：将铁水进行脱硫预处理，脱硫KR离站铁水S含量为0.001％，铁水温度T为1329℃；采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，转炉出钢温度1656℃，出钢碳含量0.11％，出钢过程进行脱氧合金化处理，出钢前后采用滑板挡渣出钢操作，杜绝下渣；然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度1543℃，LF精炼造渣脱氧、脱硫，并调整成分温度；铸机浇注过热度21℃；之后进行板坯缓冷37小时，及连铸坯质量检查；板坯加热温度为1255℃，加热的时间为158min，出炉温度1243℃，将加热后的板坯进行高压水除磷；采用2机架粗轧(粗轧采用3+5模式)，中间坯厚度为40mm，7机架精轧；精轧开轧温度1055℃，精轧终轧温度为870℃；层流冷却采用前段稀疏型冷却方式12代码，卷取温度645℃。
按照本实施例的步骤生产的钢带，其冶炼成分为：C：0.17％，Si：0.12％，Mn：1.03％，P：0.011％，S：0.002％，Al：0.034％，Nb：0.017％，Ti：0.044％，B：0.0012％，N：0.0049％。
按照本实施例的生产方法生产的汽车罐体封头钢性能指标见表2。
表2本实施例的生产方法生产的汽车罐体封头钢性能指标
Figure BDA0002853052190000052
实施例3
本实施例的汽车罐体封头钢的生产方法为：将铁水进行脱硫预处理，脱硫KR离站铁水S含量为0.002％，铁水温度T为1329℃；采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，转炉出钢温度1656℃，出钢碳含量0.12％，出钢过程进行脱氧合金化处理，出钢前后采用滑板挡渣出钢操作，杜绝下渣；然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度1551℃，LF精炼造渣脱氧、脱硫，并调整成分温度；铸机浇注过热度23℃；之后进行板坯缓冷39小时，及连铸坯质量检查；板坯加热温度为1251℃，加热的时间为149min，出炉温度1243℃，将加热后的板坯进行高压水除磷；采用2机架粗轧(粗轧采用3+5模式)，中间坯厚度为42mm，7机架精轧；精轧开轧温度1047℃，精轧终轧温度为865℃；层流冷却采用前段稀疏型冷却方式28代码，卷取温度636℃。
按照本实施例的步骤生产的钢带，其冶炼成分为：C：0.17％，Si：0.13％，Mn：1.07％，P：0.012％，S：0.002％，Al：0.0356％，Nb：0.0198％，Ti：0.047％，B：0.0010％，N：0.0053％。
按照本实施例的生产方法生产的汽车罐体封头钢性能指标见表3。
表3本实施例的生产方法生产的汽车罐体封头钢性能指标
Figure BDA0002853052190000061
实施例4
本实施例的汽车罐体封头钢的生产方法为：将铁水进行脱硫预处理，脱硫KR离站铁水S含量为0.001％，铁水温度T为1331℃；采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，转炉出钢温度1654℃，出钢碳含量0.11％，出钢过程进行脱氧合金化处理，出钢前后采用滑板挡渣出钢操作，杜绝下渣；然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度1552℃，LF精炼造渣脱氧、脱硫，并调整成分温度；铸机浇注过热度19℃；之后进行板坯缓冷61小时，及连铸坯质量检查。板坯加热温度为1260℃，加热的时间为167min，出炉温度1255℃，将加热后的板坯进行高压水除磷；采用2机架粗轧(粗轧采用3+5模式)，中间坯厚度为42mm，7机架精轧；精轧开轧温度1045℃，精轧终轧温度为850℃；层流冷却采用前段稀疏型冷却方式28代码，卷取温度625℃。
按照本实施例的步骤生产的钢带，其冶炼成分为：C：0.18％，Si：0.10％，Mn：1.13％，P：0.013％，S：0.003％，Al：0.035％，Nb：0.022％，Ti：0.051％，B：0.0012％，N：0.0047％。
按照本实施例的生产方法生产的汽车罐体封头钢性能指标见表4。
表4本实施例的生产方法生产的汽车罐体封头钢性能指标
Figure BDA0002853052190000062
上述实施例生产的经济型620MPa级汽车罐体封头钢，厚度为2.0-8.0mm，屈服强度为500-620MPa，抗拉强度为620-720MPa，断后伸长率A大于24％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种3.0mm~3.5mm厚度的经济型620MPa轻量化汽车罐体封头钢，其特征在于，所述汽车罐体封头钢按以下重量百分比配比：C：0.16-0.17%，Mn：0.99-1.03%，Si：0.11-0.12%，P：0.011~0.012%，S：0.002~0.003%，Nb：0.017-0.018%，Al：0.034-0.036%，Ti：0.042-0.044%，B：0.0011-0.0012%，N：0.0049~0.0051%，其余量为Fe和不可避免杂质；
其生产方法包括：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、1780mm轧机轧制、前段稀疏型分散冷却，其中，
所述铁水预处理，铁水温度1326~1329℃，铁水脱硫终点S含量为0.001~0.002%，铁水脱硫扒渣干净，保证扒渣亮面≥95%；
所述转炉冶炼，采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，转炉出钢温度1653~1656℃，出钢碳含量为0.10~0.11%，P≤0.013%，S≤0.022%，出钢过程进行脱氧合金化处理，出钢前后采用滑板挡渣出钢操作，杜绝下渣；
所述LF精炼，为保障LF离位保证钢水中S含量≤0.005%，造白渣并埋弧加热，白渣保持时间不小于20min，渣造好后集中脱硫，铌铁在脱硫任务完成后，在精炼后期加入，LF精炼处理结束进行钙处理，钙处理过程喂入高钙线200-300m，钙处理过程喂丝速度控制在3m/s-3.5m/s，钙处理结束钢液软吹6min-9min；
所述板坯连铸，铸机浇注过程中包全程采用氩气保护，大包浇注过程开启下渣检测设备，大包浇注结束时杜绝大包渣流入中包；铸机浇注过程采用恒拉速控制，根据不同浇注断面拉速设置范围0.90m/min-1.30m/min，中包浇注过热度控制在21~22℃；板坯缓冷37~49小时，及连铸坯质量检查后再进行轧制；
所述1780mm轧机轧制，轧制包括粗轧和精轧，所述粗轧采用2机架轧机粗轧，粗轧采用3+5模式，精轧采用7机架连续变凸度轧机精轧，加热炉炉温1243~1255℃，加热时长为156~158min，出炉温度1239~1243℃，将加热后的板坯进行高压水除磷；粗轧终轧温度为1040-1100℃，保证粗除鳞至少2道次；精轧开轧温度1055~1061℃，精轧终轧温度870~880℃，精轧至厚度为3.0-3.5mm；
所述1780mm轧机轧制结束后，采用前段稀疏型分散冷却模式，卷取温度645~653℃；
所述前段稀疏型分散冷却模式采用层流连续式冷却设备，每组4根，为上段冷却喷嘴为关一开二关一，1-7组上下水比1.47，8-17组上下水比1.24，18-19关闭；
该生产方法制备的汽车罐体封头钢，屈服强度为568~583MPa，抗拉强度为647~686MPa，断后伸长率A为 27.5~28.5%，180度冷弯D＝1.0a均合格。
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