CN113073260A - 一种抗拉强度500MPa级高塑性冷弯成型用钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种抗拉强度500MPa级高塑性冷弯成型用钢，其化学成分及wt%为：C：0.085～0.18%，Si≤0.10%，Mn：0.50～0.90%，P≤0.025%，S≤0.020%，Al：0.010～0.040%，Ti：0.020～0.060%；生产方法：经转炉冶炼后在中间包进行吹氩处理；连铸成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；卷取。本发明在保证抗拉强度为500~570MPa，屈服强度在370~420MPa，伸长率≥30%，‑20℃KV₂≥82J的前提下，当冷弯试验时的弯心直径d为试样的厚度a，且在冷弯弯曲角度为180゜时不会产生裂纹。

Description

一种抗拉强度500MPa级高塑性冷弯成型用钢及生产方法

技术领域

本发明涉及冷弯成型用钢及生产方法，具体属于抗拉强度500MPa级高塑性冷弯成型用钢及生产方法。

背景技术

钢铁行业的下游企业往往需要对钢材进行进一步的加工，制作成工程结构件后才能投入使用，冷弯成型是最常见的加工方式之一。冷弯型钢是在常温下通过顺序配置的多道次成型轧辊，把钢带不断地进行横向弯曲，以制造成特定断面的钢材产品。冷弯型钢具有尺寸精度高、强度高、重量轻、金属利用率高、断面形状合理、供货灵活等优点，是一种节能、高效的经济断面型钢，广泛应用于国民经济的多个领域。我国冷弯型钢占钢材总量的1.5％，远低于国外的5％，还具有很大的发展空间。

冷弯型钢行业使用量最大的是抗拉强度为500MPa级的低合金结构钢，如Q355系列钢，这些钢材一直引用相应的标准，如GB/T 1591，但这些标准都没能体现出冷弯成型工艺对原材料的特殊要求，冷弯成型产品的力学性能与原料相比发生了变化，还因冷作硬化而具有残余应力；如果原料的冷弯成型性能不良，还给冷弯成型加工带来困难，甚至影响冷弯产品的尺寸精度，终端用户无法使用。根据现有标准选用的热连轧钢带，冷弯成型过程中常出现开裂、扭曲变形等缺陷，造成了社会资源和自然资源的极大浪费。同时，鉴于500MPa级低合金结构钢在冷弯型钢行业使用量最大，还应考虑钢材的生产成本；对钢材提出冲击性能要求，可扩大冷弯型钢产品的应用领域和地域。

在本发明前，本技术领域的技术人员未解决所存在的问题，提出了许多解决的技术措施，如经检索：

中国专利申请号为CN201010597659.1的文献，公开了“一种热轧可焊接细晶粒结构钢S355ML钢板及其生产方法”，该钢的Si、Mn含量分别为0.20～0.50％、1.20～1.60％，在冶炼工序，须进行钢包炉精炼和真空精炼，该钢的屈服强度390～450MPa，抗拉强度520～570MPa，伸长率25～28％，性能富余量较大。该发明钢板需要添加贵重元素Nb，精炼过程要采用钢包炉和真空处理，这些都增加了生产成本；伸长率范围25～28％，塑性富余量不大，就冷弯性能而言，仅采用要求较低的d＝3a，弯曲角度180°作为评价标准。

中国专利申请号为CN201019000011.9的文献，公开了“一种LQ380G车轮用钢的生产方法”，调整C、Si、Mn的比例，加入微量Ti合金元素，C、Ti含量分别为0.06～0.08％、0.005～0.015％，还通过调整温度制度，即降低钢坯加热温度，提高精轧终轧温度和卷取温度，实现了LQ380G车轮用钢伸长率的提高。该专利涉及钢板的厚度范围仅为≤7mm，还对钢坯加热温度、粗轧终轧温度、精轧终轧温度和卷取温度作出了严格的限定，增加了生产难度；该文案内容提及效果的内容较多，对冶炼工艺、轧制工艺，尤其是实际性能的描述不够。

中国专利申请号为CN201010017998.8的文献，公开了“一种含Nb汽车用热轧窄带钢的生产工艺”，Mn、Nb含量为0.90～1.25％、0.03～0.05％，通过冶炼原料准备、电弧炉冶炼、钢包炉精炼和真空精炼、连铸过程中电磁搅拌和热连轧工艺控制，生产出汽车用热轧窄带钢。该专利要求除添加贵重元素Nb外，精炼过程还要采用钢包炉和真空处理，尤其是对真空度作了严格的限定，增加了工艺难度和生产成本，对产品的力学性能和冷弯性能也没有作介绍。

一种公开出版物(谷春阳.鞍钢SM490A热轧带钢组织性能控制研究.鞍钢技术.2004,(1):19-22)对SM490A热轧带钢出现冷弯裂纹、延伸率偏低等问题进行了分析研究后，确定了合理的化学成分范围和轧制工艺制度，其化学成分Mn含量为1.00～1.13％，还通过Nb来提高钢材的综合性能。其不足之处是添加贵重元素Nb增加了生产成本；严格限定钢坯加热温度、粗轧出口温度、终轧温度和卷取温度，生产工艺窗口窄，增加了生产难度；对钢材的冲击性能没作介绍。

又有如美国专利号为US20090866382的文献，公开了一种“高强度热轧钢带及其制造方法”，对钢中的Ti及Ti与N的含量关系作出了严格的限定，增加了生产控制难度。美国专利号为US20080934039的文献，公开了一种“具有优异疲劳性能和延展性能的热轧钢带及其制造方法”，采用超低碳(0.015～0.040％)设计理念，Mn含量0.90～1.80％，还对Ti、C含量及Ti/C的比值提出了要求，增加了生产成本和生产控制难度。公开出版物(Birzer,F.SheetPurchase Specifications and Tests With Respect to Manufacturing Process.SheetMetal Working'84.1984(7-8Nov):51-80)对不同成分的钢进行了冷弯试验研究，提出应将碳化物的尺寸控制在一定范围内，才能得到好的延伸性，试验所用一组钢中含0.061％Al，0.18％Ti，该方案将导致生产控制难度大，成分命中率低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种在保证抗拉强度为500～570MPa，屈服强度在370～420MPa，伸长率≥30％，-20℃KV₂≥82J的前提下，当冷弯试验时的弯心直径d为试样的厚度a，且在冷弯弯曲角度为180゜时不会产生裂纹的高塑性冷弯成型用钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种抗拉强度500MPa级高塑性冷弯成型用钢，其化学成分及重量百分含量：C：0.085～0.18％，Si≤0.10％，Mn：0.50～0.90％，P≤0.025％，S≤0.020％，Al：0.010～0.040％，Ti：0.020～0.060％，余量为Fe及不可避免的杂质。

优选地：所述Ti的重量百分含量在0.026～0.056％。

一种抗拉强度500MPa级高塑性冷弯成型用钢的生产方法，其步骤：

1)经转炉冶炼后在中间包进行吹氩处理，吹氩时间不低于5min

2)连铸成坯，并控制钢水过热度≤22℃；

3)对铸坯进行加热，并控制铸坯加热温度在1170～1230℃；

3)进行粗轧，并控制粗轧出口温度不超过1100℃；

4)进行精轧，并控制精轧终轧温度在780～880℃；

5)进行卷取，控制卷取温度在550～650℃。

优选地：所述钢水过热度≤19℃。

本发明各元素及主要工艺的机理及作用

C：C在钢中以间隙原子的形式存在，能非常有效地提高钢材强度，是最为经济的强化元素，为保证发明钢的强度达到设计要求，且体现低成本理念，C含量下限是0.085％；随着钢中碳含量增加，钢材的伸长率和冲击韧性下降，考虑到本发明钢主要用作冷弯成型的原材料，高延性是发明钢最重要的性能要求，同时，冷弯成型产品大多是闭口形状，需要采用高频焊接工艺成型，因此，还要兼顾钢材的焊接性，因而C含量不能太高，所以C含量上限是0.18％。

Si：Si在钢中以固溶形态存在于铁素体或奥氏体中，显著提高钢的屈服强度，降低钢的塑性和韧性，不利于冷弯成型加工；在炼钢过程中用硅作为脱氧剂的工艺成熟，成本低廉，所以Si含量上限是0.10％。

Mn：Mn固溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，降低钢冷却过程的相变点，提高钢的淬透性，可提高钢的屈服强度和抗拉强度，对延性无明显影响；Mn还与钢中的S形成较高熔点的MnS，避免在晶界上形成FeS薄膜，消除钢的热脆性，所以Mn含量下限为0.50％；但Mn含量过高时，给冷弯成型加工带来困难，导致冷弯成型产品具有较大的残余应力，甚至影响冷弯产品的尺寸精度，影响使用性能，且Mn含量过高还对焊接性能有不利影响，Mn含量上限为0.90％。

P：P是钢中的有害元素，增加钢的冷脆性，降低塑性，使焊接性能变差，使冷弯性能降低，而降低P含量会增加生产成本，因此要求钢中含磷量≤0.025％。

S：S也是钢中的有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延性和韧性，使钢材产生各向异性，对焊接性能也不利，而降低S含量也会增加生产成本，S含量上限是0.020％。

A1：A1是炼钢过程中的最为经济有效的脱氧元素，一定含量的A1还能细化钢材的晶粒，提高钢材的强度和韧性，所以Al含量下限为0.010％；但Al含量过高易导致钢中夹杂增多，对钢材的塑性，尤其是冷弯性能不利，且本发明钢还需要Ti在钢中形成氧化物、氮化物来改善钢材的冷弯成型性能，因此，Al含量的上限控制在0.040％。

Ti：Ti是一种强碳化物和氮化物形成元素，在钢中形成的TiN、Ti(C、N)等粒子非常稳定，能有效地钉扎晶界，阻止奥氏体晶粒长大，因而能够细化晶粒，提高钢材的韧性和强度，同时，由于冷弯产品大多需要采用高频焊接工艺成型为闭口形状，添加适量的Ti可提高焊接性能，所以下限为0.020％。通过细化晶粒强化钢材，会导致钢材的延性降低，添加过量的Ti会导致钢中夹杂物增多，降低韧性和延性，因此Ti的上限为0.060％，优选地Ti的重量百分含量在0.026～0.056％。

本发明之所以控制钢水过热度≤22℃，优选地控制钢水过热度≤19℃，是由于连铸时降低钢水过热度，通过快速、均匀凝固，降低低熔点溶质原子和夹杂在铸坯中心的偏析，获得均质化的铸坯，为获得优良冷弯成型性能的钢材奠定基础。

本发明之所以控制铸坯加热温度在1170～1230℃，是由于既要保持足够高的加热温度，使Ti充分溶解到高温奥氏体中，为随后轧制阶段的控轧控冷促进Ti的碳化物在铁素体基体中弥散析出创造条件，又要防止高温时奥氏体过分长大造成不良组织而恶化发明钢的综合力学性能和工艺性能。

本发明之所以控制粗轧出口温度不超过1100℃，是由于只有在高温奥氏体再结晶区轧制，经过多次反复的变形和再结晶，获得细小的奥氏体晶粒，为精轧阶段的控制轧制提供所需要的组织。

本发明之所以控制精轧终轧温度在780～880℃，是由于要保证在奥氏体未再结晶区轧制，获得足够的变形量，以发挥应变累计对细化晶粒的作用。

本发明之所以控制卷取温度在550～650℃，是由于此温度范围已完成铁素体相变，最利于Ti的碳化物在铁素体基体中弥散析出，使铁素体基体得到强化，充分发挥Ti的微合金化作用。

本发明与现有技术相比，通过Ti细化晶粒能进一步提高钢材的韧性和强度，还能提高钢材的焊接性能；由于本发明只在出钢后进行吹氩这一种炉外精炼工艺，使生产成本得到降低；由于连铸过程中控制过冷度，获得均质化的铸坯，为获得优良冷弯成型性能的钢材奠定了基础。本发明钢在保证抗拉强度在500～570MPa，屈服强度在370～420MPa，断后伸长率A≥30％，具有良好的塑性，且-20℃冲击性能优良，冷弯性能优异，冷弯试验的弯心直径在d等于试样厚度a下，弯曲角度在180°时，弯曲试样外表面无裂纹；薄规格长条状冷弯产品不发生扭曲变形，产品尺寸精度高，适合制造较复杂断面的冷弯型钢产品。

附图说明

图1为本发明的金相组织图(铁素体晶粒度12级)

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述：

表1为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表；

表3为本发明各实施例及对比例的性能检测结果列表。

本发明各实施例均按照以下步骤生产：

1)经转炉冶炼后在中间包进行吹氩处理，吹氩时间不低于5min

2)连铸成坯，并控制钢水过热度≤22℃；

3)对铸坯进行加热，并控制铸坯加热温度在1170～1230℃；

3)进行粗轧，并控制粗轧出口温度不超过1100℃；

4)进行精轧，并控制精轧终轧温度在780～880℃；

5)进行卷取，控制卷取温度在550～650℃。

表1本发明各实施例和对比例的化学成分列表

表2本发明各实施例和对比例的主要工艺参数列表

表3本发明各实施例和对比例力学性能检测结果列表

说明：表3中，

1、冲击功值为标准试样的换算值，括号内为平均值；

2、d为冷弯试验时的弯心直径，a为试样的厚度。

从表3中可以看出，本发明钢的抗拉强度为500～570MPa，屈服强度在370～420MPa，断后伸长率A≥30％，具有良好的塑性，适合冷弯加工；本发明钢的-20℃冲击性能优良，扩大了发明钢制冷弯型钢产品的应用领域和地域；本发明钢的冷弯性能优异，冷弯试验的弯心直径d等于试样厚度a，弯曲角度为180°时，弯曲试样外表面无裂纹，冷弯性能结果评价为“完好”。本发明钢具有良好的综合性能，尤其是冷弯成型性能，冷弯产品不开裂，薄规格长条状冷弯产品不发生扭曲变形，冷弯产品尺寸精度高，最适合制造较复杂断面的冷弯型钢产品。

本发明的实施例仅为最佳例举，并非对技术方案的限定性实施。

Claims (4)

1.一种抗拉强度500MPa级高塑性冷弯成型用钢，其化学成分及重量百分含量：C：0.085～0.18%，Si≤0.10%，Mn：0.50～0.90%，P≤0.025%，S≤0.020%，Al：0.010～0.040%，Ti：0.020～0.060%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种抗拉强度500MPa级高塑性冷弯成型用钢，其特征在于：所述Ti的重量百分含量在0.026~0.056%。

3.如权利要求1所述的一种抗拉强度500MPa级高塑性冷弯成型用钢的生产方法，其步骤：

1）经转炉冶炼后在中间包进行吹氩处理，吹氩时间不低于5min

2) 连铸成坯，并控制钢水过热度≤22℃；

3）对铸坯进行加热，并控制铸坯加热温度在1170～1230℃；

3）进行粗轧，并控制粗轧出口温度不超过1100℃；

4）进行精轧，并控制精轧终轧温度在780～880℃；

5）进行卷取，控制卷取温度在550～650℃。

4.如权利要求3所述的一种抗拉强度500MPa级高塑性冷弯成型用钢的生产方法，其特征在于：所述钢水过热度≤19℃。

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