CN113308646A - 高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带及制备方法，属于炼钢技术领域。高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带，化学成分按质量百分比为：C 0.02‑0.06％，Si≤0.08％，Mn 1.0‑2.0％，P≤0.015％，S≤0.01％，Ti 0.08‑0.35％，N≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质，显微组织为铁素体90‑98％和针状贝氏体2‑10％，晶粒度等级为12‑13级。制备方法依次包括冶炼、连铸、加热、粗轧、UFC中间坯冷却、精轧、层流冷却及卷取步骤。本发明生产出的700MPa级热轧汽车大梁钢带表面质量优良，疲劳性能、成型性能以及强韧性能优异，可有效解决现有700MPa级热轧汽车大梁钢带疲劳性能较差的问题。
Description
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，涉及热轧汽车大梁钢板，具体涉及一种高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带及制备方法。
背景技术
近年来，迫于减量化和国六标准(GB 17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段))的双重压力，众多钢铁企业纷纷开发了重载汽车用700MPa级大梁钢板。然而，700MPa汽车大梁钢板的疲劳极限调控及机理的研究鲜有报道。采用高强度钢是汽车减量化可持续发展的有效途径，服役条件下既要承受垂直底盘平面的非线性弯曲载荷，又要承受纵向瞬时冲击载荷，材料疲劳性能低及断裂问题严重制约着重载汽车行业的可持续发展。因此进行热轧钢疲劳性能的研究具有重要意义，开发具有高疲劳性能的热轧汽车大梁钢带很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有700MPa级热轧汽车大梁钢带疲劳性能较差的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带，其化学成分按质量百分比为：C 0.02-0.06％，Si≤0.08％，Mn 1.0-2.0％，P≤0.015％，S≤0.01％，Ti 0.08-0.35％，N≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质，其显微组织为铁素体90-98％和针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为12-13级。
上述高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，依次包括冶炼、连铸、加热、粗轧、UFC中间坯冷却、精轧、层流冷却及卷取步骤，具体包括如下步骤：
a.按照高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的化学成分制备铸坯；
b.粗轧：将加热的铸坯轧制成板坯，对薄规格的板坯采用3+3模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，累计变形量≥80％；对厚规格的板坯采用0+5模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，后2机架累计变形量≥50％，累计变形量≥78％；
c.UFC中间坯冷却：将粗轧后的板坯快速冷却，以80-150℃/s速度冷却到930±20℃；
d.精轧：进行5-7道次连轧，控制最后一个机架变形量为8-15％，后3机架累计变形量20-35％。
上述步骤b中，板坯厚度为40-50mm，薄规格板坯为40-44mmm，厚规格板坯为45-50mm。
上述步骤b中，铸坯加热温度为1260±20℃，保温100-180min。
上述精轧终轧温度为830-890℃。
上述精轧结束后采用双段冷却，以60-100℃/s的速率快速冷却至600-700℃，然后空冷3-8s后以0-100℃/s的速率继续冷却。
上述最终卷取温度为480-580℃。
上述步骤b和d中，轧制完成后均采用高压水除磷，水压为20MPa。
本发明的有益效果是：本发明通过对Ti含量定量设计来提高钢材的强度，结合全流程工艺控制，尤其是UFC中间坯冷却工艺和轧制变形量的控制，生产得到大梁钢带的显微组织为铁素体90-98％和针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为12-13级，实现了具有高疲劳性能的700MPa级热轧汽车大梁钢带的稳定控制。本发明生产出的700MPa级热轧汽车大梁钢带表面质量优良，疲劳性能、成型性能以及强韧性能优异。
Ti可以通过铁素体中的过饱和析出提高钢材的强度，由于钢中存在有效Ti含量，公式为Ti(有效钛)＝Ti(全)-3.4N-3S，同时S与Ti结合易形成Ti4C2S2，N与Ti结合在连铸过程中易形成液析TiN，然而钢中S、N等元素不可避免存在，因此需配合合理的TMCP工艺。本发明控制铸坯加热抑制Ti4C2S2和液析TiN的粗化长大；同时控制轧制过程变形量来控制奥氏体中的形变诱导相变，同时将前期大尺寸的Ti4C2S2和液析TiN破碎和均匀化；通过UFC中间坯冷却抑制粗轧工艺后钢带组织的长大，控制基体组织的均匀性以及铁素体中析出相的尺寸和数量，尤其是控制前期未回溶的析出相粗化，协同其他工序能够将板带组织控制在较小的范围，有助于提高钢板的疲劳性能。
具体实施方式
本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。
高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带，其化学成分按质量百分比为：C 0.02-0.06％，Si≤0.08％，Mn 1.0-2.0％，P≤0.015％，S≤0.01％，Ti 0.08-0.35％，N≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质，其显微组织为铁素体90-98％和针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为12-13级。
上述高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，依次包括冶炼、连铸、加热、粗轧、UFC中间坯冷却、精轧、层流冷却及卷取步骤，具体包括如下步骤：
a.按照高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的化学成分制备铸坯；
b.粗轧：将加热的铸坯轧制成板坯，对薄规格的板坯采用3+3模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，累计变形量≥80％；对厚规格的板坯采用0+5模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，后2机架累计变形量≥50％，累计变形量≥78％；
c.UFC中间坯冷却：将粗轧后的板坯快速冷却，以80-150℃/s速度冷却到930±20℃；
d.精轧：进行5-7道次连轧，控制最后一个机架变形量为8-15％，后3机架累计变形量20-35％。
上述铸坯出加热炉后，厚度为200-230mm，经过2台粗轧机组轧制到板坯，厚度为40-50mm。为了生产出2mm-14mm的热轧板，因此优选的是，对厚度40-44mmm的薄规格板坯粗轧过程采用3+3模式，即六道次粗轧，确保每道次的变形量；对45-50mm的厚规格板坯粗轧过程采用0+5模式，即5道次的轧制，有一个轧机没有压下量。
为了控制细小TiC回溶，同时抑制Ti4C2S2和液析TiN的粗化长大，因此优选的是，上述步骤b中，铸坯加热温度为1260±20℃，保温100-180min。
为了控制TiC形变诱导析出量，优选的是，经过7个精轧机机组5-7道次连轧，F7变形量8％-15％，后3机架累计变形量20％-35％，精轧终轧温度为830-890℃。
为了控制基体组织的均匀性，因此优选的是，采用双段冷却，终轧结束后，采用快速冷却至铁素体区，以60-100℃/s的速率快速冷却至600-700℃；然后进行空冷，控制铁素体转变量以及析出，空冷时间3-8s；再冷却至贝氏体，冷却速度为0-100℃/s，板带最终卷取温度为480-580℃。
为了更好的控制钢材的化学成分，因此优选的是，上述步骤b和d中，轧制完成后均采用高压水除磷，水压为20MPa。
下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。
实施例
本实施例提供了1组采用本发明制备方法制备的高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带及两组对比例，汽车大梁钢带板坯化学成分如表1所示。
表1 700MPa级热轧大梁钢板坯化学成分(wt.％)
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | N | Ti |
| 实施例1 | 0.036 | 0.047 | 1.56 | 0.008 | 0.002 | 0.002 | 0.25 |
| 对比例1 | 0.052 | 0.074 | 1.92 | 0.012 | 0.008 | 0.0046 | 0.33 |
| 对比例2 | 0.080 | 0.083 | 0.89 | 0.012 | 0.010 | 0.0055 | 0.07 |
将加热的铸坯轧制成板坯后粗轧，板坯粗轧主要工艺控制参数如表2所示。
表2 700MPa级热轧大梁钢带粗轧工艺
UFC中间坯冷却：将粗轧后的板坯快速冷却，控制参数如表3所示。
表3 700MPa级热轧大梁钢带UFC快冷工艺
| 编号 | 板坯厚度/mm | 冷却速度/℃/s | 冷却温度/℃ |
| 实施例1 | 41 | 90 | 930 |
| 对比例1 | 50 | 79 | 960 |
| 对比例2 | 43 | 90 | 928 |
经过7个精轧机机组5-7道次连轧，精轧工序的控制参数如表4所示。
表4 700MPa级热轧大梁钢带精轧工艺
精轧结束后进行层冷工序，然后卷取，主要工艺控制参数如表5所示。
表5 700MPa级热轧大梁钢带层冷工艺
| 编号 | 1段冷却速度/℃/s | 空冷时间/s | 2段冷却速度/℃/s | 卷取温度/℃ |
| 实施例1 | 78 | 5 | 40 | 550 |
| 对比例1 | 58 | 3 | 56 | 580 |
| 对比例2 | 83 | 5 | 67 | 520 |
对上述工艺制备的汽车大梁钢带进行力学测试，其力学性能如表6所示。
表6 700MPa级热轧大梁钢带力学性能
由实施例和对比例可知，采用本发明化学成分及制备方法制备的高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带，实施例的疲劳性能明显优于对比例，且表面质量优良，成型性能以及强韧性能优异。
Claims (8)
1.高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带，其特征在于，其化学成分按质量百分比为：C 0.02-0.06％，Si≤0.08％，Mn 1.0-2.0％，P≤0.015％，S≤0.01％，Ti 0.08-0.35％，N≤0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质，其显微组织为铁素体90-98％和针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为12-13级。
2.如权利要求1所述的高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a.按照高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的化学成分制备铸坯；
b.粗轧：将加热的铸坯轧制成板坯，对薄规格的板坯采用3+3模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，累计变形量≥80％；对厚规格的板坯采用0+5模式粗轧，控制第一道次变形量≥20％，末道次变形量≥35％，后2机架累计变形量≥50％，累计变形量≥78％；
c.UFC中间坯冷却：将粗轧后的板坯快速冷却，以80-150℃/s速度冷却到930±20℃；
d.精轧：进行5-7道次连轧，控制最后一个机架变形量为8-15％，后3机架累计变形量20-35％。
3.根据权利要求2所述的高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：步骤b中，板坯厚度为40-50mm，薄规格板坯为40-44mmm，厚规格板坯为45-50mm。
4.根据权利要求2所述的高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：步骤b中，铸坯加热温度为1260±20℃，保温100-180min。
5.根据权利要求2所述的高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：精轧终轧温度为830-890℃。
6.根据权利要求2所述的高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：精轧结束后采用双段冷却，以60-100℃/s的速率快速冷却至600-700℃，然后空冷3-8s后以0-100℃/s的速率继续冷却。
7.根据权利要求2所述的高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：最终卷取温度为480-580℃。
8.根据权利要求2所述的高疲劳性能700MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，其特征在于：步骤b和d中，轧制完成后均采用高压水除磷。
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