CN113322413B - 高疲劳性能900MPa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900MPa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900MPa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 0‑0.08％，Mn 2.2‑2.8％，P≤0.015％，S≤0.01％，Nb 0.065‑0.12％，Ti 0.13‑0.25％，V 0.07‑0.15％，Mo 0.1‑0.2％，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％和超细针状贝氏体2‑10％，晶粒度等级为14‑15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900MPa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900MPa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900MPa级热轧汽车大梁钢带及制备方法。
背景技术
减轻汽车车身重量，不但可以增加汽车装载量，降低运费，也能减少汽车的废气排放量。减轻车身重量的有效办法是采用高强度钢板来降低汽车部件的厚度。对于汽车大梁用钢板来说，要求具有弯曲性能和延伸凸缘性能等冲压成形性及疲劳强度。大梁用钢对材料的强度、塑性、冷冲压性能、低温冲击韧性、可焊性及疲劳性能均有严格要求，不仅要强度高、韧性好、耐疲劳，同时具有良好的冲压成型性。尽管钢板已实现高强度化，但当前对汽车大梁用高强度钢板疲劳强度的研究甚少，无法获得与之相适应的高疲劳强度。当前仍存在疲劳强度偏差随着钢板强度提高而增大的问题，这是阻碍汽车大梁用钢板实现高强度化的原因。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很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有900MPa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900MPa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 0-0.08％，Mn 2.2-2.8％，P≤0.015％，S≤0.01％，Nb 0.065-0.12％，Ti 0.13-0.25％，V 0.07-0.15％，Mo0.1-0.2％，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％和超细针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为14-15级。
上述高疲劳性能900MPa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900MPa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80-180℃/s速度冷却到920±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40-44mm，厚规格板坯为45-50mm。
上述步骤b中，铸坯加热温度为1280±20℃，保温100-180min。
上述精轧终轧温度为830-900℃。
上述精轧结束后采用双段冷却，以80-110℃/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580-630℃。
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：本发明在钢材化学成分中特别添加Nb、Ti、V、Mo结合TMCP工艺控制生产得到的汽车大梁钢带显微组织为铁素体90-98％和超细针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为13-14级。其中Mo的添加可以提高钢的淬透性，提高钢的抗拉强度；Nb具有延迟奥氏体再结晶，降低相变温度的作用，可以通过固溶强化、析出强化和相变强化提高材料强度，同时也可通过细晶作用改善材料的韧性；V的加入可有效提高析出强化作用，能够有效组织奥氏体晶粒的长大和再结晶过程；结合UFC中间坯冷却过程可以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。
而Ti通过铁素体中的过饱和析出可明显提高钢材的强度，但Ti易与S结合形成Ti4C2S2，N与Ti结合在连铸过程中易形成液析TiN。因此本发明通过将铸坯加热以控制细小TiC回溶，同时抑制Ti4C2S2和液析TiN的粗化长大；通过控制轧制变形量可以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。本发明生产出的900MPa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。
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900MPa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 0-0.08％，Mn 2.2-2.8％，P≤0.015％，S≤0.01％，Nb 0.065-0.12％，Ti 0.13-0.25％，V 0.07-0.15％，Mo 0.1-0.2％，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％和超细针状贝氏体2-10％，晶粒度等级为14-15级。
上述高疲劳性能900MPa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900MPa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80-180℃/s速度冷却到920±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40-44mm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1280±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830-900℃。
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80-110℃/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580-630℃。
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900MPa级热轧汽车大梁钢带及两组对比例，汽车大梁钢板坯化学成分如表1所示。
表1 900MPa级热轧大梁钢板坯化学成分(wt.％)
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | N | Ti | Nb | V | Mo |
| 实施例1 | 0.021 | 0.056 | 2.5 | 0.008 | 0.002 | 0.002 | 0.15 | 0.095 | 0.072 | 0.11 |
| 对比例1 | 0.052 | 0.074 | 2.3 | 0.012 | 0.008 | 0.0046 | 0.18 | 0.079 | 0.088 | 0.13 |
| 对比例2 | 0.080 | 0.068 | 2.3 | 0.012 | 0.010 | 0.0055 | 0.23 | 0.12 | 0.17 | 0.14 |
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 900MPa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 900MPa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 | 110 | 930 |
| 对比例1 | 50 | 145 | 960 |
| 对比例2 | 43 | 98 | 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 900MPa级热轧大梁钢带精轧工艺
| 编号 | 终轧温度/℃ | 板坯厚度/mm | 后3机架累计变形量/％ | F7变形量/％ |
| 实施例1 | 835 | 2 | 23 | 10 |
| 对比例1 | 820 | 12 | 14 | 5 |
| 对比例2 | 840 | 8 | 26 | 10 |
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 900MPa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 | 100 | 5 | 40 | 620 |
| 对比例1 | 90 | 3 | 56 | 550 |
| 对比例2 | 98 | 5 | 67 | 603 |
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 900MPa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900MPa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 (7)
1. 高疲劳性能900MPa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 0-0.08%，Mn 2.2-2.8%，P≤0.015%，S≤0.01%，Nb 0.065-0.12%，Ti0.13-0.25%，V 0.07-0.15%，Mo 0.1-0.2%，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%和超细针状贝氏体2-10%，晶粒度等级为14级；
上述高疲劳性能900MPa级热轧汽车大梁钢带的制备方法，包括如下步骤：
a.按照高疲劳性能900MPa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80-180℃/s速度冷却到920±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%。
2.根据权利要求1所述的高疲劳性能900MPa级热轧汽车大梁钢带，其特征在于：步骤b中，板坯厚度为40-50mm，薄规格板坯为40-44mm，厚规格板坯为45-50mm。
3.根据权利要求1所述的高疲劳性能900MPa级热轧汽车大梁钢带，其特征在于：步骤b中，铸坯加热温度为1280±20℃，保温100-180min。
4.根据权利要求1所述的高疲劳性能900MPa级热轧汽车大梁钢带，其特征在于：精轧终轧温度为830-900℃。
5.根据权利要求1所述的高疲劳性能900MPa级热轧汽车大梁钢带，其特征在于：精轧结束后采用双段冷却，以80-110℃/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。
6.根据权利要求1所述的高疲劳性能900MPa级热轧汽车大梁钢带，其特征在于：最终卷取温度为580-630℃。
7.根据权利要求1所述的高疲劳性能900MPa级热轧汽车大梁钢带，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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