CN117230377A - 一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶金技术领域,具体公开了一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢及其生产方法。本发明在生产工艺上首次提出了铁水预脱硫渣用于低硫钢在精炼末期改渣系,以此来实现增硫的目的;采用精炼末期更换渣系、间歇式喂入硅钙线相结合的方式,实现A类硫化物形态和分布,特别是A类细系硫化物。该发明钢种力学性能优秀;经过成本测算,本发明钢种较有色金属及合金具有非常高的性价比,完全可以替代现有的产品。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域,涉及用于替代支撑架用有色合金的钢种的涉及和生产,特别涉及一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢及其生产方法。
背景技术
电池***是新能源电动汽车中重要的核心部件之一,其重量约占10%~20%。根据研究发现,对于新能源电动汽车来说,汽车重量每减少10%,电耗下降5.5%,续航里程增加5.5%,同时汽车重量的降低可以减少制动距离,从而改善汽车的主动安全性能。目前支撑新能源电动汽车电池材料主要有铝合金、镁合金以及碳纤维聚合物等,其中铝合金以其高性价比得到广泛应用,但受到温度变化、碰撞、水汽浸蚀等恶劣工作环境的影响,对于电池的支撑结构***提出了更高的要求,特别是电池结构***中的支撑零件,要求这些零件具有高强度、高耐磨性、高韧性和耐腐蚀性等性能特征。由于铝合金等现有支撑新能源电动汽车电池材料强度和疲劳性能相对较差,使得该类支撑材料的使用寿命受到很大的限制,例如6061铝合金电池托盘力学性能屈服强度218Mpa、抗拉强度239Mpa。随着新能源电动汽车电池使用寿命的延长,同时SUV等大中型汽车也开始逐步向着新能源电动汽车转换,而该类汽车的电池组更大更重,要求与之配套的电池支撑结构零件具有更高的强度,特别是其中的关键支撑零件,为此,在电池支撑材料中逐步采用钢制关键支撑结构零件与铝合金相结合的模式,通过改变现有单一的铝合金等材料作为电池支撑结构零件的模式,以此来应对电池长寿命、大型化和重量化。
在目前行业内竞争异常激烈的大背景下,开发一种高性价比、用于新能源电动汽车电池组钢制关键支撑结构零件用钢逐步成为该领域势在必行的工作。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢及其生产方法,本发明以高强度、高韧性和高耐磨性为钢种设计目标,开发了一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢,并提供了生产方法,以便于可以替代现有性价比相对较低的有色合金类产品。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢,其由以下质量百分比的元素组成:C0.12~0.15%、Si 0.50~0.60%、Mn 1.50~1.60%、Cr 1.20~1.30%、Cu≤0.08%、Ni≤0.08%、Mo≤0.0040%、V≤0.0050%、Nb 0.020~0.030%、As≤0.0040%、Al 0.025~0.040%、P≤0.020%、S0.015~0.025%、B≤0.0008%、Ti 0.012~0.025%、N 0.0150~0.0200%、[O]≤20ppm、[H]≤2ppm,余量为Fe和不可避免的杂质元素;其中Nb/Ti控制在1.0~2.5、Cr/N控制在60~80。
进一步的,一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢,其由以下质量百分比的元素组成:C 0.12~0.14%、Si 0.55~0.60%、Mn 1.55~1.60%、Cr 1.20~1.26%、Cu≤0.08%、Ni≤0.08%、Mo≤0.0040%、V≤0.0050%、Nb 0.020~0.028%、As≤0.0040%、Al 0.025~0.035%、P≤0.020%、S 0.015~0.020%、B≤0.0008%、Ti 0.012~0.020%、N 0.0180~0.0200%、[O]≤20ppm、[H]≤2ppm,余量为Fe和不可避免的杂质元素;其中Nb/Ti控制在1.5~2.0、Cr/N控制在60~70。
本发明钢种在成分设计方面,采用低碳设计思路,用以实现高韧性,因汽车在行进过程中新能源电动汽车电池组支撑架受到小幅度的跳动,为了缓冲这种弹跳,满足产品的弹性性能,在成分设计中将Si含量设定相对较高的范围,但Si含量较高,又会给钢材和产品在加工过程中的脱碳带来不利的影响,因此本发明将Si设定在0.5~0.6%;汽车在运行过程中,由于支撑架与电池组、托盘、汽车车内壁存在相对运动,致使电池组支撑架存在一定程度的磨损,在成分的设计中引入Cr/N,通过Cr/N的科学合理的设定,保证支撑架的耐磨性能;在发明钢种力学性能设计中引入微合金化元素Nb,首次给出了Nb/Ti,科学合理的Nb/Ti设计,可以很好改善含Nb钢表面质量。配合成分设计的生产方法,工艺流程上运用“RH+VD”双真空处理,实现高纯净度和低B类非金属夹杂物。
下面具体说明本发明对能源电动汽车电池组支撑架用钢化学成分的限定理由:
C:对于钢来说,与合金元素相比,C元素是最经济有效的强化元素,但C含量高又会增加钢的脆性,恶化钢的韧性。一般低碳钢(C含量≤0.25%)具有较好的塑性韧性,且焊接性能也相对较好。考虑到发明钢种合金元素添加量以及加工产品焊接性能和高的塑韧性的要求。所以C含量取0.12~0.15%。
Si:考虑到Si元素可以提高钢的弹性极限、屈服强度和抗拉强度等,但Si含量较高又会使得塑性降低,Si可以改善耐腐蚀性和抗氧化,Si亦可固溶于奥氏体或铁素体中强化钢材力学性能,结合本发明钢种的生产方法中也要使用Si质脱氧剂进行渣面脱氧。综合考虑,将Si含量确定为0.50~0.60%。
Mn:在本发明中Mn作为主要的合金元素之一,Mn能够溶于铁素体起到固溶强度,轧后冷却过程中细化珠光体,提高钢轧后强度和硬度,一般Mn含量在1.8%以内,Mn元素对强韧性的提高为同步,即提高Mn含量在提高强度的同时,韧性也会得到颐堤港程度的改善。所以Mn含量确定为1.50~1.60%。
S:一般在钢中S元素作为一种有害元素加限制和控制,考虑到本发明钢种经过锻造后需要车削加工,为了改善加工的零件车削性能,采用现有较为普遍和经济环保的方式,即向钢中添加适当的S元素,同时硫化物夹杂物的级别问题,将S含量设定相对较低的范围,以防止S含量较高,导致钢中A类夹杂物恶化以及连珠的可浇性,将S含量确定为0.015~0.025%。
Cr:Cr元素具有固溶强化作用,提高钢的热硬性、抗氧化性、耐磨性和耐腐蚀性,特别是耐磨性和耐腐蚀性。经过我们研究,Cr与N按照一定比列结合,Cr可以显著改善钢的抗氧化性和耐磨性。将Cr含量确定为1.20~1.30%。
Nb和Ti:Nb和Ti作为非常常见的两种微合金化元素,在非调质钢中使用较为普遍,在本发明中,两个元素也作为微合金化,主要用于控制锻造高温细晶。Nb在高温条件下可以有效控制奥氏体晶粒度长大,配合轧制工艺上的定温穿水,同时钢中添加一定量的Ti,首次通过控制Nb/Ti用以改善Nb元素对铸坯表面质量。将Nb和Ti含量分别确定为0.020~0.030%和0.012~0.025%,其中Nb/Ti设定在1.0~2.5。
Al:在本发明钢种中铝主要用于脱氧和控制钢水中的氧含量。通常钢水中Als含量为0.020~0.050%时,与其平衡的氧含量为仅3~7ppm,综合考虑,在成分设计中,将Al含量设计为0.025~0.040%。
N:对于普通钢种来说,N元素的时效现象对钢材存在有害作用,一般钢中不添加N。本发明中添加的N与添加的Cr相互配合,通过Cr/N的合理控制,可以显著提高钢的耐磨性和耐腐蚀性,将N含量确定为0.0150~0.0200%,其中Cr/N设定在60~80。
为了稳定发明钢种的力学性能, 将Ni、Cu、Mo、V、P、B、As、[O]、[H]都作为残余元素加以控制,残余含量要求:Ni≤0.08%、Cu≤0.08%、V≤0.0040%、Mo≤0.0040%、P≤0.020%、B≤0.0008%、As≤0.0040%、[O]≤20ppm、[H]≤2ppm。特别是Mo、V、B三种元素含量的控制。
本发明的进一步改进方案为:
一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,包括下列步骤:
1)铁水预脱硫
控制铁水温度1250~1300℃,采用喷吹与机械搅拌相结合的复合预脱硫处理方式,保证在铁水脱硫后铁水中硫含量范围为0.030~0.040%,以干燥高纯氮气为载体,将颗粒镁通过机械搅拌器中心管道喷入铁水之中;
2)转炉冶炼
采用废钢和铁水为原料,在带有副枪的顶底复吹转炉中进行粗炼,石灰分两次加入炉内,冶炼终点化学成分控制主要在C 0.03~0.05%,P≤0.018%,冶炼终点温度控制在1700~1720℃;出钢10吨后依次向钢包添加金属锰、低碳铬铁、硅铁、预熔精炼渣、石灰、萤石;控制RH炉主要化学成分满足C 0.03~0.05%、Si 0.3~0.40%、Mn 1.10~1.20%、Cr 0.90~1.00%;
3)吹氩站大搅拌
出钢结束后,快速将钢包转移至吹氩站,随即开通底吹氩气大搅拌,搅拌后迅速向渣面添加保温剂,保温剂在渣面的厚度控制在15~25mm,在吹氩站继续软吹3~4分钟,氩气流量控制在150~200NL/min;
4)RH真空循环脱气
低真空度下处理钢水后,通过料仓向钢水添加低氮碳粉,碳粉加完后提高真空度继续处理, 再在高真空度条件下处理钢水,处理结束后通过料仓向钢水中加入铝粒,最后在高真空度条件下处理钢水;
5)钢包精炼
在冶炼前期使用电石渣面脱氧,到冶炼中期钢水的主要化学成分满足C 0.12~0.14、Si 0.47~0.52%、Mn 1.42~1.48%、Cr 1.18~1.23%,冶炼中后期向钢水中添加铌铁和钒铁,除了S和Mn外,其他化学成分调整好后,将钢渣倒掉1/2,同时将刚产生的热态预脱硫渣添加到渣面上,再添加专用预熔精炼渣,在随后的精炼过程中使用高纯碳化硅进行渣面脱氧,在精炼末期,根据钢水中S含量,向钢水中喂入硫磺线,控制S含量0.025~0.035%;
6)VD真空精炼
钢水经VD真空精炼处理,VD真空处理结束后,向钢水中间歇式喂入硅钙线,每次20米/次,每次间隔2分钟,丝线喂完后软吹15~20min;
7)连铸
在弧形连铸机完成浇铸,浇铸过程中采用氩气全程保护,钢水过热度控制在20~30℃,浇铸断面200mm*200mm,拉速为1.3min,钢坯避风堆冷;
8)轧钢
钢坯冷装入炉,压缩比≥7,加热炉四段式控制;轧制采用连轧+穿水+KOCKS的轧制工序,轧制后,钢材入坑缓冷,入坑温度控制在300~400℃。
本发明的更进一步改进方案为:
步骤1)中,如铁水硫含量≤0.040%,则铁水不进行预脱硫处理,在预脱硫工位仅进行扒渣处理,以稳定铁水硫含量。
进一步的,步骤2)中,在冶炼开始后,将石灰量的50%加入到炉内,在炉内铁水温度≤1490℃时的低温冶炼结束后,将1/3脱磷渣倒掉,再冶炼5分钟后,将剩余50%石灰加入炉内;在出钢过程中禁止向钢水中添加任何铝质脱氧剂、电石脱氧剂和碳化硅脱氧剂。
进一步的,步骤3)中,大搅拌过程中氩气流量控制在700~900NL/min,时间为4-5分钟。
进一步的,步骤4)中,RH真空循环脱气的具体过程为:在真空度为1000pa和500pa条件的低真空度下分别处理钢水1-3分钟和2-4分钟,在低真空度处理结束后,通过料仓向钢水添加低氮碳粉0.5-1.5Kg/t,碳粉加完后在真空度<100pa条件下处理钢水4-6分钟,在高真空度为<60pa条件下处理钢水6-8分钟,处理结束后通过料仓向钢水中加入铝粒0.5-1.0Kg/t,最后在高真空度为<60pa条件下处理钢水2-5分钟。
进一步的,RH真空循环脱气过程中软吹时底吹气体流量控制在40~80NL/min。
进一步的,步骤5)中,专用预熔精炼渣由以下百分比含量的组分组成:W(CaO) 45~50%、W(SiO2) 20~25%、W(MgO) 5~6%、W(Al2O3) 15~20%,所述专用预熔精炼渣的配加量为0.4-0.6Kg/t;预脱硫渣的配加量为0.5-1.5Kg/t。
进一步的,步骤6)中,VD真空精炼处理时,真空度≤67pa,时间为8-12分钟,氩气流量控制在35~70 NL/min。
进一步的,步骤8)中,加热炉四段式控制具体为:加热一段900~950℃、加热二段1000~1050℃、加热三段1160~1200℃、均热段1100~1130℃
进一步的,步骤8)中,KOCKS压下量13~18%,入KOCKS温度810~830℃,钢材终轧温度730~800℃。
本发明的生产过程中,在铁水预脱硫上,实现了喷吹+机械搅拌相结合的方式完成铁水预脱硫;在氩气保护装置中,实现大搅拌操作,为了后期真空处理和前期大颗粒非金属夹杂物上浮创造条件;首次提出了铁水预脱硫渣用于低硫钢在精炼末期改渣系,以此来实现增硫的目的;采用精炼末期更换渣系、间歇式喂入硅钙线和弱一冷水量与强二冷比水量相结合的方式,实现A类硫化物形态和分布,特别是A类细系硫化物;在轧制上采用“连轧+穿水+KOCKS”的工艺,在连轧终轧后和KOCKS精轧前,通过入KOCKS温度、KOCKS压下量和终轧温度,保证带状组织在相对较低的水平。该发明钢种力学性能实测值为:下屈服强度430~480Mpa、抗拉强度660~691Mpa、延伸率18~22%、断面收缩率57~68%、常温U型冲击功180~210J,带状组织≤2.0级,非金属夹杂物A类细系≤2.5级;经过成本测算,本发明钢种较有色金属及合金具有非常高的性价比,完全可以替代现有的产品。
本发明的有益效果为:
第一、本发明的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢,根据电池组支撑架的作用,在成分设计上确定低碳思路,保证了产品的韧性和塑性,同时考虑到耐腐蚀性和耐磨性,引入了Cr/N。
第二、本发明的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢,在高锰成分设计思路上,添加微量Nb,用以细化奥氏体晶粒度,同时利用Ti,利用合适的Nb/Ti改善含铌钢的表面质量。
第三、本发明的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,创新地利用刚刚产生的预脱硫渣,将其配加在精炼渣系中,用以增硫和调整渣系。
第四、本发明的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,采用“RH+VD”双真空处理钢水,实现钢水RH强真空脱气和VD弱真空精炼。
第五、本发明的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,在精炼后期刻意将原有碱性精炼渣更换一部分,实现渣系的更换,保证钢水硫含量可以满足要求。
第六、本发明的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,轧制采用连轧+穿水+KOCKS的轧制工序,KOCKS压下量控制在13~18%,入KOCKS温度810~830℃,终轧温度730~800℃。
第七、本发明的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢及其生产方法,该发明钢种力学性能实测值为:下屈服强度430~480Mpa、抗拉强度660~691Mpa、延伸率18~22%、断面收缩率57~68%、常温U型冲击功180~210J,带状组织≤2.0级,非金属夹杂物A类细系≤2.5级。
附图说明
图1为实施例1制得的钢种的带状组织图;
图2为实施例1制得的钢种的非金属夹杂物;
图3为实施例2制得的钢种的带状组织图;
图4为实施例2制得的钢种的非金属夹杂物;
图5为实施例3制得的钢种的带状组织图;
图6为实施例3制得的钢种的非金属夹杂物。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细的介绍。
实施例1
本实施例提供一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢,由以下元素按质量百分比组成:C 0.12%、Si 0.57%、Mn 1.58%、Cr 1.24%、Cu 0.03%、Ni 0.04%、Mo 0.0028%、V0.0033%、Nb 0.025%、As 0.0036%、Al 0.032%、P 0.017%、S 0.017%、B 0.0006%、Ti 0.016%、N 0.0189%、[O] 12ppm、[H]1.0ppm,余量为Fe和不可避免的杂质元素;其中Nb/Ti控制在1.56、Cr/N控制在65.6。
1)铁水预脱硫
铁水温度1256℃,铁水硫含量0.035%,铁水不进行预脱硫处理;
2)转炉冶炼
采用废钢和铁水为原料,铁水比93%,在带有副枪的顶底复吹转炉中进行粗炼,石灰分两次加入炉内,在冶炼开始后,将石灰量的50%加入到炉内,在低温冶炼(炉内铁水温度≤1490℃)结束后,将1/3脱磷渣倒掉,在冶炼5分钟后,将剩余50%石灰加入炉内,冶炼终点化学成分控制主要在:C 0.040%,P≤0.016%,冶炼终点温度控制主要在:1701℃。出钢10吨后依次向钢包添加金属锰11.5Kg/t、低碳铬铁17.6Kg/t、硅铁3.6 Kg/t、预熔精炼渣、石灰、萤石。出钢过程中禁止向钢水中添加任何铝质脱氧剂、电石脱氧剂和碳化硅脱氧剂等,到RH炉主要化学成分:C 0.06%、Si 0.33%、Mn 1.16%、Cr 0.94%。
3)吹氩站大搅拌
出钢结束后,快速将钢包转移至吹氩站,随即开通底吹氩气大搅拌5分钟,在此过程中氩气流量控制在800NL/min。氩气大搅拌后,迅速向渣面添加保温剂,保温剂在渣面的厚度控制在20mm,在吹氩站继续软吹4分钟,氩气流量控制在160NL/min。
4)RH真空循环脱气
在真空度为1000pa和500pa条件的低真空度下分别处理钢水2分钟和3分钟,在低真空度处理结束后,通过料仓向钢水添加低氮碳粉1Kg/t,碳粉加完后在真空度为100pa条件下处理钢水5分钟, 在高真空度为<60pa条件下处理钢水7分钟,处理结束后通过料仓向钢水中加入铝粒0.8Kg/t,最后在高真空度为<60pa条件下处理钢水3分钟;
5)钢包精炼
在冶炼前期使用电石渣面脱氧,到冶炼中期钢水的主要化学成分满足C 0.12、Si0.48%、Mn 1.42%、Cr 1.19%,冶炼中后期向钢水中添加铌铁0.27Kg/t和钛铁0.35Kg/t。除了S和Mn外,其他化学成分调整好后,将钢渣倒掉1/2,同时将刚产生的热态预脱硫渣添加到渣面上,预脱硫渣按照1Kg/t配加,再添加0.5Kg/t专用预熔精炼渣,专用预熔精炼渣:W(CaO)45~50%、W(SiO2) 20~25%、W(MgO) 5~6%、W(Al2O3) 15~20%。在随后的精炼过程中使用高纯碳化硅(Wsio2 99%)进行渣面脱氧,在精炼末期,根据钢水中S含量,向钢水中喂入硫磺线100m,控制S含量0.027%。
6)VD真空精炼
钢水经过VD真空精炼处理,在真空度≤67pa条件下处理10分钟,在真空处理过程中氩气流程控制在60 NL/min,VD真空处理结束后,向钢水中间歇式喂入硅钙线,每次20米/次,每次间隔2分钟,丝线喂完后软吹18min。
7)连铸
在弧形连铸机完成浇铸,浇铸过程中采用氩气全程保护,钢水过热度为27℃,浇铸断面200mm*200mm,拉速为1.3min,钢坯避风堆冷;
8)轧钢
钢坯冷装入炉,压缩比31.9,轧制规格40mm,加热炉四段式控制,加热一段900~950℃、加热二段1000~1050℃、加热三段1160~1200℃、均热段1100~1130℃,开轧温度1032℃。轧制采用连轧+穿水+KOCKS的轧制工序,KOCKS压下量16%,入KOCKS温度812℃,钢材终轧温度778℃,钢材入坑缓冷,入坑温度控制在320℃。
根据GB/T228.1和GB/T229在二分之一半径处取纵向拉伸试样和冲击试样检验力学性能和检验带状组织及非金属夹杂物,具体检验结果分别见表1、表2、图1和图2。
表1力学性能
表2非金属夹杂物与带状组织/级
实施例2
本实施例提供一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢,由以下元素按质量百分比组成:C 0.12%、Si 0.59%、Mn 1.56%、Cr 1.23%、Cu 0.03%、Ni 0.02%、Mo 0.0035%、V0.0047%、Nb 0.024%、As 0.0029%、Al 0.028%、P 0.015%、S 0.016%、B 0.0006%、Ti 0.014%、N 0.0190%、[O]10ppm、[H]0.9ppm,余量为Fe和不可避免的杂质元素;其中Nb/Ti控制在1.71、Cr/N控制在64.73。
1)铁水预脱硫
铁水温度1263℃,铁水硫含量0.046%,采用喷吹与机械搅拌相结合的一种全新的复合预脱硫处理方式,以干燥高纯氮气(N2含量99.99%以上)为载体,将0.16Kg/t颗粒镁通过机械搅拌器中心管道喷入铁水之中,脱硫后铁水中硫含量为0.032%;
2)转炉冶炼
采用废钢和铁水为原料,铁水比91%,在带有副枪的顶底复吹转炉中进行粗炼,石灰分两次加入炉内,在冶炼开始后,将石灰量的50%加入到炉内,在低温冶炼(炉内铁水温度≤1490℃)结束后,将1/3脱磷渣倒掉,在冶炼5分钟后,将剩余50%石灰加入炉内,冶炼终点化学成分控制主要在:C 0.040%,P≤0.013%,冶炼终点温度控制主要在:1714℃。出钢10吨后依次向钢包添加金属锰11.3Kg/t、低碳铬铁18Kg/t、硅铁3.7Kg/t、预熔精炼渣、石灰、萤石。出钢过程中禁止向钢水中添加任何铝质脱氧剂、电石脱氧剂和碳化硅脱氧剂等,到RH炉主要化学成分:C 0.05%、Si 0.35%、Mn 1.14%、Cr 0.93%。
3)吹氩站大搅拌
出钢结束后,快速将钢包转移至吹氩站,随即开通底吹氩气大搅拌4分钟,在此过程中氩气流量控制在800NL/min。氩气大搅拌后,迅速向渣面添加保温剂,保温剂在渣面的厚度控制在20mm,在吹氩站继续软吹4分钟,氩气流量控制在160NL/min。
4)RH真空循环脱气
在真空度为1000pa和500pa条件的低真空度下分别处理钢水2分钟和3分钟,在低真空度处理结束后,通过料仓向钢水添加低氮碳粉1Kg/t,碳粉加完后在真空度为100pa条件下处理钢水5分钟, 在高真空度为<60pa条件下处理钢水7分钟,处理结束后通过料仓向钢水中加入铝粒0.8Kg/t,最后在高真空度为<60pa条件下处理钢水3分钟;
5)钢包精炼
在冶炼前期使用电石渣面脱氧,到冶炼中期钢水的主要化学成分满足C 0.12、Si0.52%、Mn 1.45%、Cr 1.21%,冶炼中后期向钢水中添加铌铁0.26Kg/t和钛铁0.30Kg/t。除了S和Mn外,其他化学成分调整好后,将钢渣倒掉1/2,同时将刚产生的热态预脱硫渣添加到渣面上,预脱硫渣按照1Kg/t配加,再添加0.5Kg/t专用预熔精炼渣,专用预熔精炼渣:W(CaO)45~50%、W(SiO2) 20~25%、W(MgO) 5~6%、W(Al2O3) 15~20%。在随后的精炼过程中使用高纯碳化硅(Wsio2 99%)进行渣面脱氧,在精炼末期,根据钢水中S含量,向钢水中喂入硫磺线120m,控制S含量0.030%。
6)VD真空精炼
钢水经过VD真空精炼处理,在真空度≤67pa条件下处理10分钟,在真空处理过程中氩气流程控制在60 NL/min,VD真空处理结束后,向钢水中间歇式喂入硅钙线,每次20米/次,每次间隔2分钟,丝线喂完后软吹18min。
7)连铸
在弧形连铸机完成浇铸,浇铸过程中采用氩气全程保护,钢水过热度控制在30℃,浇铸断面200mm*200mm,拉速为1.3min,钢坯避风堆冷,
8)轧钢
钢坯冷装入炉,压缩比20.4,轧制规格50mm,加热炉四段式控制,加热一段900~950℃、加热二段1000~1050℃、加热三段1160~1200℃、均热段1100~1130℃,开轧温度1041℃。轧制采用连轧+穿水+KOCKS的轧制工序,KOCKS压下量15%,入KOCKS温度821℃,钢材终轧温度785℃,钢材入坑缓冷,入坑温度控制在350℃。
根据GB/T228.1和GB/T229在二分之一半径处取纵向拉伸试样和冲击试样检验力学性能和检验带状组织及非金属夹杂物,具体检验结果分别见表3、表4、图3和图4。
表3力学性能
表4非金属夹杂物与带状组织/级
实施例3
本实施例提供一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢,由以下元素按质量百分比组成:C 0.13%、Si 0.57%、Mn 1.56%、Cr 1.25%、Cu 0.05%、Ni 0.03%、Mo 0.0040%、V0.0037%、Nb 0.023%、As 0.0038%、Al 0.032%、P 0.017%、S 0.018%、B 0.0007%、Ti 0.015%、N 0.0191%、[O] 9ppm、[H]1.0ppm,余量为Fe和不可避免的杂质元素;其中Nb/Ti控制在1.53、Cr/N控制在65.45。
1)铁水预脱硫
铁水温度1270℃,铁水硫含量0.050%,采用喷吹与机械搅拌相结合的一种全新的复合预脱硫处理方式,以干燥高纯氮气(N2含量99.99%以上)为载体,将0.14Kg/t颗粒镁通过机械搅拌器中心管道喷入铁水之中,脱硫后铁水中硫含量为0.039%;
2)转炉冶炼
采用废钢和铁水为原料,铁水比92%,在带有副枪的顶底复吹转炉中进行粗炼,石灰分两次加入炉内,在冶炼开始后,将石灰量的50%加入到炉内,在低温冶炼(炉内铁水温度≤1490℃)结束后,将1/3脱磷渣倒掉,在冶炼5分钟后,将剩余50%石灰加入炉内,冶炼终点化学成分控制主要在:C 0.050%,P≤0.015%,冶炼终点温度控制主要在:1708℃。出钢10吨后依次向钢包添加金属锰11.3Kg/t、低碳铬铁19Kg/t、硅铁3.6Kg/t、预熔精炼渣、石灰、萤石。出钢过程中禁止向钢水中添加任何铝质脱氧剂、电石脱氧剂和碳化硅脱氧剂等,到RH炉主要化学成分:C 0.07%、Si 0.32%、Mn 1.13%、Cr 0.96%。
3)吹氩站大搅拌
出钢结束后,快速将钢包转移至吹氩站,随即开通底吹氩气大搅拌4分钟,在此过程中氩气流量控制在800NL/min。氩气大搅拌后,迅速向渣面添加保温剂,保温剂在渣面的厚度控制在20mm,在吹氩站继续软吹4分钟,氩气流量控制在160NL/min。
4)RH真空循环脱气
在真空度为1000pa和500pa条件的低真空度下分别处理钢水2分钟和3分钟,在低真空度处理结束后,通过料仓向钢水添加低氮碳粉1Kg/t,碳粉加完后在真空度为100pa条件下处理钢水5分钟, 在高真空度为<60pa条件下处理钢水7分钟,处理结束后通过料仓向钢水中加入铝粒0.8Kg/t,最后在高真空度为<60pa条件下处理钢水3分钟;
5)钢包精炼
在冶炼前期使用电石渣面脱氧,到冶炼中期钢水的主要化学成分满足C 0.13、Si0.51%、Mn 1.44%、Cr 1.18%,冶炼中后期向钢水中添加铌铁0.26Kg/t和钛铁0.32Kg/t。除了S和Mn外,其他化学成分调整好后,将钢渣倒掉1/2,同时将刚产生的热态预脱硫渣添加到渣面上,预脱硫渣按照1Kg/t配加,再添加0.5Kg/t专用预熔精炼渣,专用预熔精炼渣:W(CaO)45~50%、W(SiO2) 20~25%、W(MgO) 5~6%、W(Al2O3) 15~20%。在随后的精炼过程中使用高纯碳化硅(Wsio2 99%)进行渣面脱氧,在精炼末期,根据钢水中S含量,向钢水中喂入硫磺线80m,控制S含量0.035%。
6)VD真空精炼
钢水经过VD真空精炼处理,在真空度≤67pa条件下处理10分钟,在真空处理过程中氩气流程控制在60 NL/min,VD真空处理结束后,向钢水中间歇式喂入硅钙线,每次20米/次,每次间隔2分钟,丝线喂完后软吹18min。
7)连铸
在弧形连铸机完成浇铸,浇铸过程中采用氩气全程保护,钢水过热度控制在29℃,浇铸断面200mm*200mm,拉速为1.3min,钢坯避风堆冷,
8)轧钢
钢坯冷装入炉,压缩比20.4,轧制规格50mm,加热炉四段式控制,加热一段900~950℃、加热二段1000~1050℃、加热三段1160~1200℃、均热段1100~1130℃,开轧温度1038℃。轧制采用连轧+穿水+KOCKS的轧制工序,KOCKS压下量14%,入KOCKS温度817℃,钢材终轧温度781℃,钢材入坑缓冷,入坑温度控制在360℃。
根据GB/T228.1和GB/T229在二分之一半径处取纵向拉伸试样和冲击试样检验力学性能和检验带状组织及非金属夹杂物,具体检验结果分别见表5、表6、图5和图6。
表5力学性能
表6非金属夹杂物与带状组织/级
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢,其特征在于,由以下质量百分比的元素组成:C 0.12~0.15%、Si 0.50~0.60%、Mn 1.50~1.60%、Cr 1.20~1.30%、Cu≤0.08%、Ni≤0.08%、Mo≤0.0040%、V≤0.0050%、Nb 0.020~0.030%、As≤0.0040%、Al 0.025~0.040%、P≤0.020%、S 0.015~0.025%、B≤0.0008%、Ti 0.012~0.025%、N 0.0150~0.0200%、[O]≤20ppm、[H]≤2ppm,余量为Fe和不可避免的杂质元素;其中Nb/Ti控制在1.0~2.5、Cr/N控制在60~80。
2.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢,其特征在于:由以下质量百分比的元素组成:C 0.12~0.14%、Si 0.55~0.60%、Mn 1.55~1.60%、Cr 1.20~1.26%、Cu≤0.08%、Ni≤0.08%、Mo≤0.0040%、V≤0.0050%、Nb 0.020~0.028%、As≤0.0040%、Al0.025~0.035%、P≤0.020%、S 0.015~0.020%、B≤0.0008%、Ti 0.012~0.020%、N 0.0180~0.0200%、[O]≤20ppm、[H]≤2ppm,余量为Fe和不可避免的杂质元素;其中Nb/Ti控制在1.5~2.0、Cr/N控制在60~70。
3.如权利要求1或2所述的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,其特征在于,包括下列步骤:
1)铁水预脱硫
控制铁水温度1250~1300℃,采用喷吹与机械搅拌相结合的复合预脱硫处理方式,保证在铁水脱硫后铁水中硫含量范围为0.030~0.040%,以干燥高纯氮气为载体,将颗粒镁通过机械搅拌器中心管道喷入铁水之中;
2)转炉冶炼
采用废钢和铁水为原料,在带有副枪的顶底复吹转炉中进行粗炼,石灰分两次加入炉内,冶炼终点化学成分控制主要在C 0.03~0.05%,P≤0.018%,冶炼终点温度控制在1700~1720℃;出钢10吨后依次向钢包添加金属锰、低碳铬铁、硅铁、预熔精炼渣、石灰、萤石;控制RH炉主要化学成分满足C 0.03~0.05%、Si 0.3~0.40%、Mn 1.10~1.20%、Cr 0.90~1.00%;
3)吹氩站大搅拌
出钢结束后,快速将钢包转移至吹氩站,随即开通底吹氩气大搅拌,搅拌后迅速向渣面添加保温剂,保温剂在渣面的厚度控制在15~25mm,在吹氩站继续软吹3~4分钟,氩气流量控制在150~200NL/min;
4)RH真空循环脱气
低真空度下处理钢水后,通过料仓向钢水添加低氮碳粉,碳粉加完后提高真空度继续处理, 再在高真空度条件下处理钢水,处理结束后通过料仓向钢水中加入铝粒,最后在高真空度条件下处理钢水;
5)钢包精炼
在冶炼前期使用电石渣面脱氧,到冶炼中期钢水的主要化学成分满足C 0.12~0.14、Si0.47~0.52%、Mn 1.42~1.48%、Cr 1.18~1.23%,冶炼中后期向钢水中添加铌铁和钒铁,除了S和Mn外,其他化学成分调整好后,将钢渣倒掉1/2,同时将刚产生的热态预脱硫渣添加到渣面上,再添加专用预熔精炼渣,在随后的精炼过程中使用高纯碳化硅进行渣面脱氧,在精炼末期,根据钢水中S含量,向钢水中喂入硫磺线,控制S含量0.025~0.035%;
6)VD真空精炼
钢水经VD真空精炼处理,VD真空处理结束后,向钢水中间歇式喂入硅钙线,每次20米/次,每次间隔2分钟,丝线喂完后软吹15~20min;
7)连铸
在弧形连铸机完成浇铸,浇铸过程中采用氩气全程保护,钢水过热度控制在20~30℃,浇铸断面200mm*200mm,拉速为1.3min,钢坯避风堆冷;
8)轧钢
钢坯冷装入炉,压缩比≥7,加热炉四段式控制,加热一段900~950℃、加热二段1000~1050℃、加热三段1160~1200℃、均热段1100~1130℃;轧制采用连轧+穿水+KOCKS的轧制工序,轧制后,钢材入坑缓冷,入坑温度控制在300~400℃。
4.根据权利要求3所述的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,其特征在于:步骤2)中,在冶炼开始后,将石灰量的50%加入到炉内,在炉内铁水温度≤1490℃时的低温冶炼结束后,将1/3脱磷渣倒掉,再冶炼5分钟后,将剩余50%石灰加入炉内;在出钢过程中禁止向钢水中添加任何铝质脱氧剂、电石脱氧剂和碳化硅脱氧剂。
5.根据权利要求3所述的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,其特征在于:步骤3)中,大搅拌过程中氩气流量控制在700~900NL/min,时间为4-5分钟。
6.根据权利要求3所述的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,其特征在于:步骤4)中,RH真空循环脱气的具体过程为:在真空度为1000pa和500pa条件的低真空度下分别处理钢水1-3分钟和2-4分钟,在低真空度处理结束后,通过料仓向钢水添加低氮碳粉0.5-1.5Kg/t,碳粉加完后在真空度<100pa条件下处理钢水4-6分钟, 在高真空度为<60pa条件下处理钢水6-8分钟,处理结束后通过料仓向钢水中加入铝粒0.5-1.0Kg/t,最后在高真空度为<60pa条件下处理钢水2-5分钟。
7.根据权利要求5所述的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,其特征在于:RH真空循环脱气过程中,软吹时底吹气体流量控制在40~80NL/min。
8.根据权利要求3所述的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,其特征在于:步骤5)中,专用预熔精炼渣由以下百分比含量的组分组成:W(CaO) 45~50%、W(SiO2)20~25%、W(MgO) 5~6%、W(Al2O3) 15~20%,所述专用预熔精炼渣的配加量为0.4-0.6Kg/t;预脱硫渣的配加量为0.5-1.5Kg/t。
9.根据权利要求3所述的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,其特征在于:步骤6)中,VD真空精炼处理时,真空度≤67pa,时间为8-12分钟,氩气流量控制在35~70 NL/min。
10.根据权利要求3所述的一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢的生产方法,其特征在于:步骤8)中,KOCKS压下量13~18%,入KOCKS温度810~830℃,钢材终轧温度730~800℃。
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