CN118028692A - 抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢及其生产方法,主要解决现有商用车大梁用抗拉强度750MPa级热轧钢板的生产成本高、低温冲击性能差的技术问题。技术方案为:一种抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢,C:0.055%~0.080%,Si:0.07%~0.13%,Mn:1.5%~1.7%,P≤0.015%,S≤0.0030%,Nb:0.05%~0.06%,Ti:0.085%~0.115%,Ca:0.0015%~0.0045%,Alt:0.020%~0.050%,余量为铁和不可避免夹杂;10~12mm厚热轧钢板的‑40℃冲击功Akv为80~100J;主要用于商用车大梁等汽车结构钢。
Description
技术领域
本发明涉及汽车结构用钢,特别涉及一种抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢及其生产方法,属于铁基合金技术领域。
背景技术
商用车大梁钢主要用于制造商用车的横、纵梁及其他结构件。商用车大梁都是冷冲压或者辊压成形,在服役过程中承受各种冲击、扭转等复杂应力;而且我国幅员辽阔,有常年20℃左右的区域,亦有冬季温度达到-30℃~-40℃的区域,温度的差异要求商用车具有良好的低温冲击韧性;故商用车大梁用钢要求具备常规高强度、良好的塑性、冷弯性能外,还需要良好的低温冲击韧性;最后为了满足美观性和加强防腐性,大梁往往需要涂漆,故商用车大梁钢还不能有锈红氧化铁皮。
近年来随着我国内商用车工业发展,产品竞争越来越激烈,商用车生产商对材料要求满足强度、韧性、成形性的前提下,要求成本越低越好。为了适应这种发展要求,需要开发出一种成本低,强度和冲击韧性满足商用车大梁钢要求的新型商用车大梁钢。
申请公布号CN104694822A的中国专利申请文件公开了一种屈服强度700MPa级高强度热轧钢板及其制造方法,热轧钢板采用Mn质量含量为1.2~1.8%、Nb质量含量为0.025~0.070%、Ti质量含量为0.07~0.15%的微合金化设计,生产上采用了TMCP工艺,具有合金成本低的优点,其-40℃低温冲击功在≥80J,适用厚度3.0~12mm;热轧钢板中Si质量含量为0.05~0.40%,其中Si≥0.15%的高硅设计可以提升冲击韧性,但会带来表面硅红铁皮缺陷,无法满足表面质量求越来越高的商用车行业发展需求;热轧生产时,精轧压下率大于75%,这种设计对于12mm的商用车大梁钢来说,要求精轧入口厚度达到48mm才能满足,对于一般热轧生产线来说,压下率偏大;层流冷却速度为40-70℃/S,两者共同作用,极易造成材料内应力过大,导致成品板形不良,无法满足对于板形要求越来越高的商用车行业发展需求。
申请公布号CN109536846A的中国专利申请文件公开了屈服强度700MPa级高韧性热轧钢板及其制造方法,热轧钢板采用Mo质量含量为0.10~0.30%,Ti质量含量为0.06~0.12%,余量为铁和不可避免夹杂;1.5~14.0mm厚热轧钢板的-40℃冲击功值Akv≥120J;但其热轧钢板中Mo质量含量为0.1~0.30%,合金成本极高;另其实施例4和实施5,对应厚度分别是12mm和14mm,要求卷取温度分别为565℃和545℃,厚规格低温卷取对于卷取设备能力要求极高,生产过程容易造成卷形不良,导致废钢,成本极高;不能满足10mm以上的厚规格商用车大梁钢低成本生产需求。
申请公布号CN106756564A的中国专利申请文件公开了一种屈服强度700MPa级钢带及其生产方法,采用Nb(0.05~0.07%)、Ti(0.08~0.13%)微合金化设计,生产上采用了TMCP工艺,显然合金成本较低、工艺简单,但其产品厚度为1.2~4.0mm,仅适用于薄规格产品。
申请公布号为CN105200332A的中国专利申请文件公开了700MPa级薄规格高强钢带及其生产方法,Mn含量设计为1.75%~2.0%,锰是钢材常见强化元素,但超过1.7%Mn最大问题在于连铸过程锰偏析,偏析造成材料厚度中心生成硬相,一方面使材料加工过程容易出现分层缺陷,另一方面成为材料服役过程疲劳失效的开裂点,造成材料疲劳性能不足;Mn设计过高,造成炼钢生产控制难度高,最终材料加工性能和服役性能不足。
申请公布号为CN102978511A的中国专利申请文件公开了经济型商用车大梁用钢及其制造方法,其钢中C≦0.12%,Si含量为0.10%~0.34%,Mn含量为1.5%~1.80%,Ti含量为0.05%~0.090%,N≦0.004%,且C*Ti≦0.0070%,实现的屈服强度为510~580MPa,抗拉强度为610~700MPa,低温冲击-20≧60J,其不足之处子啊与炼钢生产过程中除了对单一成分进行限制外,还要求C*Ti≦0.0070%,这大大增加了炼钢生产的难度,且其还要求热轧过程粗轧钢板延时30-60秒,这个要求对于热轧高效生产是不利的,无论是炼钢、热轧的特殊要求都增加了生产成本。
商用车对载重要求越来越高,商用车制造企业对商用车大梁强度级别提高到750MPa要求越来越迫切,同时由于强度级别的提高带来焊接性、韧性能下降的问题也要求同时解决;商用车行业市场竞争激烈,需要不断研发新的降低生产成本的技术方案,提高商用车厂市场竞争力。
现有商用车大梁用钢制造成本高、抗拉强度低、低温冲击性能差,不能满足商用车行业的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢及其生产方法,主要解决现有商用车大梁用抗拉强度750MPa级热轧钢板的生产成本高、低温冲击性能差的技术问题。
本发明的技术思路是,通过Ti析出强化和Ti对材料焊接能力改善优势,合理设计抗拉强度750MPa级热轧钢板的化学成分,充分发挥热轧控制控冷工艺,大幅降低了生产成本。
本发明采用的技术方案,一种抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢,其化学成分重量百分比为:C:0.055%~0.080%,Si:0.07%~0.13%,Mn:1.5%~1.7%,P≤0.015%,S≤0.0030%,Nb:0.05%~0.06%,Ti:0.085%~0.115%,Ca:0.0015%~0.0045%,Alt:0.020%~0.050%,余量为铁和不可避免夹杂。
本发明热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体,金相组织中铁素体的晶粒度为11~12级;10~12mm厚热轧钢板的上屈服强度为ReH为700~740MPa,抗拉强度Rm为750~850MPa,断后伸长率A为18%~25%,-40℃冲击功Akv为80~100J。
本发明所述的抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢的化学成分限定在上述范围内的理由如下:
C:碳元素是影响商用车大梁钢的强韧性的主要元素,C%增加可提高强度,但降低韧性,综合考虑,本发明限定C含量为0.055%~0.080%。
Mn:锰是商用车大梁用低合金高强度钢的基本合金化元素。本发明限定Mn含量为1.5%~1.7%,以提高强度。Mn过高,Mn>1.7%,造成炼钢偏析严重,不利于疲劳等服役性能,Mn过低,Mn<1.5%,需添加其他合金补充,造成合金成本高。
P和S:P在商用车结构钢中容易带来偏析和恶化韧性的不利影响,P会导致钢材“冷脆”。S易与Mn形成MnS夹杂,降低钢的低温韧性,且降低宽冷弯合格率,S会导致“热脆”。因此高钢级商用车大梁钢中尽量降低P、S含量。本发明中P≤0.015%,S≤0.0030%;并喂Ca线等夹杂物变性处理技术,使夹杂物球化,均匀分布,减少其对低温冲击韧性不利影响。
Nb:铌是在本发明中属于的组织微调用微合金化元素,起细晶强化作用。一方面Nb能显著提高钢的再结晶温度Tnr,使热轧过程的大变形得以在低于其再结晶温度Tnr以下进行,从而获得细小的、含有大量变形带的奥氏体组织,使相变前的奥氏体组织尽量细化;另一方面在控制冷却过程中细小的Nb(C、N)在控轧控冷过程中析出,起到沉淀强化作用,提高钢的强度。由于Nb合金较为贵重,因此本发明中Nb仅仅实现提高再结晶温度即可,综合考虑,本发明限定Nb含量为0.05%~0.06%。
Ti:钛在低碳微合金钢中,加入Ti可细化晶粒和析出强化,能提高钢的屈服强度和韧性。这种性能的改善主要与Ti能提高奥氏体再结晶温度和奥氏体粗化温度,从而提高连铸和加热过程中晶粒大小有关,同时Ti加入Nb钢中可以延长NbC的析出孕育期,使Nb-Ti复合钢中的碳化物的析出开始时间较Nb钢中晚,从而使析出物更加细小、弥散。由于Ti在高温下,能与N形成TiN高温难熔质点,因此Ti的加入还能提高焊接热影响区的晶粒度,从而改善焊接热影响区的韧性。综合考虑,本发明限定Ti含量为0.085%~0.115%。
一种抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢的生产方法,该方法包括以下步骤:
钢水经连铸得到连铸板坯,钢水化学成分的重量百分比为:C:0.055%~0.080%,Si:0.07%~0.13%,Mn:1.5%~1.7%,P≤0.015%,S≤0.0030%,Nb:0.05%~0.06%,Ti:0.085%~0.115%,Ca:0.0015%~0.0045%,Alt:0.020%~0.050%,余量为铁和不可避免夹杂;
连铸板坯经加热炉加热后进行热轧,连铸板坯的加热温度为1230℃~1280℃,连铸板坯的加热时间为180~240min;所述热轧为两段式轧制工艺,粗轧为6道次连轧,在奥氏体再结晶温度以上轧制,粗轧结束温度为1000~1050℃;中间坯厚度为45~49mm;精轧为7道次连轧,在奥氏体未再结晶温度区轧制,精轧结束温度为820~860℃;精轧后,控制钢板厚度为10.0~12.0mm;层流冷却采用前段冷却,冷却速度为35~55℃/S;卷取温度为580~620℃时卷取得热轧钢卷;
卷取后的热轧钢卷缓慢冷却,热轧钢卷冷却至200℃的冷却速度为10~20℃/h。
本发明采取的热轧工艺制度的理由如下:
1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定
连铸板坯出炉温度和时间的设定在于保证连铸坯中粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒的溶解,本发明技术方案Nb、Ti含量,在连铸板坯冷却过程中会析出Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒,此时析出的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子粗大,没有强化作用;需要在热轧前的板坯加热时,将粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物充分溶解,这样才能将化合态的Nb、Ti元素固溶入奥氏体中去,在随后的热轧和冷却过程的相变时形成相间析出,强化铁素体,这对于本发明技术方案非常重要;温度过低和加热时间过短,连铸板坯中原始粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子不能充分溶解,温度过高,加热时间过长,板坯表面氧化脱碳严重,不利于钢板最终性能和表面质量,同时也消耗能源。本发明以Ti强化为主,Ti的合金碳氮化物溶解温度相对Nb的碳氮化物高,因此本发明设定连铸板坯加热温度为1230℃~1280℃,加热时间为180~240min。
2、粗轧结束温度的设定
粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制,确保奥氏体经过反复变形和再结晶,得到均匀细小的奥氏体晶粒,通过理论计算,本发明成分设计下再结晶温度为1000℃附近。另外为了防止TiN在粗轧期间析出,必须使粗轧温度尽量高(TiN在粗轧期间析出,会使材料强度偏低,且材料冲击韧性下降),故本发明设定粗轧结束温度为1000℃~1050℃。
3、精轧结束温度的设定
本发明的精轧温度设定有两方面的作用,一方面通过奥氏体未再结晶区轧制,得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒,在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒,发挥细晶强化的作用。本发明晶粒细化很重要,细晶强化可以在不降低强度同时实现高韧性。另一方面精轧温度也不能过低,过低的精轧温度容易诱发Nb、Ti微合金碳、氮化物在轧制过程中的奥氏体状态析出,导致在后续的相变过程中没有足够的析出物,影响析出强化效果。本发明成分设计下Ar3温度为810℃,故精轧结束温度设定为820℃~860℃。
4、精轧后层流冷却方式和冷却速度的设定
本发明的热轧钢板,在精轧后的冷却目的是采用快的层流冷却速度来抑制晶粒的长大和Nb、Ti微合金碳氮化物在高温段的析出,因此冷却方式为前段冷却。通过快速冷却抑制Nb、Ti微合金碳氮化物粒子在奥氏体的析出,在形变奥氏体中保留固溶Nb、Ti元素,使得在较低温度下的铁素体区间析出细小弥散的Nb、Ti微合金碳氮化物成为可能;冷却速度过慢,≦35℃/S,无法抑制Nb、Ti微合金碳氮化物在高温变形奥氏体中的提前析出;若是冷却速度过快,≧55℃/S,材料组织会超越临界冷速,生产贝氏体或者马氏体,对于材料低温韧性不利。因此本发明设定层流冷却阶段采用前段强冷,冷却速度在35~55℃/S。
5、热轧卷取温度的设定
热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能。本发明中有Nb、Ti,根据铌钛微合金元素最佳析出温度,将卷取温度设计为580℃~620℃。若是卷取温度低于580℃,将会导致Nb、Ti微合金碳、氮化物析出受到抑制而强度不足;若是卷取温度高于620℃,将会导致Nb、Ti微合金碳、氮化物析出物粗化而导致韧性不足,后续用户折弯、冲压等过出现开裂问题。
6、热轧钢卷缓冷速度的设定
对卷取后的热态热轧钢卷进行缓慢冷却,确保热轧钢板中Ti持续析出,充分发挥Ti的析出强化作用。此析出强化作用与热轧钢卷的缓冷速度有关,缓冷速度≥20℃/h,Ti析出动力很快不足,不能充分发挥Ti的析出强化作用;缓冷速度≤10℃/h,Ti析出动力能够长时间保持,能发挥Ti的析出强化作用,但不利于生产效率,故设计缓冷速度10~20℃/h。
本发明方法生产的热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体,金相组织中铁素体的晶粒度为11~12级;10~12mm厚热轧钢板的上屈服强度为ReH为700~740MPa,抗拉强度Rm为750~850MPa,断后伸长率A为18%~25%,-40℃冲击功Akv为80~100J。
本发明相比现有技术具有如下积极效果:1、本发明通过合适的成分设计和热轧工艺设计,本发明方法生产的热轧钢板在具有经济型、高强度的同时制成大梁后具有较经济型和良好的低温冲击韧性,满足了大梁制造企业对热轧钢板板高强度减薄、经济型和高低温冲击韧性的需求。2、本发明成分设计采用低C、中Mn、Nb、Ti的成分体系,配合常规炼钢工艺和TMCP工艺,减少了连铸中心偏析,减少热轧带状组织,获得细晶粒铁素体+少量珠光体,保证获得高强度和低温冲击韧性。3、本发明通过合适夹杂物处理工艺,使氧化铝夹杂和硫化锰夹杂,尺寸细小且弥散分布,减小了冲击试验过程中裂纹从夹杂物起裂的可能性,大大提升钢板的低温冲击韧性。
附图说明
图1为本发明实施例1热轧钢板的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1~5,对本发明做进一步说明,如表1~3所示。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计),余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分,单位:重量百分比。
通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水,钢水经LF钢包精炼炉精炼工序吹Ar处理,RH炉进行真空循环脱气处理和成分微调,后进行板坯连铸得到连铸板坯;连铸板坯厚度为210~230mm,宽度为900~1600mm,长度为8500~11000mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热,出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制,经层流冷却后进行卷取,层流冷却采取前段冷却。
卷取后热轧钢卷进行缓慢冷却,热轧钢卷冷却至200℃的冷却速度为10~20℃/h;生产出合格热轧钢板,热轧钢板的厚度为10.0~12.0mm;热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
利用上述方法得到的热轧钢板,参见图1,热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体,金相组织中铁素体的晶粒度为11~12级;10~12mm厚热轧钢板的上屈服强度为ReH为700~740MPa,抗拉强度Rm为750~850MPa,断后伸长率A为18%~25%,-40℃冲击功Akv为80~100J。
将本发明得到的热轧钢板进行取样,拉伸、弯曲试验取横向试样,冲击试验取纵向试样,按照《GB/T228.1-2018金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》进行拉伸试验;按照《GB/T229-2020金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行冲击试验,力学性能见表3。
表3本发明实施例热轧钢板的力学性能
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢,其化学成分重量百分比为:C:0.055%~0.080%,Si:0.07%~0.13%,Mn:1.5%~1.7%,P≤0.015%,S≤0.0030%,Nb:0.05%~0.06%,Ti:0.085%~0.115%,Ca:0.0015%~0.0045%,Alt:0.020%~0.050%,余量为铁和不可避免夹杂;10~12mm厚热轧钢板的上屈服强度为ReH为700~740MPa,抗拉强度Rm为750~850MPa,断后伸长率A为18%~25%,-40℃冲击功Akv为80~100J。
2.如权利要求1所述的抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢,其特征是,热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体,金相组织中铁素体的晶粒度为11~12级。
3.一种抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢的生产方法,其特征是,包括以下步骤:
钢水经连铸得到连铸板坯,钢水化学成分的重量百分比为:C:0.055%~0.080%,Si:0.07%~0.13%,Mn:1.5%~1.7%,P≤0.015%,S≤0.0030%,Nb:0.05%~0.06%,Ti:0.085%~0.115%,Ca:0.0015%~0.0045%,Alt:0.020%~0.050%,余量为铁和不可避免夹杂;
连铸板坯经加热炉加热后进行热轧,连铸板坯的加热温度为1230℃~1280℃,连铸板坯的加热时间为180~240min;所述热轧为两段式轧制工艺,粗轧为6道次连轧,在奥氏体再结晶温度以上轧制,粗轧结束温度为1000~1050℃;中间坯厚度为45~49mm;精轧为7道次连轧,在奥氏体未再结晶温度区轧制,精轧结束温度为820~860℃;精轧后,控制钢板厚度为10.0~12.0mm;层流冷却采用前段冷却,冷却速度为35~55℃/S;卷取温度为580~620℃时卷取得热轧钢卷;
卷取后的热轧钢卷缓慢冷却,热轧钢卷冷却至200℃的冷却速度为10~20℃/h。
4.如权利要求3所述的抗拉强度750MPa级商用车大梁用钢的生产方法,其特征是,所述热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体,金相组织中铁素体的晶粒度为11~12级;10mm~12mm厚热轧钢板的上屈服强度为ReH为700~740MPa,抗拉强度Rm为750~850MPa,断后伸长率A为18%~25%,-40℃冲击功Akv为80~100J。
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