專利名稱：一種低成本汽車大梁用鋼及其制造方法
一種低成本汽車大梁用鋼及其制造方法所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種低成本汽車大梁用鋼及其制造方法，特別涉及低冶煉成本、低合金成本汽車大梁用熱軋帶鋼的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
汽車大梁板主要用于制造卡車的橫、縱梁及其它結(jié)構(gòu)件。汽車大梁板都是冷沖壓成型，并且汽車在行駛過程中要受到各種沖擊、扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜應(yīng)力的作用，要求具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性、韌性、冷彎性能、抗疲勞特性，同時(shí)要求板形良好，尺寸控制精度高。公開號(hào)CN 10194728A鈮鈦復(fù)合輕型卡車汽車大梁鋼及其制備方法，其主要化學(xué)成分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為c :0. 09 0. 15wt%, Si :0. 30 0. 60wt %, Mn :1. 25 1. 50%，Ti 0. 010 0. 030wt%, Nb :0. 015 0. 045%，P 彡 0. 030wt%, S 彡 0. 030wt%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。該發(fā)明采用了鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化，未指明具體冶煉工藝路線。公開號(hào)CN 10892421A—種汽車大梁鋼的低鈮強(qiáng)化生產(chǎn)工藝中提到主要成分含量C 0. 085 0. 115wt %, Si :0. 154 0. 254 %, Mn :1. 4 1. 55wt %, Nb :0. 008 0. 014%, P ^ 0. 015wt%,S彡0. 0060wt%。該發(fā)明對(duì)P、S含量要求嚴(yán)格，并未闡明冶煉工藝路線；另外該發(fā)明依靠細(xì)晶強(qiáng)化用的鈮含量偏低，工藝的穩(wěn)定性控制要求更嚴(yán)格。公開號(hào)CN 101147920公開了含釩汽車大梁用熱軋鋼板表面氧化鐵皮控制方法， 為控制熱軋帶鋼表面氧化鐵皮鋼水中Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)嚴(yán)格控制在0. 2%以下。該方法原料鋼的主要化學(xué)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C :0. 06 0. 12%，Si彡0. 3%，Mn :1. 05 1. 25%，V 0. 04 0. 10%，P彡0. 025%，S彡0. 015%。該方法對(duì)于自產(chǎn)釩鐵礦資源的生產(chǎn)企業(yè)有生產(chǎn)成本優(yōu)勢(shì)，但對(duì)在市場(chǎng)上采購釩鐵原料的生產(chǎn)企業(yè)該方法會(huì)抬高生產(chǎn)成本。公開號(hào)CN 101698926A—種汽車大梁用鋼及其控溫方法中鋼的主要化學(xué)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C 0. 08 0. 13 %，Mn :0. 90 1. 15 %，Si ≤0. 3 %，P < 0. 010%, S < 0. 010%, Nb 0. 03 0. 05%, Alt :0. 02 0. 07%。該方法添加了相對(duì)較多的細(xì)晶強(qiáng)化元素Nb，合金成本相對(duì)較高。沖壓性能通常用橫彎性能來衡量，而鋼材中的MnS夾雜是影響大梁鋼橫彎性能的直接因素，并且強(qiáng)度越高對(duì)MnS夾雜的要求越高。傳統(tǒng)工藝的冶煉流程是“鐵水預(yù)處理(噴粉脫硫或者三脫預(yù)處理——轉(zhuǎn)爐吹煉——LF精煉——喂鈣線鈣處理——板坯連鑄)”，其工藝設(shè)計(jì)思想是首先通過鐵水預(yù)處理初步降低鐵水硫含量到SOppm以下，由于在轉(zhuǎn)爐吹煉后通常有鋼水回硫的問題，然后經(jīng)過LF深脫硫，將鋼水硫含量進(jìn)一步降低，一般最終成品硫含量需控制在SOppm以下。國(guó)內(nèi)幾大鋼廠，如寶鋼、武鋼、鞍鋼、太鋼、馬鋼和濟(jì)鋼大多采用LF精煉，部分采用 “LF+RH”的精煉方式。近年來，由于電力供應(yīng)緊張，電價(jià)逐漸上漲，耗電量巨大的LF爐精煉工藝成為汽車大梁用鋼制造成本增加的重要因素。為此，優(yōu)化冶煉工藝、降低生產(chǎn)陳本、提高經(jīng)濟(jì)效益成為目前大梁鋼生產(chǎn)中的迫切需要。另一方面，近年來鋼鐵原材料價(jià)格，尤其硅鐵、錳鐵和鈮鐵合金價(jià)格大幅度上漲，適當(dāng)減少合金的加入量是控制產(chǎn)品成本的重要手段?；诖?，降低冶煉成本和合金成本，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低成本汽車大梁用鋼及其制造方法，解決了 LF爐冶煉周期長(zhǎng)、精煉耗電量大的問題，降低了合金成本。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種低成本汽車大梁用鋼，其特征在于，化學(xué)成分重量百分比為碳0. 06 0. 12wt% ；硅0. 08 0. 20 % ；猛1. OOwt % 1. 40wt % ；鈮 0. 015wt% 0. 03wt% ；磷彡 0. 015wt% ；硫彡 0. 008wt % ；鋁0. 02 0. 06wt % ； ^ 0. 003wt% ； [N] ^ 0. 005wt% ；其它為鐵和不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明成分設(shè)計(jì)主要添加元素的作用和強(qiáng)化機(jī)理如下碳碳可以顯著提高鋼的強(qiáng)度，但過高的碳對(duì)鋼的韌性不利，因此為提高汽車大梁用鋼的冷成型性，碳的含量控制在0. 12%以下。本發(fā)明專利碳含量目標(biāo)為0. 06 0. 12%.硅硅有固溶強(qiáng)化作用，可以提高鋼的強(qiáng)度，但對(duì)韌性不利；另外硅的擴(kuò)散能力較強(qiáng)，在1173°C以上與表面氧化鐵皮形成!^e2SiO4尖晶石相，該相在除磷過程中不易去除，因此硅的含量要適宜。本發(fā)明專利硅含量目標(biāo)為0. 08 0. 20%。錳通過固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度；其次Mn擴(kuò)大相區(qū)，降低、—α相變溫度，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物，提高強(qiáng)韌性。本發(fā)明專利Mn添力口量為1.00 1.40%。鈮鈮在控制軋制的低合金鋼中對(duì)細(xì)化晶粒有明顯效果。通過在固溶體中的溶質(zhì)拖曳作用、細(xì)小析出物在Y晶界的釘扎作用和在變形晶粒內(nèi)的位錯(cuò)排列作用來抑制奧氏體再結(jié)晶，得到細(xì)小的晶粒尺寸；并且同其他微合金相比，鈮的強(qiáng)化效果和穩(wěn)定性都比較好。本發(fā)明專利鈮含量目標(biāo)為0.015 0.03%。硫、磷是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，會(huì)惡化鋼的性能，所以希望盡可能的低。目前通過爐外精煉和Ca處理控制技術(shù)，一方面S可以控制為小于80ppm，一方面可以把硫化物夾雜變?yōu)椴灰鬃冃蔚那驙?。本發(fā)明專利硫含量目標(biāo)為< 0. 008%，磷硫含量目標(biāo)為< 0. 015%氮由于氮的存在降低了鋼的韌性、焊接性、熱應(yīng)力區(qū)韌性，使鋼的脆性增加；另一方面氮會(huì)引起連鑄坯開裂。因此高質(zhì)量材質(zhì)要嚴(yán)格控制氮。本發(fā)明專利氮含量目標(biāo)為彡 0. 005%。氧氧在鋼中易形成脆性夾雜物，成為寬冷彎成型的裂紋源。本發(fā)明專利氮含量目標(biāo)為彡0. 003%。本發(fā)明與以往大梁鋼在化學(xué)成分上的共同點(diǎn)是依靠元素C、Mn和Si的固溶強(qiáng)化和微合金Nb的細(xì)晶強(qiáng)化來提高鋼的強(qiáng)度，將C控制在一定合適范圍內(nèi)來保證鋼的韌性。本發(fā)明突出優(yōu)點(diǎn)在于降低硅鐵合金、錳鐵合金以及鈮鐵合金的加入量，通過熱軋工藝調(diào)整進(jìn)行控軋控冷優(yōu)化處理，使得降低合金加入量后的產(chǎn)品性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；另外，成分體系上注重大梁鋼韌性和塑性的提高，對(duì)于惡化其性能的元素S和P控制在較低水平上，對(duì)影響鑄坯質(zhì)量的氮和易形成脆性夾雜物的氧也做了嚴(yán)格控制。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是采用如下工藝冶煉工藝鐵水KR攪拌脫硫——轉(zhuǎn)爐吹煉——RH精煉——喂鈣線鈣處理——板坯連鑄。
本發(fā)明的思路是1)發(fā)揮KR攪拌脫硫能力強(qiáng)的特點(diǎn)，通過KR攪拌將鐵水硫含量脫至20ppm以下。2)轉(zhuǎn)爐冶煉采用低硫廢鋼，出鋼鋼水硫含量控制在80ppm以內(nèi)。3)轉(zhuǎn)爐出鋼過程加入較多石灰和螢石，利用出鋼過程的良好的溫度條件和動(dòng)力學(xué)條件快速化渣，將精煉到站鋼水硫含量控制在60ppm以下。4)RH精煉過程鋼水在鋼包和真空室內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，為夾雜物的聚集、上浮提供充分的動(dòng)力學(xué)條件，從而有利于提高鋼水潔凈度。精煉過程采用低硫廢鋼，加之頂渣的脫硫作用，精煉結(jié)束鋼水硫含量或者降低或者保持不變。5)精煉結(jié)束后采用充分鈣處理，使鎂鋁尖晶石夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)鈣鋁酸鹽從而有利于上浮去除，將其中的MnS塑性夾雜轉(zhuǎn)變?yōu)镃aS，避免MnS夾雜在軋制延伸后對(duì)鋼板橫彎性能的影響。軋鋼工藝加熱爐加熱——控軋軋制——控制冷卻——卷取、檢驗(yàn)、入庫。加熱溫度1200 1280°C ；粗軋終止溫度960 1020°C ；精軋終止溫度840 900°C ；精軋總變形量大于80% ；卷取溫度530 590°C。本發(fā)明的思路是1)通過控軋控冷工藝，優(yōu)化組織性能，來實(shí)現(xiàn)降低大梁鋼合金成本的目的。2)通過精軋入口溫度、精軋終止溫度以及機(jī)架間冷卻水狀態(tài)進(jìn)行快軋，實(shí)現(xiàn)精軋階段的控制。3)通過層冷冷卻模式，實(shí)現(xiàn)層流冷卻階段控制。本發(fā)明的技術(shù)效果根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的熱軋汽車大梁用鋼的力學(xué)性能和工藝性能可滿足1)拉伸性能ReL 彡 380MPa, Rm 彡 5IOMPa, 彡 24。2)180°橫向d = 0. 寬冷彎試驗(yàn)不開裂。采用本發(fā)明生產(chǎn)的汽車大梁用鋼熱軋板卷金相組織為鐵素體+珠光體組織，晶粒度為12. 5級(jí)，帶狀為1. 5級(jí)。與傳統(tǒng)合金成分體系相比，新成分體系在新冶煉工藝和軋鋼工藝下各項(xiàng)性能穩(wěn)定，表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，噸鋼合金成本降低30-50元，噸鋼冶煉成本降低10-20 元，噸鋼成本合計(jì)降低40-70元。


圖1為新冶煉工藝路線下大梁鋼在不同工藝階段下的硫含量控制情況圖，其中1， 2,3,4分別代表各個(gè)實(shí)施實(shí)例編號(hào)。圖2和圖3為在熱軋卷上取樣采用掃描電鏡分析的鋼中夾雜物形貌圖，大多以鈣鋁酸鹽和硫化鈣復(fù)合夾雜物形式存在。其中
權(quán)利要求
1.一種低成本汽車大梁用鋼，其特征在于，化學(xué)成分重量百分比為碳0. 06 0. 12wt % ；硅0. 08 0. 20 % ；錳1. OOwt % 1. 40wt % ；鈮0. 015wt % 0. 03wt % ； 磷彡 0. 015wt % ；硫彡 0. 008wt % ；鋁0. 02 0. 06wt % ；
^ 0. 003wt % ； [N] ^ 0. 005wt% ；其它為鐵和不可避免的微量雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的低成本汽車大梁用鋼的制造方法，其特征在于煉鋼工藝流程為KR鐵水?dāng)嚢杳摿蛞晦D(zhuǎn)爐煉鋼一RH精煉一喂鈣線一板坯澆注一鋼坯精整一入庫、檢驗(yàn)；所述KR鐵水?dāng)嚢杳摿虿襟E中，入爐鐵水S控制在50ppm以下，轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝步驟中終點(diǎn)目標(biāo)溫度控制在1660°C 1710°C，出鋼過程中加入鋁鐵、錳鐵、硅鐵和鈮鐵，使鋼種接近達(dá)到所述含量，RH精煉過程進(jìn)行合金成分微調(diào)，使得相應(yīng)成分達(dá)到所述含量，精煉結(jié)束溫度控制在1550 1580°C，精煉周期控制在35 50分鐘；軋鋼工藝為加熱爐加熱一控制軋制一控制冷卻一卷取、檢驗(yàn)、入庫；控制參數(shù)如下 加熱溫度1200 1280°C，粗軋終止溫度960 1020°C，精軋終止溫度840 900°C，精軋總變形量大于80%，卷取采用前段冷卻模式，冷卻速度為15°C /S 25°C /S，卷取溫度控制在530 590 0C ο
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低成本汽車大梁用鋼及其制造方法，其化學(xué)成分重量百分比為碳0.06～0.12wt％；硅0.08～0.20％；錳1.00wt％～1.40wt％；鈮0.015wt％～0.03wt％；磷≤0.015wt％；硫≤0.008wt％；鋁0.02～0.06wt％；[O]≤0.003wt％；[N]≤0.005wt％；其它為鐵和不可避免的微量雜質(zhì)；本發(fā)明通過優(yōu)化工藝路線，解決了LF爐冶煉周期長(zhǎng)、精煉耗電量大的問題，降低了合金生產(chǎn)成本。該工藝減少了噸鋼電耗，減少精煉總周期。采用優(yōu)化的控軋控冷工藝制度，實(shí)現(xiàn)了低合金成本大梁鋼生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C21C7/10GK102212747SQ20111014888
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者于洋, 包春林, 孟憲堂, 季晨曦, 李瑞恒, 武軍寬, 趙林 申請(qǐng)人:首鋼總公司