低脆性750MPa級汽車大梁用鋼及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低脆性750MPa級汽車大梁用鋼及其制造方法。C0.04～0.06%、Si<0.1%、Mn1.6～1.85%、P<0.012%、S<0.005%、Al0.020～0.070%、Nb0.04～0.06%、Ti0.08～0.1%、Mo0.08～0.14%、N<0.005%，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。熱連軋過程中先將連鑄板坯在200～300分鐘內(nèi)加熱到1250～1300℃進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度控制在1040～1140℃再進(jìn)行精軋，終軋溫度為780～880℃。本發(fā)明強(qiáng)度高，在車架設(shè)計(jì)減重效果可達(dá)10%～25%；成型性好，適用于沖壓、輥壓、折彎等工藝；低溫韌性好，適用于寒冷地區(qū)的運(yùn)輸。
【專利說明】低脆性750MPa級汽車大梁用鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種汽車縱梁用鋼，具體涉及一種低脆性750MPa級汽車大梁用鋼及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過提高鋼板強(qiáng)度來減輕車身重量，達(dá)到降耗節(jié)能，減少環(huán)境污染是當(dāng)今汽車工業(yè)研究的重要課題。在國內(nèi)外，現(xiàn)階段多是采用添加一定的微合金元素來強(qiáng)化鋼的強(qiáng)度。大梁鋼作為客貨車的安全承重件，對性能和成形性有很高的要求。國內(nèi)各鋼廠均在開展相關(guān)方面的研究工作。但是所用的合金元素、用量、何種工藝都不盡相同，和各廠的裝備、技術(shù)、原料等有關(guān)。目前，650MPa以下級別大梁鋼的生產(chǎn)技術(shù)已相當(dāng)成熟，在汽車工業(yè)的應(yīng)用也較廣泛。受限于國內(nèi)汽車行業(yè)的落后成型裝備，目前普遍使用650MPa以下級別鋼種制造重卡大梁，使用強(qiáng)度范圍主要集中在510MPa~600MPa，更高強(qiáng)度級別大梁的應(yīng)用范圍較小或處于工業(yè)認(rèn)證階段。
[0003]重卡底盤的車架采用熱軋汽車大梁鋼制作，其車架總成分為縱梁、襯梁、縱梁、加強(qiáng)件以及加強(qiáng)板等，各零部件是采用冷沖壓成形或滾壓成形方式，其裝配主要采用鉚接方式。
[0004]汽車大梁即是客貨車的承重件，也是汽車行駛過程中的安全件。為了提高載重能力，重卡大梁一般采用6~12mm的熱軋鋼板制造。根據(jù)重卡的噸位和應(yīng)用場合，重卡大梁采用單梁或者雙梁設(shè)計(jì)。通過提高強(qiáng)度級別，可以減小大梁的厚度，或者將雙梁設(shè)計(jì)更改為單梁設(shè)計(jì)，帶來多重效益，在減輕車重的同時(shí)，可以降低油耗或者增加載貨量。在現(xiàn)有技術(shù)的條件下進(jìn)一步增加汽 車大梁用鋼的強(qiáng)度是人們一直在研究的課題。
[0005]CN200910272678.4公開了一種抗拉強(qiáng)度在590MPa級汽車大梁用鋼及其制造方法，其所得鋼種強(qiáng)度較低，化學(xué)成分上，采用微鈦處理，鈦主要作用是使鋼中的S、P等夾雜物變性，降低夾雜物的危害，使其形狀發(fā)生改變，從而改善鋼的成形性，為達(dá)到這個(gè)目的，其含量一般在0.03%左右。此鋼種強(qiáng)度較低，已不能滿足現(xiàn)代重型商用車制造企業(yè)對鋼材高強(qiáng)減薄以適應(yīng)日益嚴(yán)苛日環(huán)保法規(guī)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種抗拉強(qiáng)度在750MPa級汽車大梁用鋼，在具有更高的強(qiáng)度和良好的成型性的同時(shí)，也具有優(yōu)良的低溫韌性。
[0007]具體方案如下:
[0008]低脆性750MPa級汽車大梁用鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)為:
[0009]C0.04 ~0.06%、Si<0.1%、Mnl.6 ~1.85%、Ρ〈0.012%、S〈0.005%、A10.020 ~
0.070%、Nb0.04 ~0.06%、Ti0.08 ~0.1%、Mo0.08 ~0.14%、Ν〈0.005%，余量為鐵及不可避 免的雜質(zhì)。
[0010]按上述方案，所述低脆性750MPa級汽車大梁用鋼經(jīng)過鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐冶煉，真空處理，連鑄，板坯檢查及清理，板坯加熱，熱連軋，層流冷卻，卷取，精整制得；
[0011]其中，轉(zhuǎn)爐冶煉后出鋼1/3時(shí)開始加鐵合金，出鋼2/3時(shí)加入完畢，且合金化順序依次為鋁鐵、錳鐵、鈮鐵、鑰鐵；使用加鋁機(jī)加鋁線進(jìn)行終脫氧，真空處理時(shí)加入鈦鐵，所述鈦鐵顆粒直徑≤30mm ；
[0012]熱連軋過程中先將連鑄板坯在200~300分鐘內(nèi)加熱到1250~1300°C進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度控制在1040~1140°C再進(jìn)行精軋，終軋溫度為780~880°C。
[0013]按上述方案，所述的層流冷卻為后段冷卻，冷卻水的水溫< 35°C，控制冷卻速度≥1O℃ /S。
[0014]按上述方案，卷取溫度為500~580°C。
[0015]上述低脆性750MPa級汽車大梁用鋼的制備方法，包括鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐冶煉，真空處理，連鑄，板坯檢查及清理，板坯加熱，熱連軋，層流冷卻，卷取，精整的工藝步驟，其特征在于:
[0016]轉(zhuǎn)爐冶煉后出鋼1/3時(shí)開始加鐵合金，出鋼2/3時(shí)加入完畢，且合金化順序依次為鋁鐵、錳鐵、鈮鐵、鑰鐵；使用加鋁機(jī)加鋁線進(jìn)行終脫氧，真空處理時(shí)加入鈦鐵，所述鈦鐵顆粒直徑≤30mm ；
[0017]熱連軋過程中先將連鑄板坯在200~300分鐘內(nèi)加熱到1250~1300°C進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度控制在1040~1140°C再進(jìn)行精軋，終軋溫度為780~880°C。
[0018]按上述方案，所述的層流冷卻為后段冷卻，冷卻水的水溫< 35°C，控制冷卻速度≥10℃ /S。
[0019]按上述方案，卷取溫度為500~580°C。
[0020]碳是廉價(jià)的固溶強(qiáng)化元素。如果其含量超過0.06%,則沖壓成形性會降低；如果其含量小于0.04%，則不能滿足材料對強(qiáng)度的要求，所以，將其含量限定在0.04%~0.06%范圍。
[0021]硅元素在熱軋過程中促進(jìn)氧化鐵皮的生成，惡化表面質(zhì)量，在后續(xù)沖壓過程中容易脫落，造成使用困難，所以將其含量限定在〈0.1%。
[0022]錳是提高強(qiáng)度和韌性最有效的元素，可改善鋼的強(qiáng)度-延伸平衡性。但是添加多量的錳，會導(dǎo)致增加鋼的淬透性，鑒于此，將其上限定為1.85%，所以，將其含量限定在
1.6% ~1.85% 范圍。
[0023]磷是鋼中的有害元素，易引起鑄坯中心偏析，為了避免冷彎成形性能、韌性發(fā)生惡化，設(shè)定其含量上限為0.012%。
[0024]硫是非常有害的元素。鋼中的硫常以錳的硫化物形態(tài)存在,這種硫化物夾雜對鋼的沖擊韌性是十分不利的，并造成性能的各向異性，隨著大梁鋼強(qiáng)度的提高，微裂紋的擴(kuò)展對夾雜物十分敏感，所以將鋼中硫含量控制在0.005%以下。
[0025]鋁是為了脫氧而添加的，當(dāng)Als含量不足0.020%時(shí)，不能發(fā)揮其效果；另一方面，由于添加多量的鋁容易形成氧化鋁團(tuán)塊，所以，規(guī)定Als上限為0.070%。因此，Als含量限定在0.020%~0.070%范圍。
[0026]鈮是在結(jié)晶控制軋制中不可缺少的元素，在熱機(jī)械加工中細(xì)化晶粒、降低奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度和析出強(qiáng)化，因此鋼中添加微量合金元素鈮能夠便于控制軋制的進(jìn)行，并提高鋼板的強(qiáng)度和韌性。所以，綜合鋼板力學(xué)性能及成本等方面的考慮，將其含量限定在0.04~0.06%范圍。
[0027]鈦是廉價(jià)的合金強(qiáng)化元素，與碳和氮復(fù)合析出，不僅細(xì)化晶粒，而且在形變過程中阻礙位錯(cuò)移動。為充分利用鈦的強(qiáng)化作用，規(guī)定其下限為0.08%，為避免過高的鈦導(dǎo)致韌性惡化，規(guī)定其上限為0.1%。所以，將其含量限定在0.08~0.1%范圍。
[0028]Mo元素通過固溶強(qiáng)化提高鋼板的強(qiáng)度，高于0.08%才能發(fā)揮強(qiáng)化的作用，所以，將其含量限定在0.08%~0.14%。
[0029]氮元素與鈦元素的親合力很強(qiáng)，為了避免氮與鈦結(jié)合形成大尺寸金屬夾雜物，將其限定在〈0.005%。
[0030]本發(fā)明專利中，在成分設(shè)計(jì)上，由于煉鋼水平的提高，S、P含量本身可控制在很低的水平，鋼質(zhì)變得更純凈，Ti主要是作為合金強(qiáng)化元素加入，同時(shí)，為了保證Ti元素的有效析出，對N元素有嚴(yán)格的要求，避免N元素與Ti形成大尺寸的TiN金屬夾雜物，在熱軋工藝設(shè)計(jì)上，為了保證鋼坯中的Ti化合物充分溶解，在鋼坯加熱過程中，對加熱溫度和加熱時(shí)間有特殊的要求，同時(shí)為了充分提高鋼板的成形性，在層流冷卻方式上不采用前段冷卻，而是使用后段冷卻方式。
[0031]隨著鈦含量增加，板坯加熱溫度需提高，目的是為了保證鈦的化合物充分溶解，本專利中要求1250~1300°C，如果低于1250°C，鈦化物在加熱過程中溶解不充分，在軋鋼過程中以大尺寸的鈦化物存在，影響其析出強(qiáng)化效果。
[0032]本專利對加熱時(shí)間上下限有要求，如果加熱時(shí)間低于200分鐘，由于鈦含量高，鈦化合物不能充分溶解，影響軋鋼過程中鈦的析出，降低鋼板的強(qiáng)度，如果加熱時(shí)間超過300分鐘，使奧氏體晶粒過分長大，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，同時(shí)鋼坯表面形成過量的氧化鐵皮，在除鱗過程中不易清除，軋鋼時(shí)將氧化鐵皮軋入鋼板，在表面形成坑狀缺陷。
`[0033]本專利要求層流冷卻采用后段冷卻方式，相比前段冷卻方式，后段冷卻先經(jīng)過一段時(shí)間空冷后再冷卻，因此后段冷卻的冷卻強(qiáng)度較低，可提高鋼的延伸率，同時(shí)可降低鋼板內(nèi)應(yīng)力，提聞朝性。
[0034]卷取溫度設(shè)定在500~580°C，利于貝氏體組織的形成，貝氏體組織的韌性優(yōu)于珠光體組織。
[0035]本發(fā)明的有益效果:
[0036]I)強(qiáng)度高，在車架設(shè)計(jì)減重效果可達(dá)10%~25% ；
[0037]2)成型性好，適用于沖壓、輥壓、折彎等工藝；
[0038]3)低溫韌性好，適用于寒冷地區(qū)的運(yùn)輸。
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下實(shí)施例為進(jìn)一步理解本發(fā)明的技術(shù)方案，不作為對保護(hù)范圍的限制。
[0040]低脆性750MPa級汽車大梁用鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)為:
[0041]C0.04 ~0.06%、Si〈0.1%、Mnl.6 ~1.85%、Ρ〈0.012%、S〈0.005%、A10.020 ~0.070%、Nb0.04 ~0.06%、Ti0.08 ~0.1%、Mo0.08 ~0.14%、Ν〈0.005%，余量為鐵及不可避
免的雜質(zhì)。
[0042]其經(jīng)過鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐冶煉，真空處理，連鑄，板坯檢查及清理，板坯加熱，熱連軋，層流冷卻，卷取，精整制得。[0043]制備過程控制轉(zhuǎn)爐冶煉后出鋼1/3時(shí)開始加鐵合金，出鋼2/3時(shí)加入完畢，且合金化順序依次為鋁鐵、錳鐵、鈮鐵、鑰鐵；使用加鋁機(jī)加鋁線進(jìn)行終脫氧，真空處理時(shí)加入鈦鐵，鈦鐵顆粒直徑≤ 30mm。熱連軋過程中先將連鑄板坯在200~300分鐘內(nèi)加熱到1250~1300°C進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度控制在1040~1140°C再進(jìn)行精軋，終軋溫度為780~880。。。
[0044]為了提高有效鈦的利用率，鈦鐵顆粒直徑≤30mm。由于鈦與氧的親合力很強(qiáng)，必須在脫氧后的真空處理環(huán)節(jié)中往鋼水中加鈦，避免鈦與氧形成化合物，上浮進(jìn)入保護(hù)渣。熱連軋生產(chǎn)工藝控制很重要，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明低合金鋼的鐵素體和貝氏體組織，本發(fā)明采用再加熱原始奧氏體組織細(xì)化控制，通過鈮和鈦分別與碳、氮形成復(fù)合化合物，在軋制和冷卻過程中析出，其析出物阻礙晶粒長大，從而實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化。
[0045]隨著鈦含量增加，板坯加熱溫度需提高，目的是為了保證鈦的化合物充分溶解，本專利中要求1250~1300°C，如果低于1250°C，鈦化物在加熱過程中溶解不充分，在軋鋼過程中以大尺寸的鈦化物存在，影響其析出強(qiáng)化效果。本專利對加熱時(shí)間上下限有要求，如果加熱時(shí)間低于200分鐘，由于鈦含量高，鈦化合物不能充分溶解，影響軋鋼過程中鈦的析出，降低鋼板的強(qiáng)度，如果加熱時(shí)間超過300分鐘，使奧氏體晶粒過分長大，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，同時(shí)鋼坯表面形成過量的氧化鐵皮，在除鱗過程中不易清除，軋鋼時(shí)將氧化鐵皮軋入鋼板，在表面形成坑狀缺陷。
[0046]層流冷卻過程中冷卻水的水溫< 35°C，控制冷卻速度為≥1O0C /S，采用后段冷卻方式。相比前段冷卻方式，后段冷卻先經(jīng)過一段時(shí)間空冷后再冷卻，因此后段冷卻的冷卻強(qiáng)度較低，可提高鋼的延伸率，同時(shí)可降低鋼板內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。
[0047]卷取溫度為500~580°C。利于貝氏體組織的形成，貝氏體組織的韌性優(yōu)于珠光體組織。
[0048]金相檢測結(jié)果表明，該鋼的組織為貝氏體。拉伸試驗(yàn)表明，該鋼強(qiáng)度高，屈強(qiáng)比高，具有良好的抗變形能力。寬冷彎試驗(yàn)表明，即使在d=0.5a的條件下仍然檢驗(yàn)合格，具有良好的冷成形性能。
[0049]實(shí)施例
[0050]按表1中所示的具體化學(xué)成分制備低脆性750MPa級熱軋汽車大梁用鋼。制備過程如下:
[0051]在煉鋼廠90噸和250噸轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行頂?shù)讖?fù)合吹煉，采用鐵水脫硫技術(shù)，使鐵水中的S≤0.005% ;爐后出鋼1/3時(shí)開始加鐵合金，出鋼2/3時(shí)加入完畢，合金化順序:鋁鐵一錳鐵一鈮鐵一鑰鐵，使用加鋁機(jī)加鋁線進(jìn)行終脫氧，在真空處理時(shí)加鈦，并對進(jìn)行成分微調(diào)，使鋼中的化學(xué)成分滿足表1的要求，余量為Fe及不可避免的夾雜；再將表1所示成分的鋼水澆注成230~250mmX 1050~2150mm斷面的板坯；然后將板坯送至熱軋廠，在2250mm軋機(jī)上進(jìn)行熱連軋，將其軋制成熱軋板卷，再進(jìn)行精整；先將連鑄板坯在200~300分鐘內(nèi)加熱到1250~1300°C進(jìn)行粗軋，結(jié)束溫度為1040~1140°C，再進(jìn)行精軋，終軋溫度為780~880°C，帶鋼 軋后的控制冷卻采用后段層流冷卻的方式，冷卻水的水溫< 35°C，控制冷卻速度為≥1O0C /s，卷取溫度為500~580°C。軋制鋼卷在精整線進(jìn)行表面質(zhì)量檢查，并進(jìn)一步控制好板形，最終得到3~12mm的熱軋卷。
[0052]表1
【權(quán)利要求】
1.低脆性750MPa級汽車大梁用鋼，其特征在于化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)為:
C0.04 ~0.06%、Si<0.1%、Mnl.6 ~L 85%、P<0.012%、S<0.005%、A10.020 ~0.070%、Nb0.04~0.06%,Ti0.08~0.1%、Μο0.08~0.14%、Ν〈0.005%，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述低脆性750MPa級汽車大梁用鋼，其特征在于經(jīng)過鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐冶煉，真空處理，連鑄，板坯檢查及清理，板坯加熱，熱連軋，層流冷卻，卷取，精整制得； 其中，轉(zhuǎn)爐冶煉后出鋼1/3時(shí)開始加鐵合金，出鋼2/3時(shí)加入完畢，且合金化順序依次為鋁鐵、錳鐵、鈮鐵、鑰鐵；使用加鋁機(jī)加鋁線進(jìn)行終脫氧，真空處理時(shí)加入鈦鐵，所述鈦鐵顆粒直徑< 30mm ； 熱連軋過程中先將連鑄板坯在200~300分鐘內(nèi)加熱到1250~1300°C進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度控制在1040~1140°C再進(jìn)行精軋，終軋溫度為780~880°C。
3.如權(quán)利要求1所述低脆性750MPa級汽車大梁用鋼，其特征在于所述的層流冷卻為后段冷卻，冷卻水的水溫< 35°C，控制冷卻速度≥1O0C /S。
4.如權(quán)利要求1所述低脆性750MPa級汽車大梁用鋼，其特征在于卷取溫度為500~580。。。
5.權(quán)利要求1所述低脆性750MPa級汽車大梁用鋼的制備方法，包括鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐冶煉，真空處理，連鑄 ，板坯檢查及清理，板坯加熱，熱連軋，層流冷卻，卷取，精整的工藝步驟，其特征在于: 轉(zhuǎn)爐冶煉后出鋼1/3時(shí)開始加鐵合金，出鋼2/3時(shí)加入完畢,且合金化順序依次為招鐵、錳鐵、鈮鐵、鑰鐵；使用加鋁機(jī)加鋁線進(jìn)行終脫氧，真空處理時(shí)加入鈦鐵，所述鈦鐵顆粒直徑< 30_ ； 熱連軋過程中先將連鑄板坯在200~300分鐘內(nèi)加熱到1250~1300°C進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度控制在1040~1140°C再進(jìn)行精軋，終軋溫度為780~880°C。
6.如權(quán)利要求5所述的低脆性750MPa級汽車大梁用鋼的制備方法，其特征在于層流冷卻為后段冷卻，冷卻水的水溫< 35°C，控制冷卻速度> 1O0C /S。
7.如權(quán)利要求5所述的低脆性750MPa級汽車大梁用鋼的制備方法，其特征在于卷取溫度為500~580°C。
【文檔編號】C21D8/02GK103849811SQ201410126292
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】趙江濤, 劉斌, 劉永前, 周祖安, 周一中, 桂洲, 張揚(yáng), 徐浩, 楊海林 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司