屈服强度700MPa以上汽车大梁用钢及其制造方法

摘要

本发明属于轧钢技术领域，特别是屈服强度700MPa以上汽车大梁用钢及方法，微量元素质量百分比：碳：0.05～0.12%；硅：0.08～0.2%；锰：1.2～2.1%；铌：0.03～0.06%；钛：0.06～0.2%；钼：≤0.25%；铬：0.35～0.55%；磷：≤0.02%；硫：≤0.008%；铝：0.02～0.05%；钙：0.001～0.005%；氧:≤0.003%；氮:≤0.005%。制造方法为经KR脱硫和RH法处理得到铸坯，进行粗轧与精轧，快速冷却，低温卷取得到所需钢。本发明通过采用三段式层流冷却并控制轧制过程中的速度、温度与时间，使得钢的屈强比在0.9以下，屈服强度700MPa以上。

说明书

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，特别涉及一种屈服强度700MPa以上汽车大梁 用钢及其制造方法。

背景技术

随着汽车产业的不断发展、科技的不断进步以及人们对于汽车轻量化和 安全性的要求越来越高，对构成汽车的钢板性能的要求也随之提高。尤其是 强度要求和轻量化要求均很高的载重汽车大梁钢材料，钢板性能的提高可大 大节约钢材的消耗和燃油的消耗。因此，解决高强度钢的成型问题是本领域 人员致力于解决的课题。

目前，在汽车车身及汽车零件上大量应用高强度及超高强度钢板可以实 现汽车轻量化的要求，但随着钢板强度的增加，其冲压成型性能迅速下降， 模具磨损严重。在冷冲压成型时易发生开裂及回弹严重的不良现象，尤其是 成型复杂形状的零件（如汽车大梁）时。而采用钢板的滚压成型技术可有效 缓解上述问题，但也限制了按上述方式成型的汽车大梁板的应用。具体的， 汽车大梁板的MnS含量会直接影响其横弯性能，进而影响其冲压性能。通常 采用的冶炼流程为“铁水预处理（喷粉脱硫或者三脱预处理）—转炉吹炼— LF精炼—喂钙线钙处理—板坯连铸”，通过铁水预处理初步将铁水硫含量降低 至80ppm以下；再次经过LF深脱硫，进一步降低铁水硫含量，但转炉吹炼 后有钢水回硫现象，进而保持成品的硫含量在80ppm以下。但随着对汽车大 梁钢性能要求越来越高，对钢的横弯性能有了更高的要求。

另外，国家电力供应紧张，电价上涨，耗电量巨大的LF炉精炼工艺渐渐 成为影响汽车大梁用钢制造成本的重要因素。而且，今年来钢铁原材料价格 不断上涨，尤其是硅铁、锰铁和铌铁的合金价格上涨幅度大。

因此，亟需一种冶炼工艺成本和使用合金成本低廉且屈服强度700MPa 以上汽车大梁用钢及其制造方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种屈服强度700MPa以上汽车大梁 用钢及其制造方法，以实现低成本的批量生产出屈强比0.9以下屈服强度 700MPa以上的汽车大梁用钢。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种屈服强度700MPa以上汽车大梁 用钢，包括如下质量百分比的化学成分：碳：0.05～0.12%；硅：0.08～0.20%； 锰：1.20%～2.10%；铌：0.03%～0.06%；钛：0.06%～0.20%；钼：≤0.25%； 铬：0.35%～0.55%；磷：≤0.020%；硫：≤0.008%；铝：0.02～0.05%；钙： 0.0010～0.0050%；[O]:≤0.003%；[N]:≤0.005%；其它为铁和不可避免的微量 杂质。

本发明提供的一种屈服强度700MPa以上汽车大梁用钢，通过优化生产工 艺，控制成形钢的化学成分比例，在保证屈服强度的前提下降低了硫含量， 提高钢的塑性。

本发明还提供一种屈服强度700MPa以上汽车大梁用钢的制造方法，所 述制造方法包括：

将铁水通过KR脱硫预处理和转炉冶炼，再采用RH法精炼，然后利用连 铸机获得所需要的铸坯；

先将所述铸坯加热，再进行轧制控制、进行冷却控制和卷取，其中所述 轧制控制包括粗轧控制和精轧控制，所述粗轧控制包括控制粗轧终止温度在 980～1080℃；精轧终止温度控制为780～900℃；加热温度在1200～1280℃ 之间；所述冷却控制为层流冷却，采用水冷、空冷和水冷三段冷却模式，即 精轧后快速进行冷却至670～730℃之间，然后进行空冷，最后再次进行水冷， 使得卷取温度控制在500-600℃之间。

进一步的，然后利用连铸机获得所需要的铸坯之后还包括：使得铸坯的 冷却终止温度在400～600℃范围内，然后送至加热炉内。

进一步的，所述铸坯总加热时间在180-300分钟，其中均热时间为20-40 分钟之间。

进一步的，所述精轧的抛钢速度控制在4-10m/s。

进一步的，所述空冷的持续时间为5-10s之间。

进一步的，所述转炉冶炼的过程中还包括向炉中加入石灰和萤石。

进一步的，所述精轧阶段总变形量大于80%。

进一步的，所述转炉冶炼和所述RH法精炼均采用低硫废钢。

相对于现有技术，本发明提供的一种屈服强度700MPa以上汽车大梁用钢 的制造方法，通过KR脱硫工艺、转炉出钢的过程中加入石灰和萤石及RH法 精炼，有效的控制了钢水中的硫含量，进而提高了汽车用大梁钢的横弯性能； 同时通过RH法精炼后充分钙处理，将MnS转化为CaS，进而进一步的提高 了汽车大梁钢的横弯性能；另外，通过控制粗轧和精轧的终止温度、加热温 度、加热时间、轧制速度及水冷、空冷和水冷三段冷却模式，进而控制了钢 的组织结构，最终实现了汽车用大梁钢的屈强比达到0.9以下，屈服强度达到 700MPa以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式一至实施方式五提供的一种屈服强度700MPa以上 汽车大梁用钢的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的 所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式一

本发明提供的一种屈服强度700MPa以上汽车大梁用钢，包括如下质量百 分比的化学成分：碳：0.05～0.12%；硅：0.08～0.20%；锰：1.20～2.10%； 铌：0.03～0.06%；钛：0.06～0.20%；钼：≤0.25%；铬：0.35～0.55%；磷： ≤0.020%；硫：≤0.008%；铝：0.02～0.05%；钙：0.0010～0.0050%；[O]:≤ 0.003%；[N]:≤0.005%；其它为铁和不可避免的微量杂质。

其中，碳在钢中虽不再以起到固溶强化的作用为主，但仍显著影响着每 个相变的过程，并控制最终成形的组织，进而大致确定了该组织对应的力学 性能。碳可以显著提高钢的强度，但过高的碳对钢的韧性不利，因此为提高 汽车大梁用钢的冷成型性，碳的含量应控制在0.12%以下。本发明专利碳含量 目标为0.05～0.12％之间。

锰（Mn）是典型的奥氏体稳定化元素，可提高钢的淬透性，并起到一定 的固溶强化作用，锰作为扩大γ相区的元素，会降低A₃和A₁临界点，可推迟 珠光体的转变并降低贝氏体的转变温度。但同时也推迟并延长了铁素体的转 变，使贝氏体区右移，从而使钢种对控冷工艺条件的敏感性略为减小。但由 于较高的锰含量，容易形成带状组织，会影响钢的成形性能，尤其是MnS夹 杂，会影响汽车用大梁钢的横弯性能，本发明锰含量目标为1.20～2.10%之间。

硅（Si）是非碳化物形成元素，具有较高的固溶强化效果，可促进C向 奥氏体富集，对铁素体中的固溶C有“清除”和“净化”作用，可抑制冷却过程 铁素体基体中粗大碳化物的生成。此外，Si对低碳低合金钢连续冷却过程中 贝氏体转变产物形态有显著影响，可抑制贝氏体铁素体板条间碳化物的析出， 从而有利于获得铁素体块或板条间分布MA岛的粒状贝氏体或板条贝氏体组 织。但是Si含量过高会给热轧表面质量和涂镀带来问题，本发明Si含量目标 为0.08～0.20%之间。

铬（Cr）是中强碳化物形成元素，可明显提高亚稳奥氏体的稳定性和淬 透性，增大奥氏体的过冷能力，推迟铁素体和珠光体转变，并可显著推迟贝 氏体转变，有利于铁素体转变区和贝氏体转变区之间的亚稳奥氏体区的出现。 Cr的固溶强化效果较弱，本发明Cr含量目标为0.35～0.55%之间。

铌（Nb）在钢中可以形成NbC或NbN等间隙中间相。在再结晶过程中， 因NbC、NbN对位错的钉扎及对亚晶界的迁移进行阻止等作用，从而大大增 加了再结晶时间，其在钢中特点就是提高奥氏体的再结晶温度，从而达到细 化奥氏体晶粒的目的，本发明铌含量目标为0.03～0.06%之间。

钛（Ti）是强碳化物形成元素，它和N、O、C都有极强的亲和力。由于 Ti和S的亲和力大于Fe和S的亲和力，含Ti钢中优先生成硫化钛，降低了 生成硫化铁的几率，减少钢的热脆性。TiC微粒有阻止晶粒长大粗化作用，随 着Ti含量的增加，其在钢中能产生强烈的沉淀强化作用，本发明钛含量目标 为0.06～0.20%之间。

硫（S）：显著影响钢板的热脆性能，恶化热冲压成形性能，降低钢的韧 塑性，并使氢致延迟断裂敏感性升高，考虑到人工除去S的成本，S含量应控 制在0.002%以下。本发明硫含量目标为硫不大于0.008%

钼（Mo）在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性。钼在钢中可固 溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，它是缩小奥氏体相区的元素；钼提高钢的 淬透性，其作用较铬强，而稍逊于锰；钼提高钢的回火稳定性，作为单一合 金元素存在时，增加钢的回火脆性；与铬、锰等并存时，钼又降低或抑止因 其他元素所导致的回火脆性，本发明钼含量目标为不大于0.25%。

本发明提供的一种屈服强度700MPa以上汽车大梁用钢，包括如下质量百 分比的化学成分：碳：0.05～0.12%；硅：0.08～0.20%；锰：1.20～2.10%； 铌：0.03～0.06%；钛：0.06～0.20%；钼：≤0.25%；铬：0.35～0.55%；磷： ≤0.020%；硫：≤0.008%；铝：0.02～0.05%；钙：0.0010～0.0050%；[O]:≤ 0.003%；[N]:≤0.005%；其它为铁和不可避免的微量杂质。通过KR脱硫工艺、 转炉冶炼采用低硫废钢、转炉出钢过程加入石灰和萤石及RH法精炼，使得钢 水硫含量处在一个较低的水平，进而使得该汽车大梁钢保证其热冲压成形性 能和钢的韧塑性；同时，通过RH法精炼后充分钙处理，将MnS转化为CaS， 进而进一步的提高了汽车大梁钢的横弯性能；另外，通过控制粗轧和精轧的 终止温度、加热温度、加热时间、轧制速度及水冷、空冷和水冷三段冷却模 式，优化了钢的组织结构，使得钢成形后屈强比0.9以下屈服强度700MPa以 上，其拉伸性能为：R_p0.2≥700MPa，R_m:≥750MPa,A≥16%，R_p0.2/R_m≤0.9， 180°横向d=a宽冷弯试验不开裂。

实施方式二

如图1所示，图1为本发明实施例一提供的一种汽车用高抗弯性能热成 形钢的制造方法的流程示意图。

步骤S10：将铁水通过KR脱硫预处理和转炉冶炼，再采用RH法精炼， 然后利用连铸机获得所需要的铸坯。在本实施例中，将铁水通过KR脱硫预处 理和全三脱转炉冶炼工艺，控制钢水中硫和磷等有害元素的含量，并采用RH 法精炼处理，以便准确的控制钢水中的各化学成分的含量，然后利用连铸机 获取所需要的铸坯。

通过上述方式获得的铸坯由如下质量百分比的化学成分：碳：0.05～0.12%； 硅：0.08～0.20%；锰：1.20～2.10%；铌：0.03～0.06%；钛：0.06～0.20%； 钼：≤0.25%；铬：0.35～0.55%；磷：≤0.020%；硫：≤0.008%；铝：0.02～ 0.05%；钙：0.0010～0.0050%；[O]:≤0.003%；[N]:≤0.005%；其它为铁和不 可避免的微量杂质。具体的，通过KR搅拌铁水进行脱硫，并使得铁水中硫含 量在20ppm以下；然后在转炉冶炼的过程中采用低硫废钢，进而使得出钢的 钢水中硫含量在80ppm以内；在转炉出钢的过程中，加入适量的石灰和萤石， 利用出钢时良好的温度条件和动力学条件快速化渣，使得精炼前到站钢水硫 含量控制在60ppm以内；在RH精炼过程中钢水在钢包和真空室内循环流动， 为夹杂物的聚集与上浮提供充分的动力学条件，利于提高钢水洁净度，精炼 过程采用低硫废钢，加之顶渣的脱硫作用，使得钢水硫含量在精炼的过程中 不会提升；RH法精炼结束后采用充分的钙处理，使得镁铝尖晶石夹杂物转变 为液态钙铝酸盐，从而有利于其上浮去除，并将其中MnS等塑性夹杂转变为 CaS，避免了带有MnS的夹杂对钢板横弯性能的影响。

步骤S20：先将所述铸坯加热，再进行轧制控制、进行冷却控制和卷取， 其中所述轧制控制包括粗轧控制和精轧控制，所述粗轧控制包括控制粗轧终 止温度在980～1080℃；精轧终止温度控制为780～900℃；加热温度在1200～ 1280℃之间；所述冷却控制为层流冷却，采用水冷、空冷和水冷三段冷却模 式，即精轧后快速进行冷却至670～730℃之间，然后进行空冷，最后再次进 行水冷，使得卷取温度控制在500-600℃之间。在本实施例中，将具有一定温 度铸坯热送至加热炉进行加热，然后控制对其进行轧制，轧制后进行冷却处 理，最后卷取、检验并入库。具体为使得厚度为230mm铸坯的冷却终止温度 在400-600℃之间，使得铸坯在进入加热炉之前维持一定的温度，减少了后续 的加热时间，并且优化了铸坯的组织结构，然后将其放进加热炉进行加热， 加热温度在1200～1280℃之间，总加热时间在180-300分钟，其中均热时间 为20-40分钟之间；然后对加热后的铸坯进行轧制，包括粗轧和精轧，首先 进行粗轧，并使得粗轧后的终止温度在980～1080℃，接着进行精轧，并使得 精轧后的终止温度控制在780～900℃，且精轧的总变形量大于80%。在精轧 后进行冷却控制，在本实施例中，采用层流冷却工艺。即按顺序采用水冷、 空冷和水冷的三段冷却模式，首先在精轧后快速进行冷却，并将经精轧后的 铸坯冷却至670～730℃之间，然后进行5-10S的空冷，空冷过后再进行水冷 和卷取。其中卷取的温度控制在500～600℃之间。其中，热连轧钢板厚度在 2-8mm之间，精轧抛钢速度根据钢板厚度及温度的变化，控制在4～10m/s之 间。

本发明的一种一种汽车用高抗弯性能热成形钢的制造方法，通过KR脱硫 工艺、转炉出钢的过程中加入石灰和萤石及RH法精炼，有效的控制了钢水中 的硫含量，进而提高了汽车用大梁钢的横弯性能；同时通过RH法精炼后充分 钙处理，将MnS转化为CaS，进而进一步的提高了汽车大梁钢的横弯性能； 另外，通过控制粗轧和精轧的终止温度、加热温度、加热时间、轧制速度及 水冷、空冷和水冷三段冷却模式，具体为粗轧控制包括控制粗轧终止温度在 980～1080℃；精轧终止温度控制为780～900℃；加热温度在1200～1280℃ 之间；冷却控制为层流冷却，采用水冷、空冷和水冷三段冷却模式，即精轧 后快速进行冷却至670～730℃之间，然后进行空冷，最后再次进行水冷，使 得卷取温度控制在500-600℃之间进而控制了钢的组织结构，最终实现了汽车 用大梁钢的屈强比达到0.9以下，屈服强度达到700MPa以上。

实施方式三

一种屈服强度700MPa以上汽车大梁用钢，钢坯化学成分按重量百分比记 为碳：0.072%；硅：0.03%；锰：1.50wt%；铌：0.052wt%；钛：0.089wt%； 铬：0.45wt%；磷：0.013wt%；硫：0.0042wt%；铝：0.035wt%；钙：0.0012wt%； [O]:0.0020wt%；[N]:0.0035wt%；其它为铁和不可避免的微量杂质。

（1）通过KR法对铁水进行搅拌，使得硫含量大致脱至16ppm。

（2）通过转炉冶炼采用低硫废钢且转炉出钢过程加入石灰和萤石，使得 出钢钢水的硫含量大致控制在55ppm。

（3）随后通过RH法精炼到站的钢水硫含量大致控制在42ppm。

（4）将厚度为230mm，温度为540℃的铸坯放进加热炉加热，铸坯在加 热炉中加热时间为235分钟，其中均热时间为32分钟，使得其出炉温度大致 为1250℃。

（5）对加热后的铸坯进行轧制，包括粗轧和精轧，其中粗轧的终止温度 控制为980～1020℃之间；精轧终止温度控制为850～890℃之间;精轧总变形 量大于80%。

（6）精轧后进行冷却控制，采用按顺序水冷、空冷、水冷的三段冷却模 式，即精轧后快速进行冷却，冷却的目标温度为670～730℃之间，然后进行 5～10s的空冷，最后进行水冷及卷取，并将卷取的温度控制在550～590℃之间。

（7）热连轧钢板厚度规格范围为8mm，精轧抛钢速度控制在4.0～5.2m/s。

通过上述工艺获得钢板的力学性能R_p0.2为743MPa，抗拉强度R_m为 867MPa，断后延伸率A为18.5%，屈强比为0.86。汽车用大梁钢的性能达到 了屈强比0.9以下屈服强度700MPa以上的标准。

实施方式四

一种屈服强度700MPa以上汽车大梁用钢，钢坯化学成分按重量百分比记 为碳：0.085%；硅：0.08%；锰：1.48wt%；铌：0.055wt%；钛：0.098wt%； 铬：0.55wt%；磷：0.012wt%；硫：0.0036wt%；铝：0.032wt%；钙：0.0018wt%； [O]:0.0018wt%；[N]:0.0030wt%；其它为铁和不可避免的微量杂质。

（1）通过KR法对铁水进行搅拌，使得硫含量大致脱至15ppm。

（2）通过转炉冶炼采用低硫废钢且转炉出钢过程加入石灰和萤石，使得 出钢钢水硫含量大致控制在50ppm。

（3）随后通过RH法精炼到站的钢水硫含量大致控制在36ppm。

（4）将厚度为230mm，温度为480℃铸坯放进加热炉加热，铸坯在加热 炉中总加热时间在220分钟，其中均热时间为35分钟，使得其出炉温度大致 为1245℃。

（5）对加热后的铸坯进行轧制，包括粗轧和精轧，其中粗轧终止温度控 制为980～1020℃之间；精轧终止温度控制为850～890℃之间;精轧总变形量 大于80%。

（6）精轧后进行冷却控制，采用按顺序水冷、空冷、水冷的三段冷却模 式，即精轧后快速进行冷却，冷却的目标温度为670～730℃之间，然后进行 5～10s的空冷，最后进行水冷及卷取，卷取的温度控制在550～590℃之间。

（7）热连轧钢板厚度规格范围为6mm，精轧抛钢速度控制在4.5～5.8m/s。

通过上述工艺获得钢板的力学性能R_p0.2为727MPa，抗拉强度R_m为 878MPa，断后延伸率A为17.5%，屈强比为0.83。汽车用大梁钢的性能达到 了屈强比0.9以下屈服强度700MPa以上的标准。

实施方式五

一种屈服强度700MPa以上汽车大梁用钢，钢坯化学成分按重量百分比记 为碳：0.095%；硅：0.12%；锰：1.88wt%；铌：0.045wt%；钛：0.11wt%；钼： 0.15wt%；磷：0.012wt%；硫：0.0030wt%；铝：0.037wt%；钙：0.0016wt%； [O]:0.0022wt%；[N]:0.0028wt%；其它为铁和不可避免的微量杂质。

（1）通过KR法对铁水进行搅拌，使得硫含量大致脱至14ppm。

（2）通过转炉冶炼采用低硫废钢且转炉出钢过程加入石灰和萤石，使得 出钢钢水硫含量大致控制在46ppm。

（3）随后通过RH法精炼到站钢水硫含量大致控制在30ppm。

（4）将厚度为230mm，温度为580℃铸坯放进加热炉加热，铸坯总加热 时间在225分钟，其中加热炉中均热时间为30分钟，控制出炉温度为1264℃。

（5）对加热后的铸坯进行轧制，包括粗轧和精轧，其中粗轧终止温度控 制为1000～1040℃之间；精轧终止温度控制为860～900℃之间;精轧总变形量 大于80%。

（6）精轧后进行冷却控制，采用按顺序水冷、空冷、水冷的三段冷却模 式，即精轧后快速进行冷却，冷却的目标温度为680～720℃之间，然后进行 5～10s的空冷，最后进行水冷及卷取，卷取温度控制在560～600℃之间。

（7）热连轧钢板厚度规格范围为2.5mm，精轧抛钢速度控制在7.2～8.5m/s。

通过上述工艺获得钢板的力学性能R_p0.2为756MPa，抗拉强度R_m为 886MPa，断后延伸率A为19.5%，屈强比为0.85。汽车用大梁钢的性能达到 了屈强比0.9以下屈服强度700MPa以上的标准。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而 非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应 当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明 技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。