一种610L汽车大梁用钢及其CSP制备方法

摘要

一种610L汽车大梁用钢，其化学成分重量百分比为[C]：0.040～0.100Wt%，[Si]：0.25～0.40Wt%，[Mn]：1.45～1.60Wt%，[P]：≤0.018Wt%，[S]：≤0.008Wt%，[Nb]：0.030～0.052Wt%，[V]：0.080～0.120Wt%，[Als]：0.015～0.035Wt%，[Ca]：0.0015～0.0040Wt%，其余为铁和不可避免的微量元素。其生产工艺路线为：高炉铁水→铁水脱硫预处理→120吨复吹转炉冶炼→LF精炼→2流立弯形CSP薄板坯连铸→辊底式隧道炉均热→TMCP六机架热连轧→层流冷却→卷取→检验入库。本发明采用低碳、高锰、(Nb、V)复合微合金钢的设计思路，获得化学成分和机械性能稳定，具有高的强度、宽冷弯性能、良好的塑性和韧性等，满足汽车大梁用钢要求。

说明书

技术领域

本发明涉及CSP连铸连轧金属板带技术，具体地说，涉及一种汽车纵梁、横梁、保险杠等高强度结构件用钢的材料及其采用CSP工艺的制备方法。

背景技术

伴随我国汽车产量的逐年增加，汽车大梁用热轧钢带(板)的市场需求量也在日益上升，具有巨大的市场开发潜力。汽车大梁用钢主要用于制造汽车纵梁、横梁、保险杠等结构件，需要承受一定的载荷，要求钢板在具有较高强度的同时，还要有很好的冷冲压成型性能、焊接性能和耐疲劳性能等。

公开号CN101748329A 的专利公开了一种610MPa汽车大梁用钢，采用低碳高锰Nb、V、Ti 复合微合金化成分设计和2250mm热轧生产线，其微合金总量为0.09～0.103Wt%，加热温度为1200～1250℃，终轧温度为820～880℃，卷取温度为530～580℃，其屈服强度达510～560MPa，抗拉强度达620～640MPa，具有优良的冷成型性能及较高的疲劳强度。

公开号CN1974823A的专利公开了一种汽车大梁用钢的CSP生产工艺，采用中碳高锰Ti 微合金化成分设计，其微合金总量在0.01～0.03Wt%，加热温度为1100～1150℃，终轧温度为800～820℃，卷取温度为600～620℃，其屈服强度达405～415MPa，抗拉强度达540～560MPa。

公开号CN101348843A的专利公开了一种生产汽车大梁用热轧钢带的方法，采用Nb、V、Ti 或Nb、Ti 复合微合金化成分设计和CSP生产工艺，其微合金总量在0.15～0.20Wt%，七机架热连轧机组轧制，均热温度为≥1150℃，终轧温度为860～880℃，卷取温度为600～620℃，生产510L、590L和610L的汽车大梁用钢。 

随着汽车业的发展，汽车在保证安全性的条件下，追求自身轻、油耗小、高质量，因此汽车制造厂家对汽车大梁钢的要求级别不断提高，抗拉强度590Mpa、610Mpa级等高强度钢板在汽车结构件中应用越来越多。但目前国内510～610MPa的汽车大梁用钢，多采用Nb、V、Ti 复合或Nb、Ti复合微合金化成分设计，而采用Nb、V复合微合金化设计和CSP连铸连轧工艺进行生产，并且钢板晶粒度达12级的尚无报道。

发明内容

本发明提供一种610L汽车大梁用钢及其CSP制备方法，得到一种屈服强度≥565MPa，抗拉强度≥635 MPa，晶粒度11～12级的610L汽车大梁用钢。

为此，采用如下技术方案：一种610L汽车大梁用钢，其化学成分重量百分比为[C]：0.040～0.100Wt%，[Si]：0.25～0.40Wt%，[Mn]：1.45～1.60Wt%，[P]：≤0.018Wt%，[S]：≤0.008Wt%，[Nb]：0.030～0.052Wt% ，[V] ：0.080～0.120Wt%，[Als] ：0.015～0.035Wt%，[Ca]：0.0015～0.0040Wt% ，其余为铁和不可避免的微量元素。

一种610L汽车大梁用钢的CSP制备方法，其工艺路线为：高炉铁水→铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF精炼→CSP薄板坯连铸→辊底式隧道炉均热→热轧制→层流冷却→卷取→检验入库；其特征在于：

所述转炉冶炼中：转炉铁水S≤0.035Wt%；冶炼过程采用全程底吹氩气，底吹供气强度大于0.02～0.05m³/（t*min）；终点钢水溶解[O]控制在600～850ppm；脱氧合金化用Al Fe脱氧，用SiMnFe、SiFe、LCMnFe配Si、Mn；

所述LF炉精炼中：钢水在LF炉进行铝脱氧， Nb、V微合金化和钙处理工艺，喂线速度为3～3.5m/s，钙处理后弱吹时间8min；

所述CSP薄板坯连铸中：采用2流立弯形CSP薄板坯连铸工艺，浇铸工艺要求钢包保护浇注和钢包下渣检测控制，连浇中包温度为1540～1560℃，铸坯拉速≥3.7 m/min，摆剪前铸坯温度880~920℃；

所述辊底式隧道炉均热中：控制出炉温度1200～1170℃，铸坯加热温度最佳为1150～1165℃，保证铸坯在炉内保温时间，使微合金元素固溶并控制奥氏体晶粒度；

所述热轧制中：采用TMCP六机架热轧工艺，控制出炉温度1200～1170℃，铸坯加热温度最佳为1150～1165℃，保证铸坯在炉内保温时间，使微合金元素固溶并控制奥氏体晶粒度；采用TMCP六机架轧制工艺，重点控制前三道次压下量，保证轧制大压下量形成变形带，增加形核位置，细化晶粒；成品厚度≥7.0mm时，F1和F2轧机压下率分别控制在45Wt%和40Wt%以上，F3转换至服务模式，无负荷，其它厚度压下率采用PSC模型设定值；轧制过程中至少保证1次高压水粗除鳞，粗除鳞入口压力200～240bar，出口压力300～360bar，冷却速度小于25℃/s，终轧温度840～920℃，卷取温度570～640℃，卷取温度最佳为590～610℃。

本发明中化学成分的作用及其对材料性能的影响：

C：C是钢中重要的固溶强化元素，是钢中对强度贡献最大的元素，增加C含量可以明显提高钢的强度，但C含量过高对控制钢的塑性、韧性和成型性不利，降低C含量可以提高塑性，增加钢材的韧性。因此，为保证汽车大梁钢的强度和成型性，本发明专利C含量控制在0.040～0.100Wt%。

Mn：Mn在钢中部分与铁互溶，形成固溶体（铁素体或奥氏体），部分与铁、碳化合形成渗碳体，能够强化铁素体和细化珠光体，提高钢的强度；适量的Mn可降低γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物，提高强韧性；同时，由于锰和硫具有较大的亲和力，能使钢中的硫形成熔点比FeS高的MnS，避免FeS在晶界析出，降低热脆性，提高热加工性能。本发明专利Mn含量控制在1.50～1.60Wt%。

Si：Si 在钢中具有一定的固溶强化作用，利于提高钢的强度，不利于韧性的控制；但Si 含量过高，由于其较强的扩散能力，在1173℃以上与表面氧化铁皮形成Fe₂SiO₄尖晶石相，该相在除磷过程中不易除去，表面易形成氧化物压入的微裂纹。不利钢板表面质量的控制，为得到高强度、良好的成型性能及较好的表面质量的钢板，本发明专利Si含量控制在0.25～0.45Wt%。

Nb是强烈的碳、氮化物的形成元素，Nb在钢中以置换溶质原子存在，Nb原子比Fe 原子尺寸大，易在位错线上偏聚，对位错攀移产生强烈的拖曳作用，使再结晶形核受到抑制，因而能够在析出之前显著的延迟或阻止热轧过程中的奥氏体再结晶，Nb的这种作用高于Ti和V，Nb在钢中的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和析出强化作用对提高材料的强韧性贡献是极为显著。一般钢中Nb的加入量在0.05Wt%以下，Nb含量大于0.05Wt%时，对强韧化的贡献将不再明显。

V在钢中具有较高的溶解度，是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一，钢中V的加入量一般在0.04～0.12Wt%之间。V的作用是通过形成V(C，N)影响钢的组织和性能，主要在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，在轧制过程中能抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大,从而起到细化铁素体晶粒、提高钢的强度和韧性。

综合考虑二个元素的强化特点，本发明专利汽车大梁钢采用铌、钒微合金设计：Nb含量为0.020～0.060Wt%，V含量为0.080～0.120Wt%。

P、S：对于绝大多数钢来说，S、P都是有害元素，S主要影响钢的塑性，P主要影响钢的冲击韧性和韧-脆转变温度，另外，钢中硫化物夹杂对钢材不同方向的性能也会产生重要影响。根据日本学者小泽幸正的研究，热轧低合金厚板S应控制在0.010～0.015Wt%之间，现代钢铁材料的发展趋势是尽量降低钢中的硫含量及控制硫化物夹杂，本发明中S控制在0.008Wt%以下，P控制在0.018Wt%以下。

Ca ：能改变钢中硫化物的形态，提高钢板的塑性和韧性，本发明专利Ca 含量为0.0015～0.0040Wt%。

Als：钢中的脱氧元素，可减少钢中氧化物夹杂，纯净钢质，提高钢板的成型性能和疲劳强度，本发明专利Als含量为0.015～0.035Wt% 。

本发明的有益效果：

1、本发明采用低碳、高锰、(Nb、V)复合微合金钢的设计思路，通过控制合理的合金成分设计、CSP生产工艺和TMCP六机架轧制工艺，获得化学成分和机械性能稳定，具有高的强度、宽冷弯性能、良好的塑性和韧性等，满足汽车大梁用钢要求。

2、本发明采用Nb、V复合微合金控制强度，通过Nb、V合金元素的细晶强化作用及沉淀强化控制晶粒尺寸，并通过再结晶控轧技术进一步细化组织，晶粒度达11--12级。

3、本发明的采用BOF→LF→CSP→TMCP工艺进行生产，性能波动范围小，设计性能命中率高。

具体实施方式

下述实施例采用CSP薄板坯连铸连轧工艺流程，利用Nb、V复合微合金化技术进行610L高强度汽车大梁钢的生产，其工艺流程为：高炉铁水→铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF精炼→CSP薄板坯连铸→辊底式隧道炉均热→热轧制→层流冷却→卷取→检验入库；其中：

所述转炉冶炼中：采用120吨BOF复吹转炉，入转炉铁水S≤0.035Wt%；冶炼过程采用全程底吹氩气，底吹供气强度大于0.02～0.05m³/（t*min）；终点钢水溶解[O]控制在600～850ppm；脱氧合金化用Al Fe脱氧，用SiMnFe、SiFe、LCMnFe配Si、Mn；出钢过程中保证全程吹氩，吹开液面300～500mm，炉后吹氩≥5min。

所述LF炉精炼中：钢水经转炉冶炼后，在LF炉进行铝脱氧、 (Nb、V)微合金化和钙处理工艺，喂线速度为3～3.5m/s，钙处理后弱吹时间8min，确保钢中MnS、Al₂O₃等非金属夹杂物变性和球化率，使夹杂物充分上浮，改善钢水洁净度和质量。

所述CSP薄板坯连铸中：采用2流立弯形CSP薄板坯连铸工艺，经转炉冶炼、LF炉精炼处理后的钢水采用CSP工艺生产，浇铸工艺要求钢包保护浇注和钢包下渣检测控制，使用汽车大梁钢专用保护渣，中包液面控制＞800mm，连浇中包温度控制在1540～1560℃，铸坯拉速≥3.7 m/min，摆剪前铸坯温度880~920℃，冷却曲线选用PLC2#曲线或DSC6#曲线。

所述辊底式隧道炉均热中：控制出炉温度1200～1170℃，铸坯加热温度最佳为1150～1165℃，保证铸坯在炉内保温时间，使微合金元素固溶并控制奥氏体晶粒度；

所述热连轧中：采用TMCP六机架热连轧工艺，重点控制前三道次压下量，保证轧制大压下量形成变形带，增加形核位置，细化晶粒；成品厚度≥7.0mm时，F1和F2轧机压下率分别控制在45Wt%和40Wt%以上，F3转换至服务模式，无负荷，其它厚度压下率采用PSC模型设定值；轧制过程中至少保证1次高压水粗除鳞，粗除鳞入口压力200～240bar，出口压力300～360bar，冷却速度小于25℃/s，终轧温度840～920℃，卷取温度570～640℃，卷取温度最佳为590～610℃。

实施例1

工艺为：高炉铁水→铁水脱硫预处理→120吨复吹转炉冶炼→LF精炼→2流立弯形CSP薄板坯连铸→辊底式隧道炉均热→TMCP六机架连轧→层流冷却→卷取→检验入库。

转炉终点成分：[C]：0.034Wt%，[Mn]：0.091Wt%，[P]：0.007Wt%，[S]：0.029Wt%，[O]0.0603Wt%。

成品成分：[C]：0.048Wt%，[Si]：0.348 Wt%，[Mn]：1.54Wt%，[P]：0.0076Wt%，[S]：0.0032Wt%，[ Nb]：0.0504Wt% ，[V] ：0.0872Wt%，[Alt] ：0.0260Wt% ，[Als] ：0.0252Wt% ，[Ca]：0.0022Wt%，其余为铁和不可避免的微量元素。

CSP薄板坯连铸：中包温度1550～1563℃，铸坯拉速3.9 m/min，剪切温度890～910℃

轧钢工艺：成品规格8.0*1500 mm，出炉温度1147℃，终轧温度873℃，卷取温度622℃，加热时间40.6min，冷却速度23.6℃/s，F1压下率53.4%，F2压下率44.4%，延伸率25.1%。卷板性能见下表。

 

性能R_el，MpaR_m，Mpa A%冷弯，d>晶粒度带状组织指标59867024.3完好111.5

 [0030] 实施例2

工艺为：高炉铁水→铁水脱硫预处理→120吨复吹转炉冶炼→LF精炼→2流立弯形CSP薄板坯连铸→辊底式隧道炉均热→TMCP六机架连轧→层流冷却→卷取→检验入库。

转炉终点成分：[C]：0.036Wt%，[Mn]：0.100Wt%，[P]：0.007Wt%，[S]：0.034Wt%，[O]0.0775Wt%。

成品成分：[C]：0.051Wt%，[Si]：0.293 Wt%，[Mn]：1.59Wt%，[P]：0.0085Wt%，[S]：0.0037Wt%，[ Nb]：0.0375Wt% ，[V] ：0.0918Wt%，[Alt] ：0.0264Wt% ，[Als] ：0.0255Wt% ，[Ca]：0.0024Wt% ，其余为铁和不可避免的微量元素。

CSP薄板坯连铸：中包温度1552～1564℃，铸坯拉速3.7～3.85 m/min，剪切温度880～890℃。

轧钢工艺：成品规格7.0*1500 mm，出炉温度1162℃，终轧温度865℃，卷取温度609℃，加热时间42.5min，冷却速度21.5℃/s，F1压下率52.6%，F2压下率44.6%，延伸率26.3%。卷板性能见下表。

性能Rel，MpaRm，MpaA%冷弯，d>晶粒度带状组织指标56563527.2完好121.5

实施例3

工艺为：高炉铁水→铁水脱硫预处理→120吨复吹转炉冶炼→LF精炼→2流立弯形CSP薄板坯连铸→辊底式隧道炉均热→TMCP六机架连轧→层流冷却→卷取→检验入库。

转炉终点成分：[C]：0.035Wt%，[Mn]：0.095Wt%，[P]：0.007Wt%，[S]：0.032Wt%，[O]0.0725Wt%。

成品成分：[C]：0.052Wt%，[Si]：0.301 Wt%，[Mn]：1.51Wt%，[P]：0.0089Wt%，[S]：0.0044Wt%，[ Nb]：0.0358Wt% ，[V] ：0.1004Wt%，[Alt] ：0.0269Wt% ，[Als] ：0.0242Wt% ，[Ca]：0.0026Wt% ，其余为铁和不可避免的微量元素。

CSP薄板坯连铸：中包温度1550～1562℃，铸坯拉速3.85～3.9 m/min，剪切温度890～900℃。

轧钢工艺：成品规格7.0*1500 mm，出炉温度1160℃，终轧温度867℃，卷取温度612℃，加热时间42.0min，冷却速度23.8℃/s，F1压下率51.5%，F2压下率45.5%，延伸率26.5%。卷板性能见下表。

 

性能Rel，MpaRm，MpaA%冷弯，d = a晶粒度带状组织指标58065026.5完好121.0

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