一种1000MPa级热轧汽车大梁钢及其制造方法

摘要

本发明公开了一种1000MPa级热轧汽车大梁钢及其生产方法，其原料化学成分质量百分比(％)为：C 0.10～0.20％，Si≤0.10％，Mn 1.5～1.7％，S≤0.005％，P≤0.015％，Nb 0.045～0.055％，Ti 0.08～0.10％，N≤40ppm，Als 0.025～0.060％，H≤0.002％，其余为Fe。本发明所述方法生产的热轧钢板的屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥10％，在宽冷弯180°，冷弯弯心D＝4t(厚度)条件下，冷弯处无裂纹，具有良好的冷弯效果。该方法采用的工艺流程简单，不需要增加任何设备，具有可大批量生产、经济易行、性能稳定的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种热轧汽车大梁钢及其制造方法，尤其涉及一种具有优良冷弯性能的1000MPa级热轧大梁钢及其制造方法，属于热轧汽车大梁钢制造领域。

背景技术

热轧汽车大梁钢在我国商用车上用量大，广泛应用于各商用车企业，但应用强度级别相对较低，抗拉强度在510～700MPa。随着“新国标1589”的实施，国内重型商用汽车厂正积极推进材料的更新换代，实现重型商用车的轻量化。汽车大梁钢的高强化是实现汽车轻量化的重要技术路径，也是未来发展趋势。

汽车大梁钢主要通过模具冲压或者辊压成型，对于抗拉强度在600MPa级的大梁钢可采用冲压成型，抗拉强度在700MPa级的大梁钢采用辊压成型，更高强度级别的大梁钢冷弯性能差，一般采用焊接成型，无任何形变。对于具有良好冷弯性能的1000MPa级的热轧汽车大梁钢尚未见相关报道。因此，为了满足商用车轻量化的迫切需求，如何开发出具有优良冷弯性能的新型商用车用超高强大梁钢成为了钢铁行业一项全新课题。

对于目前可查找到与高强度钢有关的相近的专利有以下：

美国“热轧高强度结构钢”专利US5704998(公开日：1998.01.06)“热轧高抗拉强度钢”US95532534(公开日：1995.09.22)属热轧高强度结构钢板，屈服强度630MPa，抗拉强度840MPa。埃克森美孚的“具有优异低温韧性的超高强度奥氏体时效钢”的中国专利ZL98812446.7中，其需要在奥氏体未再结晶区控轧，热轧后冷却至Ms～Ms+100℃，不采用回火，抗拉强度等级为830MPa，其常温组织为2～10％奥氏体薄膜层以及约90～98％的以细粒马氏体和细晶粒下贝氏体为主的板条的显微层状组织。专利JP10053814A的日本“高强度具有优异焊接性能热轧钢材和热棒材”，焊接性能好。贝氏体+珠光体占10～95％，其它还有铁素体、马氏体和残奥，屈服强度800MPa；成分0.05～0.22％C，0.5～2.0％Si，0.5～2.0％Mn；可加一下一种或几种元素：≤1.5％Cr，≤1.0％Mo，≤0.5％Ti，≤0.5％V，≤0.01％B，≤0.1％Nb。专利CN102181619A为“一种非调整1000MPa级低碳贝氏体型高强度钢板的制造方法”，通过添加Mo、B等化学元素，采用KR铁水预处理、钢包炉精炼、LF、RH、板坯切割、精整、双机架轧制、预矫直、控冷等工序，最终得到此钢板。专利CN101560629A为“一种屈服强度高于800MPa的热轧带钢及其制备方法”化学成分为：0.08～0.14％C，0.01～0.20％Si，1.70～2.20％Mn，0.04～0.07％Nb，0.00～0.07％V，0.08～0.18％Ti，P＜0.01％，S＜0.01％，其余为Fe，按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，加热后进行粗轧，获得中间坯，然后进行精轧，精轧后带钢厚度为2～14mm，冷却后卷取，获得成品热轧带钢。

由以上对比专利可知，这些专利存在以下不足：(1)加入了一定含量的昂贵合金元素，如Ni、Cr、Mo等，钢材成本高。(2)工序复杂，一般都需要经过轧制+热处理工序，流程长。(3)钢板强度级别相对较低，如：美国专利US5704998、US95532534属热轧高强度结构钢板，屈服强度630MPa，抗拉强度840MPa，专利CN101560629A为“一种屈服强度高于800MPa的热轧带钢及其制备方法，屈服强度820MPa，抗拉强度920MPa。

发明内容

本发明旨在提供一种具有优良冷弯性能的1000MPa级热轧汽车大梁钢的制造方法，主要解决上述现有技术中存在的不足。通过合理廉价的合金成分设计和严格控制轧制，采用超快冷技术，使4.0～10mm热轧钢板的屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥10％，在宽冷弯180°，冷弯弯心D＝4t(厚度)条件下，冷弯处无裂纹，具有良好的冷弯效果。该方法采用的工艺流程简单，不需要增加任何设备，具有可大批量生产、经济易行、性能稳定的优点。

本发明一方面涉及一种1000MPa级热轧汽车大梁钢，其原料化学成分质量百分比(％)为：C0.10～0.20％，Si≤0.10％，Mn1.5～1.7％，S≤0.005％，P≤0.015％，Nb0.045～0.055％，Ti0.08～0.10％，N≤40ppm，Als0.025～0.060％，H≤0.002％，其余为Fe。

本发明还涉及一种上述1000MPa级热轧汽车大梁钢的生产方法，其包括：

1)按上述成分及重量百分比混合均匀形成钢水，冶炼时采用深脱硫预处理-转炉炼钢-LF-RH工艺；

2)进行钙处理改渣性，出钢温度为1570～1590℃；

3)连铸拉坯，速度为0.8～1.2m/min、铸坯厚度为200～250mm；

4)板坯入保温坑缓冷到300～400℃；

5)板坯加热，在加热过程的总在炉时间控制在130min～160min；

6)粗轧阶段，保证除鳞道次≥5，不使用保温罩，粗轧出口温度为1040～1080℃；

7)精轧阶段控制精轧轧制速度到3m/s～5m/s，终轧温度830～870℃，在层流冷却过程采用超快冷工艺，冷却速率控制在30～45℃/s，中间温度CS控制在600～650℃，卷取温度200～300℃；

8)进行精整及后工序。

本发明详细说明

本发明提供了一种1000MPa级热轧汽车大梁钢，其原料化学成分质量百分比(％)为：C0.10～0.20％，Si≤0.10％，Mn1.5～1.7％，S≤0.005％，P≤0.015％，Nb0.045～0.055％，Ti0.08～0.10％，N≤40ppm，Als0.025～0.060％，H≤0.002％，其余为Fe。

以下是本发明所涉及的主要组分的作用及其限定说明：

碳：碳含量的高低很大程度地决定了钢板的强度级别，同时，碳又是决定碳当量大小的最主要的元素，而碳当量是影响钢的强度和焊接性等的重要指标。因此碳元素含量限定在0.1～0.2％。

锰：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，能够通过固溶强化及相变强化来有效的提高钢材的性能，但同时过高的锰还易于偏析，降低钢材的焊接性能，本发明将Mn元素含量控制在1.5～1.7％。

硅：硅元素有很强的固溶强化作用，但是在高温条件下先被氧化成SiO₂，然后SiO₂与氧化层中的FeO反应形成铁橄榄石相(Fe₂SiO₄)，易富集在氧化铁皮与基体的结合面处，一旦在氧化铁皮与基体之间形成连续的Fe₂SiO₄层，对氧化铁皮起“钉扎”作用，在轧制过程中造成氧化铁皮缺陷，恶化热轧钢板的表面质量，增大氧化铁皮与基体界面的粗糙度，所以，本发明对Si元素含量严格限制，将其含量限定在<0.10％范围之内。

磷和硫：磷和硫都是钢中的有害元素。其中，硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，往往成为冲压开裂时的应力集中源；磷有严重的偏析倾向，使钢的塑性和韧性下降，成形性能恶化，需严格控制其含量，本发明中P含量≤0.015％，S含量≤0.005％。

铌和钛：铌和钛是强碳和氮的化合物形成元素，能够有效的细化晶粒，改善材料的焊接性能。通过热轧工艺控制，控制碳化铌和碳化钛的析出来提高材料的强度和韧性，本发明要求Nb含量控制在0.045％-0.055％，Ti含量控制在0.08％-0.1％。

氢：由于超高强钢易发生氢脆，对钢中的氢含量需严格控制，本发明中H的含量≤0.002％。

铝：本发明主要是通过铝来脱氧，将Als含量控制在0.025～0.06％。

氮：氮在本发明中用于保证添加的Nb与Ti合金的析出强化和细晶作用，同时提高钢板的焊接性能，需严格控制钢中N含量，本发明中N含量N≤40ppm。

本发明所述1000MPa级热轧汽车大梁钢的显微组织是马氏体+少量铁素体，其中马氏体含量≥80％，其余为铁素体。

本发明还提供了一种1000MPa级热轧汽车大梁钢的生产方法，其包括：

1)按上述成分及重量百分比混合均匀形成钢水，冶炼时采用深脱硫预处理-转炉炼钢-LF-RH工艺；

2)进行钙处理改渣性，出钢温度为1570～1590℃；

3)连铸拉坯，速度为0.8～1.2m/min、铸坯厚度为200～250mm；

4)板坯入保温坑缓冷到300～400℃；

5)板坯加热，在加热过程的总在炉时间控制在130min～160min；

6)粗轧阶段，保证除鳞道次≥5，不使用保温罩，粗轧出口温度为1040～1080℃；

7)精轧阶段控制精轧轧制速度到3m/s～5m/s，终轧温度830～870℃，在层流冷却过程采用超快冷工艺，冷却速率控制在30～45℃/s，中间温度CS控制在600～650℃，卷取温度200～300℃；

8)进行精整及后工序。

根据本发明所述热轧汽车大梁钢的生产方法，其中步骤1)中所述脱硫预处理要求S≤0.005％，所述转炉炼钢水要求铁水中C≥0.03％，出钢温度在1660～1690℃；在LF炉中脱氧、造渣，离站温度≥1620℃；所述钢水进入RH炉中，进行脱碳、脱氧、添加Nb-Ti合金，合金添加完后，循环≥8min再进行破空，吹氩≥5min。

根据本发明所述热轧汽车大梁钢的生产方法，其中步骤2)中控制N≤40ppm、控制Als在0.025～0.050％，出钢温度为1570～1590℃。

根据本发明所述热轧汽车大梁钢的生产方法，其中步骤3)中所述铸坯在二冷水段采用边部弱冷制度，控制冷却水量保证减少铸坯边部裂纹。

根据本发明所述热轧汽车大梁钢的生产方法，其中步骤4)中所述板坯入坑缓冷至300～400℃，避免产生裂纹。

根据本发明所述热轧汽车大梁钢的生产方法，其中步骤5)中炉内保持微正压10～12Pa，防止吸入冷风，预热段空燃比保持在1.0～1.1，预热时间60～70min，加热段空燃比保持在0.9～1.0，加热时间为40～60min；均热段温度空燃比保持在1.0～1.1，温度控制在1250～1300℃，均热时间为30～50min，以此发挥Nb、Ti的析出强化作用。

根据本发明所述热轧汽车大梁钢的生产方法，其中步骤7)中采用润滑工艺轧制，优化热轧油喷射时序与流量，充分发挥热轧油的效果，所述精轧轧制速度到3m/s～5m/s，各道次的压下率分配依次为：30～40％、30～40％、30～35％、20～25％、15～20％、10～15％、5～10％。

根据本发明所述热轧汽车大梁钢的生产方法，其中步骤7)所述超快冷工艺中，集管全部开启，上下集管的水量比设定为(0.50：0.50)～(0.80：0.80)，上下集管的水量比是指上集管总水量百分数与下集管总水量百分数的比，本发明中上下集管的总水量为13932m³/h。

根据本发明所述热轧汽车大梁钢的生产方法，其中步骤7)所述卷取用边部遮挡技术减少热轧带钢在冷却过程的边部温降，卷取温度为200～300℃，在一小时内将钢卷吊到库中，集中堆放，减缓钢卷降温速度，使钢卷实现自回火，降低钢中的内应力，改善钢卷板型。

本发明提供的1000MPa级热轧汽车大梁钢及其生产方法，其原料化学成分质量百分比(％)为：C0.10～0.20％，Si≤0.10％，Mn1.5～1.7％，S≤0.005％，P≤0.015％，Nb0.045～0.055％，Ti 0.08～0.10％，N≤40ppm，Als0.025～0.060％，H≤0.002％，其余为Fe。其中，碳含量的高低很大程度地决定了最终钢板产品的强度级别，Si含量的高低影响带钢表面质量，Mn含量的高低影响钢中的偏析，氢含量易引起超高强钢发生氢脆，N含量对钢的强度有一定的影响，因此，需严格控制以上钢中的关键元素的化学成分，保证材料的综合优良性能。

与现有技术相比，本发明所述1000MPa级热轧汽车大梁钢具有以下优点：

1)本发明结合热轧2250产线超快冷系统，采用经济成分体系，以水代金，不采用Mo、Cr、Ni等昂贵金属，大幅降低生产成本，整个热轧工序控制简单可行，轧制效率高，提高产品的竞争力。

2)本发明仅采用热轧工艺生产4～10mm的抗拉强度1000MPa级汽车大梁钢，产品屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥10％，组织为马氏体+少量铁素体，在宽冷弯180°，冷弯弯心D＝4a(厚度)条件下，冷弯处无裂纹，材料具有良好的冷弯性能，产品的实物性能满足重型卡车轻量化的需求。

附图说明

图1为本发明实施例4的金相组织(500X)照片。

图2为本发明所述热轧汽车大梁钢在B＝35，D＝4t，冷弯180°时的冷弯弯角侧面照片。

图3为本发明所述热轧汽车大梁钢在B＝35，D＝4t，冷弯180°时的冷弯弯角处照片。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

以下是本发明生产1000MPa级热轧汽车大梁钢的实例说明：

钢水通过冶炼后连铸获得板坯，钢水化学成分如表1所示。将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧、层流冷却，卷取成卷，在一小时内将钢卷吊到库中，集中堆放，减缓钢卷降温速度，使钢卷实现自回火，降低钢中的内应力，改善钢卷板型，进行精整及后工序，具体工艺参数见表2。本发明实施例1-8生产的热轧汽车大梁钢均未见明显开裂，其成品力学性能如表3所示。

表1各实施例中钢水的化学成分，Wt％

序号CSiMnPSNbTiAlsN实施例10.100.0461.550.0060.0010.0480.0800.0480.0035实施例20.120.0331.580.0070.0020.0500.0850.0490.0034实施例30.140.0571.600.0050.0020.0520.0870.0570.0038实施例40.150.0691.590.0070.0010.0510.0900.0510.0040实施例50.160.0481.620.0060.0020.0540.0890.0490.0037实施例60.180.0351.670.0070.0020.0490.0950.0430.0036实施例70.190.0521.650.0070.0020.0470.0930.0470.0034实施例80.200.0871.680.0060.0020.0530.0940.0520.0039

表2.各实施例中主要轧制工艺参数

表3.本发明各实施例力学性能检测结果

本发明结合热轧2250产线超快冷系统，采用经济成分体系，以水代金，不采用Mo、Cr、Ni等昂贵金属，大幅降低生产成本，整个热轧工序控制简单可行，轧制效率高，提高产品的竞争力。

本发明仅采用热轧工艺生产4～10mm的抗拉强度1000MPa级汽车大梁钢，产品屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥10％，组织为马氏体+少量铁素体，其中马氏体含量≥80％，参见图1所示；在宽冷弯180°，冷弯弯心D＝4a(厚度)条件下，冷弯处无裂纹，材料具有良好的冷弯性能，参见图2和图3所示，产品的实物性能满足重型卡车轻量化的需求。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。