一种提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷性能稳定性的方法

摘要

本发明提供了一种提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷性能稳定性的方法，该方法中所述铌钛复合强化700MPa大梁钢包括以下重量百分比的组分：C：0.06~0.09%，Mn：1.50~1.85%，Si：0.05~0.20%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，Nb：0.025~0.060%，Ti：0.070~0.110%，Mo：≤0.20%，N：0.0040‑0.0085%，AlS：0.025~0.055%，其余量为Fe和不可避免杂质。该方法从冶炼关键成分控制、轧制关键温度控制、轧后加密型层流冷却模式及钢卷入库箱式堆垛缓冷冷却方式的多工序系统联动控制700MPa大梁钢性能稳定性。该方法不仅可以提高产品的性能初验合格率，减少次品和协议材的量，降低生产成本，而且可以极大地降低了开平翘曲，折弯、辊压的回弹角度超差、冲孔模具间隙频繁调整和使用寿命大大降低、工字梁结构强度不稳定、热切割变形程度不一致等系列问题。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁材料技术领域，尤其涉及提高700MPa级大梁钢整卷性能稳定性的方法。

背景技术

随着社会和经济的发展，低碳、节能、环保成为了钢铁行业和交通运输行业的发展新方向，汽车制造行业随着汽车轻量化的推进，汽车大梁钢使用材料的革新及强度升级已经取得重大的应用成果。2016年交通部下发的GB 1589-2016中对汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值做出来了严格的规定，同时各地治超部门加强了检查，加重了惩罚，这就迫使车厂在材料上追求强度更高、厚度更薄。

700MPa级汽车大梁用钢主要用于替代原来强度级别较低的Q345B、510L、550L、600L等材料制造汽车纵梁、横梁、保险杠等结构件，可以实现这些零部件的减重轻量化。但汽车大梁是整车的关键性零部件，需要承受较重的载荷，而且汽车在行驶过程中要受到各种冲击、扭转等复杂应力作用，因此汽车大梁工作条件要求相当苛刻，不仅要求具有较高的强度，还需要有良好的冷成型性能、可焊性和耐疲劳性能等。汽车大梁在用户的使用过程中，必须满足剪切、辊压、热切割、冲压、冲孔、折弯、焊接等多种加工要求。

目前，市场上700MPa级的大梁钢基本都是采用铌和钛微复合微合金强化方式生产，但由于700MPa级钢种生产时受冶炼成分、钢水纯净度、轧制温度和变形工艺等多种因素影响，势必造成了组织和性能的差异，特别是整卷和异卷的性能差异性能波动较大可以达到120MPa，这就造成了用户在后续加工中有较大影响，例如开平翘曲，折弯、辊压的回弹角度超差，冲孔模具间隙频繁调整和使用寿命大大降低、工字梁结构强度不稳定、热切割变形程度不一致等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷性能稳定性的方法，该方法从冶炼关键成分控制、轧制关键温度控制、轧后加密型层流冷却模式及钢卷入库箱式堆垛缓冷冷却方式的多工序系统联动控制700MPa大梁钢性能稳定性。提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷机械性能稳定性的方法，不仅可以提高产品的性能初验合格率，减少次品和协议材的量，降低生产成本，而且可以实现降低不同批次、同一卷长度方向不同位置的检验性能的波动分别在70MPa和50MPa以内，极大地降低了开平翘曲，折弯、辊压的回弹角度超差、冲孔模具间隙频繁调整和使用寿命大大降低、工字梁结构强度不稳定、热切割变形程度不一致等系列问题。

本发明还提供了提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷性能稳定性的方法中的关键环节控制方向及超出范围后的处置方案，极大降低了用户后续使用不稳定的风险，提高了劳动效率和专用汽车的使用寿命。

本发明提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷性能稳定性的方法，根据结构决定性能原理，通过稳定钢材的成分，改变部分轧钢工艺和冷却工艺，达到改善钢材的内部组织结构，进而得到性能趋于一致的钢材。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷性能稳定性的方法，该方法中所述铌钛复合强化700MPa大梁钢包括以下重量百分比的组分：C：0.06～0.09％，Mn：1.50～1.85％，Si：0.05～0.20％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Nb：0.025～0.060％，Ti：0.070～0.110％，Mo：≤0.20％，N：0.0040-0.0085％，Al

其中，C：碳是提高钢材强度的重要元素，随着碳含量增加，钢的强度增加，但同时韧性、塑性、焊接性能降低，碳含量的选择需要综合考虑钢的强度、韧性、塑性。在本发明中重点是根据log[％Ti][％C]

Mn：锰有固溶强化作用，还可降低γ-α相变温度，细化组织结构，对提高钢材的强度具有很大作用；锰还可提高钢的淬透性；同时，锰过高会降低焊接性能，加剧中心偏析；在700MPa级大梁钢的成分设计过程中，为了保证不同规格的性能合格率和异卷、整卷的一致性其Mn一般分布在1.50-1.85wt％。

Mo：钼可以显著增加钢的淬透性，钼的加入能够降低相变温度，使C曲线珠光体转变曲线右移，抑制先共析铁素体的形核，促进低温组织的形成，有利于提高钢的抗拉强度，改善钢材的低温韧性。在本发明中利用钼元素能够促进铌和钛碳氮化物的析出，同时具有阻止第二项粒子的聚集和长大的特性。

Nb：铌可延迟奥氏体再结晶、降低相变温度，通过细晶强化、固溶强化、相变强化、析出强化等机制提高了强度，同时细晶强化作用不仅有利强度的提高同时也有利于改善钢材的低温韧性。

P和S：在钢中易形成有害夹杂物，降低钢的韧性和塑性，含量越低越好。

Si：具有脱氧作用，同时一部分Si以固溶形式存在，可以提高合金的屈服强度和抗拉强度，但是含量过多会降低钢的塑性和增加除鳞不净的风险，为此需要将硅含量控制在0.05-0.20％之间。

N元素：可以在高温形式TiN，起到细化晶粒和析出强化的作用，还可以阻止焊接热影响区晶粒的长大，但是含量过多降低钢的塑性。本发明中N含量是直接影响有效Ti(有效Ti＝全Ti-3.42N)含量，也间接影响了性能的波动，为此需要稳定的控制N含量，本发明提供了不同N含量对应的轧制工艺参数，可以有效的解决性能波动问题。

Al

进一步，该方法包括以下步骤：

(1)顶底复吹转炉

所述顶底复吹转炉过程的终点控制C含量0.04-0.06％，P含量≤0.010％，S含量≤0.020％；

(2)LF精炼

所述LF精炼过程中采用新型环保型钢包改质剂造白渣，白渣保持时间18±1min；造白渣的过程中为降低LF精炼过程的增氮量，炉渣必须覆盖钢液面采用低氮覆盖剂，冶炼过程中不能裸露钢液面，炉渣化好并造白渣，达到目标后，应立即将氩气流量调整到软搅拌状态，软搅拌时间≥10min，软搅拌效果以渣面微微波动不露钢液面为准；生产高钛钢时，合理控制底吹氩气搅拌强度，保持炉内微正压气氛，以避免钢液裸露；同时，在此过程中，喂纯钙线入量为200-230m/炉，喂钙线前必须脱氧完全，以保证钢中钙含量，喂线结束2min后取样；这样可以使得钢中的气体N含量稳定的控制在0.0038-0.0052％之间；

(3)连铸板坯加热

所述连铸板坯加热采用与铸坯下线时间联动控制工艺，具体是铸坯直装(小于12小时)、热装(12小时到24小时)、冷装(大于24小时)的时间，依据不同规格、不同的铸坯下线时间控制不同在炉时间和均热温度，具体参见表1；

表1铸坯下线时间与均热温度、在炉时间的控制工艺

(4)轧制

所述轧制中根据生产规格、板坯在炉时间、冶炼成分中N和Ti含量范围进行关键轧制工艺温度的调整，具体参见表2；

轧制结束后，不同规格采用相应的层流冷却模式，以15～30℃/s冷速冷却，卷取温度570～620℃，获得多边形铁素体+粒状贝氏体+少量珠光体+析出物；其中，层流代码12、28、16冷却方式分别为：层流代码-12为二分之一稀疏冷却；层流代码-28：五分之三稀疏冷却；层流代码-16：前端集中+精调限制出水冷却；

表2轧制工艺参数设定

(5)箱式缓冷

所述轧制完成后钢卷下线60分钟内采用箱式堆垛缓冷36-72小时后出厂使用。

进一步，所述步骤(2)中新型环保型钢包改质剂的组成为：CaO 20-40wt％，Al

进一步，所述轧制中规定铸坯下线时间超过24小时后，所有规格对应的卷取目标温度上调7-15℃。

进一步，所述轧制中规定连铸中包成分中N元素检测含量在0.0065-0.0085％或Ti元素检测含量在0.078-0.088％时，所有规格对应的铸坯总在炉时间最低增加20分钟，钢卷轧后卷取目标温度上调13℃。

进一步，该方法获得的产品厚度为4.0-12.0mm，产品标准屈服强度≥600MPa，抗拉强度为700～880MPa，延伸率A≥14％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明生产的700MPa汽车大梁钢采用对铸坯装炉时间、总在炉时间、均热温度三者之间关系设定，在不影响加热炉寿命前提下，节约了能源，可以最大限度上保证了钛和铌微合金元素在奥氏体中的固溶，为后续的轧制、冷却过程中的弥散细小的10-50nm析出物提供了良好的基础，即为强度保证提供了支撑。

2、本发明通过对气体N含量较高的情况的对应控制工艺，不仅保证了强度的符合性，也减少了冶炼过程工艺异常坯料的降级和改判，极大地节约了生产成本。

3、本发明通过对不同规格的不同卷取温度和对应层流冷却工艺的控制，大大了降低了因为规格效应而引起的强度波动，使得钢卷检验性能和通卷性能在理想范围内波动。同时也降低了薄规格由于冷速较大造成的残余应力值，为后续的加工使用提供了较好的原始板形基础。

4、本发明通过较低温度下卷取和采用钢卷下线60分钟内立即采用箱式堆垛缓冷，不仅进一步降低了钢卷的冷却应力，而且在堆垛缓冷过程中让没有析出的Ti元素继续析出，这样就可以抵消钢卷长度方向中间区域，由于高温位错消失而损失的强度，使得钢卷在长度方向强度保持一致。

5、本发明工艺过程中4.6mm以上规格精轧开轧温度设定为980-1030℃，主要目的是增加精轧轧制速度，减少钢材在精轧过程中的氧化铁皮厚度和精轧过程中Ti元素的形变诱导析出量，增加后续层流和卷取过程中的有效粒子的析出。同时也可以细化奥氏体与铁素体晶粒，减少因为再结晶区轧制而产生的混晶现象。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

本实施例采用本公司常规热连轧1780生产线生产产品规格为4.0mm厚的700MPa级汽车大梁钢，对本发明提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷性能稳定性的方法作进一步的说明。

本实施例的汽车大梁钢按以下重量百分比配比：C：0.07％，Si：0.12％，Mn：1.52％，P：0.011％，S：0.003％，Mo：0.02％，Nb：0.027％，Ti：0.088％，N：0.0053％，Als：0.036％，余量为Fe和不可避免杂质。

本实施例的汽车大梁钢的生产工艺路线包括顶底复吹转炉、新型环保型无烟改质剂参与LF精炼、1780mm轧机轧制、层流代码12冷却工艺、轧后钢卷箱式缓冷36小时。

其中，连铸板坯号：8M07399L02，装炉9小时42分钟加热，加热炉均热温度1259℃，总在炉时间147min，粗轧终轧温度为1088℃；精轧开轧温度1065℃，精轧终轧温度893℃，精轧至厚度4.0mm；精轧结束后，采用代码12冷却模式，以18-22℃/s冷速冷却，卷取温度为627℃，轧后采用箱式缓冷48小时后检验性能。

按照本实施例的步骤生产的钢带，其性能指标见表3。

表3本实施例1 4.0mm700MPa汽车大梁钢的性能稳定性

由表3可以看出，本实施例生产出来的4.0mm的700MPa汽车大梁钢在满足强度、塑性等的基础上，其整卷不同部位性能极差波动仅为37MPa。

实施例2

本实施例采用本公司常规热连轧1780生产线生产产品规格为7.9mm厚的700MPa级汽车大梁钢，对本发明提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷性能稳定性的方法作进一步的说明。

本实施例的汽车大梁钢按以下重量百分比配比：C：0.07％，Si：0.14％，Mn：1.61％，P：0.012％，S：0.002％，Mo：0.03％，Nb：0.032％，Ti：0.098％，N：0.0056％，Als：0.034％，余量为Fe和不可避免杂质。

本实施例的汽车大梁钢的生产工艺路线包括顶底复吹转炉、新型环保型无烟改质剂参与LF精炼、1780mm轧机轧制、层流代码28冷却工艺、轧后钢卷箱式缓冷48小时。

其中，连铸板坯号：8K10119K03，装炉14小时52分钟加热，加热炉均热温度1269℃，总在炉时间158min，粗轧终轧温度为1034℃；精轧开轧温度1011℃，精轧终轧温度866℃，精轧至厚度7.9mm；精轧结束后，采用代码28冷却模式，以19-25℃/s冷速冷却，卷取温度为607℃，轧后采用箱式缓冷48小时后检验性能。

按照本实施例2的步骤生产的钢带，其性能指标见表4。

表4本实施例2 7.9mm的700MPa汽车大梁钢的性能稳定性

由表4可以看出，本实施例生产出来的7.9mm的700MPa汽车大梁钢在满足强度、塑性等的基础上，其整卷不同部位性能极差波动仅为35MPa。

实施例3

本实施例采用本公司常规热连轧1780生产线生产产品规格为12.0mm厚的700MPa级汽车大梁钢，对本发明提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷性能稳定性的方法作进一步的说明。

本实施例的汽车大梁钢按以下重量百分比配比：C：0.08％，Si：0.14％，Mn：1.73％，P：0.014％，S：0.002％，Mo：0.03％，Nb：0.042％，Ti：0.108％，N：0.0049％，Als：0.035％，余量为Fe和不可避免杂质。

本实施例的汽车大梁钢的生产工艺路线包括顶底复吹转炉、新型环保型无烟改质剂参与LF精炼、1780mm轧机轧制、层流代码16冷却工艺、轧后钢卷箱式缓冷72小时。

其中，连铸板坯号：8M03792L03，装炉52小时38分钟加热，加热炉均热温度1285℃，总在炉时间186min，粗轧终轧温度为1019℃；精轧开轧温度977℃，精轧终轧温度838℃，精轧至厚度12.0mm；精轧结束后，采用代码16冷却模式，以20-30℃/s冷速冷却，卷取温度为581℃，轧后采用箱式缓冷48小时后检验性能。

按照本实施例3的步骤生产的钢带，其性能指标见表5。

表5本实施例3 12.0mm的700MPa汽车大梁钢的性能稳定性

由表5可以看出，本实施例生产出来的12.0mm的700MPa汽车大梁钢在满足强度、塑性等的基础上，其整卷不同部位性能极差波动仅为38MPa。

实施例4

本实施例采用本公司常规热连轧1780生产线生产产品规格为10.0mm厚的700MPa级汽车大梁钢，对本发明提高铌钛复合强化700MPa大梁钢整卷性能稳定性的方法作进一步的说明。

本实施例的汽车大梁钢按以下重量百分比配比：C：0.08％，Si：0.13％，Mn：1.66％，P：0.013％，S：0.003％，Mo：0.02％，Nb：0.035％，Ti：0.081％，N：0.0083％，Als：0.038％，余量为Fe和不可避免杂质。

本实施例的汽车大梁钢的生产工艺路线包括顶底复吹转炉、新型环保型无烟改质剂参与LF精炼、1780mm轧机轧制、层流代码16冷却工艺、轧后钢卷箱式缓冷60小时。

其中，连铸板坯号：9M09145L02，装炉126小时21分钟加热，加热炉均热温度1291℃，总在炉时间212min，粗轧终轧温度为1022℃；精轧开轧温度985℃，精轧终轧温度849℃，精轧至厚度10.0mm；精轧结束后，采用代码16冷却模式，以20-30℃/s冷速冷却，卷取温度为593℃，轧后采用箱式缓冷48小时后检验性能。

按照本实施例4的步骤生产的钢带，其性能指标见表6。

表6本实施例4 10.0mm的700MPa汽车大梁钢的性能稳定性

由表6可以看出，本实施例生产出来的10.0mm的700MPa汽车大梁钢在满足强度、塑性等的基础上，其整卷不同部位性能极差波动仅为41MPa。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。