一種含釩汽車結構鋼及其生產方法與流程

2023-12-04 16:23:26 1

本發明屬於冶金
技術領域：
，具體涉及一種含釩汽車結構鋼及其生產方法。
背景技術：
：中國是鈮資源貧乏國家，巴西冶金及礦業有限公司控制了世界85%的鈮生產。我國釩資源非常豐富，無論是資源儲備，還是釩產量均位於世界第一位。目前市面上的汽車結構鋼尤其是應用於汽車輪輞、輪輻的鋼種，強度級別比較低，多以330MPa、380MPa級為主，化學成分設計主要為碳、錳強化或Nb強化，使得鋼材的韌塑性及焊接性較差。隨著國家節能減排及汽車輕量化的要求，對汽車用鋼的使用要求越來越嚴，強度級別也逐步提高，因此開發一種既具有高強度，有具有良好韌塑性和焊接性的鋼材迫在眉睫。本發明充分依託我國釩資源優勢，開發了獨具特色的含釩汽車結構鋼。利用了V在奧氏體中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對較低，在熱軋γ→α轉變過程中，以V（C，N）化合物形式析出，在相變強化與細晶強化的綜合作用下，最終得到了高強度、良好韌性含釩汽車結構鋼板，其抗拉強度達500～630MPa，屈服強度≥420MPa，延伸率≥21%，是目前市面上強度級別較高的一種汽車結構鋼板，順應了汽車行業發展的需求。技術實現要素：為解決上述技術問題，本發明提供一種含釩汽車結構鋼及其生產方法，該方法利用了V在奧氏體中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對較低，在γ→α轉變過程中的相間析出和在鐵素體中的析出強化，因此在既需要較高強度又要求韌性的鋼中加入適量的V會起到良好的作用。本發明的目的之一是提供一種含釩汽車結構鋼板，所述鋼板化學成分及其重量百分比如下：C≤0.12%，Si：0.05～0.50%，Mn：0.80～1.50%，P≤0.030%，S≤0.025%，V：0.010～0.10%，Nb≤0.10%，Als：0.015～0.080%，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。本發明所述汽車結構鋼板性能指標如下：抗拉強度達500～630MPa，屈服強度≥420MPa，延伸率≥21%。本發明所述汽車結構鋼板組織為鐵素體加珠光體，其中珠光體佔6～12%。本發明的另一目的是提供上述含釩汽車結構鋼板的生產方法，所述生產方法包括下述工序：轉爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，板坯加熱，高壓水除鱗，控制軋制，控制冷卻。本發明所述轉爐冶煉按照設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯。本發明所述板坯加熱工序將板坯加熱至1180～1260℃。本發明所述控制軋制工序包括粗軋、熱卷箱卷取、精軋。本發明所述粗軋為5道軋制，出口溫度為1020～1080℃。本發明所述精軋出口溫度為820～870℃。本發明所述控制冷卻工序中層流冷卻速度15～30℃/S，所述卷取溫度為560～620℃。本發明工藝中板坯優先採用熱裝。本發明化學成分的設計思路：汽車用鋼板(卷)是薄鋼板中產量比例較大、品種規格較多，技術含量和附加值較高的產品之一，汽車鋼板的品種和質量是冶金技術裝備和工業技術水平的重要標誌。目前市場上汽車結構鋼產品，主要通過添加微合金元素Nb、Ti或Nb-Ti複合的成分體系，來達到汽車結構鋼的性能要求，如繼續沿用現有市場成分體系生產汽車結構鋼，對市場上推廣同質化產品難度較大，而且不能發揮我國V資源優勢，因此含釩汽車結構鋼的研發工作勢在必行。V：0.010～0.10%，在奧氏體中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對較低，是一種理想的低溫鐵素體析出強化元素。因此其主要作用是在γ→α轉變過程中的相間析出和在鐵素體中的析出強化。釩碳氮化物在奧氏體中析出將加速鐵素體形核，使轉變溫度升高；如果在奧氏體相中應變誘導析出碳氮化物，其對γ→α轉變影響更大，原因是析出控制了γ→α轉變的界面行為。雖然在控軋鋼中V的細化晶粒的作用不如Nb，但其析出強化的作用卻大於Nb，因此在既需要較高強度又要求韌性的鋼中加入適量的V會起到良好的作用。C：0.12%以下，是低碳鋼中最經濟的強化元素，含量過高能降低鋼的塑性和衝擊韌性，惡化冷成型性能和焊接性能，所以目前汽車結構用鋼[C]含量，在保證強度的前提下，[C]含量有很大程度降低。Si：0.05～0.50%，能提高鋼的強度、疲勞極限、耐蝕性能。Mn：0.80～1.50%，在汽車結構用鋼中有較多良好的作用，錳是很好的脫氧劑，能夠擴大奧氏體區，降低奧氏體向多邊形鐵素體的轉變溫度，利用錳的固溶強化作用來提高鋼的強度。P：0.030%以下，能提高鋼的強度，降低鋼的塑性，對焊接性能不利，並增加焊裂的敏感性，因此在汽車結構用鋼中是一種有害元素，應儘可能降低P在鋼中的含量。S：0.025%以下，硫和錳反應生成硫化物夾雜而存在鋼中，沿著鋼板的軋制方向延伸，形成嚴重的帶狀，降低鋼的塑性、冷成型性和衝擊韌性，所以降低硫含量和改變其在鋼中的夾雜形態是獲得高韌性至關重要的途徑。V：0.010～0.10%，V除了溶解溫度較低和阻止再結晶的效果較弱外，和Nb有相似的作用。V僅在900℃以下對再結晶才有推遲作用，在奧氏體轉變以後，V幾乎己完全溶解，所以在固溶體中，V僅作為一個元素來影響奧氏體向鐵素體轉變。但與Nb相比，V使那些不希望有的非多邊形鐵素體產生得較少，這個特性對於厚度較大的鋼板是十分有利的。因V與鋼中的氮具有較強的親和力，所以V可以固定鋼中的「自由」氮，在鋼中，V與C和「自由」N結合形成V(C，N)化合物，大大降低了鋼中的「自由」N含量，避免了鋼的應變時效性。釩是相當強烈的碳氮化物形成元素。V主要通過鐵素體中C、N化合物的析出對強化有貢獻。V能產生沉澱強化作用進而提高屈服強度。在含釩鋼中，釩也以碳氮化物的形態存在而發揮重要作用。碳化釩、氮化釩及碳氮化釩均是非常穩定的第二相，在很高的溫度下長時間保溫仍可保持細小的尺寸。Nb：0.10%以下。通過細晶強化和析出強化提高鋼的強度，Nb可提高奧氏體的再結晶溫度，即在較高的溫度下實現奧氏體非再結晶區軋制，從而可使軋件在較高的溫度下完成軋制變形，同時得到細小的相變組織。此外部分Nb在鐵素體區析出，強化鐵素體基體。本發明工藝參數的設計思路：軋制工藝：採用控軋控冷技術，加熱溫度控制在1180～1260℃範圍內的中上限，精軋出口溫度在820～870℃中上限，確保單相奧氏體區相變軋制，層冷採用前段集中冷卻工藝，將變形和熱處理相結合，得到期望的組織及細化晶粒，提高材料力學性能及冷彎成形性能。軋制時鋼坯開軋溫度按1180～1260℃範圍控制，在這一溫度下，使得V的溶解度更大，避免了釩碳氮化物的析出，然後在軋制和卷取發生γ→α轉變過程中析出，起到晶粒細化和析出強化等作用。結合含釩汽車結構鋼板所設計化學成分，軋制溫度的選擇對析出強化和細晶強化來講有此消彼長的影響，同時注意到，如果軋制溫度高到使材料在軋時處於再結晶態或不完全再結晶態，可能會導致晶粒細化不夠甚至混晶而影響成形性能，綜上考慮，精軋出口溫度按820～870℃範圍控制，卷取溫度按560～620℃範圍控制。本發明根據V元素在控軋控冷中的作用機理：一是析出強化，與其它微合金化元素相比，V的溶解度很大，在給定一定溫度時，V的溶解度更大，避免熱軋過程中釩碳氮化物的析出，大量的V被保留下來，在γ→α轉化中促進了V（C，N）的析出；二是V與N的親和力強，V將N從雜質中轉化一種有效合金；三是細晶強化，N促進V（C，N）的析出，阻止了鐵素體晶粒的長大。本發明的特點是在常規強化元素碳、錳的基礎上，採用V微合金化及其與V,N複合微合金元素，實現元素間的相互配合，其強度主要通過微合金鋼中細小彌散的微合金碳、氮化物的析出強化來實現，同時輔以細晶強化和相變強化。採用上述技術方案所產生的有益效果在於：充分利用了V在奧氏體化鋼中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對較低，在γ→α轉變過程中的相間析出和在鐵素體中的析出強化，及其V與N微合金化析出強化作用，從而得到了高強度、良好韌性的含釩汽車結構鋼板，其抗拉強度達500～630MPa，屈服強度≥420MPa，延伸率≥21%，並實現工業化生產。附圖說明圖1為本發明實施例1所生產寬帶鋼的金相組織100倍顯微圖；圖2為本發明實施例2所生產寬帶鋼的金相組織100倍顯微圖；圖3為本發明實施例3所生產寬帶鋼的金相組織100倍顯微圖；圖4為本發明實施例4所生產寬帶鋼的金相組織100倍顯微圖；圖5為本發明實施例5所生產寬帶鋼的金相組織100倍顯微圖。具體實施方式下面結合附圖及具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。實施例1厚度2mm、寬度1250mm，含釩汽車結構鋼板，所述熱軋卷板化學組分及重量百分比為：C：0.07%，Si：0.10%，Mn：1.20%，P：0.010%，S：0.002%，V：0.040%，Nb：0.020%，Als：0.020%，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。含釩汽車結構鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體佔9%。生產方法：1）按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1180℃，經高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控制冷卻得到熱軋卷板。其中粗軋5道軋制，出口溫度為1020℃；精軋出口溫度為820℃，層流冷卻速度25℃/min，卷取溫度為560℃。實施例2厚度2.5mm、寬度1250mm，含釩汽車結構鋼板，所述熱軋卷板化學組分及重量百分比為：C：0.08%，Si：0.12%，Mn：1.25%，P：0.012%，S：0.0025%，V：0.045%，Nb：0.022%，Als：0.025%，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。含釩汽車結構鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體佔10%。生產方法：1）按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1200℃，經高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。其中粗軋5道軋制，出口溫度為1040℃；精軋出口溫度為840℃，層流冷卻速度23℃/min，卷取溫度為570℃。實施例3厚度3mm、寬度1250mm，含釩汽車結構鋼板，所述熱軋卷板化學組分及重量百分比為：C：0.085%，Si：0.15%，Mn：1.27%，P：0.014%，S：0.010%，Nb：0.025%，V：0.050%，Als：0.030%，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。含釩汽車結構鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體佔11%。生產方法：1）按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1240℃，經高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。其中粗軋5道軋制，出口溫度為1060℃；精軋出口溫度為850℃,層流冷卻速度24℃/min，卷取溫度為590℃。實施例4厚度3.5mm、寬度1250mm，含釩汽車結構鋼板，所述熱軋卷板化學組分及重量百分比為：C：0.010%，Si：0.30%，Mn：1.32%，P：0.015%，S：0.003%，Nb：0.025%，V：0.050%，Als：0.030%，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。含釩汽車結構鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體佔12%。生產方法：1）按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1250℃，經高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。其中粗軋5道軋制，出口溫度為1070℃；精軋出口溫度為860℃,層流冷卻速度26℃/min，卷取溫度為600℃。實施例5厚度4mm、寬度1250mm，含釩汽車結構鋼板，所述熱軋卷板化學組分及重量百分比為：C：0.12%，Si：0.50%，Mn：1.5%，P：0.030%，S：0.025%，Nb：0.10%，V：0.10%，Als：0.080%，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。含釩汽車結構鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體佔12%。生產方法：1）按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1260℃，經高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。其中粗軋5道軋制，出口溫度為1080℃；精軋出口溫度為870℃,層流冷卻速度30℃/min，卷取溫度為620℃。對上述實施例1-5中的產品進行力學性能檢測，通過數據可以看出，產品具有良好的力學強度及塑性匹配，具體指標如表1所示.表1實施例1-6產品性能檢測數據實施例規格(mm)屈服強度Rt0.5(MPa)抗拉強度Rm(MPa)延伸率(%)冷彎試驗180°，橫向12.0*125048554530D=0完好22.5*125051356229D=0完好33.0*125052357027D=0完好43.5*125052757525D=0完好54.0*125053058024D=0完好以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和範圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp