一種750MPa～880MPa級車輛用高強鋼及其生產方法

2023-10-27 21:19:17 3

專利名稱：一種750MPa～880MPa級車輛用高強鋼及其生產方法
技術領域：
本發明屬於車輛用鋼生產技術領域，涉及一種750MPa 880MPa級車輛用高強鋼及其生產方法。採用低成本成分設計，充分發揮細晶強化、析出強化等強化效果，生產出 750MPa 880MPa級車輛用鋼熱軋卷板。
背景技術：
汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，儘可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣汙染。實驗證明，若汽車整車重量降低10 %，燃油效率可提高6 % -8 %，油耗可降低約7 %。縱觀我國能源短缺、道路超載及運輸效率低等現狀，由於環保和節能的需要，汽車輕量化已不僅成為我國汽車工業發展的當務之急，也成為世界汽車發展的潮流。在專用汽車行業，應用高強度鋼板可以使得整車的強度得到大幅度提高，板厚也得以有效減薄，顯著的減輕整車重量，提高負載，提高車輛的使用壽命，給物流公司帶來的好處是提高運輸效率，大幅降低物流成本，節能減排社會效益顯著，與傳統的普通鋼板相比擁有的無可比擬的優勢。為了適應汽車輕量化的要求，一些高強度鋼鐵材料在車輛用鋼領域開始得到應用。專利申請號200810036415.9中介紹了一種高強度汽車大梁熱軋鋼板製造方法， 用於汽車大梁減薄，採用的是Nb、Ti、V微合金化，通過控軋控冷使材料的屈服強度達到 550MPa-700MPa級，該專利生產方法不能保證材料的低溫衝擊韌性，在低溫情況下使用產生車輛的安全隱患。專利申請號200910012546. 8中介紹了一種抗拉強度大於710MPa的熱軋大梁鋼及其製備方法，通過使用Ti的析出強化效果使材料的強度得到提升，但該發明設計出的材料抗拉強度均小於750MPa，由於強度不高導致設計大梁的厚度減薄量受到限制。目前在改裝車和重卡行業，使用用高強度材料進行車輛輕量化設計和生產，現有生產技術有以下幾方面不足(1)在用於製造大梁的高強材料中，強度級別仍有提高的空間，抗拉強度大於 750MPa的高強鋼材料同樣適用於製造汽車大梁和車廂板。(2)在提高材料強度等級實現減薄的同時，需同時考慮材料的低溫衝擊韌性、冷成型性和可焊性，特別是應用於我國北方冬季較為寒冷區域的改裝車和重卡等車輛，材料的低溫衝擊韌性是防止脆性斷裂的重要指標；同時材料應具有良好的折彎性能和焊接性能， 在大梁成型加工過程中不出現裂紋，斷裂和影響使用性能的缺陷。(3)除大梁高強化可實現車輛輕量化外，重卡和改裝車等車輛的車廂用鋼同樣可以使用高強度材料代替現有傳統普碳材料實現厚度減薄和自重減輕，用於車廂的高強鋼設計和應用在本發明之前鮮有報導。

發明內容
為解決以上問題，本發明的目的在於提供一種適用於車輛輕量化要求的 750MPa 880MPa級車輛用高強鋼及其生產方法。可使改裝車或重卡的大梁和車廂板厚度大幅度減薄，在保證材料具有高強度的同時具有良好的低溫衝擊韌性(_20°C衝擊功大於 47J)，實現車輛輕量化的同時提高了車輛的安全性。本發明的技術解決方案是一種750MPa 880MPa級車輛用高強鋼的化學成分按重量百分比為C :0. 07 0. 09 % ；Si 0. 15-0. 25 % ;Mn :1. 4 1. 9 % ；Nb :0. 04 0. 06 % ；Mo 0 0. 15 % ；V 0
0.04% ；Ti 0. 07 0. 14% ；Al 0. 01 0. 06% ；P 彡 0. 02% ；S 彡 0. 01% ;N 彡 0. 008% ； 其餘為狗及不可避免雜質。一種所述的750ΜΙ^ SSOMI3a級車輛用高強鋼的生產方法，包括以下步驟轉爐或電爐冶煉一LF精煉或RH真空處理一連鑄一加熱爐再加熱一粗軋一精軋一層流冷卻一卷取成卷一緩冷坑緩冷，其特徵在於控制如下工藝參數(1)將鑄坯在加熱爐內加熱至1180 1250°C，保溫時間按照有效厚度1
1.5min/mm 控制；(2)採用粗軋、精軋兩階段控制軋制，中間坯厚度採用5倍 10倍成品厚度，精軋入口溫度為950°C 1050°C，終軋溫度為820 850°C ；(3)軋後採用前段冷卻模式進行層流冷卻，目標卷取溫度為560°C 600°C ；(4)鋼卷下線後使用緩冷坑進行緩冷處理，鋼卷緩冷至< 150°C時出坑。所述精軋採用6機架或7機架精軋。本發明主要合金元素作用和限定範圍如下碳碳是提高材料強度最經濟有效的元素，但過高的C含量會對惡化材料的塑性、 韌性和焊接性能。對於生產750MPa 880MPa級車輛用高強鋼，本發明採用的碳含量為
0.07% 0. 09%，主要考慮保證材料具有良好的塑韌性和控制碳當量。矽矽為固溶強化元素，但添加過高矽會對材料的塑性產生負面影響。本發明添加矽含量為0. 15% 0. 25%。錳錳具有固溶強化作用，同時可提高材料淬透性，是提高材料強度重要元素之一，但錳含量添加過高容易產生偏析並會降低材料韌性，惡化性能。本發明添加錳含量為
1.40% 1. 90%。硫和磷硫和磷元素過高會對材料韌性和塑性有不利影響。本發明限定了硫含量應控制在0. 01 %以內，磷含量應控制在0. 02 %以內。鋁鋁為脫氧元素，同時具有一定的晶粒細化效果。本發明限定了鋁含量為 0. 01% 0. 06%。鉬鉬可提高材料淬透性，控制冷卻組織，細化晶粒，提高材料塑性和強度。本發明在生產880MPa級高強鋼時添加了 0. 10%的Mo，在充分發揮Ti、V的析出強化效果同時，提高了組織強化的貢獻。鈮添加Nb的主要目的是細化晶粒，配合採用較低的精軋區軋制溫度可得到細小均勻的鐵素體晶粒，實現材料強度和韌性的良好匹配。本發明添加的Nb含量為0. 04% 0. 06%。鈦和釩充分利用Ti和V的析出強化效果，是將材料強度提高至750MPa以上的關鍵。本發明添加0. 07% 0. 14%的Ti和0 0. 04%的V進行微合金化，配合合適的生產工藝，得到大量細小彌散分布的Ti、V的析出物，在保持材料具有良好塑韌性的同時，大幅提高了強度水平。氮氮含量過高會嚴重惡化材料的塑性和韌性，特別是對於Ti微合金化高強鋼， 由於N與Ti在高溫下結合生產較大尺寸的TiN，一方面對材料的韌性產生惡劣的影響，另一方面會降低鋼種與C結合生產細小TiC的有效鈦含量，從而導致強度降低。因此，本發明限定氮含量應小於0. 008%。本發明採用了一種低合金成本成分體系較低的碳、錳含量，充分利用Ti、V的析出強化效果，同時添加少量的Nb和Mo控制相變產物，得到細小、均勻的晶粒，從而使得材料具有良好的強韌性和冷成型性，本發明採用的成分體系碳當量均控制在0. 42以內，冷裂紋敏感指數控制在0. 20%以內，材料具有良好的焊接性能。本發明採用的生產工藝控制要點為，冶煉過程嚴格控制P、S、N含量，保證鑄坯質量。軋制過程嚴格控制各控軋控冷工藝參數，鋼卷卷取後進緩冷坑進行緩冷處理，可提高材料性能均勻性和板形質量。本發明採用的加熱溫度為1180°C 1250°C，保溫時間按照有效厚度1 1. 5min/ mm計算，採用較高的加熱溫度的目的在於保證奧氏體均勻化及合金元素如鑄坯中形成的 Ti、Nb的化合物溶解的更加充分；採用兩階段控制軋制，中間坯厚度採用5倍 10倍成品厚度，保證具有足夠的奧氏體未再結晶區壓下量，有利於細化晶粒；增加中間坯厚度同時可以縮短中間坯長度，從而減小進精軋頭尾溫度差，防止尾部溫度降低過大增加軋機負荷。精軋過程需按照成品厚度規格嚴格控制精軋入口溫度為950°C 1050°C，終軋溫度為820 850°C ；採用較低的精軋區溫度是得到細小均勻晶粒的有效方法，也是保證材料具有良好低溫衝擊韌性的關鍵。鋼帶出精軋後採用前段冷卻模式進行層流冷卻，一方面有利於加強相變後的組織強化，另一方面有利於增強析出強化效果，得到更多鐵素體中的細小析出產物，從而有效提高材料強度。本發明採用的目標卷取溫度為560°C 600°C，主要考慮到Ti、V的充分析出和保證具有足夠的相變區冷速。鋼卷下線後可使用緩冷坑進行緩冷處理，鋼卷緩冷至<150°C出坑。採用緩冷坑對鋼卷進行緩冷，可以使材料的通卷力學性能更加均勻，並可以有效使內應力得到釋放和均勻化，從而改善板形質量，有利於後續加工的順利進行。本發明的技術效果本發明採用低成本成分設計，充分發揮細晶強化、析出強化等強化效果，生產出750MPa 880MPa級車輛用熱軋卷板，具有良好的低溫衝擊韌性，可用於生產改裝車和重卡等車輛大梁和車廂，有效實現材料厚度的減薄，在保證車輛安全的前提下可有效實現輕量化。具有合金成本低，軋制工藝過程易於實現的特點；軋後的緩冷處理進一步的提高了產品質量。按本發明方法生產出的材料強度可達750ΜΙ^ 880MPa，延伸率大於19%，-20°C衝擊功大於47J，冷彎和焊接性能優良。


圖1為本發明生產的880MPa級高強鋼金相組織照片。圖2為本發明生產的高強鋼中析出物透射電鏡照片。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步詳細的說明本發明實施例採用220噸轉爐冶煉，2250熱連軋生產線進行軋制實施例1 將220噸轉爐中冶煉並經爐外精煉的鋼水連鑄成鑄坯，其重量百分比為C: 0. 077%, Si 0. 20%, Mn :1. 50%, P :0. 012%, S :0. 003%, Al :0. 041%, Nb :0. 047%, Ti 0. 10%、N :0. 004%，其餘為!^e和不可避免的雜質。鑄坯厚度為230mm。在2250熱連軋生產線進行軋制，加熱溫度為1200°C，精軋入口溫度為1000°C，中間坯厚度為54mm，終軋溫度為820°C，目標厚度為10mm，軋後經層流冷卻冷至目標卷取溫度 590°C，卷取後空冷至室溫。按照以上方法生產的高強鋼屈服強度Rel為745MPa，抗拉強度為820MPa，延伸率為20%，冷彎D =加表面無裂紋，-20°C衝擊功82J，-40°C衝擊功66J(衝擊試樣尺寸為 7. 5mm X IOmmX 55mm)。實施例2 將220噸轉爐中冶煉並經爐外精煉的鋼水連鑄成鑄坯，其重量百分比與實施例1 相同。鑄坯厚度為230mm。在2250熱連軋生產線進行軋制，加熱溫度為1220°C，精軋入口溫度為1020°C，中間坯厚度為42mm，終軋溫度為830°C，目標厚度為8mm，軋後經層流冷卻冷至目標卷取溫度 580°C，卷取後空冷至室溫。按照以上方法生產的高強鋼屈服強度Rel為735MPa，抗拉強度為800MPa，延伸率為19%，冷彎D =加表面無裂紋，-20°C衝擊功64J，-40°C衝擊功51J(衝擊試樣尺寸為 5mmX IOmmX 55mm)。實施例3 將220噸轉爐中冶煉並經爐外精煉的鋼水連鑄成鑄坯，其重量百分比與實施例1 相同。鑄坯厚度為230mm。在2250熱連軋生產線進行軋制，加熱溫度為1250°C，精軋入口溫度為1060°C，中間坯厚度為34mm，終軋溫度為850°C，目標厚度為4mm，軋後經層流冷卻冷至目標卷取溫度 570°C，鋼卷卷取後進緩冷坑，溫度低於150°C出坑空冷至室溫。按照以上方法生產的高強鋼屈服強度Rel為750MPa，抗拉強度為805MPa，延伸率為20. 5%，冷彎D =加表面無裂紋。實施例4:將220噸轉爐中冶煉並經爐外精煉的鋼水連鑄成鑄坯，其重量百分比為C: 0. 075%, Si 0. 22%, Mn :1. 66%, P :0. 013%, S :0. 002%, Al :0. 044%, Nb :0. 052%, Ti 0. 11%、N :0. 004%，其餘為!^e和不可避免的雜質。鑄坯厚度為230mm。在2250熱連軋生產線進行軋制，加熱溫度為1240°C，精軋入口溫度為1040°C，中間坯厚度為38mm，終軋溫度為840°C，目標厚度為6mm，軋後經層流冷卻冷至目標卷取溫度 580°C，鋼卷卷取後進緩冷坑，溫度低於150°C出坑空冷至室溫。按照以上方法生產的高強鋼屈服強度Rel為800MPa，抗拉強度為855MPa，延伸率為21 %，冷彎D = M表面無裂紋，-20 V衝擊功47J (衝擊試樣尺寸為5mm X IOmm X 55mm)。
實施例5 將220噸轉爐中冶煉並經爐外精煉的鋼水連鑄成鑄坯，其重量百分比為C: 0. 069%, Si 0. 19%, Mn :1. 79%, P :0. 011%, S :0. 002%, Al :0. 041%, Nb :0. 045%, Ti 0. 11%,Mo 0. 11%、N :0. 004%，其餘為!^e和不可避免的雜質。鑄坯厚度為230mm。在2250熱連軋生產線進行軋制，加熱溫度為1240°C，精軋入口溫度為1040°C，中間坯厚度為38mm，終軋溫度為840°C，目標厚度為6mm，軋後經層流冷卻冷至目標卷取溫度 570°C，鋼卷卷取後進緩冷坑，溫度低於150°C出坑空冷至室溫。按照以上方法生產的高強鋼屈服強度Rel為820MPa，抗拉強度為880MPa，延伸率為21. 5%，冷彎D = ^i表面無裂紋，-20°C衝擊功62J(衝擊試樣尺寸為5mmX10mmX55mm)。實施例6 將220噸轉爐中冶煉並經爐外精煉的鋼水連鑄成鑄坯，其重量百分比與實施例5 相同。鑄坯厚度為230mm。在2250熱連軋生產線進行軋制，加熱溫度為1220°C，精軋入口溫度為1020°C，中間坯厚度為42mm，終軋溫度為830°C，目標厚度為8mm，軋後經層流冷卻冷至目標卷取溫度 580°C，鋼卷卷取後進緩冷坑，溫度低於150°C出坑空冷至室溫。按照以上方法生產的高強鋼屈服強度Rel為815MPa，抗拉強度為870MPa，延伸率為20%，冷彎D =加表面無裂紋，-20°C衝擊功74J，-40°C衝擊功45J(衝擊試樣尺寸為 5mmX IOmmX 55mm)。實施例7 將220噸轉爐中冶煉並經爐外精煉的鋼水連鑄成鑄坯，其重量百分比為C: 0. 07%, Si 0. 20%, Mn :1. 86%, P :0. 012%, S :0. 003%, Al :0. 043%, Nb :0. 059%, Ti 0. 11%, Mo 0. 14%, V 0. 025%, N :0. 004%，其餘為!^e和不可避免的雜質。鑄坯厚度為 230mmo在2250熱連軋生產線進行軋制，加熱溫度為1250°C，精軋入口溫度為1050°C，中間坯厚度為34mm，終軋溫度為840°C，目標厚度為5mm，軋後經層流冷卻冷至目標卷取溫度 570°C，鋼卷卷取後進緩冷坑，溫度低於150°C出坑空冷至室溫。按照以上方法生產的高強鋼屈服強度Rel為825MPa，抗拉強度為880MPa，延伸率為19%，冷彎D =加表面無裂紋。實施例8 將220噸轉爐中冶煉並經爐外精煉的鋼水連鑄成鑄坯，其重量百分比與實施例7 相同。鑄坯厚度為230mm。在2250熱連軋生產線進行軋制，加熱溫度為1240°C，精軋入口溫度為1020°C，中間坯厚度為42mm，終軋溫度為830°C，目標厚度為7. 5mm，軋後經層流冷卻冷至目標卷取溫度570°C，鋼卷卷取後進緩冷坑，溫度低於150°C出坑空冷至室溫。按照以上方法生產的高強鋼屈服強度Rel為830MPa，抗拉強度為885MPa，延伸率為19. 5%，冷彎D = ^i表面無裂紋，-20°C衝擊功MJ(衝擊試樣尺寸為5mmX IOmmX 55mm)。
權利要求
1.一種750MPa 880MPa級車輛用高強鋼，其特徵在於鋼的化學成分按重量百分比為C 0. 07 — 0. 09% ；Si 0. 15-0. 25% ；Mn :1· 4 1. 9% ；Nb 0. 04 0. 06% ；Mo 0 0. 15% ； V :0 0. 04% ；Ti 0. 07 0. 14% ；Al 0. 01 0. 06% ；P 彡 0. 02% ；S 彡 0. 01% ；N 彡 0. 008% ； 其餘為狗及不可避免雜質。
2.一種如權利要求1所述的750MPa 880MPa級車輛用高強鋼的生產方法，包括以下步驟轉爐或電爐冶煉一LF精煉或RH真空處理一連鑄一加熱爐再加熱一粗軋一精軋一層流冷卻一卷取成卷一緩冷坑緩冷，其特徵在於控制如下工藝參數(1)將鑄坯在加熱爐內加熱至1180 1250°C，保溫時間按照有效厚度1 1.5min/mm 控制；(2)採用粗軋、精軋兩階段控制軋制，中間坯厚度採用5倍 10倍成品厚度，精軋入口溫度為950°C 1050°C，終軋溫度為820 850°C ；(3)軋後採用前段冷卻模式進行層流冷卻，目標卷取溫度為560°C 600°C；(4)鋼卷下線後使用緩冷坑進行緩冷處理，鋼卷緩冷至<150°C時出坑。
3.如權利要求2所述的一種750MPa 880MPa級車輛用高強鋼的生產方法，其特徵在於所述精軋採用6機架或7機架精軋。
全文摘要
本發明涉及一種750MPa～880MPa級車輛用高強鋼及其生產方法，其化學成分重量百分比為C0.07～0.09％；Si0.15-0.25％；Mn1.4～1.9％；Nb0.04～0.06％；Mo0～0.15％；V0～0.04％；Ti0.07～0.14％；Al0.01～0.06％；P≤0.02％；S≤0.01％；N≤0.008％；其餘為Fe及不可避免雜質；生產方法為冶煉、鑄造成鑄坯；加熱至1180～1250℃；終軋溫度為820～850℃；終冷溫度為560～600℃；鋼卷下線後進行緩冷處理，材料強度可達750MPa～880MPa，同時具有良好的低溫衝擊韌性和冷成型性能。
文檔編號C22C38/14GK102363858SQ20111034338
公開日2012年2月29日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者孟憲堂, 張鵬程, 朱國森, 李飛, 武軍寬, 潘輝, 牛濤 申請人:首鋼總公司