專利名稱：一種加長型汽車大梁用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料，涉及連續(xù)過程中熱軋金屬板帶技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到汽車大梁用鋼的材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
加長型汽車車架縱梁，厚度為10mm，梁長度15～16m，是軍方用于生產(chǎn)載重車的主要部件，它影響到整車的平穩(wěn)性與使用壽命。要求生產(chǎn)縱梁的材料要有足夠的強韌性，良好的冷成型性和焊接性能。
目前國內(nèi)外用于生產(chǎn)汽車大梁的熱軋鋼板，主要為鈮合金化鋼或鈦合金化鋼或釩合金化鋼。鈮合金化汽車大梁鋼，可以通過細化晶粒達到強化作用，但必須控軋控冷及低溫大壓下實現(xiàn)，對生產(chǎn)設(shè)備的鋼度和能力有較高的要求，而且鋼板的屈強比高，回彈大，鋼板易發(fā)生翹曲現(xiàn)象。Ti的強化能力強，加Ti后可以顯著提高鋼的強度，但Ti合金化鋼板對熱軋后的溫度及冷卻速度很敏感，頭、中、尾部鋼板的強度會有較大的波動，鋼板的強度波動范圍大，會使零件沖壓后的回彈不容易控制，影響零件的裝配。釩合金化汽車大梁鋼，主要是通過碳氮化物的析出達到強化作用，屈強比較低，但釩合金化鋼冷脆轉(zhuǎn)變溫度較高。以上合金化方式生產(chǎn)汽車大梁鋼板，厚度為4.0～8.0mm，如生產(chǎn)大于8.0mm汽車大梁鋼板，因抗拉強度、延伸率要求高，當煉鋼化學(xué)成分和熱軋溫度波動大時，就會引起抗拉強度偏低，性能不合格，要同時滿足強度、韌性技術(shù)要求及汽車大梁的冷成型要求，有較大的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種加長型汽車大梁用鋼及其制造方法，本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是既能保證鋼板的厚度和長度滿足加長型汽車車架縱梁，又使得其強韌性和冷成型滿足加長型汽車車架縱梁的要求。本發(fā)明的技術(shù)方案是在低碳高錳純凈鋼中添加Nb、V、Ti多元微合金元素，加入微量的鈣，在連軋工藝上通過控軋控冷生產(chǎn)汽車大梁鋼板的制造方法，該方法通過細化強韌化、析出強化可獲得高強度、高韌性及良好冷彎性能的鋼板，適合要求高的冷滾壓成型載重車架縱梁，并且有利于在工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)其合格產(chǎn)品。成本較鈮合金化鋼或釩合金化鋼低或相當。設(shè)計生產(chǎn)了一種厚度為10mm、可冷滾壓成型15～16m整體車架縱梁的熱連軋卷板，其化學(xué)成分的重量百分比為(wt％)C Si Mn P SNb V Ti0.07～ 0.15～ 1.00～ ≤0.025 ≤0.015 0.020～0.050 0.025～0.050 0.010～00.120.401.50 .030微量鈣，其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。
為提高鋼板韌性，還可以添加適量Alt。
C％含量增加，可提高強度，但鋼的塑性降低；Mn對鋼的強韌性有一定的影響，含量偏低，強度將下降，過高，則影響鋼板的冷沖壓和焊接性能，較高的C和Mn含量也會加劇磷的偏析，因此在保證強度前提下，盡量降低C％含量，并控制在較小的波動范圍內(nèi)，Mn含量控制在合適的范圍內(nèi)。綜合考慮控制C％0.07～0.12％，Mn％控制在1.00～1.50％范圍。在鋼中加入適量Si，以起固溶強化的作用。
Nb最主要的作用是細化晶粒。一方面連鑄凝固過程中析出的NbC顆粒在板坯加熱時可以阻止奧氏體晶粒長大，細化初始奧氏體晶粒尺寸；一方面熱軋過程中固溶在奧氏體中的Nb和熱軋形變誘導(dǎo)析出的沿亞結(jié)構(gòu)邊界分布的細小NbC顆粒可以阻止奧氏體再結(jié)晶，從而擴大未再結(jié)晶區(qū)，利于鐵素體晶粒細化，但Nb含量過高，連鑄板坯易出現(xiàn)裂紋，太低鋼板強度滿足不了要求，綜合考慮設(shè)計控制Nb含量范圍為0.020～0.050％。
V的主要作用是在合適的卷取溫度下，適量的VC或(NbV)C在鐵素體區(qū)析出，以達到析出強化的作用，V％的控制范圍為0.025~0.050％。
加入0.010～0.030％Ti，目的是析出有利于焊接熱影響區(qū)的細鈦化合物顆粒。
由于S在鋼中易形成MnS夾雜物與偏析，P在α-Fe與γ-Fe中的擴散速度小，易形成偏析，從而提高帶狀組織的級別，沿軋制方向的硫化物夾雜與偏析會造成鋼板的各向異性增加，因此盡量將鋼中P％、S％含量控制在較低范圍。其生產(chǎn)工藝為脫硫鐵水→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐后精煉→連鑄→板坯加熱→除鱗→粗軋機組→中間保溫罩→FO機架→精軋機組→層流冷卻→卷取自產(chǎn)鐵水經(jīng)脫硫處理后，進入轉(zhuǎn)爐并加廢鋼進行冶煉、脫氧及合金化處理，然后經(jīng)精煉爐加入鐵鈣線進行夾雜物變性處理，精煉后的鋼水由連鑄機進行保護澆注，鑄坯送至1422mm熱連軋機。熱軋工藝，先將連鑄板坯送入加熱爐進行加熱，板坯加熱溫度1180～1250℃，板坯在爐時間150～170Min，加熱好的板坯出爐后由粗軋機組軋制、中間保溫罩保溫、精軋機組軋制，經(jīng)層流冷卻按冷卻速度為15～35℃/s冷卻后，由卷取機卷成卷?？剀垳囟却周埑隹跍囟?020℃～1060℃，精軋出口溫度840℃～880℃，卷取溫度560℃～620℃。
采用在精煉爐喂鈣線處理鋼水工藝，變性夾雜以達到改變鋼中MnS、Al2O3等非金屬夾雜物形態(tài)，使夾雜物充分上浮，從而達到減少成品鋼中夾雜物含量，提高鋼板的綜合力學(xué)性能。
通過控軋控冷工藝達到細晶強化和析出強化的效果，使鋼板具有高的強度、高韌性和優(yōu)良的成型性。
進一步地，在工藝的選擇上考慮以下因素對板坯加熱溫度的選擇，考慮微合金元素鈮釩碳氮化物完全溶入奧氏體中及保證得到較小原始奧氏體晶粒尺寸，板坯加熱溫度保持在1180～1210℃。
使用中間保溫罩，保證中間坯頭部和尾部的溫度均勻，以使成品長度方向的力學(xué)性能保持在較小的波動范圍內(nèi)。
壓下制度和終軋溫度選擇，通過增加FO機架入口坯厚度，以提高精軋機架的壓縮比，并在精軋后幾架采用在未再結(jié)晶區(qū)軋制，獲得更細小的鐵素體晶粒，提高鋼的強度和韌性。終軋溫度最好為860～870℃，中間坯厚度≥45mm。
在軋后γ→α相轉(zhuǎn)變過程中，經(jīng)層流冷卻快速冷卻抑制鈮釩碳氮化物在奧氏體中析出，促使其在軋后卷取時析出，有助于細小沉淀相在鐵素體中析出，從而起到細晶強化及沉淀強化作用，使鐵素體晶粒最終細化，也可避免出現(xiàn)帶狀珠光體組織。卷取溫度最好為590～600℃。
本發(fā)明的有益效果是通過合理的化學(xué)成分設(shè)計及多元微合金化處理、采用轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉、連鑄機保護澆注及控軋控冷工藝，可以得到鋼質(zhì)純凈、綜合性能優(yōu)良、晶粒度均勻細小、金相組織為鐵素體+少量珠光體的熱連軋板卷。解決了生產(chǎn)加長型(厚度10mm、梁長15～16m)軍車用滾壓成型整體車架縱梁的難題，突破了用熱連軋機生產(chǎn)厚度大于8mm高強度冷成型汽車大梁板的難題。材料性能見下表測試均采用通用國標具體實施方式
實施例1加長型汽車大梁用鋼的化學(xué)成分重量百分比為％C Si Mn PSAlt V Ti Nb0.073 0.207 1.26 0.021 0.007 0.050 0.047 0.026 0.032微量鈣，含量為0.0015％，其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。
自產(chǎn)鐵水經(jīng)脫硫處理后，進入轉(zhuǎn)爐并加廢鋼進行冶煉、脫氧及合金化處理，然后經(jīng)精煉爐加入鐵鈣線進行夾雜物變性處理，精煉后的鋼水由連鑄機進行保護澆注，鑄成210×1180×8400mm板坯送至1422mm熱連軋機。軋制工藝，板坯送入加熱爐進行加熱，板坯加熱溫度1210℃，板坯在爐時間160Min，加熱好的板坯出爐后經(jīng)高壓水除鱗、粗軋、精軋、層流冷卻，冷卻速度為20℃/s，由卷取機卷成卷，中間坯厚度50mm，成品厚度10.0mm。控軋溫度粗軋出口溫度1050℃，精軋出口溫度870℃，卷取溫度600℃。
生產(chǎn)的材料屈服強度為487MPa，抗拉強度為587MPa，伸長率為28％，寬冷彎檢驗合格，金相組織為鐵素體加少量珠光體，晶粒度為12級。材料冷滾壓成16m整體車架縱梁，裝車測試質(zhì)量合格。
實施例2加長型汽車大梁用鋼的化學(xué)成分重量百分比為％C Si Mn P SAlt VTi Nb0.102 0.201 1.22 0.016 0.005 0.057 0.042 0.022 0.031微量鈣，含量為0.0023％，其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。
自產(chǎn)鐵水經(jīng)脫硫處理后，進入轉(zhuǎn)爐并加廢鋼進行冶煉、脫氧及合金化處理，然后經(jīng)精煉爐同時加入鐵鈣線進行夾雜物變性處理，精煉后的鋼水由連鑄機進行保護澆注，鑄成210×1180×8400mm板坯送至1422mm熱連軋機。軋制工藝，經(jīng)檢驗合格的板坯送入加熱爐進行加熱，板坯加熱溫度1200℃，板坯在爐時間165Min，加熱好的板坯出爐后經(jīng)高壓水除鱗、粗軋、精軋、層流冷卻，冷卻速度為25℃/s，由卷取機卷成卷，中間坯厚度50mm，成品厚度10.0mm。控軋溫度粗軋出口溫度1040℃，精軋出口溫度860℃，卷取溫度590℃。
生產(chǎn)的材料屈服強度為493MPa，抗拉強度為586MPa，伸長率為27％，寬冷彎檢驗合格，金相組織為鐵素體加少量珠光體，晶粒度為12級。材料冷滾壓成16m整體車架縱梁，裝車測試質(zhì)量合格。
實施例3加長型汽車大梁用鋼的化學(xué)成分重量百分比為％CSi Mn P S AltVTi Nb0.085 0.32 1.38 0.018 0.006 0.025 0.030 0.019 0.042微量鈣，含量為0.0027％，其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。
自產(chǎn)鐵水經(jīng)脫硫處理后，進入轉(zhuǎn)爐并加廢鋼進行冶煉、脫氧及合金化處理，然后經(jīng)精煉爐同時加入鐵鈣線進行夾雜物變性處理，精煉后的鋼水由連鑄機進行保護澆注，鑄成210×1180×8400mm板坯送至1422mm熱連軋機。軋制工藝，經(jīng)檢驗合格的板坯送入加熱爐進行加熱，板坯加熱溫度1185℃，板坯在爐時間155Min，加熱好的板坯出爐后經(jīng)高壓水除鱗、粗軋、精軋、層流冷卻，冷卻速度為30℃/s，由卷取機卷成卷，中間坯厚度50mm，成品厚度10.0mm?？剀垳囟却周埑隹跍囟?030℃，精軋出口溫度850℃，卷取溫度570℃。
生產(chǎn)的材料屈服強度為475MPa，抗拉強度為572MPa，伸長率為29％，寬冷彎檢驗合格，金相組織為鐵素體加少量珠光體，晶粒度為12級。材料冷滾壓成16m整體車架縱梁，裝車測試質(zhì)量合格。
本發(fā)明還可以用于其他對鋼板要求具有高強度、高韌性及良好冷彎性能和焊接性能的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種加長型汽車大梁用鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為C％0.07～0.12，Si％0.15～0.40，Mn％1.00～1.50，P％≤0.025，S％≤0.015，Nb％0.020～0.050，V％0.025～0.050，Ti％0.010～0.030，微量Ca，其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1所述一種加長型汽車大梁用鋼的制造方法，其特征是連鑄板坯加熱至1180～1250℃，粗軋后溫度1020℃～1060℃，經(jīng)保溫罩進入精軋機進行軋制，保持終軋溫度為840℃～880℃，軋后的板卷經(jīng)層流冷卻快速冷卻到560℃～620℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種加長型汽車大梁用鋼的制造方法，其特征是層流冷卻速度為15～35℃/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加長型汽車大梁用鋼及其制造方法，鋼中加入了微合金元素Nb、Ti、V，其化學(xué)成分的重量百分比為C％0.07～0.12，Si％0.15～0.40，Mn％1.00～1.50，P％≤0.025，S％≤0.015，Nb％0.020～0.050，V％0.025～0.050，Ti％0.010～0.030，微量Ca，其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。連鑄成板坯，熱軋采用控軋控冷工藝，板坯加熱至1180～1250℃，粗軋后溫度1020℃～1060℃，經(jīng)保溫罩進入精軋機進行軋制，保持終軋溫度為840℃～880℃，軋后的板卷經(jīng)層流冷卻快速冷卻到560℃～620℃卷取溫度范圍。由于材料化學(xué)成分采用多元微合金元素設(shè)計，經(jīng)上述工藝生產(chǎn)后不但具有較高的強度，同時亦具有良好的塑韌性、冷成型性，特別適用于采用滾壓成型工藝制造整體加長型車架縱梁。
文檔編號C21D7/00GK1824816SQ200510024059
公開日2006年8月30日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者萬蘭鳳, 韓乃川, 冷祥貴, 吳浩方 申請人:寶鋼集團上海梅山有限公司