汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼，其化學(xué)成分及其重量百分比為：C：0.05～0.07％，Si：1.00～1.20％，Mn：0.16～0.21％，Al：0.70～0.90％，P≤0.010％，S≤0.010％，Nb：0.01～0.02％，Ti：0.02～0.04％，Se：0.02～0.04％，Nd：0.01～0.02％，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；金相組織為鐵素體+珠光體，晶粒度在13.5級(jí)以上。生產(chǎn)步驟包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐煉鋼、真空處理、連鑄、板坯加熱、軋制、卷取、酸洗、冷連軋、熱處理和精整。本發(fā)明成本低廉，工藝合理可控，產(chǎn)品綜合性能良好，可廣泛應(yīng)用于汽車(chē)骨架或者底盤(pán)部件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及鋼鐵冶金材料中的低合金結(jié)構(gòu)鋼制造領(lǐng)域，具體地指一種汽車(chē)骨架用 高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境污染及能源危機(jī)的日益加重，汽車(chē)排放的限制越來(lái)越嚴(yán)格，車(chē)身輕量化 己經(jīng)成為各汽車(chē)企業(yè)面臨的共同課題。采用高強(qiáng)度及超高強(qiáng)度鋼板代替軟鋼，在保證不降 低整車(chē)及零件性能的前提下，通過(guò)減小零件厚度實(shí)現(xiàn)減重是汽車(chē)行業(yè)廣泛采用的輕量化設(shè) 計(jì)方法。然而，厚度減薄勢(shì)必會(huì)降低材料的剛度。
[0003] 題為"高強(qiáng)鋼的使用對(duì)客車(chē)骨架剛度的影響"一文分析了高強(qiáng)鋼的使用對(duì)客車(chē)骨 架剛度的影響，文中介紹了Q235、Q345Q與QSTE700TM鋼對(duì)比剛度，在QSTE700TM鋼強(qiáng)度提高 來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化時(shí)，其剛度有所降低，無(wú)法完全滿足實(shí)際應(yīng)用需要。
[0004] 因此，合理設(shè)計(jì)碳和合金元素的種類(lèi)及含量，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單易控的生產(chǎn)工藝，研發(fā)出具 有優(yōu)異綜合性能的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼，滿足汽車(chē)輕量化需要，具有重要的現(xiàn) 實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，解決目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼 生產(chǎn)中的一些技術(shù)瓶頸，提供一種制造成本低、工藝合理可控、綜合性能優(yōu)良的汽車(chē)骨架用 高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu) 鋼，鋼的化學(xué)成分及其重量百分比如下：C:0.05~0.07%，Si :1.00~1.20%，Μη:0· 16~ 0.21%，A1:0.70~0.90%，Ρ彡0.010%，S彡0.010%，Nb:0.01 ~0.02%，Ti :0.02~0.04%， Se: 0.02~0.04%，Nd: 0.01~0.02%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；其金相組織為鐵素體+珠 光體，晶粒度在13.5級(jí)以上，其中珠光體含量為21~23 %。
[0007] 進(jìn)一步地，鋼的化學(xué)成分及其重量百分比如下：C:0.05~0.07%，Si :1.05~ 1.15%，Μη:0· 17~0.20%，A1:0.75~0.90%，P彡0.010%，S彡0.010%，Nb:0.01 ~0.02%， 11:0.02~0.04%，56:0.02~0.04%，恥:0.01~0.02%，其余為？6和不可避免雜質(zhì)。
[0008] 進(jìn)一步地，鋼板的化學(xué)成分及其重量百分比如下：C:0.06%，Si :1. 10%，Mn: 0.19% ,A1:0.85% ,Ρ：0.005% ,S：0.004% ,Nb:0.015% ,Ti :0.032% ,Se：0.026% ,Nd：0.01 ~0.02%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼中各化學(xué)成分的作用如下：
[0010] 碳(C):碳是提高鋼的強(qiáng)度的固溶強(qiáng)化元素，當(dāng)其含量較高時(shí)，易形成馬氏體而惡 化鋼的低溫韌性，同時(shí)不利于保證其成形性和焊接性能；當(dāng)其含量較低時(shí)，會(huì)使鋼板強(qiáng)度不 足，同時(shí)也會(huì)增加冶煉時(shí)的難度。因此，控制碳含量范圍為:〇. 05~0.07%。
[0011] 硅(Si):硅是常用的脫氧劑，有固熔強(qiáng)化作用，有利于提高鋼的剛度、彈性極限和 改善其綜合性能，但Si含量較高時(shí)，降低了鋼的韌性、塑性及延展性，易導(dǎo)致冷脆不利于焊 接。因此，本發(fā)明將S i的含量目標(biāo)值控制在1.00~1.20%。
[0012] 錳(Μη):錳是重要的強(qiáng)韌化元素，但Μη含量太高，一方面增加成本，另一方面對(duì)鋼 坯中心偏析有不利影響，有損于鋼板的韌性，并且在焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，Μη含量太低則不 能有效促進(jìn)中溫組織轉(zhuǎn)變，容易降低鋼的強(qiáng)度。因此控制Μη含量范圍為:0.16~0.21%。
[0013] 鋁(A1):鋁在本發(fā)明中起到改善剛度的作用，但A1含量過(guò)高會(huì)帶來(lái)冶煉難度，同時(shí) 易產(chǎn)生夾雜，本發(fā)明中控制A1含量為:0.70~0.90%。
[0014] 磷(P):磷在鋼中為有害元素，其含量要嚴(yán)格控制，高的P含量會(huì)增加鋼的冷脆傾 向，并且P極易在鋼坯的心部偏析，由于這種含P量高的強(qiáng)偏析帶較脆，使得在乳鋼后容易產(chǎn) 生內(nèi)在缺陷，同時(shí)，對(duì)鋼的塑性、焊接性和成形性帶來(lái)不利影響。本發(fā)明的磷含量控制為 0·010%〇
[0015] 硫(S):硫在鋼中為有害元素，高的S含量對(duì)鋼的塑性、焊接性和成形性也會(huì)帶來(lái)不 利影響。本發(fā)明硫含量為SS0.010%。
[0016] 鈮(Nb)和鈦(Ti):鈮和鈦是強(qiáng)碳氮化物形成元素，有利于析出強(qiáng)化，并且可以阻止 高溫奧氏體過(guò)分長(zhǎng)大，具有極強(qiáng)的細(xì)化晶粒作用。本發(fā)明鈮含量為:0.01~0.02%，鈦含量 為：0.02 ~0.04%。
[0017]硒（Se)和釹(Nd):硒和釹與硅、錯(cuò)的共同作用下，可以大幅度提高材料的剛度，同 時(shí)提高耐腐蝕性和抗氧化性。本發(fā)明硒和釹含量分別為：Se :0.02~0.04%，Nd :0.01~ 0.02%〇
[0018] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼通過(guò)元素種類(lèi)和含量的科學(xué) 設(shè)計(jì)，在添加適量合金元素的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了具有優(yōu)良綜合性能的汽車(chē)骨架用結(jié)構(gòu)鋼，其力 學(xué)性能為：屈服強(qiáng)度ReL為375~390MPa，抗拉強(qiáng)度1為460~480MPa，延伸率彡28%，應(yīng)變硬 化指數(shù)η為0.13~0.15，彈性模量E為215~220GPa，加力10000N時(shí)，其彎曲變形量為0.45~ 0.47，加力30000N時(shí)，其扭轉(zhuǎn)角為0.35~0.37，具有優(yōu)異的焊接性能和加工成形性。
[0019] 上述汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法，包括如下步驟:鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐 煉鋼、真空處理、連鑄、板坯加熱、乳制、卷取、酸洗、冷連乳、熱處理和精整;所述真空處理步 驟中，真空度為100~150Pa，真空處理時(shí)間為15~20min;所述連鑄步驟中，澆注溫度為1595 ~1605Γ ;所述板坯加熱步驟中，加熱溫度為1250~1280°C ;所述乳制步驟中，分兩階段控 制乳制，粗乳溫度為1180~1200 °C，精乳溫度為940~965 °C ;所述卷取步驟中，卷取溫度為 585~595 °C ;所述冷連乳步驟中，鋼板的原始厚度為4.7~5.5mm，鋼板的成品厚度為1.4~ 2.0mm;所述熱處理步驟中，鋼板的保溫溫度為825~840°C，鋼板的時(shí)效溫度在410~425°C， 控制冷卻速率為20~40 °C /s，板坯溫度<410 °C時(shí)，采用自然冷卻方式冷卻至室溫。
[0020] 進(jìn)一步地，所述真空處理步驟中，真空度為110~120Pa，真空處理時(shí)間為18min。
[0021] 進(jìn)一步地，所述板坯加熱步驟中，加熱溫度為1260~1265°C。
[0022] 進(jìn)一步地，所述乳制步驟中，分兩階段控制乳制，粗乳溫度為1185~1195°C，精乳 溫度為950~960°C。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 1、本發(fā)明采用低C和Si、Al及Se、Nd微合金化的成分設(shè)計(jì)，優(yōu)化工藝條件，獲得鐵素 體+珠光體為金相組織的結(jié)構(gòu)鋼，晶粒度在13.5級(jí)以上，其中珠光體含量為21~23 %，保證 其具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，滿足汽車(chē)輕量化需要，是高端汽車(chē)骨架或者底盤(pán)選取的理想 材料。
[0025] 2、本發(fā)明的高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼與現(xiàn)有技術(shù)的同等強(qiáng)度的高強(qiáng)鋼相比，碳當(dāng)量降 低，同時(shí)，由于二相粒子的細(xì)晶作用，可以有效減少焊接造成的晶粒粗大，極大的改善了其 焊接性能和加工成型性能。
[0026] 3、從生產(chǎn)工藝上看，本發(fā)明所采用生產(chǎn)工藝合理易控、生產(chǎn)周期短、原材料成本和 生產(chǎn)成本低，符合綠色鋼種的設(shè)計(jì)要求。
[0027] 綜上所述，本發(fā)明的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼與國(guó)內(nèi)外同等級(jí)別結(jié)構(gòu)鋼相 比，合金成本低，制造工藝合理可控，綜合性能優(yōu)良，屬于資源節(jié)約型鋼種，具有很強(qiáng)的市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例1-9及對(duì)比例1的鋼的化學(xué)元素質(zhì)量百分配比如表1所示，余量為Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0030] 表1本發(fā)明各實(shí)施例的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量(wt% )
[0031]
[0032] 注:對(duì)比例1為現(xiàn)有技術(shù)中的Q345鋼。
[0033]本發(fā)明各實(shí)施例的生產(chǎn)方法包括如下步驟:鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐煉鋼、真空處理、連鑄、 板坯加熱、乳制、卷取、酸洗、冷連乳、熱處理和精整;在真空處理步驟中的真空度和處理時(shí) 間分別為100~150Pa和15~20min;乳制步驟分兩階段控制，粗乳和精乳的溫度分別為1180 ~1200°C和940~965°C;熱處理步驟中的鋼板的保溫溫度為825~840°C，鋼板時(shí)效溫度在 410~425°C，控制冷卻速率為20~40°C/s，板坯溫度<410°C時(shí)，采用自然冷卻方式冷卻至 室溫。
[0034] 各實(shí)施例及對(duì)比例1的主要生產(chǎn)工藝參數(shù)如表2所示。
[0035] 表2本發(fā)明各實(shí)施例的主要工藝參數(shù)列表
[0036]
[0037] 各實(shí)施例及對(duì)比例的性能參數(shù)如表3所示。
[0038] 表3本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例性能參數(shù)表
[0039]
[0040]由表1可見(jiàn)，本發(fā)明的鋼的C含量與對(duì)比例1(即Q345鋼)相比，C含量相對(duì)較低，而Si 和A1含量相對(duì)較高，同時(shí)添加適量Nb和Se，且嚴(yán)格控制P和S含量，按如表2所示的工藝參數(shù) 精益生產(chǎn)，所達(dá)到的力學(xué)性能如表3所示，由表3可以看出，本發(fā)明1~9結(jié)構(gòu)鋼的綜合性能優(yōu) 于對(duì)比例1(即Q345鋼），在保證強(qiáng)度滿足實(shí)際應(yīng)用需求的同時(shí)，其剛度有較大提高，具體性 能指標(biāo)為：屈服強(qiáng)度ReL為375~390MPa，抗拉強(qiáng)度1為460~480MPa，延伸率彡28%，應(yīng)變硬 化指數(shù)η為0.13~0.15，彈性模量E為215~220GPa，加力10000N時(shí)，其彎曲變形量為0.45~ 0.47，加力30000N時(shí)，其扭轉(zhuǎn)角為0.35~0.37，同時(shí)具有優(yōu)異的焊接性能和加工成形性，可 廣泛應(yīng)用于汽車(chē)骨架結(jié)構(gòu)中。
[0041] 上述實(shí)施例僅為最佳例舉，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。
[0042] 其它未經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于:所述鋼的化學(xué)成分及其重量百 分比如下 ：(：：0.05~0.07%，51:1.00~1.20%，]?11:0.16~0.21%41 :0.70~0.90%，？彡 0.010%，S彡0.010%，Nb:0.01 ~0.02%，Ti:0.02~0.04%，Se:0.02~0.04%，Nd:0.01 ~ 0.02%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；其金相組織為鐵素體+珠光體，晶粒度在13.5級(jí)以上，其 中珠光體含量為21~23%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于:所述鋼的化學(xué) 成分及其重量百分比如下：C:0.05~0.07%，Si:1.05~1·15%，Μη :0·17~0·20%，Α1:0·75 ~0.90%，P彡0.010%，S彡0.010%，Nb:0.01~0.02%，Ti :0.02~0.04%，Se:0.02~ 0.04%，Nd:0.01~0.02%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于:所述鋼板的化 學(xué)成分及其重量百分比如下：C:0.06%，Si: 1.10%，Μη:0· 19%，A1:0.85%，P:0.005%，S: 0.004%，Nb:0.015%，Ti :0.032%，Se:0.026%，Nd:0.01 ~0.02%，其余為Fe和不可避免雜 質(zhì)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼，其特征在于:所述鋼的力學(xué) 性能為：屈服強(qiáng)度ReL為375~390MPa，抗拉強(qiáng)度1為460~480MPa，延伸率彡28 %，應(yīng)變硬化 指數(shù)η為0.13~0.15，彈性模量E為215~220GPa，加力10000N時(shí)，其彎曲變形量為0.45~ 0.47，加力30000N時(shí)，其扭轉(zhuǎn)角為0.35~0.37，具有優(yōu)異的焊接性能和加工成形性。5. -種權(quán)利要求1所述的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:包 括如下步驟:鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐煉鋼、真空處理、連鑄、板坯加熱、乳制、卷取、酸洗、冷連乳、熱 處理和精整;所述真空處理步驟中，真空度為100~150Pa，真空處理時(shí)間為15~20min;所述 連鑄步驟中，澆注溫度為1595~1605°C ;所述板坯加熱步驟中，加熱溫度為1250~1280°C ; 所述乳制步驟中，分兩階段控制乳制，粗乳溫度為1180~1200°C，精乳溫度為940~965°C; 所述卷取步驟中，卷取溫度為585~595°C ;所述冷連乳步驟中，鋼板的原始厚度為4.7~ 5.5mm，鋼板的成品厚度為1.4~2. Omm;所述熱處理步驟中，鋼板的保溫溫度為825~840°C， 鋼板的時(shí)效溫度在410~425°C，控制冷卻速率為20~40°C/s，板坯溫度<410°C時(shí)，采用自 然冷卻方式冷卻至室溫。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:所 述真空處理步驟中，真空度為110~120Pa，真空處理時(shí)間為18min。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:所 述板坯加熱步驟中，加熱溫度為1260~1265 °C。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車(chē)骨架用高強(qiáng)度高剛度結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:所 述乳制步驟中，分兩階段控制乳制，粗乳溫度為1185~1195°C，精乳溫度為950~960°C。
【文檔編號(hào)】C22C38/60GK105908092SQ201610277845
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】王立輝, 周文強(qiáng), 劉祥東, 林承江, 杜小峰, 潘利波, 李立君
【申請(qǐng)人】武漢鋼鐵股份有限公司