专利名称：一种加长型汽车大梁用钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料，涉及连续过程中热轧金属板带技术领域，特别涉及到汽车大梁用钢的材料及其制造方法。
背景技术：
加长型汽车车架纵梁，厚度为10mm，梁长度15～16m，是军方用于生产载重车的主要部件，它影响到整车的平稳性与使用寿命。要求生产纵梁的材料要有足够的强韧性，良好的冷成型性和焊接性能。
目前国内外用于生产汽车大梁的热轧钢板，主要为铌合金化钢或钛合金化钢或钒合金化钢。铌合金化汽车大梁钢，可以通过细化晶粒达到强化作用，但必须控轧控冷及低温大压下实现，对生产设备的钢度和能力有较高的要求，而且钢板的屈强比高，回弹大，钢板易发生翘曲现象。Ti的强化能力强，加Ti后可以显著提高钢的强度，但Ti合金化钢板对热轧后的温度及冷却速度很敏感，头、中、尾部钢板的强度会有较大的波动，钢板的强度波动范围大，会使零件冲压后的回弹不容易控制，影响零件的装配。钒合金化汽车大梁钢，主要是通过碳氮化物的析出达到强化作用，屈强比较低，但钒合金化钢冷脆转变温度较高。以上合金化方式生产汽车大梁钢板，厚度为4.0～8.0mm，如生产大于8.0mm汽车大梁钢板，因抗拉强度、延伸率要求高，当炼钢化学成分和热轧温度波动大时，就会引起抗拉强度偏低，性能不合格，要同时满足强度、韧性技术要求及汽车大梁的冷成型要求，有较大的难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种加长型汽车大梁用钢及其制造方法，本发明需要解决的技术问题是既能保证钢板的厚度和长度满足加长型汽车车架纵梁，又使得其强韧性和冷成型满足加长型汽车车架纵梁的要求。本发明的技术方案是在低碳高锰纯净钢中添加Nb、V、Ti多元微合金元素，加入微量的钙，在连轧工艺上通过控轧控冷生产汽车大梁钢板的制造方法，该方法通过细化强韧化、析出强化可获得高强度、高韧性及良好冷弯性能的钢板，适合要求高的冷滚压成型载重车架纵梁，并且有利于在工业上大规模生产其合格产品。成本较铌合金化钢或钒合金化钢低或相当。设计生产了一种厚度为10mm、可冷滚压成型15～16m整体车架纵梁的热连轧卷板，其化学成分的重量百分比为(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微量钙，其余为铁和残余的微量杂质。
为提高钢板韧性，还可以添加适量Alt。
C％含量增加，可提高强度，但钢的塑性降低；Mn对钢的强韧性有一定的影响，含量偏低，强度将下降，过高，则影响钢板的冷冲压和焊接性能，较高的C和Mn含量也会加剧磷的偏析，因此在保证强度前提下，尽量降低C％含量，并控制在较小的波动范围内，Mn含量控制在合适的范围内。综合考虑控制C％0.07～0.12％，Mn％控制在1.00～1.50％范围。在钢中加入适量Si，以起固溶强化的作用。
Nb最主要的作用是细化晶粒。一方面连铸凝固过程中析出的NbC颗粒在板坯加热时可以阻止奥氏体晶粒长大，细化初始奥氏体晶粒尺寸；一方面热轧过程中固溶在奥氏体中的Nb和热轧形变诱导析出的沿亚结构边界分布的细小NbC颗粒可以阻止奥氏体再结晶，从而扩大未再结晶区，利于铁素体晶粒细化，但Nb含量过高，连铸板坯易出现裂纹，太低钢板强度满足不了要求，综合考虑设计控制Nb含量范围为0.020～0.050％。
V的主要作用是在合适的卷取温度下，适量的VC或(NbV)C在铁素体区析出，以达到析出强化的作用，V％的控制范围为0.025~0.050％。
加入0.010～0.030％Ti，目的是析出有利于焊接热影响区的细钛化合物颗粒。
由于S在钢中易形成MnS夹杂物与偏析，P在α-Fe与γ-Fe中的扩散速度小，易形成偏析，从而提高带状组织的级别，沿轧制方向的硫化物夹杂与偏析会造成钢板的各向异性增加，因此尽量将钢中P％、S％含量控制在较低范围。其生产工艺为脱硫铁水→转炉冶炼→炉后精炼→连铸→板坯加热→除鳞→粗轧机组→中间保温罩→FO机架→精轧机组→层流冷却→卷取自产铁水经脱硫处理后，进入转炉并加废钢进行冶炼、脱氧及合金化处理，然后经精炼炉加入铁钙线进行夹杂物变性处理，精炼后的钢水由连铸机进行保护浇注，铸坯送至1422mm热连轧机。热轧工艺，先将连铸板坯送入加热炉进行加热，板坯加热温度1180～1250℃，板坯在炉时间150～170Min，加热好的板坯出炉后由粗轧机组轧制、中间保温罩保温、精轧机组轧制，经层流冷却按冷却速度为15～35℃/s冷却后，由卷取机卷成卷。控轧温度粗轧出口温度1020℃～1060℃，精轧出口温度840℃～880℃，卷取温度560℃～620℃。
采用在精炼炉喂钙线处理钢水工艺，变性夹杂以达到改变钢中MnS、Al2O3等非金属夹杂物形态，使夹杂物充分上浮，从而达到减少成品钢中夹杂物含量，提高钢板的综合力学性能。
通过控轧控冷工艺达到细晶强化和析出强化的效果，使钢板具有高的强度、高韧性和优良的成型性。
进一步地，在工艺的选择上考虑以下因素对板坯加热温度的选择，考虑微合金元素铌钒碳氮化物完全溶入奥氏体中及保证得到较小原始奥氏体晶粒尺寸，板坯加热温度保持在1180～1210℃。
使用中间保温罩，保证中间坯头部和尾部的温度均匀，以使成品长度方向的力学性能保持在较小的波动范围内。
压下制度和终轧温度选择，通过增加FO机架入口坯厚度，以提高精轧机架的压缩比，并在精轧后几架采用在未再结晶区轧制，获得更细小的铁素体晶粒，提高钢的强度和韧性。终轧温度最好为860～870℃，中间坯厚度≥45mm。
在轧后γ→α相转变过程中，经层流冷却快速冷却抑制铌钒碳氮化物在奥氏体中析出，促使其在轧后卷取时析出，有助于细小沉淀相在铁素体中析出，从而起到细晶强化及沉淀强化作用，使铁素体晶粒最终细化，也可避免出现带状珠光体组织。卷取温度最好为590～600℃。
本发明的有益效果是通过合理的化学成分设计及多元微合金化处理、采用转炉冶炼、精炼、连铸机保护浇注及控轧控冷工艺，可以得到钢质纯净、综合性能优良、晶粒度均匀细小、金相组织为铁素体+少量珠光体的热连轧板卷。解决了生产加长型(厚度10mm、梁长15～16m)军车用滚压成型整体车架纵梁的难题，突破了用热连轧机生产厚度大于8mm高强度冷成型汽车大梁板的难题。材料性能见下表测试均采用通用国标具体实施方式
实施例1加长型汽车大梁用钢的化学成分重量百分比为％C Si Mn PSAlt V Ti Nb0.073 0.207 1.26 0.021 0.007 0.050 0.047 0.026 0.032微量钙，含量为0.0015％，其余为铁和残余的微量杂质。
自产铁水经脱硫处理后，进入转炉并加废钢进行冶炼、脱氧及合金化处理，然后经精炼炉加入铁钙线进行夹杂物变性处理，精炼后的钢水由连铸机进行保护浇注，铸成210×1180×8400mm板坯送至1422mm热连轧机。轧制工艺，板坯送入加热炉进行加热，板坯加热温度1210℃，板坯在炉时间160Min，加热好的板坯出炉后经高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却，冷却速度为20℃/s，由卷取机卷成卷，中间坯厚度50mm，成品厚度10.0mm。控轧温度粗轧出口温度1050℃，精轧出口温度870℃，卷取温度600℃。
生产的材料屈服强度为487MPa，抗拉强度为587MPa，伸长率为28％，宽冷弯检验合格，金相组织为铁素体加少量珠光体，晶粒度为12级。材料冷滚压成16m整体车架纵梁，装车测试质量合格。
实施例2加长型汽车大梁用钢的化学成分重量百分比为％C Si Mn P SAlt VTi Nb0.102 0.201 1.22 0.016 0.005 0.057 0.042 0.022 0.031微量钙，含量为0.0023％，其余为铁和残余的微量杂质。
自产铁水经脱硫处理后，进入转炉并加废钢进行冶炼、脱氧及合金化处理，然后经精炼炉同时加入铁钙线进行夹杂物变性处理，精炼后的钢水由连铸机进行保护浇注，铸成210×1180×8400mm板坯送至1422mm热连轧机。轧制工艺，经检验合格的板坯送入加热炉进行加热，板坯加热温度1200℃，板坯在炉时间165Min，加热好的板坯出炉后经高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却，冷却速度为25℃/s，由卷取机卷成卷，中间坯厚度50mm，成品厚度10.0mm。控轧温度粗轧出口温度1040℃，精轧出口温度860℃，卷取温度590℃。
生产的材料屈服强度为493MPa，抗拉强度为586MPa，伸长率为27％，宽冷弯检验合格，金相组织为铁素体加少量珠光体，晶粒度为12级。材料冷滚压成16m整体车架纵梁，装车测试质量合格。
实施例3加长型汽车大梁用钢的化学成分重量百分比为％CSi Mn P S AltVTi Nb0.085 0.32 1.38 0.018 0.006 0.025 0.030 0.019 0.042微量钙，含量为0.0027％，其余为铁和残余的微量杂质。
自产铁水经脱硫处理后，进入转炉并加废钢进行冶炼、脱氧及合金化处理，然后经精炼炉同时加入铁钙线进行夹杂物变性处理，精炼后的钢水由连铸机进行保护浇注，铸成210×1180×8400mm板坯送至1422mm热连轧机。轧制工艺，经检验合格的板坯送入加热炉进行加热，板坯加热温度1185℃，板坯在炉时间155Min，加热好的板坯出炉后经高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却，冷却速度为30℃/s，由卷取机卷成卷，中间坯厚度50mm，成品厚度10.0mm。控轧温度粗轧出口温度1030℃，精轧出口温度850℃，卷取温度570℃。
生产的材料屈服强度为475MPa，抗拉强度为572MPa，伸长率为29％，宽冷弯检验合格，金相组织为铁素体加少量珠光体，晶粒度为12级。材料冷滚压成16m整体车架纵梁，装车测试质量合格。
本发明还可以用于其他对钢板要求具有高强度、高韧性及良好冷弯性能和焊接性能的领域。
权利要求
1.一种加长型汽车大梁用钢，其化学成分的重量百分比为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，其余为铁和残余的微量杂质。
2.权利要求1所述一种加长型汽车大梁用钢的制造方法，其特征是连铸板坯加热至1180～1250℃，粗轧后温度1020℃～1060℃，经保温罩进入精轧机进行轧制，保持终轧温度为840℃～880℃，轧后的板卷经层流冷却快速冷却到560℃～620℃。
3.根据权利要求2所述的一种加长型汽车大梁用钢的制造方法，其特征是层流冷却速度为15～35℃/s。
全文摘要
本发明涉及一种加长型汽车大梁用钢及其制造方法，钢中加入了微合金元素Nb、Ti、V，其化学成分的重量百分比为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，其余为铁和残余的微量杂质。连铸成板坯，热轧采用控轧控冷工艺，板坯加热至1180～1250℃，粗轧后温度1020℃～1060℃，经保温罩进入精轧机进行轧制，保持终轧温度为840℃～880℃，轧后的板卷经层流冷却快速冷却到560℃～620℃卷取温度范围。由于材料化学成分采用多元微合金元素设计，经上述工艺生产后不但具有较高的强度，同时亦具有良好的塑韧性、冷成型性，特别适用于采用滚压成型工艺制造整体加长型车架纵梁。
文档编号C21D7/00GK1824816SQ200510024059
公开日2006年8月30日 申请日期2005年2月25日 优先权日2005年2月25日
发明者万兰凤, 韩乃川, 冷祥贵, 吴浩方 申请人:宝钢集团上海梅山有限公司