专利名称：屈服强度为550MPa级热轧热成形用钢板及其制造方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，涉及含C、Si、Mn、V、Nb、Ti等的铁基合金，特别涉及一种经高温加工空冷后材料屈服强度仍能达到550MPa以上的热轧钢板及其制造方法。
背景技术：
近年来随着我国汽车工业的发展，车辆减重的趋势使得汽车厂商对更高强度的产品提出了新的需求。其核心问题为强度的提高并保证其他使用性能的稳定。从多年的制造经验来看，微合金化作为提高此类产品强度的主要方法已被各钢铁生产企业所研究。国外普遍采用Nb、Ti微合金化生产高强汽车用钢，逐步取代了传统C-Mn 钢。但是采用微合金Nb、Ti的汽车用钢也存在一些问题，特别是对于热加工汽车部件来说， 其制造工艺一般是高温加工后空冷的模式，而这一工艺大大削弱了 Nb、Ti等微合金物的析出强化效果，使得热加工后的材料强度大大降低。为了改善钢板的强度，公开号为CN1288971的专利中提供了一种Mn、Si、B等多元微合金化空冷贝氏体/铁素体钢，属于低碳微合金钢。即通过加入Mn、Si、B等成分优化在热加工后空冷条件下得到贝氏体组织来提高强度，其在控轧空冷条件下的屈服强度为520MPa 以上。适用热加工后空冷不经调质处理的零件。如高强钢筋、低合金耐磨件等。然而，该钢板成形性能差，不适用于制造汽车的复杂结构件。此外，公开号为CN 101275200A的申请通过加入C、Mn、B等成分优化在热加工后空冷条件下得到马氏体组织来提高强度，其在热成型处理条件下的抗拉强度可以达到 IOOOMPa以上。同样的，这类钢板仅适用于热加工后淬火处理的薄规格汽车加强件，并不适用于制造热成型后空冷的复杂结构件。因此，亟需一种在热成型空冷后具有较高强度与韧性，并具备良好成形性能的钢材，用于制造卡车热冲焊桥壳等部件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低碳微合金钢及其制造方法，无需调质处理，保证热加工空冷后达到较高的强度，并具有较佳的强韧性配合。为实现上述目的，本发明所提供的钢，其成分质量百分比含量为C 0. 13 0. 20，Si 0. 30 0. 60,Mn :1· 4 2. 0，V :0. 05 0. l，Ti :0. 01 0. 10， Nb 彡 0. 03，Cr 彡 0. 50，P 彡 0. 025，S 彡 0. 01，Ca :0. 0005 0. 005，Al :0. 03 0. 10， V+Ti > 0. 10，其余为！^和不可避免的杂质。此外，本发明还提供了上述钢材料的一种制造方法，依次包括冶炼、浇铸、热轧、冷却、卷取。 优选地，所述冶炼为氧气顶吹转炉冶炼。优选地，所述热轧依次包括加热、粗轧、精轧步骤。优选地，所述冷却在所述热轧之后1-2秒内进行，采用层流冷却，所述冷却速度大于 20 0C /s。优选地，所述卷取温度为580_660°C。进一步优选地，所述加热的出炉温度为1150_1250°C。优选地，所述粗轧温度为1000-1100°C。更优选地，所述精轧入口温度为920_980°C，精轧终轧温度为820-880°C，轧制变形量大于80%。下面将进一步说明本发明。本发明控制关键元素如C、V、V+Ti的含量和比例，并控制元素S和P等。控制C、 Mn等元素增加固溶强化效果和提高V、Nb、Ti的溶解度，控制V、Ti等元素使之形成V/Ti (C、 N)析出强化，保证钢在高温热加工后直接空冷中具有良好的综合机械性能，特别是较高的强度和韧性。以下将本发明钢成分的设计进行说明C 用于形成足够的固溶碳和碳化物强化相，以保证钢的强度级别，C太低强度达不到要求，C太高对焊接性能和成形性能不利。故碳含量在0. 13 0. 20%。Si 在钢中起固溶强化作用，并能提高钢质纯净度和脱氧，Si能抑制碳化物的析出，提高韧性。含量太高容易使钢板表面产生红铁皮等表面缺陷。Mn 锰的加入能提高钢的强度及韧性，且能提高V、Nb、Ti在奥氏体中的固溶度积， 增强其析出强化效果。锰含量太高不仅会使钢的塑性下降还会产生强烈偏析，造成钢成分及性能不均，增加制造难度，其成分含量应不大于2. 0%。V 钒在钢中主要起析出强化作用，由于其碳化物溶解温度较Nb、Ti低，在较低温度的热加工后空冷中也能析出碳化物，达到强化效果，增加空冷后的强度。Cr 是碳化物形成元素，能提高钢的强度和韧性。但过高的Cr量会增加贝氏体的形成，降低韧性。微合金钢中含量应小于0.6%。Al 是钢中的脱氧元素，减少钢中的氧化物夹杂、纯净钢质，有利于提高钢板的成形性能。然而，若Al的含量过高，会提高成本；若含量过低，其脱氧能力降低。Nb、Ti 是有效细化晶粒、提高强度和韧性的元素，以碳化物和碳氮化物的形式存在于钢中，加入量低于0.01%强化效果小。对于热成型空冷件，Ti对控制晶粒大小有显著的作用，较细的初始晶粒能使热成型空冷后的组织保持细小，有利于提高强度和韧性。Ca 可改变钢中硫化物的形态，提高钢板的塑性和韧性。P、S 是钢中的杂质元素，含量应越低越好。V+Ti 控制V、Ti等元素使之形成V/Ti (C、N)析出强化，V+Ti > 0. 10%以保证钢在高温热加工后直接空冷中具有良好的综合机械性能，特别是较高的强度和韧性。同时，本发明控制钢板的制造工艺条件加热的出炉温度为1150_1250°C，若加热温度低于1150°C，微合金元素溶解不充分，未能充分利用微合金元素的作用，强度降低；若高于1250°C晶粒容易粗化，对提高钢板韧性不利。加热的出炉温度为1150_1250°C，若粗轧温度低于1000°C，则板坯不能在奥氏体
再晶界区进行粗轧。精轧终轧温度控制在奥氏体未再结晶区820 880°C，通过奥氏体低温区的轧制变形，使奥氏体晶粒内形成变形带并因应变诱发微合金元素的碳氮化物沉淀，细化奥氏体的相变产物，提高钢板的韧性。钢板的变形量在80%以上。由于本发明钢在轧后有明显的晶粒长大，必须控制由终轧到开始冷却的时间在2 秒以内。终轧后钢板以20°C/s以上冷却速度冷却到580 660°C卷取。若卷取低于580°C， 钢板存在贝氏体组织，不利于提高韧性。卷取后空冷至室温。与现有热轧热成形用钢板相比，本发明具有以下有益效果1、本发明热轧高强度钢板，不经热处理，因此制造成本低；2、热轧后无需复杂控制冷却技术，用一般层流冷却工艺就可实现，易于生产；3、本发明钢板在热加工前后都具有较高的强度和韧性。
图1是本发明实施例Fl在模拟热成型(920°C保温10分钟后空冷至室温)后的金相组织照片图(放大500倍)。其中铁素体的体积百分含量约为90%，其余为珠光体。
具体实施例方式按照本发明钢种的化学成分要求，经冶炼、锻造、轧制以制造不同规格的钢材料样品。表1为实施例钢的化学成分，表2是轧制时工艺控制和所得厚度为12mm的钢板的力学性能。力学性能的测试按GB6397-86标准进行，冲击功试验为V型缺口试样_20°C的冲击试验。表1实施例的化学成分(wt % )
实施 例化学成分(wt%)CSlMnCrPSNbCaVTiAl0. 160. 391. 610. 330. 0250. 0020. 0190.00330. 0610. 044A20. 160. 391. 610. 330. 0250. 0020. 0190. 00330. 0610. 044Bl0. 150. 302. 000. 210. 0080. 0050.00050. 0500. 10B20. 150. 302. 000. 210. 0080. 0050.00050. 0500. 10Cl0. 130. 601. 880. 250. 0150. 0060. 0300.00500. 1000. 010C20. 130. 601. 880. 250. 0150. 0060. 0300.00500. 1000. 010Dl0. 140. 551. 930. 500. 0070. 0080. 0270. 00100. 0720. 035D20. 140. 551. 930. 500. 0070. 0080. 0270. 00100. 0720. 035El0. 200. 401. 560. 0180. 0060.00240. 0630. 062E20. 200. 401. 560. 0180. 0060.00240. 0630. 062Fl0. 180. 471. 400. 340. 0050. 0100. 0210.00360. 0870. 024F20. 180. 471. 400. 340. 0050. 0100. 0210.00360. 0870. 024表2实施例钢的工艺控制和力学性能实施 例终轧温度 (°C)卷取温度 (°C)屈服强度 (MPa)抗拉强度 (MPa)延伸率 (A5% )冲击功° (J)Al83065560569025139A285360161573023117Bl85060561072522165B287063859570024141Cl8856286257602395C28785856407352288Dl8356256257302482D28256016357452380El83263061072025116E284059863075022109Fl8706206457602297F283363163578523133 实施例Al F2模拟热成型(920°C保温、10分钟后空冷至室温)后的力学性能平均值为屈服强度:555MPa ；抗拉强度:690MPa ；延伸率24% ；_20°C冲击功=IlOJ0
权利要求
1.一种屈服强度为550MI^级热轧热成形用钢板，其成分质量百分比含量为 C 0. 13 0. 20Si 0. 30 0. 60 Mn 1. 4 2. 0 V 0. 05 0. 1 Ti 0. 01 0. 10 Nb 彡 0. 03 Cr 彡 0. 50 P 彡 0. 025 S 彡 0. 01Ca 0. 0005 0. 005 Al 0. 03 0. 10 V+Ti > 0. 10其余为Fe和不可避免的杂质。
2.制造如权利要求1所述的钢板的方法，其特征在于，所述方法依次包括冶炼、浇铸、 热轧、冷却、卷取。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冶炼为氧气顶吹转炉冶炼。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热轧依次包括加热、粗轧、精轧步骤。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冷却在所述热轧之后1-2秒内进行，采用层流冷却，所述冷却速度大于20°C /s。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卷取温度为580-660°C。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加热的出炉温度为1150-1250°C。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述粗轧温度为1000-110(TC。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述精轧入口温度为920-980°C，精轧终轧温度为820-880°C，轧制变形量大于80%。
全文摘要
本发明涉及一种屈服强度为550MPa级热轧热成形用钢板，其成分质量百分比含量为C0.13～0.20，Si0.30～0.60，Mn1.4～2.0，V0.05～0.1，Ti0.01～0.10，Nb≤0.03，Cr≤0.50，P≤0.025，S≤0.01，Ca0.0005～0.005，Al0.03～0.10，V+Ti＞0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。所述热轧高强度钢板，不经热处理，因此制造成本低；热轧后无需复杂控制冷却技术，用一般层流冷却工艺就可实现，易于生产；此外，钢板在热加工前后都具有较高的强度和韧性。
文档编号C22C38/14GK102260824SQ201010184239
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者庞厚君, 徐嘉春, 徐国栋, 陈志鹏 申请人:宝山钢铁股份有限公司