专利名称：高强度热轧钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及轧钢技术领域，更具体地讲，涉及一种具有500MPa以上的抗拉强度、 410MPa以上的屈服强度和25%的延伸率能够用作汽车车轮钢的热轧钢板。
背景技术：
目前，中国汽车车轮普遍采用强度级别较低的热轧钢板(如380CL和420CL，这里， “380”和“420”分别均表示抗拉强度，“CL”表示车轮)制造，造成钢板较厚，车轮质量大。 为了降低车轮自重、节约能源并提高运载效率，有必要采用更高强度级别的钢板制造。但强度越高，钢板冲压成形性越差，而优良的成型性和疲劳寿命是车轮钢，尤其是轮辐用钢最重要的性能之一。因此，需要研发具有高强度、优良的延展性、长的疲劳寿命等特性的热轧钢板，以便更好地满足了汽车车轮钢的要求。关于抗拉强度彡500MPa的热轧钢板，现有技术中公开了如下内容。500MPa级汽车结构用热轧钢板的化学成分设计通常采用C-Mn-V微合金化或Nb 微合金化路线，前者的典型成分按重量百分比计为C 0. 07%, Si 0. 25%, Mn 0.9%, P 0. 020%, S 0. 018%, Al :0. 04%, V :0. 07%，余量为铁和少量杂质；后者的典型成分为C 0. 08%,Si 0. 25%,Mn 1. 2%,P 0. 018%,S 0. 015%,A1 :0. 04%,Nb :0. 035%，余量为铁和少量杂质。上述技术主要特点是利用Nb、V的固溶强化和析出强化或相强化作用来提高强度。此外，上述技术的卷取温度一般控制在600°C以下。于2011年1月5日公开的公开号为CN101935801A的中国专利申请公开了一种 490MPa级热轧钢板及其生产方法。在该专利申请中，热轧钢板的化学成分的重量百分比为 C 0. 04 0. 11、Si 0. 13 0. 27、Mn :0. 9 1. 30、N :0. 001 0. 007、P. 0 0. 027、S 0 0. 017,Al 0. 01 0. 09,Nb :0. 013 0. 027,Ti :0. 004 0. 012,Fe 余量。该热轧钢板的屈服强度彡380MPa，抗拉强度彡490MPa，延伸率彡17%。该热轧钢板的屈服强度、抗拉强度均较低，不能满足上述汽车车轮钢的要求。另外，该热轧钢板的延伸率> 17%，不能满足对焊接性能和冷成形性要求更高的以车轮为代表的汽车结构件的成型需要。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的之一在于提供一种能够具有500MPa 以上的抗拉强度、410MPa以上的屈服强度和25%的延伸率并能够用作汽车车轮钢且疲劳寿命不小于10万次的热轧钢板及其制造方法。本发明的一方面提供了一种高强度热轧钢板。所述高强度热轧钢板的化学成分按重量百分比计为大于0且小于或等于0. 10%的C、0. 04 0. 15%的Si、大于0且小于或等于 1. 50%的 Mn、彡 0. 020%的 P、彡 0. 015%的 S、0. 02 0. 04%的 Nb、0. 010 0. 035% 的Ti、0. 015 0. 065%的Als、0. 0010 0. 0025%的Ca，余量为铁及不可避免的杂质，所述高强度热轧钢板由铁素体组织和珠光体组织组成，并且所述铁素体组织和珠光体组织的晶粒度在11 13级的范围内。
根据本发明一方面的高强度热轧钢板，其抗拉强度> 500MPa，屈服强度 >410MPa，延伸率>25%。另外，所述高强度热轧钢板制作的车轮的疲劳寿命> 10万次。本发明的另一方面提供了一种高强度热轧钢板的制造方法。所述制造方法包括对钢坯进行加热、热轧、层流冷却、卷取的步骤，其中，所述钢坯的成分按重量百分比计为 大于0且小于或等于0. 10%的C、0. 04 0. 15%的Si、大于0且小于或等于1.50%的Mn、 彡 0. 020 % 的 P、彡 0. 015 % 的 S、0. 02 0. 04 % 的 Nb、0. 010 0. 035 % 的 Ti、0. 015 0. 065%的Als、0. 0010 0. 0025%的Ca，余量为铁及不可避免的杂质，所述加热步骤将钢坯的温度控制为1220°C 1260°C，所述热轧步骤的终轧温度控制为860°C 900°C，所述卷取步骤的温度控制为620°C 660°C。与现有技术相比，本发明的有益效果为制得了能够具有500MPa以上的抗拉强度、 410MPa以上的屈服强度和25%的延伸率并能够用作汽车车轮钢且疲劳寿命不小于10万次的热轧钢板。此外，本发明的高强度热轧钢板因具有较高的强度、高塑性、良好的成型性及高的疲劳寿命等而具有优良的综合性能；本发明的高强度热轧钢板制造方法具有热轧工艺控制难度小、可操作性强、宜广泛推广应用、生产成本低等优点。
图1至图4示出了根据本发明高强度热轧钢板的示例的金相组织图。
具体实施例方式在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明。根据本发明一方面的高强度热轧钢板的化学成分按重量百分比计为大于0且小于或等于0. 10%的C、0. 04 0. 15%的Si、大于0且小于或等于1. 50%的Mn、彡0. 020% 的 P、彡 0. 015% 的 S、0. 02 0. 04% 的 Nb、0. 010 0. 035% 的 Ti、0. 015 0. 065% 的 Als、 0. 0010 0. 0025%的Ca，余量为铁及不可避免的杂质，所述高强度热轧钢板由铁素体组织和珠光体组织组成，并且所述铁素体组织和珠光体组织的晶粒度在11 13级的范围内 (相应地，所述铁素体组织和珠光体组织中铁素体的晶粒尺寸为4 6 μ m)。本发明的高强度热轧钢板的抗拉强度> 500MPa，屈服强度> 410MPa，延伸率> 25%。本发明的高强度热轧钢板制作的车轮的疲劳寿命> 10万次。在本发明中，当钢板中的化学成分中C元素含量高于0. 10%、P元素含量高于 0. 020%或者S元素含量高于0. 015%时，会导致钢板的成型性能得不到保证，尤其是会导致钢板的焊接性能和扩孔翻边性能明显降低。因此，在本发明的高强度热轧钢板中，将C元素的含量控制在大于0且小于或等于0. 10%的范围内，将P元素的含量控制在小于或等于 0.020%的范围内，将S元素的含量控制在小于或等于0.015%的范围内。此外，优选地，本发明的高强度热轧钢板的S元素含量可以在大于0. 010 %且小于或等于0. 015 %的范围内， 从而不需要对本发明的高强度热轧钢板进行深度脱硫，降低了生产成本。在本发明中，当钢板中Si元素的含量超出设定值容易出现表面缺陷。因此，在本发明的高强度热轧钢板中，将Si元素的含量控制在大于或等于0. 04且小于或等于0. 15% 的范围内。在本发明中，钢板中的Mn元素具有增加钢板的强韧性，降低钢的脆性转温度的作
4用。在本发明的高强度热轧钢板中，将Mn元素的含量控制在大于0且小于或等于1. 50%的范围内，从而能够保证钢板的强度和塑性在要求的范围内。在本发明中，钢板中的Nb元素能够有效地细化晶粒，提高强度和韧性，并且以碳化物和碳氮化物的形式存在的Nb元素的可起到良好的强化作用。当钢板中Nb元素的含量小于0. 02%时，强化效果不明显，会导致钢板的强度波动增大并且钢板的抗拉强度容易出现低于500MPa的现象。当钢板中Nb元素的含量大于0. 04%时，会导致钢板的强度波动增大，钢板的抗拉强度容易超出600MPa以上，而且钢板的经济性降低。因此，在本发明的高强度热轧钢板中，将Nb元素的含量控制在大于0. 02%且小于或等于0. 04%的范围内。在本发明中，钢板中的Ti元素能够起到细化晶粒、改变夹杂物形态(例如，使长条状硫化物夹杂球化)和改善焊接性能的作用。当钢板中Ti元素的含量低于0.010%，会降低钢板的焊接性能和强度；当钢板中Ti元素的含量高于0. 035%，会造成合金元素Ti的浪费且成本增加，而且会导致钢板的强度出现大的波动。在本发明中，钢板中的Als能够起到良好的脱氧和细化晶粒的作用。当钢板中 Als含量低于0. 015%时，形成钢板的钢水的氧化性过高，从而会降低合金收得率；当钢板中Als含量高于0. 065%时，钢板的晶粒过细，明显降低成型性能。在本发明中，钢板中的Ca元素能够使钢中硫化物夹杂球化，提高钢板的塑韧性， 缩小钢板性能的方向性，并可提高延伸凸缘性能。当钢板中的Ca元素含量低于0. 0010% 时，Ca元素改变钢中硫化物的夹杂形态的效果不明显；当钢板中的Ca元素含量高于 0. 0025%时，则会降低钢的可浇性，甚至在浇注时出现结瘤现象，此外还会增加钙的夹杂， 并会导致成本增加。根据本发明另一方面的高强度热轧钢板制造方法包括对钢坯进行加热、热轧、 层流冷却、卷取的步骤，其中，所述钢坯的成分按重量百分比计为大于0且小于或等于 0. 10%的C、0. 04 0. 15%的Si、大于0且小于或等于1. 50 %的Mn、彡0. 020 %的P、 彡 0. 015 % 的 S、0. 02 0. 04 % 的 Nb、0. 010 0. 035 % 的 Ti、0. 015 0. 065 % 的 Als、 0. 0010 0. 0025%的Ca，余量为铁及不可避免的杂质，所述加热步骤将钢坯的温度控制为 1220°C 1260°C，所述热轧步骤的终轧温度控制为860°C 900°C，所述卷取步骤的温度控制为620°C 660°C。层流冷却广泛应用于热轧板带生产线上，其设置在热连轧机组的后方、卷取机的前方。具体来讲，层流冷却是采用层状水流对热轧钢板或带钢进行的轧后在线控制冷却工艺，该工艺将数个层流集管安装在精轧机输出辊道的上方，组成一条冷却带，钢板(带)热轧后通过冷却带进行加速冷却。这里，如果加热步骤中钢坯的温度低于1220°C，则钢中奥氏体中的合金的固溶含量不足，从而导致钢的强度及抗疲劳性能降低；如果加热步骤中钢坯的温度高于1260°C， 则会导致钢中的晶粒过分长大，从而造成晶粒粗大以至于影响钢的强度、韧性和疲劳性能。 因此，在本发明的高强度热轧钢板制造方法中，为了使Nb、Ti等合金元素在奥氏体中充分固溶，并获得细的奥氏体晶粒，加热步骤中的钢坯的温度应当控制在1220°C 1260°C范围内。为了避免混晶，并使钢板获得合适的强度和塑性，热轧步骤中的终轧温度应当控制在 860 900 0C ο当卷取步骤的温度低于620°C时，会因细小的碳化物或氮化物析出量过多而导致钢板的强度过高；当卷取步骤的温度高于660°C时，会出现因铁素体晶粒以及析出物的颗粒较大而导致钢板的塑性降低的现象。因此，在本发明的高强度热轧钢板制造方法中，卷取步骤中的温度应当控制在620°C 660°C。以下，将结合本发明的具体示例及附图来详细说明本发明的高强度热轧钢板及其制造方法。本发明的高强度热轧钢板的制造方法可以使用常用的钢铁冶金设备及热轧设备来实现。例如，本发明的高强度热轧钢板的制造方法可以通过高炉、转炉、二次精炼、连铸和热连轧工艺流程或者电炉、二次精炼、连铸和连轧的工艺流程来实现。示例 1在本示例中，采用120吨LD转炉、二次精炼设备(例如，LF精炼炉)、1300板坯连铸机和1450热连轧机组，按照钢坯一加热一热轧一层流冷却一卷取的工艺流程来生产本发明的高强度热轧钢板。通过前面的炼钢工艺和连铸工艺可得到厚度为200mm连铸板坯，其化学成分按重量百分比计为0. 06% 的 C，0. 07% 的 Si，l. 12% 的 Μη,Ο. 021 % 的 Nb，0. 020 % ^ Ti, P^O. 012%, S^O. 009%,0. 040% 的 Als，0. 0010% 的 Ca，余量为 Fe 和不可避免杂质元
ο将上述连铸板坯加热至1220°C进行粗轧，粗轧后中间板坯厚度约为36mm。然后在 860°C进行终轧，钢板成品的厚度为6mm。卷取温度控制为大约620°C。对本示例的钢板的力学性能进行测量，得到钢板的屈服强度为425MPa，抗拉强度为510MPa，延伸率为35%，扩孔率为112%。本示例所得钢板的车轮台架疲劳寿命为10，396次。图1示出了本示例的钢板的金相组织图。如图1所示，本示例的钢板由铁素体和珠光体组织构成，并且铁素体和珠光体组织的晶粒度级别约为11. 5级(对应地，铁素体组织和珠光体组织中的铁素体的晶粒尺寸约为5. O μ m)。示例 2本示例中的钢板的制造方法基本与示例1相同，不同之处在于在本示例中，连铸板坯的化学成分按重量百分比计为0. 07%的C，0. 10%的Si，1. 17%的Μη，0. 025%的Nb， 0. 014%的 Ti，P 彡 0. 017%, S 彡 0. 007%,0. 027%的 Als，0. 0021%的 Ca，余量为 Fe 和不可避免杂质元素；连铸板坯的加热温度为1230°C，粗轧后中间板坯厚度约为33mm，终轧温度为872°C，钢板成品的厚度为4. Omm，卷取温度为640°C。对本示例的钢板的力学性能进行测量，得到钢板的屈服强度为475MPa，抗拉强度为555MPa，延伸率为31 %，扩孔率为130%。本示例所得钢板的车轮台架疲劳寿命为10，645次。图2示出了本示例的钢板的金相组织图。如图2所示，本示例的钢板由铁素体组织和珠光体组织构成，并且铁素体和珠光体组织的晶粒度级别约为11.5级(对应地，铁素体组织和珠光体组织中的铁素体的晶粒尺寸约为5. O μ m)。示例 3本示例中的钢板的制造方法基本与示例1相同，不同之处在于在本示例中，连铸板坯的化学成分按重量百分比计为0. 07%的C，0. 13%的Si，1. 17%的Mn，0. 0 %的Nb， 0. 031%的 Ti, P 彡 0. 016%, S 彡 0. 007%,0. 056%的 Als,0. 0018%的 Ca，余量为 Fe 和不可避免杂质元素；连铸板坯的加热温度为1230°C，粗轧后中间板坯厚度约为30mm，终轧温度为890°C，钢板成品的厚度为2. 8mm，卷取温度为645°C。对本示例的钢板的力学性能进行测量，得到钢板的屈服强度为475MPa，抗拉强度为585MPa，延伸率为观％，扩孔率为152%。本示例所得钢板的车轮台架疲劳寿命为10，449次。图3示出了本示例的钢板的金相组织图。如图3所示，本示例的钢板由铁素体组织和珠光体组织构成，并且铁素体和珠光体组织的晶粒度级别约为12级(对应地，铁素体组织和珠光体组织中的铁素体的晶粒尺寸约为4. 8 μ m)。示例 4本示例中的钢板的制造方法基本与示例1相同，不同之处在于在本示例中，连铸板坯的化学成分按重量百分比计为0. 09%的C，0. 13%的Si，1. 14%的Mn，0. 0 %的Nb， 0. 027%的 Ti, P 彡 0. 017%, S 彡 0. 012%,0. 050%的 Als,0. 0013%的 Ca，余量为 Fe 和不可避免杂质元素；连铸板坯的加热温度为1230°C，粗轧后中间板坯厚度约为33mm，终轧温度为873°C，钢板成品的厚度为3. 5mm，卷取温度为633°C。对本示例的钢板的力学性能进行测量，得到钢板的屈服强度为530MPa，抗拉强度为605MPa，延伸率为观％，扩孔率为176%。本示例所得钢板的车轮台架疲劳寿命为10，752次。图4示出了本示例的钢板的金相组织图。如图4所示，本示例的钢板由铁素体组织和珠光体组织构成，并且铁素体和珠光体组织的晶粒度级别约为13级(对应地，铁素体组织和珠光体组织中的铁素体的晶粒尺寸约为4. 3 μ m)。综上所述，本发明的方法通过采用适量的硅(0.05-0. 15% )，配合铌、钛、钙微合金化方式，避免了加入Cr、Mo、Ni等贵重元素，同时采用高温终轧、高温卷取、前段层冷的控轧控冷工艺制度，成功地生产出铁素体+珠光体组织的适用于高强度汽车车轮钢的高强度热轧钢板。本发明的高强度热轧钢板的屈服强度> 410MPa、抗拉强度> 500MPa、延伸率 >25%、扩孔率>100%，且本发明的高强度热轧钢板制作的车轮的疲劳寿命>10万次。此外，本发明的高强度热轧钢板还具有合金成本低、轧制工艺控制简单且可操作性强的优点。尽管上面已经结合具体的示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对上述示例性实施例作出各种调整和改变。
权利要求
1.一种高强度热轧钢板，其特征在于，所述高强度热轧钢板的化学成分按重量百分比计为大于0且小于或等于0. 10%的C、0. 04 0. 15%的Si、大于0且小于或等于1. 50%的 Mn、彡 0. 020%的 P、彡 0. 015%的 S、0. 02 0. 04%的 Nb、0. 010 0. 035%的 Ti、0. 015 0. 065%的Als、0. 0010 0. 0025%的Ca，余量为铁及不可避免的杂质，所述高强度热轧钢板由铁素体组织和珠光体组织组成，并且所述铁素体组织和珠光体组织的晶粒度在11 13级的范围内。
2.如权利要求1所述的高强度热轧钢板，其特征在于，所述高强度热轧钢板的抗拉强度彡500MPa，屈服强度彡410MPa，延伸率彡25%。
3.如权利要求1所述的高强度热轧钢板，其特征在于，所述高强度热轧钢板制作的车轮的疲劳寿命彡10万次。
4.一种高强度热轧钢板的制造方法，所述制造方法包括对钢坯进行加热、热轧、层流冷却、卷取的步骤，其特征在于，所述钢坯的成分按重量百分比计为大于0且小于或等于0. 10%的C、0. 04 0. 15%的Si、大于0且小于或等于1. 50%的Mn、彡0. 020 %的P、 彡 0. 015 % 的 S、0. 02 0. 04 % 的 Nb、0. 010 0. 035 % 的 Ti、0. 015 0. 065 % 的 Als、 0. 0010 0. 0025%的Ca，余量为铁及不可避免的杂质，所述加热步骤将钢坯的温度控制为 1220°C 1260°C，所述热轧步骤的终轧温度控制为860°C 900°C，所述卷取步骤的温度控制为 6206600C ο
全文摘要
本发明提供了一种高强度热轧钢板及其制造方法。所述高强度热轧钢板的化学成分按重量百分比计为大于0且小于或等于0.10％的C、0.04～0.15％的Si、大于0且小于或等于1.50％的Mn、≤0.020％的P、≤0.015％的S、0.02～0.04％的Nb、0.010～0.035％的Ti、0.015～0.065％的Als、0.0010～0.0025％的Ca，余量为铁及不可避免的杂质，所述高强度热轧钢板由铁素体组织和珠光体组织组成，并且所述铁素体组织和珠光体组织的晶粒度在11～13级的范围内。本发明的高强度热轧钢板的屈服强度≥410MPa、抗拉强度≥500MPa、延伸率≥25％、扩孔率≥100％，且本发明的高强度热轧钢板制作的车轮的疲劳寿命≥10万次。
文档编号C22C38/14GK102400042SQ20111035433
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者付开忠, 吴菊环, 左军, 曾耀先, 李卫平, 罗许, 翁建军, 陈天明, 黄徐晶 申请人:攀钢集团攀枝花钢钒有限公司, 攀钢集团研究院有限公司, 攀钢集团西昌钢钒有限公司