一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法
【专利摘要】一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法，包括炼钢、精炼、连铸、均热、热连轧、层流冷却、卷取工艺过程，其特征在于：保证连铸坯在扇形段矫直区域的角部温度达到1000℃以上，避开850℃～950℃的脆性温度区，该钢的均热工序温度为1095℃～1115℃，热连轧工序中终轧温度850℃～870℃；成品厚度规格在8.0mm～10.0mm之间的精轧总压下率大于70％，小于8.0mm厚度的产品在确保精轧总压下率的前提下，R2压下率应控制在48％～52％；卷取温度控制在550℃～570℃。本发明产品可免酸洗直接冲压钢板。
【专利说明】一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生产金属材料领域，涉及到一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法。
【背景技术】
[0002] 汽车大梁用钢广泛应用于汽车底盘横、纵梁等结构件的制造，传统工艺生产的汽 车大梁钢在冲压汽车用结构件时，如不经酸洗直接冲压，会出现氧化铁皮脱落并变成粉尘 等现象，不但污染环境，而且影响冲压模具的使用寿命，严重影响汽车零件的下步工序生 产，因此通常需要使用酸洗的方法来去除钢板表面的氧化铁皮。随着汽车行业的不断发展， 其对钢铁材料的要求也越来越高，要求钢板既具有良好的综合力学性能，又具有优良的表 面质量，从而满足直接冲压工艺的要求，在这种背景下，汽车厂家向钢铁企业提出了免酸洗 可直接冲压钢板的要求。经查阅资料，未发现有免酸洗可直接冲压钢板的汽车大梁用黑皮 钢带的生产方法。
[0003] 常温下热轧钢板表面的氧化铁皮主要为Fe304和Fe203,Fe203为红褐色，易脱落； Fe304为蓝黑色，十分稳定，耐蚀性好，不易脱落。研究发现，在调整汽车大梁钢的成分设计的 基础上，通过合理设定热轧终轧温度和卷取温度，控制冷却速度和强度，可以获得表面氧化 层中含量较高的高表面质量的汽车大梁用钢，这种大梁钢因其表面呈蓝黑色，因此又称"黑 皮钢"。黑皮钢表面氧化铁皮以十分稳定的Fe304为主，厚度较薄，并具有一定的韧性，在冲 压过程中不易脱落，因而不需要酸洗或清理喷砂，可以直接进行漆前处理和涂装，是一种免 酸洗钢。由于符合环保及节能的需要，使黑皮钢成为未来汽车大梁钢生产的方向。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种质量稳定、强塑性优良、冲压性能好、免酸洗可直接冲 压钢板的汽车大梁用黑皮钢带的生产方法。
[0005] 本发明整体的技术方案为：本发明的设计原理是通过在理论上系统分析钢中Nb、 Ti等元素对钢的强度、韧性等性能的影响，以及Si元素对氧化铁皮生成结构的影响，同时 兼顾生产成本及工艺，对这种新型高强度、高韧性热轧钢带的化学成分进行设计，结合合理 的控轧控冷工艺，获得一种质量稳定、强塑性优良、冲压性能好的热轧钢带。
[0006] 根据上述目的和整体的技术方案，本发明采用顶底复吹转炉+LF精炼炉十薄板坯 连铸连轧工艺，具体技术方案为：
[0007] 1、化学成分
[0008] 黑皮钢带的化学组成成分（wt% )为：C:0? 04%?0? 07%、Si:彡0? 15%、Mn: 1. 10 % ?1. 30%、P:彡 0? 025%、S:彡 0? 01 %、Nb. 0? 020 % ?0? 030%、Ti:0? 015 % ? 0. 025%、Als:0. 015?0. 025%、余为Fe及其他不可避免的杂质。
[0009] 上述主要化学成分的设计依据为：
[0010] C:碳含量与钢材强度、韧性和塑性关系明显，随碳含量的增加，形成的析出物也增 力口，导致基体强化，这会增加材料的抗拉强度，同时也会少量的影响屈服强度，但是随着碳 含量的增加，缺口韧性降低，而HAZ(热影响区）硬度提高，导致焊接性能变差，并且钢的延 伸率随之下降。同时，对于薄板坯连铸连轧工艺，0. 08%?0. 16%的碳含量将进入包晶区， 铸坯裂纹敏感性急剧增强。汽车大梁钢作为一种冷加工成形用钢，在具备理想的强度性能 的同时，还应有良好的韧塑性指标，考虑以上因素，本发明所中成分采用低于包晶区下限的 低碳设计，碳含量控制在〇. 04 %?0. 07%。
[0011] Mn:锰加入钢中的主要作用为固溶强化提高钢的强度，同时，钢中的Mn可与S结合 成MnS并以线状形态分布于奥氏体中，可改善钢的塑性，是抑制板坯热裂倾向的重要元素， 基于这些因素，本发明钢中锰含量控制在1. 10%?1. 30%。
[0012]Si:当钢中硅含量较高时，在加热过程中，硅元素易于向氧化亚铁和钢材基体之间 的界面扩散，在氧化铁皮和基体之间容易形成Fe2Si04，在1173°C以下与FeO产生共晶反应， 形成强度很高的铁橄榄石（Fe0/Fe2Si04)。铁橄榄石容易与奥氏体形成锚式链接，并与FeO 层形成良好的界面匹配，将FeO牢固地粘黏在基体上，使得粗轧除鳞时氧化铁皮不易去除， 在后续热轧过程中容易被压入板面和破碎，从而形成红色铁皮。因此，为获得汽车大梁用黑 皮钢，应采用较低的硅含量的化学成分设计，硅含量应控制在〇. 15%以下。
[0013] Nb:钢中加入微量铌合金即可显著提高钢材的强韧性能，考虑铌微合金化钢铸坯 表面在弯曲和随后矫直过程中，因微细析出物的产生而导致可能出现横裂纹等质量问题， 另外，铌的加入还要确保铸态组织在连轧早期发生完全再结晶，并确保在后续道次的轧制 过程中奥氏体发生薄饼化，因此钢中加入的铌要适量。综合以上因素的考虑，本发明中钢中 铌含量控制在〇. 020 %?0. 030 %。
[0014] Ti:钛含量与屈服强度和转变温度有密切关系，钛含量较低时，屈服强度的提高因 素是细晶强化。当随着钛含量提高后产生的沉淀强化将显著提高屈服强度，随着沉淀强化 的加强，板材脆性转变温度迅速提高，板材冷弯性能、冲击性能恶化。综合两种因素的影响， 本发明中钛含量控制在0. 015 %?0. 025%。
[0015]S:硫是有害元素（易切削钢除外）。S在S铁及Y铁中的溶解度都很小，所以钢 液在凝固时，随着钢液的凝固，S向未凝固的液体部富集，造成凝固组织偏析，结果使钢的宏 观组织极不均匀；其次S可以形成多种硫化物（如FeS、MnS)。硫对焊接性能也不利，因此 要将S控制在小于等于0. 01 %。
[0016] 2、铸坯质量控制技术
[0017] 对于铌微合金化钢来说，随着铌含量的增加，800°C?900°C延展性将明显下降，这 意味着该阶段的铸坯受力后容易出现裂纹，特别是铸坯的角部出现横裂纹。钛微合金化可 以一定程度上改善或解决铌微合金化钢易形成的铸坯表面横裂纹，这一方面是由于钢中的 氮优先与钛反应，减少了参与与铌反应的氮量，也使Nb(C，N)的析出受到抑制；另一方面， 高温的铌优先在钛上形核析出，从而形成粗大的（Ti，Nb)(C，N)的复合析出，避免形成细小 的Nb(C，N)析出，有效地减少了铸坯裂纹的产生。通过调整结晶器冷却水流量，二冷区喷淋 水流量来控制铸坯冷却强度，保证连铸坯在扇形段矫直区域的角部温度达到l〇〇〇°C以上， 避开850°C?950°C的脆性温度区。
[0018] 3、控制轧制和控制冷却技术
[0019] 根据（Ti，Nb) (C，N)析出规律，设定合理的温度制度和冷却制度，保证细小的（Ti，Nb) (C，N)粒子充分析出。在保证设备安全的情况下，制定合理的加热制度，并采用高精度 大变形负荷分配，有利于（Ti，Nb)(C，N)的形变诱导析出，抑制热变形过程中奥氏体晶粒的 长大，提高沉淀强化作用。
[0020] 3. 1板坯加热温度的控制
[0021] 热轧氧化铁皮的厚度与带钢表面温度和轧制时间有关，采用低温加热温度，可以 降低轧制时带钢的表面温度，从而获得较薄的氧化铁皮厚度。此外，板坯加热温度的选择还 应充分考虑他((：，沁的固溶温度，根据他((：，沁固溶度计算公式，他含量在0.025%时板坯 加热温度应在l〇91°C以上。考虑到以上各种因素，板坯加热温度设定在1095°C?1115°C。
[0022] 3. 2压下制度和轧制温度的控制
[0023] 粗轧阶段，为促进粗晶奥氏体再结晶，应保证好以下三个方面的技术条件：（1) 较高的变形温度；（2)较小的应变速率（轧制速度）；（3)较大的应变量（轧制变形量）。 较高的终轧温度配合低温加热有助于形成厚度较薄的氧化铁皮，因此入精轧温度设定在 1000°C?1030°C;同时，粗轧总压下率应保证在50%以上。
[0024] 精轧阶段，应在高温再结晶控轧后快冷至未再结晶区进行轧制，采用减少中间机 架压下量及加大机架间冷却水的方法避开部分再结晶区，以免造成混晶现象。为细化铁素 体晶粒，应确保未再结晶区要保证足够的变形量，F4?F5机架的总压下率应高于20%。同 时，平衡黑皮钢氧化层结构和控轧工艺两者的需求，终轧温度设定在850°C?870°C;考虑到 乳制速度过低会造成板面温度降低过快，因此对于8. 0mm厚度的板卷，乳制速度控制在3m/ s左右。
[0025] 3. 3卷取温度的控制
[0026] 卷取温度对氧化铁皮的结构及组分有很大影响，在汽车大梁用黑皮钢带的成分设 计下，当卷取温度低于570°C时，卷取前产生的Fe304结构处于稳定状态；而当卷取温度高于 570°C时，Fe离子持续由钢基体扩散进入氧化层，在Fe304与FeO界面处会重新形成FeO,消 耗掉部分卷取前已形成的Fe304。考虑以上因素，卷取温度设定在550°C?570°C。为减少 轧制运行中带钢表面残留水对产品综合性能的影响，在层流冷却装置后部设计安装一套固 定风吹装置，利用该装置抑制带钢表面残留水，稳定卷取温度。
[0027] 本发明的有益效果是：采用本发明所述的化学成分，经过冶炼、LF精炼处理、连铸 后浇铸成铸坯，经过2道次粗轧和5道次精轧轧制至成8. 0mm厚的钢带。从钢带中间部位 截取若干试样进行分析，其化学成分如表1所示，力学性能如表2所示。其中表1为本发明 实施例钢与现有技术对比例钢化学成分对比表，表2为本发明实施例钢带与现有技术对比 例钢带力学性能对比表，其中，1-4#为本发明实施例，5-7#为现有技术生产的汽车大梁钢 对比例。
[0028] 表1本发明实施例钢与现有技术对比例--化学成分对比表
[0029]
【权利要求】
1. 一种汽车大梁用黑皮钢带的生产方法，其钢的化学组成成分（Wt% )为：C: 0? 04%?0? 07%、Si :彡 0? 15%、Mn :1. 10%?1. 30%、P :彡 0? 025%、S :彡 0? 01%、Nb : 0? 020%?0? 030%、Ti :0? 015%?0? 025%、Als :0? 015 ?0? 025%、余为 Fe 及其他不可避 免的杂质，生产方法采用顶底复吹转炉+LF精炼炉+薄板坯连铸连轧工艺，整个生产工艺流 程为：炼钢、精炼、连铸、均热、热连轧、层流冷却、卷取等工艺过程，其特征在于： (1) 保证连铸坯在扇形段矫直区域的角部温度达到l〇〇〇°C以上，避开850°C?950°C 的脆性温度区，该钢的均热工序温度为l〇95°C?1115°C，热连轧工序中终轧温度850°C? 870。。； (2) 成品厚度规格在8. 0mm?10. 0mm之间的精轧总压下率大于70%，小于8. 0mm厚度 的产品在确保精轧总压下率的前提下，R2压下率应控制在48%?52% ; (3) 卷取温度控制在550°C?570°C。
【文档编号】C21C7/00GK104342599SQ201310336876
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】王韶光, 王晓春, 关春立, 王春成, 于大海, 李松波, 柴超, 尚冰, 李春雷, 韩立海, 谢勇 申请人:通化钢铁股份有限公司