本发明属于钢铁材料工程的技术领域，涉及一种高强度汽车用钢及其制造方法，具体的涉及一种700MPa级热轧汽车结构用钢及其制备方法。
背景技术：
随着能源日趋紧张、环境压力日益加剧，加上全球对环境保护立法的不断完善，促进了汽车技术发展重心向着节能、环保和安全性方面发展。运用现代技术和方法减轻零部件或者整车的重量，在保障安全等性能的前提下，通过减重来实现节能减排降耗目标已成为共识。长期以来，国内外在得到屈服强度在600MPa以上的钢种时多采用合金化，通常通过添加Mo、Cr、Ni、B等合金元素来实现，导致钢材成本的增加；同时，合金元素的增多增加了钢材前期冶炼及后期回收再利用的难度。针对这些因素，现有技术中有通过采用添加Ti和Mo的方法来获得热轧高强钢，但是添加Ti和Mo必须具有一定比例，钢材的强度才能达到700MPa以上。Mo元素的加入，相应增加了钢材的成本，而且其工艺路线复杂，需要在终轧后保温一定时间后进行卷取，影响现场的生产节奏。目前国内外高强度钢板均采用添加Nb、V、Ti微合金元素的方法生产，以细晶强化或析出强化的强化机制为主；有的生产成本较高，有的无法满足汽车零部件对疲劳性能提出的提高要求。公开号CN101525717A公开了一种700MPa级Ti微合金化超细晶钢及其生产方法，0.03～0.07%C、Si＜0.30%、1.00～2.10%Mn、P≤0.02%、0.10-0.14%Ti，S≤0.008%，在薄铸坯连铸连轧生产线上得到了一种700MPa级的高强钢，该钢种采用了高锰高钛的成分设计，未解决高钛钢强度波动大性能难于稳定控制的问题，尤其是钛含量在0.10%以上时冲击性能和疲劳性能下降较明显，无法满足汽车零部件对高疲劳和高冲击性能的要求。公开号CN101768698A公开了一种低成本屈服强度700MPa级非调质处理高强钢板，其特征在于：以质量计含有C：0.05～0.10％；Si：0.1％～0.4％；Mn：1.5～2.0％；P＜0.015％；S＜0.01％；Cr：0.3～0.8％；Ti：0.09～0.15％；Nb：0.04～0.08％；N：＜0.005％；O：＜0.002％；其余为铁Fe以及不可避免的杂质，生产出700MPa级以上的高强钢，该专利中采用高锰铬合金化、铌钛复合的成分设计，其贵重合金元素添加量较大，生产成本偏高。公开号CN101565794A、CN200510100421.2、CN2005110047632.4、CN2005110047633.9、JP11343536等均采用了高锰、铌钛复合或钒氮微合金化以及铌钒钛复合微合金化等成分设计，生产成本均偏高。公开号为US20120247606A1，公开日为2012年10月4日，名称为“一种控温轧制无加速冷却的低钼低合金高强度的钢板”的美国专利文献，其公开了一种低钼低合金含量的钢板，该钢板的基本组成（以质量百分含量wt%计）为：C：0.05～0.07，Mn：1.5～1.7，Ti：0.01～0.025；Al：0.02～0.04；Nb：0.075～0.1，P≤0.01，S≤0.003，Mo：0.1～0.2，其余为Fe和不可避免的杂质。在该专利文献公开的钢板中添加了Mo和Nb两种较为贵重的合金元素。公开号为US20120247605A1，公开日为2012年10月4日，名称为“一种控温轧制无加速冷却的无钼低合金高强度钢板”的美国专利文献，其公开了一种不含钼元素的低合金高强度钢种。该钢种的质量百分含量（wt.%）为：C：0.05～0.09%；Mn:1.70～1.95%；Ti：0.01～0.02%；Al：0.02-0.055%；Nb：0.075～0.1%；P≤0.015%；S≤0.003%；V：0.01～0.03%；Mo≤0.003%；其余为Fe和不可避免的其他杂质。本专利文献虽然未添加Mo元素，但是在加入Nb元素的情况下，又添加了V元素。公开号为US20100212785A1，公开日为2010年8月26日，名称为“一种具有优异的高压氢环境脆化性的低合金高强度钢及其制造方法”的美国专利文献，其涉及一种高强度低合金钢种，该钢种的化学元素的质量百分含量为：C：0.10～0.20％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.50～1.20％，Cr：0.20～0.80％，Cu：0.10～0.50％，Mo：0.10～1.00％，V：0.01～0.10％，B：0.0005～0.005％，N：≤0.01％，余量由Fe和不可避免的杂质组成。该专利中，虽然未添加Nb元素，但是在加入Mo元素的基础上，还添加了Cu，V等贵重合金元素。考虑到高强度汽车结构用钢对疲劳性能和冲击性能更高的要求以及成本低廉等因素，本发明对化学成分配比及工艺进行了研究，设计出了一种700MPa级高强钢及其生产工艺，生产的产品适于汽车零部件的加工制造，特别是对疲劳性能和冲击性能有高要求的部件，满足汽车轻量化发展的要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对高强度汽车结构用钢对疲劳性能和冲击性能更高的要求以及成本低廉等因素而提供一种700MPa级热轧汽车结构用钢及其制备方法，本发明在C-Si-Mn钢成分的基础上，通过添加Cr、Ti和P，严格控制S、N含量，不添加Nb、V贵重微合金元素，也不添加Mo、Ni等贵重合金，大幅降低了成本，采用控轧控冷工艺，获得抗拉强度700MPa级以上的高强度汽车结构用钢，其最终组织为铁素体＋贝氏体组织。该结构用钢不添加Nb、V、Mo、Ni等元素，节约了生产成本，生产方法也便于操作。本发明的结构用钢可广泛应用于汽车结构件和加强件的生产，满足汽车工业轻量化的要求。本发明的技术方案为：一种700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.05～0.1%、Si0.30～0.60%、Mn0.50～1.00%、Alt0.02～0.06%、Cr0.60～1.00%、P≤0.06%、Ti0.05～0.10%、S≤0.005%、N≤0.006%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.06～0.09%、Si0.30～0.50%、Mn0.60～0.9%、Alt0.02～0.06%、Cr0.70～0.9%、P0.03～0.06%、Ti0.05～0.10%、S≤0.005%、N≤0.006%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.08%、Si0.34%、Mn0.75%、Alt0.03%、Cr0.74%、P0.045%、Ti0.078%、S0.003%、N0.0033%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.058%、Si0.35%、Mn0.63%、Alt0.034%、Cr0.69%、P0.059%、Ti0.067%、S0.004%、N.0.0042%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.066%、Si0.38%、Mn0.75%、Alt0.041%、Cr0.65%、P0.053%、Ti0.076%、S0.002%、N0.0026%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢的制备方法，包括以下步骤：首先铁水经过KR脱硫处理；然后经过转炉常规冶炼，控制钢水终点C、P、Mn、Si的重量百分比含量分别为：C0.05～0.10%、P≤0.06%、Mn0.50～1.00%、Si0.30～0.60%；再进行LF处理后喂钙线对夹杂物进行变性处理并控制软吹时间不低于10分钟，最后连铸成90～250mm厚的铸坯，铸坯经过热连轧制得700MPa级热轧汽车结构用钢；其中所述热连轧包括以下工艺：（1）加热工艺：将所得厚度为90～250mm的铸坯加热到1200～1300℃，保温时间1～3小时，然后进行轧制；（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，其中粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1100～1180℃，终轧温度1000～1100℃，精轧阶段开轧温度为980～1080℃，终轧温度为800～880℃；轧制完成后进行冷却；（3）冷却工艺：采用变速冷却工艺，以50～100℃/s的冷速冷却至650～700℃，空冷1～3S，然后以50～200℃/s的冷速冷却至目标卷取温度进行卷取；（4）卷取工艺：卷取温度为250～450℃。所述卷取工艺的卷取温度为350～450℃。所述700MPa级热轧汽车结构用钢的制备方法，包括铁水预处理；转炉冶炼；LF处理；连铸；热连轧；所述热连轧工艺为：（1）加热工艺：将所得厚度为135mm的铸坯加热到1270℃，保温时间2小时，然后进行轧制；（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，其中粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1170℃，终轧温度1090℃，3道次轧制成32mm的中间坯，精轧阶段开轧温度为1060℃，终轧温度为880℃；轧制完成后进行冷却；（3）冷却工艺：采用变速冷却工艺，以78℃/S的冷速冷却至686℃，空冷3S，然后以82℃/S的冷速冷却至目标卷取温度进行卷取；（4）卷取工艺：卷取温度为416℃。所述700MPa级热轧汽车结构用钢的制备方法，包括铁水预处理；转炉冶炼；LF处理；连铸；热连轧；所述热连轧工艺为：（1）加热工艺：将所得厚度为135mm的铸坯加热到1260℃，保温时间2.5小时，然后进行轧制；（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，其中粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1160℃，终轧温度1070℃，3道次轧制成34mm的中间坯，精轧阶段开轧温度为1060℃，终轧温度为870℃；轧制完成后进行冷却；（3）冷却工艺：采用变速冷却工艺，以67℃/S的冷速冷却至673℃，空冷2S，然后以62℃/S的冷速冷却至目标卷取温度进行卷取；（4）卷取工艺：卷取温度为352℃。本发明的有益效果为：本发明中各合金元素的作用如下：C：提高钢的强度的重要元素，C含量太低则强度不足，C含量太高焊接性能和成形性能恶化，因此控制在0.05～0.10%，优选0.06～0.09%。Si：脱氧元素，同时在钢中起固溶强化作用，含量太低强化效果太弱，含量太高表面质量难于控制，因此控制在0.30～0.60%，优选0.30～0.50%。Mn：改善屈服强度和淬透性，过低造成奥体体稳定性和钢的强度不足，过高会使钢的塑性和焊接性下降，因此控制在0.50～1.00%，优选0.60～0.90%。S：钢中的杂质元素，对成形性和疲劳性能影响较大，含量越低越好。P：固溶强化元素，加入适量的P可促进铁素体的生成并保持强度和塑形的良好平衡，因此控制在≤0.06%，优选0.03～0.06%。Cr：改善淬透性的元素，有利于奥氏体的稳定，过高则延展性变差，过低则淬透性降低，强度不足，因此控制在0.60～1.00%，优选0.70～0.90%。Alt:脱氧元素，可减少钢中的氧化物夹杂并纯净钢质，有利于提高钢板的成形性能；含量过高将导致延展性变差，因此控制在0.02～0.06%。本发明生产的700MPa级热轧汽车结构用钢，屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥700MPa，延伸率≥16％，具有较高的强度、塑型性和成形性，较好的延伸性、焊接性、冷弯性等使用性能，适于汽车车架、结构件和加强件等汽车部件的加工制造，满足了汽车轻量化的发展要求。特别适于要求高强度和高疲劳性能的汽车结构件和加强件的生产加工。具体实施方式下面通过实施例对本发明进行详细的说明。实施例1所述700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.08%、Si0.34%、Mn0.75%、Alt0.03%、Cr0.74%、P0.045%、Ti0.078%、S0.003%、N0.0033%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢的制备方法，包括以下步骤：首先铁水经过KR脱硫处理；然后经过转炉常规冶炼，控制钢水终点C、P、Mn、Si的重量百分比含量分别为：C0.08%、P0.045%、Mn0.75%、Si0.34%；再进行LF处理后喂钙线对夹杂物进行变性处理并控制软吹时间不低于10分钟，最后连铸成135mm厚的铸坯，铸坯经过热连轧制得700MPa级热轧汽车结构用钢；其中所述热连轧包括以下工艺：（1）加热工艺：将所得厚度为135mm的铸坯加热到1260℃，保温时间2小时，然后进行轧制；（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，其中粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1180℃，终轧温度1100℃，3道次轧制成32mm的中间坯，精轧阶段开轧温度为1070℃，终轧温度为880℃；轧制完成后进行冷却；（3）冷却工艺：采用变速冷却工艺，以79℃/S的冷速冷却至692℃，空冷1s，然后以136℃/S的冷速冷却至目标卷取温度进行卷取；（4）卷取工艺：卷取温度为392℃，所得钢板成品厚度1.8mm。该实施例1所得结构用钢的屈服强度为692MPa，抗拉强度为758MPa，延伸率为18%。实施例2所述700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.058%、Si0.35%、Mn0.63%、Alt0.034%、Cr0.69%、P0.059%、Ti0.067%、S0.004%、N0.0042%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢的制备方法，包括以下步骤：首先铁水经过KR脱硫处理；然后经过转炉常规冶炼，控制钢水终点C、P、Mn、Si的重量百分比含量分别为：C0.058%、P0.059%、Mn0.63%、Si0.35%；再进行LF处理后喂钙线对夹杂物进行变性处理并控制软吹时间不低于10分钟，最后连铸成135mm厚的铸坯，铸坯经过热连轧制得700MPa级热轧汽车结构用钢；其中所述热连轧包括以下工艺：（1）加热工艺：将所得厚度为135mm的铸坯加热到1270℃，保温时间2小时，然后进行轧制；（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，其中粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1170℃，终轧温度1090℃，3道次轧制成32mm的中间坯，精轧阶段开轧温度为1060℃，终轧温度为880℃；轧制完成后进行冷却；（3）冷却工艺：采用变速冷却工艺，以78℃/S的冷速冷却至686℃，空冷3s，然后以82℃/S的冷速冷却至目标卷取温度进行卷取；（4）卷取工艺：卷取温度为416℃。所得钢板成品厚度2mm。该实施例2所得结构用钢的屈服强度为689MPa，抗拉强度为773MPa，延伸率为17%。实施例3所述700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.066%、Si0.38%、Mn0.75%、Alt0.041%、Cr0.65%、P0.053%、Ti0.076%、S0.002%、N0.0026%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢的制备方法，包括以下步骤：首先铁水经过KR脱硫处理；然后经过转炉常规冶炼，控制钢水终点C、P、Mn、Si的重量百分比含量分别为：C0.066%、P0.053%、Mn0.75%、Si0.38%；再进行LF处理后喂钙线对夹杂物进行变性处理并控制软吹时间不低于10分钟，最后连铸成135mm厚的铸坯，铸坯经过热连轧制得700MPa级热轧汽车结构用钢；其中所述热连轧包括以下工艺：（1）加热工艺：将所得厚度为135mm的铸坯加热到1260℃，保温时间2.5小时，然后进行轧制；（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，其中粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1160℃，终轧温度1070℃，3道次轧制成34mm的中间坯，精轧阶段开轧温度为1060℃，终轧温度为870℃；轧制完成后进行冷却；（3）冷却工艺：采用变速冷却工艺，以67℃/S的冷速冷却至673℃，空冷2s，然后以62℃/S的冷速冷却至目标卷取温度进行卷取；（4）卷取工艺：卷取温度为352℃。所得钢板成品厚度4mm。该实施例3所得结构用钢的屈服强度为672MPa，抗拉强度为757MPa，延伸率为19%。实施例4所述700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.073%、Si0.48%、Mn0.76%、Alt0.031%、Cr0.72%、P0.043%、Ti0.056%、S0.003%、N0.0029%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢的制备方法，包括以下步骤：首先铁水经过KR脱硫处理；然后经过转炉常规冶炼，控制钢水终点C、P、Mn、Si的重量百分比含量分别为：C0.073%、P0.043%、Mn0.76%、Si0.48%；再进行LF处理后喂钙线对夹杂物进行变性处理并控制软吹时间不低于10分钟，最后连铸成135mm厚的铸坯，铸坯经过热连轧制得700MPa级热轧汽车结构用钢；其中所述热连轧包括以下工艺：（1）加热工艺：将所得厚度为135mm的铸坯加热到1250℃，保温时间2小时，然后进行轧制；（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，其中粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1160℃，终轧温度1060℃，3道次轧制成34mm的中间坯，精轧阶段开轧温度为1060℃，终轧温度为860℃；轧制完成后进行冷却；（3）冷却工艺：采用变速冷却工艺，以61℃/S的冷速冷却至667℃，空冷2s，然后以67℃/S的冷速冷却至目标卷取温度进行卷取；（4）卷取工艺：卷取温度为376℃。所得钢板成品厚度5mm。该实施例4所得结构用钢的屈服强度为666MPa，抗拉强度为746MPa，延伸率为20%。实施例5所述700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.084%、Si0.40%、Mn0.87%、Alt0.043%、Cr0.77%、P0.036%、Ti0.092%、S0.001%、N0.0034%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢的制备方法，包括以下步骤：首先铁水经过KR脱硫处理；然后经过转炉常规冶炼，控制钢水终点C、P、Mn、Si的重量百分比含量分别为：C0.084%、P0.036%、Mn0.87%、Si0.40%；再进行LF处理后喂钙线对夹杂物进行变性处理并控制软吹时间不低于10分钟，最后连铸成135mm厚的铸坯，铸坯经过热连轧制得700MPa级热轧汽车结构用钢；其中所述热连轧包括以下工艺：（1）加热工艺：将所得厚度为135mm的铸坯加热到1250℃，保温时间2小时，然后进行轧制；（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，其中粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1180℃，终轧温度1060℃，3道次轧制成38mm的中间坯，精轧阶段开轧温度为1030℃，终轧温度为840℃；轧制完成后进行冷却；（3）冷却工艺：采用变速冷却工艺，以58℃/S的冷速冷却至671℃，空冷1s，然后以57℃/S的冷速冷却至目标卷取温度进行卷取；（4）卷取工艺：卷取温度为346℃。所得钢板成品厚度6mm。该实施例5所得结构用钢的屈服强度为662MPa，抗拉强度为741MPa，延伸率为18.5%。实施例6所述700MPa级热轧汽车结构用钢，包括以下重量百分比的化学成分：C0.095%、Si0.45%、Mn0.92%、Alt0.028%、Cr0.88%、P0.052%、Ti0.088%、S0.001%、N0.0045%，余量为Fe及不可避免的杂质。所述700MPa级热轧汽车结构用钢的制备方法，包括以下步骤：首先铁水经过KR脱硫处理；然后经过转炉常规冶炼，控制钢水终点C、P、Mn、Si的重量百分比含量分别为：C0.095%、P0.052%、Mn0.92%、Si0.45%；再进行LF处理后喂钙线对夹杂物进行变性处理并控制软吹时间不低于10分钟，最后连铸成150mm厚的铸坯，铸坯经过热连轧制得700MPa级热轧汽车结构用钢；其中所述热连轧包括以下工艺：（1）加热工艺：将所得厚度为150mm的铸坯加热到1240℃，保温时间2.5小时，然后进行轧制；（2）轧制工艺：采用两阶段控制轧制，其中粗轧阶段单道次压下率≥20%，总压下率为≥70%，精轧阶段压下率为≥75%；粗轧阶段开轧温度为1130℃，终轧温度1030℃，3道次轧制成45mm的中间坯，精轧阶段开轧温度为990℃，终轧温度为820℃；轧制完成后进行冷却；（3）冷却工艺：采用变速冷却工艺，以52℃/S的冷速冷却至656℃，空冷1s，然后以56℃/S的冷速冷却至目标卷取温度进行卷取；（4）卷取工艺：卷取温度为307℃。所得钢板成品厚度8mm。该实施例6所得结构用钢的屈服强度为656MPa，抗拉强度为738MPa，延伸率为17.5%。本发明的一种700MPa级热轧汽车结构用钢成本较低，成形性能和焊接性优良，适于汽车零部件的加工制造，特别是对疲劳性能和冲击性能有高要求的部件，本发明的制造方法可操作性强，易于实现工业化生产，具有较高的推广应用价值。