一种800MPa级高强韧性贝氏体汽车大梁扁钢及其生产方法与流程

本发明属于一种钢铁冶金领域，具体涉及一种800mpa级高强韧性贝氏体汽车大梁扁钢及其生产方法。

背景技术：

汽车大梁扁钢是制造重载卡车大梁的主要材料，由于汽车大梁几乎承载货物的全部重量，因此要求汽车大梁扁钢具有高强度、高韧性等优良的力学性能，另外，为了便于加工，还要求扁钢具有良好的冷弯及焊接性能。近年来，随着汽车轻量化技术的快速发展，对汽车大梁扁钢性能的要求也越来越高，抗拉强度由以往的500mpa逐渐提高到700mpa以上，典型的钢种有700l、c700l及a700等。

为了满足高性能汽车大梁扁钢的质量要求，在化学成分设计方面，目前国内主要以nb-ti微合金化技术为主；在加工工艺方面，主要采用控轧控冷技术。；另外，由于国内板材生产线均具备控冷设备，因此，在产品外形方面基本以供应板材为主，产品显微组织主要为铁素体+纳米级细小的碳化物，其力学性能可达到730mpa左右，产品具有良好的冷弯与焊接性能。典型的汽车大梁生产工艺流程为：原料（板卷）→开卷、平直→裁剪→冷弯→焊接。

技术实现要素：

本发明的目的在于：

本发明基于微合金化技术及控制轧制与控制冷却技术提出了一种800mpa级高强韧性贝氏体汽车大梁扁钢产品及其生产方法，主要适用于厚度不小于12mm的扁钢产品的生产加工。与原有的汽车大梁制造工艺相比，采用本发明生产的扁钢产品可直接用于加工汽车大梁，从而省去使用板卷时的开卷、裁剪工序，极大的降低了汽车大梁的生产成本。在性能方面，按照本发明生产的产品抗拉强度不小于800mpa、屈服强度不小于650mpa；低温冲击吸收能量kv2j/-20℃不小于90j，并具有良好的冷弯与焊接性能；可以用于更高强度级别的汽车大梁生产，通过对比，产品相关技术指标均达到国内先进水平。

以科学合理的化学成分设计为基础，结合控制轧制与控制冷却技术得到一种800mpa级高强韧性贝氏体汽车大梁扁钢产品及其生产方法，主要适用于厚度不小于12mm的扁钢产品的生产加工。产品主要技术指标为：

1.抗拉强度不小于800mpa；

2.屈服强度不小于650mpa；

3.冲击吸收能量kv2/j（-20℃）不小于90j。

本发明所采取的技术方案是：

一种800mpa级高强韧性贝氏体汽车大梁扁钢产品，按照重量百分比（%）包括以下成分：c：0.10-0.20、si：0.30-0.60、mn：1.30-1.80、p：≤0.020、s：≤0.020、cu：≤0.20、cr：≤0.20、mo：≤0.30、al：≤0.050、v：0.05-0.15、nb：≤0.040、ti：≤0.035、n：≤0.015，其余为fe。

主要设计思路如下：

碳是高强度结构钢中的主要化学元素之一，对强度性能的贡献最大。在钢中主要发挥固溶强化、沉淀强化作用，当溶解于铁素体或奥氏体是发挥固溶强化作用；形成碳化物析出时发挥析出强化作用。但过高的碳含量会显著降低钢的韧性及焊接性能，因此，碳含量设计为0.10-0.20%。

硅元素主要以原子形式溶解在钢中，起固溶强化作用，但增加硅元素会显著降低材料的低温冲击韧性，因此，硅含量设计为0.30-0.60%。

锰为扩大奥氏体区元素，溶解在钢中发挥固溶强化作用，同时，在相变过程中可降低铁素体转变温度，促进多边形铁素体形成，提高材料低温冲击性能。但过高的锰含量会提高钢的淬透性，降低焊接性能。因此，锰含量设计为1.30-1.80%。

钒、铌元素与碳、氮元素结合力较强，在凝固或热加工过程中形成的mc型碳化物、氮化物及碳氮化物，不仅可以阻止加热过程中奥氏体晶粒粗化，还可以析出强化方式提高钢的强度。研究表明，nb元素主要在奥氏体区域析出，从而对奥氏体再结晶有明显影响，析出强化作用较弱；而v元素主要在铁素体析出，主要起析出强化作用，细化晶粒作用较弱。同时，研究表明，nb-v复合添加效果要比单独添加的效果要好，可以同时发挥两者优点。因此，钒含量设计为0.05-0.15%，并添加微量铌元素。

铬、钼、磷、硫等元素对高强韧性结构钢冲击韧性及焊接性能均有不同程度的影响，因此，本发明均进行了严格限制。

生产一种如上所述的汽车大梁扁钢的方法，包括以下步骤：转炉冶炼→钢包精炼→真空脱气处理→连铸→全连续轧制→控制冷却。

上述工艺技术路线中的各工序关键控制点为：

本发明更进一步的技术方案是，转炉冶炼：转炉配料为铁水、优质废钢，其中铁水占比90%以上；转炉冶炼方式为顶底复合吹炼、恒压变枪、双渣操作，冶炼终点要求钢液温度不小于1650℃、钢液中碳含量不低于0.08%、磷含量不高于0.01%。出钢时加入适量渣料及合金。

本发明更进一步的技术方案是，钢包精炼：钢包精炼工序及时通电升温，全程低吹氩气，保证成分、温度均匀。采用铝粒、电石进行渣面脱氧，降低钢中氧含量，并加入石灰等及时调渣，保证精炼渣具有良好流动性及吸附非金属夹杂物能力。钢包精炼终点保证各化学成分符合设计范围，温度适中。

本发明更进一步的技术方案是，真空脱气处理：采用rh设备进行真空脱气处理，处理过程中确保最低真空度不大于67pa，保持时间不低于20分钟，以进一步降低钢中氧含量及保证钢中h含量不大于1.5ppm。处理结束后钢包底部通氩气进行镇静，并添加硅钙芯线进行夹杂物改质处理，镇静不低于20分钟，以进一步促进非金属夹杂物上浮，提高钢液纯净度。

本发明更进一步的技术方案是，连铸：采用带有组合式电磁搅拌的连铸机生产坯料。全程保护浇铸，避免产生二次氧化。

本发明更进一步的技术方案是，全连续轧制：采用步进式加热炉进行加热，保证坯料温度均匀。加热温度控制1100-1150℃，避免产生奥氏体晶粒粗化长大。

本发明更进一步的技术方案是，所述加热炉依次包括有加热基炉、多个均升温炉和均温炉，所述加热基炉的炉温为900℃，每个均升温炉的炉温高于前一个炉的炉温温差相等、均为100℃，最后一个均升温炉的炉温为1200℃，所述均热炉的炉温为1100℃；即各加热炉的炉温依次分别为：900℃、1000℃、1100℃、1200℃和1100℃；

当加热基炉内的钢的表面温度达到炉温后半小时转入第一个均升温炉；当出最后一个均升温炉以外的其它均升温炉内的钢的表面温度达到炉温后10分钟转入下一个炉中；

当最后一个均升温炉内的钢的表面温度达到1200℃后5分钟转入均热炉中；

转入均热炉内的钢在均热炉内均热30分钟后取出。

本发明更进一步的技术方案是，当钢在加热基炉中，表面温度和芯部温度完全升至900℃，充分形成了大量的奥氏体形核；随着钢在多个均升温炉内的快速升温，使得奥氏体形核的形成速度大于奥氏体长大的速度，从而形成了更多细小的奥氏体晶粒；最后通过均热炉的作用，降低钢的表面温度，避免钢表面的奥氏体晶粒长得过分粗大，同时还有利于钢的芯部继续形成奥氏体形核；另外由于之前钢在均升温炉的时间相对较短，导致钢的表面温度要高于芯部温度，通过均热炉的作用，还能缩小了钢的表面温度与芯部温度的温差。

本发明更进一步的技术方案是，控制冷却：轧制终点时，采用水冷对温度进行控制，保证终冷温度500-600℃，以保证得到洗净粒度甚至超细晶粒度的贝氏体组织及高的强度性能的钢。

本发明的有益效果如下：

第一、通过合理成分设计及结合控制轧制与控制冷却技术，得到一种800mpa级高强韧性贝氏体汽车大梁扁钢产品及其生产方法，主要适用于扁钢产品的生产加工。

第二、按照本发明生产的产品抗拉强度不小于800mpa、屈服强度不小于650mpa；低温冲击吸收能量kv2j/-20℃不小于90j，并具有良好的冷弯与焊接性能；可以用于更高强度级别的汽车大梁生产，通过对比，产品相关技术指标均达到国内先进水平。

第三、与原有的汽车大梁制造工艺相比，采用本发明生产的扁钢产品可直接用于加工汽车大梁，从而省去使用板卷时的开卷、裁剪工序，极大的降低了汽车大梁的生产成本。

附图说明

图1为实施例1的金相组织。

图2为实施例1的力学性能。

图3为实施例2的金相组织。

图4为实施例2的力学性能。

具体实施方式

实施例1

规格：146mm（宽度）*12mm（厚度）；

主要化学成分（按照重量百分比%）为：c：0.14、si：0.30、mn：1.48、p：0.014、s：0.005、cu：0.07、cr：0.05、mo：0.005、al：0.035、v：0.10、nb：0.030、ti：0.015、n：0.0046，其余为fe。

生产一种800mpa级高强韧性贝氏体汽车大梁扁钢产品的方法，包括以下步骤：转炉冶炼→钢包精炼→真空脱气处理→连铸→轧制→冷却→检验→判定→包装→称重→入库。

所得扁钢的金相图如图1所示，其中大部分贝氏体的晶粒度为9.5级，达到了超细晶粒度的级别；所测得的力学性能如图2所示，抗拉强度远高于800mpa，屈服强度在700mpa以上，抗冲击吸收功kv2j/-20℃大于100j。

实施例2

规格：146mm（宽度）*10mm（厚度）；

主要化学成分（按照重量百分比%）为：c：0.14、si：0.31、mn：1.49、p：0.012、s：0.004、cu：0.07、cr：0.04、mo：0.006、al：0.034、v：0.09、nb：0.030、ti：0.015、n：0.0048，其余为fe。

生产一种800mpa级高强韧性贝氏体汽车大梁扁钢产品的方法，包括以下步骤：转炉冶炼→钢包精炼→真空脱气处理→连铸→轧制→冷却→检验→判定→包装→称重→入库。

所得扁钢的金相图如图3所示，其中大部分贝氏体的晶粒度为8.5级，超过了细晶粒度的级别；所测得的力学性能如图4所示。