一种500MPa级汽车大梁用镀层钢及其超快冷生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种汽车用钢及生产方法，具体地属于一种500MPa级汽车大梁用镀 层钢及其超快冷生产方法。
【背景技术】
[0002] 镀层用热乳钢在对于表面质量要求较高的汽车大梁得到广泛应用。热镀锌钢板表 面具有镀层光亮、色泽均匀，良好的耐久性和美观性的特点；同时，汽车大梁等零件还要求 钢材有良好的抗凹性，及应具有高屈强比。
[0003]目前，就其汽车大梁钢仍在Q345、Q235等级别钢种，再在此类钢种表面热镀锌层。 由于汽车工业的不断发展，其已不能满足制造高强度汽车结构件及其表面热镀锌的要求。 为此，钢铁行业厂商均在积极开展有关方面的研究及开发工作。
[0004] 现有技术中，对于钢板的冷却均采用一个较低或常规的稳定冷却速度冷却到要求 的温度，经本申请人的大量分析研究，采用此冷却方式生产的钢板，为达到规定的强度和组 织，往往需要添加较多的合金元素，生产成本较高。
[0005] 经初步检索，中国专利申请号为CN200910063433. 0的文献，公开了一种屈服强 度460MPa级镀层用热乳结构钢的生产方法，它包括依次包括如下步骤：炼钢、连铸、板坯 加热、热连乳、层流冷却、卷取；其特征在于在炼钢过程的化学成份及重量百分比为：C: 0? 05 ~0? 10%;Si彡 0? 04;Mn:1. 30~L65%;P彡 0? 030%;S彡 0? 012%;Als:0? 01 ~ 0. 06%;Nb:0. 035~0. 060% ;余量为Fe及不可避免的夹杂；在热乳中采用控制乳制，其中 板坯加热温度为1200~1260°C;粗乳出口温度为1020~1080°C;热乳终乳温度为790~ 850°C;在卷取过程中，卷取温度为540~600°C。列举的技术方案为：C:0.075%;Si:0. 02%; Mn:1. 5%;P:0? 02%;S:0? 01%;Als:0? 03%;Nb:0? 050% ;板坯加热温度 1230°C;终乳温度 820°C;卷取温度570°C。该文献为在经热乳后采用的常规层流冷却方式，其存在钢材设计 的合金含量高，成本较高的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有技术存在的不足，提供一种在保证屈服强度多500MPa、抗拉强度 550-700MPa，延伸率能够达到A彡17%，180°横向弯曲试验D=Ia合格，屈强比达到0. 85以 上的前提下，通过采用乳后超快速分段冷却工艺，在较低的合金成分下，提高钢板的抗凹 性，镀层附着力得到进一步提高的500MPa级汽车大梁用镀层钢及生产方法。
[0007] 实现上述目的的措施： 一种500MPa级汽车大梁用镀层钢，其化学成分及重量百分比含量为：C:0. 06~0. 09%，Si^ 0. 025%,Mn：1, 10-1. 29%,P^O. 015%,S^O. 006%,Als：0. 020-0. 060%,Nb： 0. 025~0. 034%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0008] 优选地：Si的重量百分比含量不超过0. 018%。
[0009] 优选地：Nb的重量百分比含量在0? 025~0. 030%。
[0010] 生产一种500MPa级汽车大梁用镀层钢的方法，其步骤： 1) 经转炉冶炼后进入氩站吹氩，并常规加铝线脱氧及成分调整；控制吹氩时间：底吹 不低于4min，顶吹不低于5min; 2) 经出钢并连铸成坯后对铸坯加热，其加热温度控制在1280~1310°C，加热时 30~40min； 3) 进行分段热乳，并控制粗乳结束温度在1080~1110°C，控制精乳终乳温度在 860-8900C； 4) 采用变速度冷却方式进行层流冷却，S卩：先在冷却速度为140~160°C/秒下冷却至 700~740°C，再按照5~10°C/秒的冷却速度冷却至卷取温度； 5) 进行卷取，控制卷取温度在550~580°C; 6) 进行精整及后工序。
[0011] 本发明中各组分及主要工艺的作用及控制的理由： 碳：碳是廉价的固溶强化元素。根据本钢种的应用范围，主要用于加工镀层用大梁、送 变电塔等零件，需要进行一定程度的冲压变形加工，因此要求材料在满足强度要求的同时， 具有良好的冷成形性能。如果其含量小于0.06%，则不能满足材料强度的要求；如果其含量 大于0. 09%，则不能满足材料的良好成形性能。所以，将其含量限定在0. 06~0. 09%范围。
[0012] 硅：硅是廉价而有效的钢液脱氧元素，也可以起到提高钢材强度的作用，但在本发 明中是作为有害元素加以控制的。应该是越低越好。这是因为硅在本发明中会恶化热乳钢 板的表面质量，同时在后续镀锌过程中使表面发黑，影响其可镀锌性。因此对于硅含量进行 了严格控制，将其含量限定在〇. 025%以下。优选地：Si的重量百分比含量不超过0. 018%。
[0013] 锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于1. 10%，则不能满足材 料强度要求；但是添加多量的锰，会导致增加钢的淬透性，由于焊接硬化层的出现而使裂纹 敏感性增高，且增加钢材的合金成本。鉴于此，将其上限定为1.29%，所以，将其含量限定在 L10~L29%范围。
[0014] 磷：为了避免材料的焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，设定 其含量上限为〇. 015%。所以将其含量控制在0. 015%以下。
[0015] 硫：硫是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对 钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越 好。基于对钢板冲压成形工艺和制造成本的考虑，拟将钢中硫含量控制在0. 008%以下。
[0016] 铝：铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.020%时，不能发挥其效果；另一方 面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定Als上限为0. 060%。因此，Als含量 限定在〇. 020~0. 060%范围。
[0017] 铌：铌主要通过细化晶粒和沉淀析出强化来提高钢的强度，是强烈的碳、氮化合物 形成元素，在钢中主要以Nb(c、N)形式存在，阻止奥氏体晶粒的长大，最终使铁素体晶粒尺 寸变小，细化组织。当其含量低于〇. 025%时，不能满足材料高强度的要求；而加入的铌高于 0. 034%时，已能满足其强度与成型性能的要求，若再添加，合金成本会显著上升。所以，根据 钢种的性能目标要求，将其含量限定在0. 025~0. 034%范围。优选地：Nb的重量百分比含 量在 0. 025~0. 030%。
[0018] 为提高钢材的表面质量，保证材料的可镀锌性，本发明采用了铸坯高温快烧工艺 来进行铸坯加热，是关键工序之一。本发明采取1280~1310°C加热温度是保证钢坯中的合 金元素完全溶解的最低温度，同时减少铸坯加热时间，将其控制在30~40min是为了减少钢 坯的炉内氧化时间，减少钢坯表面的氧化铁皮，提高表面质量。
[0019]关于进行分段乳制，并控制粗乳结束温度在1080~1110°C，控制精乳终乳温度在 865~890°C。
[0020] 本发明之所以采用变速冷却进行层流冷却，即首先在超快冷段按照冷却速度为 140~160°C/秒进行前端强冷，再按照冷却速度5~10°C/秒冷却至卷取温度550~580°C，是 经大量试验分析后，这种冷却方式能够在较低的合金成分设计下，使钢板达到相应强度要 求。采用分段冷却方式，不仅能保证在钢材的再结晶晶粒还未开始长大时及时进行冷却，避 免粗大组织的产生，以获得细小的金相组织，增加晶界数量，提高材料的屈强比，并有利于 得到均匀的金相组织，使碳化物等析出物能够均匀弥散分布在钢基中，保证材料具备良好 的冷成形性能。
[0021] 本发明与现有技术相比，在较低的合金成分设计下，采用超快速冷却及分段冷却 工艺，所生产的镀层用大梁钢其具有优良的表面质量和可镀性，可直接进行热镀锌生产，满 足后续热镀锌工序对钢板表面质量的要求，同时钢板具有屈服强度ReL彡460MPa、抗拉强 度520-670MPa，延伸率能够达到A彡19%，180°横向弯曲试验D=Ia合格，屈强比达到0. 85 以上的如提下，提尚钢板的抗凹性，链层附着力得到进一步提尚，具有良好的表面质量。
【附图说明】
[0022] 附图为本发明金相组织图。
【具体实施方式】
[0023] 下面对本发明予以详细描述： 表1为本发明各实施例的取值列表； 表2为本发明各实施例的主要工艺参数列表； 表3为本发明各实施例性能检测情况列表。
[0024] 本发明各实施例按照以下步骤生产： 1) 经转炉冶炼后进入氩站吹氩，并常规加铝线脱氧及成分调整；控制吹氩时间：底吹 不低于4min，顶吹不低于5min; 2) 经出钢并连铸成坯后对铸坯加热，其加热温度控制在1280~1310°C，加热时 30~40min; 3) 进行分段热乳，并控制粗乳结束温度在1080~1110°C，控制精乳终乳温度在 860-8900C； 4) 采用变速度冷却方式进行层流冷却，S卩：先在冷却速度为140~160°C/秒下冷却至 700~740°C，再按照5~10°C/秒的冷却速度冷却至卷取温度； 5) 进行卷取，控制卷取温度在550~580°C; 6) 进行精整及后工序。
[0025] 表1本发明各实施例及对比例的成分取值列表（wt%)
从表3中可分析出，本发明在采用超快速冷却及分段冷却工艺下，以低于对比例的合 金成分设计，获得了高于对比例的力学性能，生产成本明显得到降低，同时产品的冷成形性 能得到提高，是对比例的2倍。
[0026] 本【具体实施方式】仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。
【主权项】
1. 一种500MPa级汽车大梁用镀层钢，其化学成分及重量百分比含量为：C: 0. 06-0. 09%, Si ^ 0. 025%, Mn ：1. 10~1. 29%, P ^ 0. 015%, S ^ 0. 006%, Als ：0. 020-0. 060%, Nb :0. 025~0. 034%，余量为Fe及不可避免的杂质。2. 如权利要求1所述的一种500MPa级汽车大梁用镀层钢，其特征在于：Si的重量百分 比含量不超过〇. 018%。3. 如权利要求1所述的一种500MPa级汽车大梁用镀层钢，其特征在于：Nb的重量百分 比含量在 〇. 〇25~0. 030%。4. 生产一种500MPa级汽车大梁用镀层钢的方法，其步骤： 1) 经转炉冶炼后进入氩站吹氩，并常规加铝线脱氧及成分调整；控制吹氩时间：底吹 不低于4min，顶吹不低于5min ; 2) 经出钢并连铸成坯后对铸坯加热，其加热温度控制在1280~1310°C，加热时 30~40min ； 3) 进行分段热乳，并控制粗乳结束温度在1080~1110°C，控制精乳终乳温度在 860-890 0C ； 4) 采用变速度冷却方式进行层流冷却，即：先在冷却速度为140~160°C /秒下冷却至 700~740°C，再按照5~10°C /秒的冷却速度冷却至卷取温度； 5) 进行卷取，控制卷取温度在550~580°C ; 6) 进行精整及后工序。
【专利摘要】一种500MPa级汽车大梁用镀层钢，其化学成分及wt%为：C：0.06~0.09%，Si≤0.025%，Mn：1.10~1.29%，P≤0.015%，S≤0.006%，Als：0.020~0.060%，Nb：0.025~0.034%；生产步骤：经转炉冶炼后进入氩站吹氩；出钢并连铸成坯后对铸坯加热；分段热轧；采用变速度冷却方式进行层流冷却；卷取；精整及后工序。本发明在较低的合金成分设计下，采用超快速冷却及分段冷却，所生产的镀层用大梁钢其具有优良的表面质量和可镀性，可直接进行热镀锌生产，且钢板的抗凹性，镀层附着力得到进一步提高，具有良好的表面质量。
【IPC分类】C22C38/12, C22C33/04, C21D8/02
【公开号】CN105088068
【申请号】CN201510545348
【发明人】刘斌, 刘永前, 王立新, 贺啸秋, 赵江涛, 王孟, 杨海林, 彭涛
【申请人】武汉钢铁(集团)公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月31日