抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法。該鋼的化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計為：C：0.10～0.15%，Si：0.10～0.50%，Mn：0.50～1.0%，P：0.03～0.05%，S≤0.008%，Nb：0.01～0.05%，Al：0.01～0.06%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其生產(chǎn)方法包括轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯加熱、粗軋、精軋、冷卻、卷取的步驟。實踐證明，該鋼的擴(kuò)孔翻邊性能、沖壓成形性能和焊接性能優(yōu)良，能適用于汽車車輪、底盤等結(jié)構(gòu)件，同時，其生產(chǎn)方法工藝流程簡單，成本低廉。
【專利說明】抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車用鋼【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地指一種抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車排放對環(huán)境污染的影響日益突出，節(jié)能減排刻不容緩，汽車輕量化是汽車節(jié)能減排的有效手段。車輪作為高速旋轉(zhuǎn)的部件，其輕量化節(jié)能是其它零部件的1.5倍左右，效果尤為顯著。汽車車輪、底盤等部件由于其復(fù)雜的成形、翻邊、擴(kuò)孔工序而要求材料具有高成性能、高翻邊性能。目前國內(nèi)乘用車鋼質(zhì)車輪、底盤結(jié)構(gòu)件主要使用低合金高強鋼，其中車輪輪輻件部分使用鐵素體/馬氏體雙相鋼(DP鋼)，實際生產(chǎn)中由于低合金高強鋼和DP鋼的擴(kuò)孔性能較低，因此在擴(kuò)孔翻邊工序中常出現(xiàn)開裂，影響生產(chǎn)效率和成材率，而且，若車輪上存在未被發(fā)現(xiàn)的細(xì)小裂紋，對車輛行駛會造成嚴(yán)重的安全隱患。
[0003]與傳統(tǒng)材料低合金高強鋼、DP鋼相比，熱軋鐵素體貝氏體鋼(FB鋼)具有高強度和良好冷成形性的配合、良好的擴(kuò)孔、焊接及疲勞性能，是汽車車輪和底盤結(jié)構(gòu)件等部件用熱軋高強度鋼板的理想材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是要提供一種抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法，該鋼的擴(kuò)孔翻邊性能、沖壓成形性能和焊接性能優(yōu)良，能適用于汽車車輪、底盤等結(jié)構(gòu)件，同時，其生產(chǎn)方法工藝流程簡單，成本低廉。
[0005]實現(xiàn)上述目的，本 發(fā)明的抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼，其化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計為:
[0006]C:0.10 ~0.15%, Si:0.10 ~0.50%, Mn:0.50 ~1.0%, P:0.03 ~0.05%,S大于0.008%, Nb:0.01~0.05%, Al:0.01~0.06%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0007]進(jìn)一步地，其化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計為:C:0.11~0.13%，S1:0.33~0.39%，Mn:0.57 ~0.93%, P:0.036 ~0.044%, S^0.004%, Nb:0.015 ~0.039%, Al:0.03 ~0.05%,
余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]再進(jìn)一步地，它的金相組織為多邊形鐵素體和貝氏體，其中，鐵素體的體積含量為60~85%,貝氏體的體積含量為15~40%。
[0009]本發(fā)明的抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼的生產(chǎn)方法，按通常純凈鋼工藝進(jìn)行，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯加熱、粗軋、精軋、冷卻、卷取的步驟，其特殊之處在于:
[0010]所述轉(zhuǎn)爐冶煉時，出鋼溫度為1680~1700°C ;所述真空處理時間為12~17min ；所述連鑄時，控制拉坯速度為0.9~1.2m/min ;所述鑄坯加熱時，加熱至1230~1290°C，保溫60~90min ;所述粗軋時，控制其結(jié)束溫度在1040~1100°C，控制壓下率> 75% ;所述精軋時，控制其終軋溫度在840~880°C，總壓下率> 75% ;所述卷取時，卷取溫度控制在430 ~490O。
[0011]進(jìn)一步的，所述冷卻時，前段層流冷卻速，冷卻度控制在80~120°C /s，冷卻停止溫度為620~690°C;中段空冷，空冷速度3~8°C /s，空冷時間為5~IOs ;后段層流冷卻，冷卻速度控制在80~110°C /S。
[0012]更進(jìn)一步的，所述精軋時，采用7機架進(jìn)行精軋。
[0013]再進(jìn)一步的，所述粗軋的壓下率控制為> 85% ;所述精軋的壓下率控制為> 85%。
[0014]本發(fā)明抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼中各元素含量控制的機理及作用如下:
[0015]碳是最廉價的固溶強化元素，影響FB鋼中貝氏體的體積分?jǐn)?shù)和含碳量，從而對FB鋼的強度有重要影響。如果其含量小于0.10%，則不能滿足材料強度的要求，如果隨著碳含量的提高，則沖壓成形性和焊接性會降低，因此在保證強度的前提下采用較低碳含量，所以，將其含量限定在0.10~0.15%范圍，優(yōu)選為0.11~0.13% 。
[0016]硅可以通過固溶強化提高鋼材強度，還可抑制碳化物的析出，避免珠光體相的出現(xiàn)。如果其含量小于0.10%，則不能發(fā)揮其效果；如果其含量超過0.50%，則會惡化熱軋鋼板的表面質(zhì)量和焊接性能，所以，將其含量限定在0.10~0.50%范圍，優(yōu)選為0.33~0.39%。
[0017]錳是有效的固溶強化和促進(jìn)貝氏體生成元素，為了發(fā)揮其效果，必須添加0.5%以上。但是添加多量的錳，會導(dǎo)致鋼的塑性下降，因此在保證強度的前提下，減少Mn的添加量，所以將Mn含量限定在0.50~1.0%范圍，優(yōu)選為0.57~0.93%。
[0018]磷是良好的固溶強化元素，能提高鋼的淬透性，有利于得到片層較薄的貝氏體相，如果含量在0.03%以下不能發(fā)揮效果，但P添加量高于0.05%時，易由于偏析嚴(yán)重造成沖壓成形性能、韌性、二次加工性能發(fā)生惡化，因此，將P含量限定在0.03~0.05%范圍，優(yōu)選為0.036 ~0.044%O
[0019]硫是非常有害的元素，鋼中的硫常以錳的硫化物形態(tài)存在，這種硫化物夾雜對鋼的沖擊韌性是十分不利的，并造成性能的各向異性，因此，需將鋼中硫含量控制得越低越好?；趯︿摪鍥_壓成形工藝和制造成本的考慮，擬將鋼中硫含量控制在0.008%以下，優(yōu)選為控制在0.004%以下。
[0020]鈮是非常有效的細(xì)化晶粒、提高強度和韌性元素?？梢酝ㄟ^抑制軋制變形后的再結(jié)晶奧氏體晶粒的長大，冷卻后得到晶粒細(xì)小的鐵素體等組織，提聞鋼的強度和朝性。此外析出的NbC，有利于鋼材強度的提高。Nb含量低于0.01%時，NbC析出不足，當(dāng)含量高于0.05%時強化效果接近飽和，且合金成本升高。因此將Nb元素的含量限定在0.01~0.05%,優(yōu)選為0.015~0.039%。
[0021]鋁是為了脫氧而添加的，當(dāng)Al含量不足0.01%時，不能發(fā)揮其效果；另一方面，由于添加多量的鋁容易形成氧化鋁團(tuán)塊，所以，規(guī)定Al上限為0.06%。因此，Als含量限定在
0.01~0.06%范圍，優(yōu)選為:0.03~0.05%。
[0022]本發(fā)明鋼采用簡單的成分設(shè)計，不使用較為昂貴的T1、V、Mo等合金元素，具有明顯的成本優(yōu)勢。而且本發(fā)明的生產(chǎn)過程中用RH真空處理，合適的處理時間能在較低的真空處理成本下有效去除鋼中氣體元素并對鋼水溫度進(jìn)行精確調(diào)整，并在此過程中進(jìn)行合金元素的精確控制；連鑄過程中拉坯速度的選擇在綜合考慮生產(chǎn)效率和夾雜物充分上浮的前提下進(jìn)行優(yōu)選，鋼種夾雜物極少不會對生產(chǎn)的汽車車輪等結(jié)構(gòu)件的安全性能造成影響；鑄坯的加熱溫度和時間的優(yōu)選可以保證鑄坯組織奧氏體化均勻和合金元素的充分固溶，對鋼材的室溫組織晶粒度和力學(xué)性能有顯著影響；熱軋工藝和其后的冷卻過程是本發(fā)明鋼室溫組織和力學(xué)性能的決定性過程。本發(fā)明熱軋后采取水冷+空冷+水冷的冷卻模式，無需復(fù)雜的熱處理工序，該冷卻方式可以獲得合適比例和形態(tài)的鐵素體與貝氏體組織，從而得到具有優(yōu)異擴(kuò)孔性能和力學(xué)性能的鋼材，整個生產(chǎn)工藝相對簡單，易于生產(chǎn)。
[0023]本發(fā)明通過采取上述的成分和生產(chǎn)過程中的冶煉、連鑄、加熱、軋制及冷卻方式組合，能夠生產(chǎn)出價格低廉、加工性能和擴(kuò)孔性能優(yōu)異的貝氏體含量約占10~25%的FB鋼，實踐證明，該鋼的抗拉強度≥540MPa、下屈服強度ReL≥380MPa，伸長率A80≥19%，擴(kuò)孔率>80%，在制造形狀復(fù)雜、有嚴(yán)格的翻邊、擴(kuò)孔工序要求的汽車車輪、底盤部件時，相比低合金高強鋼和DP鋼具有獨特優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼的金相組織結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]實施例1
[0027]—種540MPa級厚度為2.5毫米的鐵素體貝氏體鋼板，其化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計為:C:0.13%, Si:0.46%, Mn:0.87%, P:0.049%, S:0.006%, Nb:0.015%, Al:0.02%，余量為 Fe
及不可避免的雜質(zhì)。
[0028]其生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯加熱、粗軋、精軋、冷卻、卷取的步驟，其中:轉(zhuǎn)爐冶煉時控制出鋼溫度為1685~1695°C ;真空處理時間為12min ;連鑄時拉坯速度在1.0m/min ;對鑄坯加熱溫度在1230~1260°C，保溫時間88min ;粗軋時控制其結(jié)束溫度在1040~1070°C，粗軋的壓下率為85%，采用7機架進(jìn)行精軋，控制精軋的終軋溫度在840~860°C，精軋總壓下率為93%，冷卻采用前段層流冷卻、中段空冷、后段層流冷卻，前段層流冷卻的冷卻速度控制在110~120°C /s，冷卻停止溫度為620~650°C，中段空冷的空冷速度控制為5~8V /s，空冷時間為5~7s，后段層流冷卻的冷卻速度控制在100~IlO0C /s，卷取時，卷取溫度控制在430~460°C。
[0029]鋼板生產(chǎn)后，從鋼板中部取樣，經(jīng)研磨、拋光后采用硝酸酒精腐蝕，用于觀察鐵素體和貝氏體組織的形貌和分布。采用圖像分析儀觀察和測定鐵素體和貝氏體組織含量，如附圖1所示。力學(xué)性能按照GB/T228.1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，擴(kuò)孔性能根據(jù)GBT24524-2009《金屬材料薄板和薄帶擴(kuò)孔試驗方法》通過擴(kuò)孔率(λ )試驗測量來評定。具體試驗方法如下:在熱軋帶鋼上取樣，剪切成90*90mm矩形鋼板，采用模具沖壓的方式加工φ10mm的中心孔。從毛刺的相反側(cè)面將60°的圓錐型沖頭壓入，測定出現(xiàn)局部貫穿性裂紋時的圓孔直徑Dh。
[0030]其計算公式為λ = (Dh — D0)/D0X100% ;式中DO為試樣中心圓孔的原始加工直徑 10mnin
[0031]檢測結(jié)果如表1所示。[0032]實施例2
[0033]一種540MPa級厚度為3.2毫米的鐵素體貝氏體鋼板，其化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計為:C:0.10%, Si:0.23%, Mn:0.96%, P:0.044%, S:0.004%, Nb:0.039%, Al:0.05%,余為 Fe 及
不可避免的雜質(zhì)。
[0034]其生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯加熱、粗軋、精軋、冷卻、卷取的步驟，其中:轉(zhuǎn)爐冶煉時，出鋼溫度為1685~1700°C ;真空處理時間為12min ;連鑄時，控制拉坯速度在1.2m/min ;對鑄坯加熱，加熱溫度在1260~1290°C，保溫時間在64min ;粗軋時，控制其結(jié)束溫度在1070~1100°C，壓下率為85% ;采用7機架進(jìn)行精軋，控制其終軋溫度在860~880°C，壓下率為91% ;進(jìn)行前段層流冷卻，冷卻速度控制在100~110°C /s，冷卻停止溫度660~690°C，進(jìn)行中段空冷，空冷速度4~7V /s,空冷時間6~8s，進(jìn)行后段層流冷卻，冷卻速度控制在95~105°C /s，進(jìn)行卷取，卷取溫度控制在460~490°C。
[0035]鋼板生產(chǎn)后，從鋼板中部取樣，經(jīng)研磨、拋光后采用硝酸酒精腐蝕，用于觀察鐵素體和貝氏體組織的形貌和分布。
[0036]檢測的綜合力學(xué)性能結(jié)果見表1所示。
[0037]實施例3
[0038]一種540MPa級厚度為4.5毫米的鐵素體貝氏體鋼板，其化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計為:C:0.11%, Si:0.39%, Mn:0.93%, P:0.036%, S:0.004%, Nb:0.041%, Al:0.03%，余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0039]其生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯加熱、粗軋、精軋、冷卻、卷取的步驟，其中:進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉時，控制出鋼溫度在1680~1690°C ;真空處理時處理時間在15min ;連鑄時，控制拉坯速度在1.2m/min ;鑄坯加熱溫度在1250~1280°C，保溫時間在76min ;粗軋時，控制其結(jié)束溫度在1060~1080°C，壓下率為83% ;采用7機架進(jìn)行精軋，控制其終軋溫度在850~870°C，壓下率為88% ;進(jìn)行前段層流冷卻時，冷卻速度控制在90~IOO0C /s，冷卻停止溫度640~670°C，進(jìn)行中段空冷時，空冷速度3~6°C /s,空冷時間6~9s，進(jìn)行后段層流冷卻時，冷卻速度控制在90~100°C /s ;進(jìn)行卷取時，卷取溫度控制在 450 ~480°C。
[0040]鋼板生產(chǎn)后，從鋼板中部取樣，經(jīng)研磨、拋光后采用硝酸酒精腐蝕，用于觀察鐵素體和貝氏體組織的形貌和分布。
[0041]檢測的綜合力學(xué)性能結(jié)果見表1所示。
[0042]實施例4
[0043]一種540MPa級厚度為5.0毫米的鐵素體貝氏體鋼板，其化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計為:C:0.15%, Si:0.42%, Mn:0.57%, P:0.041%, S:0.005%, Nb:0.047%, Al:0.03%,余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0044]其生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯加熱、粗軋、精軋、冷卻、卷取的步驟，其中:轉(zhuǎn)爐冶煉時，控制出鋼溫度在1680~1690°C ;真空處理時間在14min ;連鑄時，控制拉坯速度在1.lm/min ;對鑄坯加熱溫度在1240~1280°C，加熱時間在78min ;進(jìn)行粗軋時，控制其結(jié)束溫度在1060~1090°C，壓下率為85% ;精軋時控制其終軋溫度在850~880°C，壓下率為82% ;進(jìn)行前段層流冷卻時，冷卻速度控制在80~90°C /s，冷卻停止溫度650~680°C，進(jìn)行中段空冷時，空冷速度3~6 V /s,空冷時間7~IOs ;進(jìn)行后段層流冷卻時，冷卻速度控制在80~95°C /s ;卷取溫度控制在450~470°C。
[0045]鋼板生產(chǎn)后，從鋼板中部取樣，經(jīng)研磨、拋光后采用硝酸酒精腐蝕，用于觀察鐵素體和貝氏體組織的形貌和分布。
[0046]檢測的綜合力學(xué)性能結(jié)果見表1所示。
[0047]表1
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼，其特征在于:它的化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計為:
C:0.10 -0.15%, S1:0.10 -0.50%, Mn:0.50 -1.0%, P:0.03 -0.05%, S ≤ 0.008%,Nb:0.01-0.05%, Al:0.01-0.06%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼，其特征在于:它的化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計為:C:0.11-0.13%，S1:0.33-0.39%,Mn:0.57-0.93%, P:0.036 -0.044%, S ≤ 0.004%, Nb:0.015 -0.039%, Al:0.03 -0.05%，余量為 Fe和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼，其特征在于:它的金相組織為多邊形鐵素體和貝氏體，其中，鐵素體的體積含量為60-85%,貝氏體的體積含量為15-40%。
4.一種權(quán)利要求1所述抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼的生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯加熱、粗軋、精軋、冷卻、卷取的步驟，其特征在于: 所述轉(zhuǎn)爐冶煉時，出鋼溫度為1680-1700°C；所述真空處理時間為12-17min ;所述連鑄時，拉坯速度為0.9-1.2m/min ;所述鑄坯加熱時，加熱至1230-1290°C，保溫60-90min；所述粗軋時，粗軋的結(jié)束溫度控制為1040-1100°C，壓下率控制為≥75% ;所述精軋時，終軋溫度控制在840-880°C，總壓下率控制為> 75% ;所述卷取時，卷取溫度控制在430 -490°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述冷卻時，前段層流冷卻，冷卻速度控制在80-120°C /s，冷卻停止溫度為620-690°C；中段空冷，空冷速度3-8°C /s，空冷時間為5-10s，后段層流冷卻，冷卻速度控制在80-110°C /S。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述精軋時，采用7機架進(jìn)行精軋。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述粗軋的壓下率控制為> 85% ;所述精軋的壓下率控制為> 85%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述抗拉強度540MPa級具有高擴(kuò)孔性能的鐵素體貝氏體鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述粗軋的壓下率控制為> 85%；所述精軋的壓下率控制為> 85%。
【文檔編號】C21D8/00GK103469068SQ201310460521
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】劉永前, 趙江濤, 陳宇, 趙如意, 劉斌, 徐浩, 鐘定忠, 周祖安 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司