抗拉强度600MPa级汽车大梁用热轧钢板的制作方法

一种抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板

技术领域

1.本发明涉及一种热轧汽车大梁钢板，特别涉及一种抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板及其制造方法，属于材料技术领域，所生产的大梁钢不仅适用于辊压大梁，还适用于冲压大梁。

背景技术：

2.随着汽车工业的发展，为提高汽车的承载能力，延长汽车使用寿命和节能、节材以及安全行驶等要求，用高强度钢板生产汽车大梁，已成为发展趋势。大梁钢主要用于制造卡车的横梁和纵梁，质量要求较为严格。汽车大梁多为冷冲压和辊压成型,主要承受较大的静载荷和一定的冲击、振动载荷，因此钢板必须要有良好的强韧性及成形性。

3.现有汽车大梁钢的抗拉强度一般为510mpa级及以下强度，近年来，随着汽车厂大梁钢高强、轻量化使用需要；需要研发抗拉强度510mpa级以上大梁钢；但是，随着强度的升高，采用辊压成型工艺制作大梁钢，由于辊压成型简单，生产过程中不容易开裂，但，辊压成型的汽车大梁，需要后续进一步加工，后续加工成本高；采用冲压成型工艺制备汽车大梁时，由于成型工艺复杂，抗拉强度提升后，钢材冶炼困难或材料的塑性性能差，不满足要求时，容易产生开裂质量问题。

4.公开号为cn101565794a的中国专利申请文件公开了一种高强度热轧汽车大梁钢板及其制造方法，公开的热轧钢板的化学成分包含：c：0.05～0.10wt％、si≤0.10wt％、mn：1.1～1.85wt％、p≤0.025wt％、s≤0.003wt％、al：.015～0.060wt％、n≤0.0060wt％、nb：0.015～0.05wt％、ti：0.015～0.15wt％、ca≤0.0050％，余量为fe和不可避免的杂质。提供了所述钢板的制造方法，包括控轧控冷工艺等。采用该化学成分配比以及合理的生产工艺，使热轧汽车大梁钢板的屈服强度可达550～700mpa级，具有优良的冷成型性能及较高的疲劳强度，适用于制造汽车车架纵梁横梁等构件。该发明主要通过添加较多的合金元素mn、ti、nb，进行ca处理球化夹杂物增加成本，其优选方案中还添加v提高成品带钢强度，制造成本较高。

5.申请公布号为cn101914728a的中国专利申请文件公开了铌钛复合轻型卡车汽车大梁钢及其制备方法，具有下列质量比的化学成分：c：0.09～0.15wt％，si：0.30～0.60wt％，mn：1.25～1.50wt％，ti：0.010～0.030wt％、nb：0.015～0.045wt％，s≤0.030wt％，p≤0.030wt％，其余为fe及不可避免的不纯物。经加热、粗轧、精轧、冷却、卷取步骤制得，可在加热过程中使钢中的nb、ti元素充分固溶在奥氏体中，再在轧制过程及轧制间歇中，通过nbc、nbn的析出，抑制动态再结晶和静态再结晶过程，以控制相转变前的奥氏体的晶粒尺寸和形状，细化铁素体晶粒，使钢带的强度明显提高，再通过tin的析出，产生沉淀强化，保持较好的塑韧性。载荷能力大，适用于制造重型卡车大梁。该发明主要生产抗拉强度510mpa级汽车大梁钢，强度较低，nb含量0.015～0.045wt％成本较高，si含量0.30～0.60wt％，易在表面形成硅红铁皮缺陷，不利于用户酸洗和涂装，s、p含量较高钢板基体内容易产生大颗粒夹杂，容易出现冲压开裂。

6.申请公布号为cn101914729a的中国专利申请文件公开了铌钛复合重型卡车汽车大梁钢及其制备方法，所述铌钛复合重型卡车汽车大梁钢具有下列质量比的化学成分：c：0.06～0.12wt％，si：0.10～0.30wt％，mn：1.45～1.65wt％，nb：0.030～0.060wt％，ti：0.025～0.045wt％，s≤0.015wt％，p≤0.020wt％，其余为fe及不可避免的不纯物。经加热、粗轧、精轧、冷却、卷取步骤制得，可在加热过程中使钢中的nb、ti元素充分固溶在奥氏体中，再在轧制过程及轧制间歇中，通过nbc、nbn的析出，抑制动态再结晶和静态再结晶过程，以控制相转变前的奥氏体的晶粒尺寸和形状，细化铁素体晶粒，使钢带的强度明显提高，再通过tin的析出，产生沉淀强化，保持较好的塑韧性。载荷能力大，适用于制造重型卡车大梁。该发明主要生产抗拉强度610mpa级汽车大梁钢，mn、nb、ti综合成本较高，si含量0.30～0.60wt％，也易在表面形成硅红铁皮缺陷，不利于用户酸洗和涂装，s≤0.015wt％能够适用辊压大梁钢生产；但对冲压大梁钢，因内部存在mns等大颗粒夹杂，容易出现冲压开裂。

7.申请公布号为cn102978511a的中国专利申请文件公开了低成本生产汽车大梁钢用热轧钢板的方法。通过炼钢、轧钢工艺的创新，解决在炼钢过程生产高强度热轧板用铸坯nb、v微合金成本高、铸坯横裂纹难控制的问题，以及在轧制高强度钢过程中，钢的回复和再结晶明显，控轧控冷工艺难于充分发挥，且带钢长度方向温差较大，导致力学性能波动大，以及控轧控冷工艺装备投资大等问题，使生产出的产品具有高的强度、延性和韧性以及良好的焊接性能等，屈服强度510～580mpa，抗拉强度610～700mpa，伸度率：26～34％，屈强比≤0.85，低温冲击-20℃≥60j，非常适合于作为汽车大梁和桥梁等对钢的强度、韧性及焊接性能要求较高的材料。该发明主要通过添加较多的合金元素mn、ti及利用控轧控冷工艺提高热轧板强度，但由于si含量控制较高，仍易在表面形成硅红铁皮缺陷，s含量≤0.01wt％要求偏低，仍易于在钢板内部形成大颗粒mns夹杂，用冲压制备汽车大梁时，容易出现冲压开裂。

技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板及其制造方法，解决现有汽车大梁用热轧钢板的抗拉强度低、制造成本高、冲压加工成型性能差的技术问题。

9.本发明采用的技术方案是，一种抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板，其化学成分重量百分比为：c：0.04％～0.12％，si：0～0.08％，mn：1.25％～1.50％，p≤0.011％，s≤0.002％，al：0.010％～0.040％，n≤0.0060％，nb：0.03％～0.05％，ti：0.06％～0.11％，余量为fe和不可避免的杂质。

10.本发明热轧钢板的金相组织为多边形铁素体+细小珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为11～12级，4.0～10.0mm厚热轧钢板的上屈服强度r

eh

为500～670mpa，抗拉强度rm为600～760mpa，断后伸长率a

50mm

为23％～35％，强塑积为17500～21000mpa％，-20℃冲击功值akv为50～70j，180

°

弯曲试验，d＝a合格。

11.本发明热轧钢板用于制作中型卡车和重型卡车的大梁，通过冲压加工成型工艺或者辊压加工成型工艺加工制成的卡车大梁不会发生开裂。

12.本发明所述的抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

13.c：c是决定碳当量大小的最主要元素，是影响钢的强度和焊接性的重要指标。c含量低时，不能保证足够的强度，需要添加更多的合金元素提强度；c含量高时，塑韧性下降，焊接性能也显著降低；经综合考虑，本发明钢中设定的c含量为0.04～0.12％。

14.si：si是固溶强化元素，可以扩大临界区范围，净化铁素体，提高淬透性等，si含量高不利于焊接性和带钢表面质量，容易产生锈红铁皮缺陷，不利于酸洗和涂装；经综合考虑，本发明钢中设定的si含量为0～0.08％。

15.mn：mn能提高淬火后钢板的强度。mn是稳定奥氏体的元素，能降低奥氏体的相变温度，促进c在奥氏体中的溶解，增加c的富集，延迟珠光体的形成，从而扩大淬火形成马氏体组织的冷却速率的应用范围。但过高的mn应该避免，因为mn还降低c的活度，过高的mn还易于偏析，恶化钢的成型性能；经综合考虑，本发明钢中设定的mn含量为1.25～1.50％。

16.ti、nb：ti、nb是强碳氮化物形成元素，适量的ti、n能固定钢中的n并形成细小的tin、nbn颗粒，ti、nb含量过低起不到细化晶粒的作用，ti、nb不但可以显著细化晶粒提强度，还可以在钢卷成卷后以tic、nbc的形式析出，进一步提升强度；为满足性能要求和降低合金成本；经综合考虑，本发明钢中设定的ti含量为0.06～0.11％，nb含量为0.03～0.05％。

17.al：al是钢中的主要脱氧元素，有利于细化晶粒，但过多的al使钢中夹杂物的数量增加劣化其加工性。本发明中加入的al主要用来脱氧和细化晶粒；经综合考虑，本发明钢中设定的al含量为0.010～0.040％。

18.n：钢中的n与ti化合形成tin，在高温析出第二相可以强化基体，但n含量过高会在钢中形成粗大的tin，或固溶n，损害塑性韧性，影响成型性；经综合考虑，本发明钢中设定n≤0.0060％。

19.p和s：p是钢种的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性；s在钢中与mn等化合形成塑性夹杂物mns，对钢的横向塑性和韧性不利，因此s的含量应尽可能地低；经综合考虑，本发明钢中设定p≤0.011％，s≤0.002％。

20.一种抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板的制造方法，包括以下步骤：

21.钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：c：0.04％～0.12％，si：0～0.08％，mn：1.25％～1.50％，p≤0.011％，s≤0.002％，al：0.010％～0.040％，n≤0.0060％，nb：0.03％～0.05％，ti：0.06％～0.11％，余量为fe和不可避免的杂质；

22.连铸板坯于1250～1270℃，加热180～260min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1060～1100℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为820～870℃；精轧后，控制钢板厚度为4.0～10.0mm，层流冷却采用前段冷却，层流冷却速度≥30℃/s，卷取温度为540～580℃时卷取得热轧钢卷。

23.本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：

24.1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定

25.连铸板坯出炉温度和时间的设定在于保证连铸坯中粗大的nb、ti微合金碳、氮化物颗粒的溶解，本发明技术方案nb、ti含量，在连铸板坯冷却过程中会析出nb、ti微合金碳、氮化物颗粒，此时析出的nb、ti微合金碳、氮化物粒子粗大，没有强化作用；需要在热轧前的

板坯加热时，将粗大的nb、ti微合金碳、氮化物充分溶解，这样才能将化合态的nb、ti元素固溶入奥氏体中去，在随后的热轧和冷却过程的相变时形成相间析出，强化铁素体，这对于本发明技术方案非常重要；温度过低和加热时间过短，连铸板坯中原始粗大的nb、ti微合金碳、氮化物粒子不能充分溶解，温度过高，加热时间过长，板坯表面氧化脱碳严重，不利于钢板最终性能和表面质量，同时也消耗能源。本发明以ti强化为主，ti的合金碳氮化物溶解温度相对nb的碳氮化物高；经综合考虑，本发明设定连铸板坯加热温度为1250～1270℃，加热时间为180～260min。

26.2、粗轧结束温度的设定

27.粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，确保得到均匀细小的奥氏体晶粒；经综合考虑，本发明设定粗轧结束温度为1060～1100℃。

28.3、精轧结束温度的设定

29.本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成相对细小的铁素体和珠光体晶粒，提高钢板强度。另一方面，精轧温度设定还要防止钢板形成明显带状组织缺陷。结合理论计算结果，该发明钢种的ar3温度为803℃；经综合考虑，本发明设定精轧结束温度为820～870℃。

30.4、精轧后层流冷却方式和冷却速度的设定

31.本发明的热轧钢板，在精轧后的冷却目的是采用快的层流冷却速度来抑制晶粒的长大和nb、ti微合金碳氮化物在高温段的析出，因此冷却方式为前段冷却。通过快速冷却抑制nb、ti微合金碳氮化物粒子在奥氏体的析出，在形变奥氏体中保留固溶nb、ti元素，使得在较低温度下的铁素体区间析出细小弥散的nb、ti微合金碳氮化物成为可能；冷却速度过慢，无法抑制nb、ti微合金碳氮化物在高温变形奥氏体中的提前析出；经综合考虑，本发明设定层流冷却采用前段冷却方式，冷却速度≥30℃/s。

32.5、热轧卷取温度的设定

33.热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能。本发明中有nb、ti，根据铌钛微合金元素最佳析出温度，将卷取温度设定为540～580℃。若是卷取温度低于540℃，将会导致nb、ti微合金碳、氮化物析出受到抑制而强度不足；若是卷取温度高于580℃，将会导致nb、ti微合金碳、氮化物析出物粗化而导致韧性不足，导致成本热轧钢板在折弯加工、冲压加工等过程中出现开裂的问题。

34.本发明方法生产的热轧钢板，其金相组织为多边形铁素体+细小珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为11～12级，热轧钢板的上屈服强度r

eh

为500～670mpa，抗拉强度rm为600～760mpa，断后伸长率a

50mm

为23％～35％，强塑积为17500～21000mpa％，-20℃冲击功值akv为50～70j，180

°

弯曲试验，d＝a合格。

35.采用冲压加工成型工艺或者辊压加工成型工艺将本发明方法生产的热轧钢板加工制成的中型卡车或重型卡车的大梁，卡车大梁不会发生开裂。

36.与抗拉强度510mpa级汽车大梁用热轧钢板相比，在同样的承载载荷下，本发明热轧钢板加工成的汽车大梁，厚度减薄0.5～2.0mm，车辆轻量化效果显著。

37.本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明钢化学成分设计采用中c、中mn、高ti、中nb的成分设计，充分利用了合金的细晶强化作用和ti、nb的析出强化作用获得

高强度的汽车大梁钢，钢板的断后伸长率好。2、本发明采用中mn、低s设计，可有效控制钢板的带状偏析，同时夹杂物细小均匀，可有效避免辊压、冲压过程中的开裂缺陷。3、本发明在化学成分设计的基础上，配合相应的热轧工艺，获得大梁钢的金相组织为均匀的多边形铁素体+细小珠光体，产品成型性能好，既可做辊压大梁，又可做冲压大梁，满足两种加工工艺需求。4、本发明控制热轧卷取温度为540～580℃，可有效控制带钢层流冷却后残余应力较大引起的浪形缺陷，向用户提供较高板形质量的汽车大梁钢，满足自动化生产的需要。

附图说明

38.图1是本发明实施例1热轧钢板的金相组织照片。

具体实施方式

39.下面结合实施例1～5对本发明做进一步说明，如表1～表3所示。

40.表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为fe及不可避免杂质。

41.表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。

[0042][0043]

通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经lf钢包精炼炉精炼工序吹ar处理，rh炉进行真空循环脱气处理和成分微调，后进行板坯连铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1600mm，长度为8500～11000mm。

[0044]

炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采取前段冷却，产出合格热轧钢卷；热轧钢板的厚度为4.0～10.0mm。热轧工艺控制参数见表2。

[0045]

表2本发明实施例热轧工艺控制参数

[0046][0047]

利用上述方法得到的热轧钢板，参见图1，热轧钢板的金相组织为多边形铁素体+细小珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为11～12级，热轧钢板的上屈服强度r

eh

为500～670mpa，抗拉强度rm为600～760mpa，断后伸长率a

50mm

为23％～35％，强塑积为17500～

21000mpa％，-20℃冲击功值akv为50～70j，180

°

弯曲试验，d＝a合格。

[0048]

将本发明得到的热轧钢板按照《gb/t228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。

[0049]

将本发明得到的热轧钢板进行取样，拉伸、弯曲试验取横向试样，冲击试验取纵向试样，按照《gb/t228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验；按照《gb/t 232-2010《金属材料弯曲试验方法》进行弯曲试验；按照《gb/t 229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行冲击试验，其力学性能见表3。

[0050]

表3本发明实施例热轧钢板的力学性能

[0051][0052]

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。技术特征：

1.一种抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板，其化学成分重量百分比为：c：0.04％～0.12％，si：0～0.08％，mn：1.25％～1.50％，p≤0.011％，s≤0.002％，al：0.010％～0.040％，n≤0.0060％，nb：0.03％～0.05％，ti：0.06％～0.11％，余量为fe和不可避免的杂质；4.0～10.0mm厚热轧钢板的上屈服强度r

eh

为500～670mpa，抗拉强度r

m

为600～760mpa，断后伸长率a

50mm

为23％～35％，强塑积为17500～21000mpa％，-20℃冲击功值akv为50～70j，180

°

弯曲试验，d＝a合格。2.如权利要求1所述的抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板，其特征是，热轧钢板的金相组织为多边形铁素体+细小珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为11～12级。3.如权利要求1所述的抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板，其特征是，采用冲压加工成型工艺或者辊压加工成型工艺将所述的热轧钢板加工制成中型卡车或者重型卡车的大梁，卡车大梁不会发生开裂。4.一种抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板的制造方法，其特征是，包括以下步骤：钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：c：0.04％～0.12％，si：0～0.08％，mn：1.25％～1.50％，p≤0.011％，s≤0.002％，al：0.010％～0.040％，n≤0.0060％，nb：0.03％～0.05％，ti：0.06％～0.11％，余量为fe和不可避免的杂质；连铸板坯于1250～1270℃，加热180～260min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1060～1100℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为820～870℃；精轧后，控制钢板厚度为4.0～10.0mm，层流冷却采用前段冷却，层流冷却速度≥30℃/s，卷取温度为540～580℃时卷取得热轧钢卷。5.如权利要求4所述的抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板的制造方法，其特征是，热轧钢板的金相组织为多边形铁素体+细小珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为11～12级，热轧钢板的上屈服强度r

eh

为500～670mpa，抗拉强度r

m

为600～760mpa，断后伸长率a

50mm

为23％～35％，强塑积为17500～21000mpa％，-20℃冲击功值akv为50～70j，180

°

弯曲试验，d＝a合格。6.如权利要求4所述的抗拉强度600mpa级汽车大梁用热轧钢板的制造方法，其特征是，采用冲压加工成型工艺或者辊压加工成型工艺将所述的热轧钢板加工制成中型卡车或者重型卡车的大梁，卡车大梁不会发生开裂。

技术总结

本发明公开了一种抗拉强度600MPa级汽车大梁用热轧钢板，解决现有汽车大梁用热轧钢板的抗拉强度低、制造成本高、冲压加工成型性能差的技术问题。技术方案为，一种抗拉强度600MPa级汽车大梁用热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.04％～0.12％，Si：0～0.08％，Mn：1.25％～1.50％，P≤0.011％，S≤0.002％，Al：0.010％～0.040％，N≤0.0060％，Nb：0.03％～0.05％，Ti：0.06％～0.11％，余量为Fe和不可避免的杂质；热轧钢板的断后伸长率A

技术研发人员：段争涛 孙明军 殷胜 王彬

受保护的技术使用者：上海梅山钢铁股份有限公司

技术研发日：2021.03.15

技术公布日：2022/9/19