專利名稱：屈服強(qiáng)度為550MPa級(jí)熱軋熱成形用鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及含C、Si、Mn、V、Nb、Ti等的鐵基合金，特別涉及一種經(jīng)高溫加工空冷后材料屈服強(qiáng)度仍能達(dá)到550MPa以上的熱軋鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，車輛減重的趨勢(shì)使得汽車廠商對(duì)更高強(qiáng)度的產(chǎn)品提出了新的需求。其核心問題為強(qiáng)度的提高并保證其他使用性能的穩(wěn)定。從多年的制造經(jīng)驗(yàn)來看，微合金化作為提高此類產(chǎn)品強(qiáng)度的主要方法已被各鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)所研究。國外普遍采用Nb、Ti微合金化生產(chǎn)高強(qiáng)汽車用鋼，逐步取代了傳統(tǒng)C-Mn 鋼。但是采用微合金Nb、Ti的汽車用鋼也存在一些問題，特別是對(duì)于熱加工汽車部件來說， 其制造工藝一般是高溫加工后空冷的模式，而這一工藝大大削弱了 Nb、Ti等微合金物的析出強(qiáng)化效果，使得熱加工后的材料強(qiáng)度大大降低。為了改善鋼板的強(qiáng)度，公開號(hào)為CN1288971的專利中提供了一種Mn、Si、B等多元微合金化空冷貝氏體/鐵素體鋼，屬于低碳微合金鋼。即通過加入Mn、Si、B等成分優(yōu)化在熱加工后空冷條件下得到貝氏體組織來提高強(qiáng)度，其在控軋空冷條件下的屈服強(qiáng)度為520MPa 以上。適用熱加工后空冷不經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的零件。如高強(qiáng)鋼筋、低合金耐磨件等。然而，該鋼板成形性能差，不適用于制造汽車的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。此外，公開號(hào)為CN 101275200A的申請(qǐng)通過加入C、Mn、B等成分優(yōu)化在熱加工后空冷條件下得到馬氏體組織來提高強(qiáng)度，其在熱成型處理?xiàng)l件下的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到 IOOOMPa以上。同樣的，這類鋼板僅適用于熱加工后淬火處理的薄規(guī)格汽車加強(qiáng)件，并不適用于制造熱成型后空冷的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。因此，亟需一種在熱成型空冷后具有較高強(qiáng)度與韌性，并具備良好成形性能的鋼材，用于制造卡車熱沖焊橋殼等部件。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低碳微合金鋼及其制造方法，無需調(diào)質(zhì)處理，保證熱加工空冷后達(dá)到較高的強(qiáng)度，并具有較佳的強(qiáng)韌性配合。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的鋼，其成分質(zhì)量百分比含量為C 0. 13 0. 20，Si 0. 30 0. 60,Mn :1· 4 2. 0，V :0. 05 0. l，Ti :0. 01 0. 10， Nb 彡 0. 03，Cr 彡 0. 50，P 彡 0. 025，S 彡 0. 01，Ca :0. 0005 0. 005，Al :0. 03 0. 10， V+Ti > 0. 10，其余為！^和不可避免的雜質(zhì)。此外，本發(fā)明還提供了上述鋼材料的一種制造方法，依次包括冶煉、澆鑄、熱軋、冷卻、卷取。 優(yōu)選地，所述冶煉為氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉。優(yōu)選地，所述熱軋依次包括加熱、粗軋、精軋步驟。優(yōu)選地，所述冷卻在所述熱軋之后1-2秒內(nèi)進(jìn)行，采用層流冷卻，所述冷卻速度大于 20 0C /s。優(yōu)選地，所述卷取溫度為580_660°C。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述加熱的出爐溫度為1150_1250°C。優(yōu)選地，所述粗軋溫度為1000-1100°C。更優(yōu)選地，所述精軋入口溫度為920_980°C，精軋終軋溫度為820-880°C，軋制變形量大于80%。下面將進(jìn)一步說明本發(fā)明。本發(fā)明控制關(guān)鍵元素如C、V、V+Ti的含量和比例，并控制元素S和P等?？刂艭、 Mn等元素增加固溶強(qiáng)化效果和提高V、Nb、Ti的溶解度，控制V、Ti等元素使之形成V/Ti (C、 N)析出強(qiáng)化，保證鋼在高溫?zé)峒庸ず笾苯涌绽渲芯哂辛己玫木C合機(jī)械性能，特別是較高的強(qiáng)度和韌性。以下將本發(fā)明鋼成分的設(shè)計(jì)進(jìn)行說明C 用于形成足夠的固溶碳和碳化物強(qiáng)化相，以保證鋼的強(qiáng)度級(jí)別，C太低強(qiáng)度達(dá)不到要求，C太高對(duì)焊接性能和成形性能不利。故碳含量在0. 13 0. 20%。Si 在鋼中起固溶強(qiáng)化作用，并能提高鋼質(zhì)純凈度和脫氧，Si能抑制碳化物的析出，提高韌性。含量太高容易使鋼板表面產(chǎn)生紅鐵皮等表面缺陷。Mn 錳的加入能提高鋼的強(qiáng)度及韌性，且能提高V、Nb、Ti在奧氏體中的固溶度積， 增強(qiáng)其析出強(qiáng)化效果。錳含量太高不僅會(huì)使鋼的塑性下降還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈偏析，造成鋼成分及性能不均，增加制造難度，其成分含量應(yīng)不大于2. 0%。V 釩在鋼中主要起析出強(qiáng)化作用，由于其碳化物溶解溫度較Nb、Ti低，在較低溫度的熱加工后空冷中也能析出碳化物，達(dá)到強(qiáng)化效果，增加空冷后的強(qiáng)度。Cr 是碳化物形成元素，能提高鋼的強(qiáng)度和韌性。但過高的Cr量會(huì)增加貝氏體的形成，降低韌性。微合金鋼中含量應(yīng)小于0.6%。Al 是鋼中的脫氧元素，減少鋼中的氧化物夾雜、純凈鋼質(zhì)，有利于提高鋼板的成形性能。然而，若Al的含量過高，會(huì)提高成本；若含量過低，其脫氧能力降低。Nb、Ti 是有效細(xì)化晶粒、提高強(qiáng)度和韌性的元素，以碳化物和碳氮化物的形式存在于鋼中，加入量低于0.01%強(qiáng)化效果小。對(duì)于熱成型空冷件，Ti對(duì)控制晶粒大小有顯著的作用，較細(xì)的初始晶粒能使熱成型空冷后的組織保持細(xì)小，有利于提高強(qiáng)度和韌性。Ca 可改變鋼中硫化物的形態(tài)，提高鋼板的塑性和韌性。P、S 是鋼中的雜質(zhì)元素，含量應(yīng)越低越好。V+Ti 控制V、Ti等元素使之形成V/Ti (C、N)析出強(qiáng)化，V+Ti > 0. 10%以保證鋼在高溫?zé)峒庸ず笾苯涌绽渲芯哂辛己玫木C合機(jī)械性能，特別是較高的強(qiáng)度和韌性。同時(shí)，本發(fā)明控制鋼板的制造工藝條件加熱的出爐溫度為1150_1250°C，若加熱溫度低于1150°C，微合金元素溶解不充分，未能充分利用微合金元素的作用，強(qiáng)度降低；若高于1250°C晶粒容易粗化，對(duì)提高鋼板韌性不利。加熱的出爐溫度為1150_1250°C，若粗軋溫度低于1000°C，則板坯不能在奧氏體
再晶界區(qū)進(jìn)行粗軋。精軋終軋溫度控制在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)820 880°C，通過奧氏體低溫區(qū)的軋制變形，使奧氏體晶粒內(nèi)形成變形帶并因應(yīng)變誘發(fā)微合金元素的碳氮化物沉淀，細(xì)化奧氏體的相變產(chǎn)物，提高鋼板的韌性。鋼板的變形量在80%以上。由于本發(fā)明鋼在軋后有明顯的晶粒長大，必須控制由終軋到開始冷卻的時(shí)間在2 秒以內(nèi)。終軋后鋼板以20°C/s以上冷卻速度冷卻到580 660°C卷取。若卷取低于580°C， 鋼板存在貝氏體組織，不利于提高韌性。卷取后空冷至室溫。與現(xiàn)有熱軋熱成形用鋼板相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明熱軋高強(qiáng)度鋼板，不經(jīng)熱處理，因此制造成本低；2、熱軋后無需復(fù)雜控制冷卻技術(shù)，用一般層流冷卻工藝就可實(shí)現(xiàn)，易于生產(chǎn)；3、本發(fā)明鋼板在熱加工前后都具有較高的強(qiáng)度和韌性。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例Fl在模擬熱成型(920°C保溫10分鐘后空冷至室溫)后的金相組織照片圖(放大500倍)。其中鐵素體的體積百分含量約為90%，其余為珠光體。
具體實(shí)施例方式按照本發(fā)明鋼種的化學(xué)成分要求，經(jīng)冶煉、鍛造、軋制以制造不同規(guī)格的鋼材料樣品。表1為實(shí)施例鋼的化學(xué)成分，表2是軋制時(shí)工藝控制和所得厚度為12mm的鋼板的力學(xué)性能。力學(xué)性能的測(cè)試按GB6397-86標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，沖擊功試驗(yàn)為V型缺口試樣_20°C的沖擊試驗(yàn)。表1實(shí)施例的化學(xué)成分(wt % )
實(shí)施 例化學(xué)成分(wt%)CSlMnCrPSNbCaVTiAl0. 160. 391. 610. 330. 0250. 0020. 0190.00330. 0610. 044A20. 160. 391. 610. 330. 0250. 0020. 0190. 00330. 0610. 044Bl0. 150. 302. 000. 210. 0080. 0050.00050. 0500. 10B20. 150. 302. 000. 210. 0080. 0050.00050. 0500. 10Cl0. 130. 601. 880. 250. 0150. 0060. 0300.00500. 1000. 010C20. 130. 601. 880. 250. 0150. 0060. 0300.00500. 1000. 010Dl0. 140. 551. 930. 500. 0070. 0080. 0270. 00100. 0720. 035D20. 140. 551. 930. 500. 0070. 0080. 0270. 00100. 0720. 035El0. 200. 401. 560. 0180. 0060.00240. 0630. 062E20. 200. 401. 560. 0180. 0060.00240. 0630. 062Fl0. 180. 471. 400. 340. 0050. 0100. 0210.00360. 0870. 024F20. 180. 471. 400. 340. 0050. 0100. 0210.00360. 0870. 024表2實(shí)施例鋼的工藝控制和力學(xué)性能實(shí)施 例終軋溫度 (°C)卷取溫度 (°C)屈服強(qiáng)度 (MPa)抗拉強(qiáng)度 (MPa)延伸率 (A5% )沖擊功° (J)Al83065560569025139A285360161573023117Bl85060561072522165B287063859570024141Cl8856286257602395C28785856407352288Dl8356256257302482D28256016357452380El83263061072025116E284059863075022109Fl8706206457602297F283363163578523133 實(shí)施例Al F2模擬熱成型(920°C保溫、10分鐘后空冷至室溫)后的力學(xué)性能平均值為屈服強(qiáng)度:555MPa ；抗拉強(qiáng)度:690MPa ；延伸率24% ；_20°C沖擊功=IlOJ0
權(quán)利要求
1.一種屈服強(qiáng)度為550MI^級(jí)熱軋熱成形用鋼板，其成分質(zhì)量百分比含量為 C 0. 13 0. 20Si 0. 30 0. 60 Mn 1. 4 2. 0 V 0. 05 0. 1 Ti 0. 01 0. 10 Nb 彡 0. 03 Cr 彡 0. 50 P 彡 0. 025 S 彡 0. 01Ca 0. 0005 0. 005 Al 0. 03 0. 10 V+Ti > 0. 10其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.制造如權(quán)利要求1所述的鋼板的方法，其特征在于，所述方法依次包括冶煉、澆鑄、 熱軋、冷卻、卷取。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述冶煉為氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述熱軋依次包括加熱、粗軋、精軋步驟。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述冷卻在所述熱軋之后1-2秒內(nèi)進(jìn)行，采用層流冷卻，所述冷卻速度大于20°C /s。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述卷取溫度為580-660°C。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述加熱的出爐溫度為1150-1250°C。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述粗軋溫度為1000-110(TC。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述精軋入口溫度為920-980°C，精軋終軋溫度為820-880°C，軋制變形量大于80%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種屈服強(qiáng)度為550MPa級(jí)熱軋熱成形用鋼板，其成分質(zhì)量百分比含量為C0.13～0.20，Si0.30～0.60，Mn1.4～2.0，V0.05～0.1，Ti0.01～0.10，Nb≤0.03，Cr≤0.50，P≤0.025，S≤0.01，Ca0.0005～0.005，Al0.03～0.10，V+Ti＞0.10，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。所述熱軋高強(qiáng)度鋼板，不經(jīng)熱處理，因此制造成本低；熱軋后無需復(fù)雜控制冷卻技術(shù)，用一般層流冷卻工藝就可實(shí)現(xiàn)，易于生產(chǎn)；此外，鋼板在熱加工前后都具有較高的強(qiáng)度和韌性。
文檔編號(hào)C22C38/14GK102260824SQ201010184239
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者龐厚君, 徐嘉春, 徐國棟, 陳志鵬 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司