一種汽車大梁用黑皮鋼帶的生產方法
【專利摘要】一種汽車大梁用黑皮鋼帶的生產方法，包括煉鋼、精煉、連鑄、均熱、熱連軋、層流冷卻、卷取工藝過程，其特征在于：保證連鑄坯在扇形段矯直區域的角部溫度達到1000℃以上，避開850℃～950℃的脆性溫度區，該鋼的均熱工序溫度為1095℃～1115℃，熱連軋工序中終軋溫度850℃～870℃；成品厚度規格在8.0mm～10.0mm之間的精軋總壓下率大于70％，小于8.0mm厚度的產品在確保精軋總壓下率的前提下，R2壓下率應控制在48％～52％；卷取溫度控制在550℃～570℃。本發明產品可免酸洗直接沖壓鋼板。
【專利說明】一種汽車大梁用黑皮鋼帶的生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生產金屬材料領域，涉及到一種汽車大梁用黑皮鋼帶的生產方法。
【背景技術】
[0002] 汽車大梁用鋼廣泛應用于汽車底盤橫、縱梁等結構件的制造，傳統工藝生產的汽 車大梁鋼在沖壓汽車用結構件時，如不經酸洗直接沖壓，會出現氧化鐵皮脫落并變成粉塵 等現象，不但污染環境，而且影響沖壓模具的使用壽命，嚴重影響汽車零件的下步工序生 產，因此通常需要使用酸洗的方法來去除鋼板表面的氧化鐵皮。隨著汽車行業的不斷發展， 其對鋼鐵材料的要求也越來越高，要求鋼板既具有良好的綜合力學性能，又具有優良的表 面質量，從而滿足直接沖壓工藝的要求，在這種背景下，汽車廠家向鋼鐵企業提出了免酸洗 可直接沖壓鋼板的要求。經查閱資料，未發現有免酸洗可直接沖壓鋼板的汽車大梁用黑皮 鋼帶的生產方法。
[0003] 常溫下熱軋鋼板表面的氧化鐵皮主要為Fe304和Fe203,Fe203為紅褐色，易脫落； Fe304為藍黑色，十分穩定，耐蝕性好，不易脫落。研究發現，在調整汽車大梁鋼的成分設計的 基礎上，通過合理設定熱軋終軋溫度和卷取溫度，控制冷卻速度和強度，可以獲得表面氧化 層中含量較高的高表面質量的汽車大梁用鋼，這種大梁鋼因其表面呈藍黑色，因此又稱"黑 皮鋼"。黑皮鋼表面氧化鐵皮以十分穩定的Fe304為主，厚度較薄，并具有一定的韌性，在沖 壓過程中不易脫落，因而不需要酸洗或清理噴砂，可以直接進行漆前處理和涂裝，是一種免 酸洗鋼。由于符合環保及節能的需要，使黑皮鋼成為未來汽車大梁鋼生產的方向。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種質量穩定、強塑性優良、沖壓性能好、免酸洗可直接沖 壓鋼板的汽車大梁用黑皮鋼帶的生產方法。
[0005] 本發明整體的技術方案為：本發明的設計原理是通過在理論上系統分析鋼中Nb、 Ti等元素對鋼的強度、韌性等性能的影響，以及Si元素對氧化鐵皮生成結構的影響，同時 兼顧生產成本及工藝，對這種新型高強度、高韌性熱軋鋼帶的化學成分進行設計，結合合理 的控軋控冷工藝，獲得一種質量穩定、強塑性優良、沖壓性能好的熱軋鋼帶。
[0006] 根據上述目的和整體的技術方案，本發明采用頂底復吹轉爐+LF精煉爐十薄板坯 連鑄連軋工藝，具體技術方案為：
[0007] 1、化學成分
[0008] 黑皮鋼帶的化學組成成分（wt% )為：C:0? 04%?0? 07%、Si:彡0? 15%、Mn: 1. 10 % ?1. 30%、P:彡 0? 025%、S:彡 0? 01 %、Nb. 0? 020 % ?0? 030%、Ti:0? 015 % ? 0. 025%、Als:0. 015?0. 025%、余為Fe及其他不可避免的雜質。
[0009] 上述主要化學成分的設計依據為：
[0010] C:碳含量與鋼材強度、韌性和塑性關系明顯，隨碳含量的增加，形成的析出物也增 力口，導致基體強化，這會增加材料的抗拉強度，同時也會少量的影響屈服強度，但是隨著碳 含量的增加，缺口韌性降低，而HAZ(熱影響區）硬度提高，導致焊接性能變差，并且鋼的延 伸率隨之下降。同時，對于薄板坯連鑄連軋工藝，0. 08%?0. 16%的碳含量將進入包晶區， 鑄坯裂紋敏感性急劇增強。汽車大梁鋼作為一種冷加工成形用鋼，在具備理想的強度性能 的同時，還應有良好的韌塑性指標，考慮以上因素，本發明所中成分采用低于包晶區下限的 低碳設計，碳含量控制在〇. 04 %?0. 07%。
[0011] Mn:錳加入鋼中的主要作用為固溶強化提高鋼的強度，同時，鋼中的Mn可與S結合 成MnS并以線狀形態分布于奧氏體中，可改善鋼的塑性，是抑制板坯熱裂傾向的重要元素， 基于這些因素，本發明鋼中錳含量控制在1. 10%?1. 30%。
[0012]Si:當鋼中硅含量較高時，在加熱過程中，硅元素易于向氧化亞鐵和鋼材基體之間 的界面擴散，在氧化鐵皮和基體之間容易形成Fe2Si04，在1173°C以下與FeO產生共晶反應， 形成強度很高的鐵橄欖石（Fe0/Fe2Si04)。鐵橄欖石容易與奧氏體形成錨式鏈接，并與FeO 層形成良好的界面匹配，將FeO牢固地粘黏在基體上，使得粗軋除鱗時氧化鐵皮不易去除， 在后續熱軋過程中容易被壓入板面和破碎，從而形成紅色鐵皮。因此，為獲得汽車大梁用黑 皮鋼，應采用較低的硅含量的化學成分設計，硅含量應控制在〇. 15%以下。
[0013] Nb:鋼中加入微量鈮合金即可顯著提高鋼材的強韌性能，考慮鈮微合金化鋼鑄坯 表面在彎曲和隨后矯直過程中，因微細析出物的產生而導致可能出現橫裂紋等質量問題， 另外，鈮的加入還要確保鑄態組織在連軋早期發生完全再結晶，并確保在后續道次的軋制 過程中奧氏體發生薄餅化，因此鋼中加入的鈮要適量。綜合以上因素的考慮，本發明中鋼中 鈮含量控制在〇. 020 %?0. 030 %。
[0014] Ti:鈦含量與屈服強度和轉變溫度有密切關系，鈦含量較低時，屈服強度的提高因 素是細晶強化。當隨著鈦含量提高后產生的沉淀強化將顯著提高屈服強度，隨著沉淀強化 的加強，板材脆性轉變溫度迅速提高，板材冷彎性能、沖擊性能惡化。綜合兩種因素的影響， 本發明中鈦含量控制在0. 015 %?0. 025%。
[0015]S:硫是有害元素（易切削鋼除外）。S在S鐵及Y鐵中的溶解度都很小，所以鋼 液在凝固時，隨著鋼液的凝固，S向未凝固的液體部富集，造成凝固組織偏析，結果使鋼的宏 觀組織極不均勻；其次S可以形成多種硫化物（如FeS、MnS)。硫對焊接性能也不利，因此 要將S控制在小于等于0. 01 %。
[0016] 2、鑄坯質量控制技術
[0017] 對于鈮微合金化鋼來說，隨著鈮含量的增加，800°C?900°C延展性將明顯下降，這 意味著該階段的鑄坯受力后容易出現裂紋，特別是鑄坯的角部出現橫裂紋。鈦微合金化可 以一定程度上改善或解決鈮微合金化鋼易形成的鑄坯表面橫裂紋，這一方面是由于鋼中的 氮優先與鈦反應，減少了參與與鈮反應的氮量，也使Nb(C，N)的析出受到抑制；另一方面， 高溫的鈮優先在鈦上形核析出，從而形成粗大的（Ti，Nb)(C，N)的復合析出，避免形成細小 的Nb(C，N)析出，有效地減少了鑄坯裂紋的產生。通過調整結晶器冷卻水流量，二冷區噴淋 水流量來控制鑄坯冷卻強度，保證連鑄坯在扇形段矯直區域的角部溫度達到l〇〇〇°C以上， 避開850°C?950°C的脆性溫度區。
[0018] 3、控制軋制和控制冷卻技術
[0019] 根據（Ti，Nb) (C，N)析出規律，設定合理的溫度制度和冷卻制度，保證細小的（Ti，Nb) (C，N)粒子充分析出。在保證設備安全的情況下，制定合理的加熱制度，并采用高精度 大變形負荷分配，有利于（Ti，Nb)(C，N)的形變誘導析出，抑制熱變形過程中奧氏體晶粒的 長大，提高沉淀強化作用。
[0020] 3. 1板坯加熱溫度的控制
[0021] 熱軋氧化鐵皮的厚度與帶鋼表面溫度和軋制時間有關，采用低溫加熱溫度，可以 降低軋制時帶鋼的表面溫度，從而獲得較薄的氧化鐵皮厚度。此外，板坯加熱溫度的選擇還 應充分考慮他((：，沁的固溶溫度，根據他((：，沁固溶度計算公式，他含量在0.025%時板坯 加熱溫度應在l〇91°C以上。考慮到以上各種因素，板坯加熱溫度設定在1095°C?1115°C。
[0022] 3. 2壓下制度和軋制溫度的控制
[0023] 粗軋階段，為促進粗晶奧氏體再結晶，應保證好以下三個方面的技術條件：（1) 較高的變形溫度；（2)較小的應變速率（軋制速度）；（3)較大的應變量（軋制變形量）。 較高的終軋溫度配合低溫加熱有助于形成厚度較薄的氧化鐵皮，因此入精軋溫度設定在 1000°C?1030°C;同時，粗軋總壓下率應保證在50%以上。
[0024] 精軋階段，應在高溫再結晶控軋后快冷至未再結晶區進行軋制，采用減少中間機 架壓下量及加大機架間冷卻水的方法避開部分再結晶區，以免造成混晶現象。為細化鐵素 體晶粒，應確保未再結晶區要保證足夠的變形量，F4?F5機架的總壓下率應高于20%。同 時，平衡黑皮鋼氧化層結構和控軋工藝兩者的需求，終軋溫度設定在850°C?870°C;考慮到 乳制速度過低會造成板面溫度降低過快，因此對于8. 0mm厚度的板卷，乳制速度控制在3m/ s左右。
[0025] 3. 3卷取溫度的控制
[0026] 卷取溫度對氧化鐵皮的結構及組分有很大影響，在汽車大梁用黑皮鋼帶的成分設 計下，當卷取溫度低于570°C時，卷取前產生的Fe304結構處于穩定狀態；而當卷取溫度高于 570°C時，Fe離子持續由鋼基體擴散進入氧化層，在Fe304與FeO界面處會重新形成FeO,消 耗掉部分卷取前已形成的Fe304。考慮以上因素，卷取溫度設定在550°C?570°C。為減少 軋制運行中帶鋼表面殘留水對產品綜合性能的影響，在層流冷卻裝置后部設計安裝一套固 定風吹裝置，利用該裝置抑制帶鋼表面殘留水，穩定卷取溫度。
[0027] 本發明的有益效果是：采用本發明所述的化學成分，經過冶煉、LF精煉處理、連鑄 后澆鑄成鑄坯，經過2道次粗軋和5道次精軋軋制至成8. 0mm厚的鋼帶。從鋼帶中間部位 截取若干試樣進行分析，其化學成分如表1所示，力學性能如表2所示。其中表1為本發明 實施例鋼與現有技術對比例鋼化學成分對比表，表2為本發明實施例鋼帶與現有技術對比 例鋼帶力學性能對比表，其中，1-4#為本發明實施例，5-7#為現有技術生產的汽車大梁鋼 對比例。
[0028] 表1本發明實施例鋼與現有技術對比例--化學成分對比表
[0029]
【權利要求】
1. 一種汽車大梁用黑皮鋼帶的生產方法，其鋼的化學組成成分（Wt% )為：C: 0? 04%?0? 07%、Si :彡 0? 15%、Mn :1. 10%?1. 30%、P :彡 0? 025%、S :彡 0? 01%、Nb : 0? 020%?0? 030%、Ti :0? 015%?0? 025%、Als :0? 015 ?0? 025%、余為 Fe 及其他不可避 免的雜質，生產方法采用頂底復吹轉爐+LF精煉爐+薄板坯連鑄連軋工藝，整個生產工藝流 程為：煉鋼、精煉、連鑄、均熱、熱連軋、層流冷卻、卷取等工藝過程，其特征在于： (1) 保證連鑄坯在扇形段矯直區域的角部溫度達到l〇〇〇°C以上，避開850°C?950°C 的脆性溫度區，該鋼的均熱工序溫度為l〇95°C?1115°C，熱連軋工序中終軋溫度850°C? 870。。； (2) 成品厚度規格在8. 0mm?10. 0mm之間的精軋總壓下率大于70%，小于8. 0mm厚度 的產品在確保精軋總壓下率的前提下，R2壓下率應控制在48%?52% ; (3) 卷取溫度控制在550°C?570°C。
【文檔編號】C21C7/00GK104342599SQ201310336876
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月29日 優先權日:2013年7月29日
【發明者】王韶光, 王曉春, 關春立, 王春成, 于大海, 李松波, 柴超, 尚冰, 李春雷, 韓立海, 謝勇 申請人:通化鋼鐵股份有限公司