用中薄板坯直接軋制的抗拉強(qiáng)度≥2100MPa熱成形鋼及生產(chǎn)方法
【專利摘要】用中薄板坯直接軋制的抗拉強(qiáng)度≥2100MPa熱成形鋼，其組分及wt%：C:0.41～0.50%，Si：0.45～0.65%，Mn：1.6～2.0，P≤0.006，S≤0.004，Als：0.015～0.060，Cr：0.55～0.65，Ti：0.046～0.060或Nb：0.046～0.060或V：0.046～0.060或其中兩種以上的復(fù)合，B：0.004～0.005，Mo：0.46～0.60，Ni：0.25～0.40，N≤0.004。生產(chǎn)步驟：鐵水脫硫；電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉及精煉；連鑄；入均熱爐前的除鱗處理；均熱；加熱；進(jìn)軋機(jī)之前的高壓水除鱗；軋制；冷卻；卷?。粖W氏體化；模具沖壓成形；淬火。本發(fā)明其強(qiáng)度高，制造流程短，產(chǎn)品表面質(zhì)量好，厚度精度高，并大幅節(jié)約了能源消耗，對(duì)于實(shí)現(xiàn)汽車輕量化具有重大意義。
【專利說(shuō)明】
用中薄板坯直接軋制的抗拉強(qiáng)度>21 OOMPa熱成形鋼及生產(chǎn) 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車零部件用鋼及其生產(chǎn)方法，具體地屬于一種用中薄板坯直接 乳制的抗拉強(qiáng)度彡2100MPa熱成形鋼及生產(chǎn)方法，且適用于生產(chǎn)的產(chǎn)品厚度大于2至10_。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車工業(yè)發(fā)展及汽車行業(yè)對(duì)汽車設(shè)計(jì)和制造逐漸向節(jié)能、環(huán)保、安全方向發(fā) 展，汽車輕量化成為當(dāng)前和今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間汽車設(shè)計(jì)的主流方向。
[0003] 研究發(fā)現(xiàn)，汽車的整車重量和能源消耗成線性關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車重量每降低10% 則燃油效率可提高6%~8%。汽車輕量化最重要的途徑之一是采用高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼，從 而能使在不降低碰撞安全性和舒適性的同時(shí)，采能大幅降低汽車整備重量。但隨著強(qiáng)度的 不斷提高，鋼板的成形性能會(huì)越來(lái)越差，尤其是2100MPa以上的超高強(qiáng)度鋼，在成形過(guò)程中 會(huì)存在開裂、回彈和零件尺寸達(dá)不到要求的精度等問題，并同時(shí)也對(duì)沖壓設(shè)備提出了更高 的要求，即需要大噸位的沖壓機(jī)和高耐磨模具，并且對(duì)模具的使用周期還有較大的影響。目 前國(guó)內(nèi)也沒有能成形2100MPa以上的冷成形沖壓設(shè)備和模具。
[0004] 當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有熱成形鋼的抗拉強(qiáng)度均不能達(dá)到2100MPa及以上，且全部采用冷 乳退火態(tài)或冷乳退火后預(yù)涂層。其生產(chǎn)工藝流程為:脫硫鐵水-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉-連 鑄-板坯加熱-熱連乳-酸洗+冷連乳-連續(xù)退火-(預(yù)涂層)-精整包裝-落料-加熱- 模具沖壓淬火。存在生產(chǎn)工藝流程較長(zhǎng)，成本較高的不足。對(duì)于有些抗碰撞或承載部件均采 用多個(gè)零件組合構(gòu)件來(lái)提高抗碰撞和承載能力，而又導(dǎo)致大大提高原材料成本和加工成 本。
[0005] 隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，中薄板坯連鑄連乳工藝得到了長(zhǎng)足發(fā)展，采用中薄板坯連 鑄連乳工藝可以直接乳制生產(chǎn)>2.0~10 mm規(guī)格鋼板及鋼帶，一些原來(lái)只能使用冷乳高強(qiáng) 鋼的薄規(guī)格零件或?yàn)樵黾訌?qiáng)度采用多個(gè)零件組成的構(gòu)建已逐步采用連鑄連乳工藝直接乳 制超高強(qiáng)度鋼板所代替。如中國(guó)專利公開號(hào)為CN 102965573A的文獻(xiàn)，開發(fā)了屈服強(qiáng)度(ReL) 彡700MPa，抗拉強(qiáng)度(Rm)彡750MPa的工程結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度鋼，其組分百分含量為：C:0.15~ 0.25%，Si:<0.10%，Mn:1.00~1.80%，P:<0.020%，S<0.010%，Ti:0.09~0.20%，Als: 0.02~0.08%，N彡0.008%，其余為Fe及不可避免的夾雜;其生產(chǎn)步驟為冶煉并連鑄成坯，進(jìn) 行均熱，控制均熱溫度在1200~1300°C，均熱時(shí)間為20~60min;進(jìn)行乳制，并控制開乳溫度 不低于1200 °C，終乳溫度在870~930 °C;進(jìn)行層流冷卻，在冷卻速度為不低于20 °C/s下冷卻 到卷取溫度；進(jìn)行卷取，并控制卷取溫度在580~650 °C。還有中國(guó)專利公開號(hào)為CN 103658178A的文獻(xiàn)，公開了一種短流程生產(chǎn)高強(qiáng)度薄帶鋼的方法，所發(fā)明的帶鋼屈服強(qiáng)度 (1^)彡55010^，抗拉強(qiáng)度（1〇彡60010^，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為 ：(：：0.02~0.15%，31: 0.20~0.6%，Mn:0.2~1.50%，P:0.02~0.3%，S<0.006%，Cr:0.40~0.8%，Ni:0.08~ 0.40%，Cu:0.3~0.80%，Nb:0.010~0.025%，Ti:0.01~0.03%，Al:0.01~0.06%，Re:0.02~ 0.25%;其余為Fe和不可避免雜質(zhì)，冶煉后澆鑄成1.0~2. Omm厚的鑄帶，澆鑄速度60~150m/ min，進(jìn)行乳制，控制終乳溫度850~1000°C;采用霧化冷卻，冷卻速度50~100°C/s，進(jìn)行卷 取，控制卷取溫度為520~660°C。上述兩文獻(xiàn)的抗拉強(qiáng)度均很低，不能滿足高端汽車車身對(duì) 2 IOOMPa以上超高強(qiáng)度的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的強(qiáng)度級(jí)別低，不能滿足剛度按用戶的要求的不 足，提供一種既可以滿足汽車設(shè)計(jì)對(duì)超高強(qiáng)度力學(xué)性能的要求，又能順利完成復(fù)雜變形，且 變形后無(wú)回彈，零件的尺寸精度高的抗拉強(qiáng)度多2100MPa熱成形鋼及生產(chǎn)方法。
[0007] 實(shí)現(xiàn)上述目的的措施： 用中薄板坯直接乳制的抗拉強(qiáng)度多2100MPa熱成形鋼，其組分及重量百分比含量為:C: 0.41~0.50%，，Si:0.45~0.65%，，Mn:1.6~2.0，P<0.006，S<0.004，Als:0.015~0.060， Cr:0.55~0.65，Ti :0.046~0.060或Nb:0.046~0.060或V:0.046~0.060或其中兩種以上 的復(fù)合，Β:0·004~0.005，Mo :0.46~0.60，Ni :0.25~0.40，N彡0.004,余為Fe及不可避免的 雜質(zhì)；淬火后的金相組織為全板條馬氏體；力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度彡1450 MPa，抗拉強(qiáng)度彡 21 OOMPa，伸長(zhǎng)率 Aso? 彡 5%。
[0008] 生產(chǎn)用中薄板坯直接乳制的抗拉強(qiáng)度2100MPa熱成形鋼的方法，其在于:其步驟： 1) 鐵水脫硫，并控制SS0.00 2%，扒渣后鐵水裸露面不低于96%; 2) 常規(guī)電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，及常規(guī)精煉； 3) 進(jìn)行連鑄，控制中包鋼水過(guò)熱度在15~30 °C，鑄坯厚度在61~150mm，拉坯速度在3.0 ~5.0 m/min; 4) 進(jìn)行鑄坯入均熱爐前的除鱗處理，并控制除鱗水的壓力在300~400 bar; 5) 對(duì)鑄坯進(jìn)行常規(guī)均熱，控制均熱爐內(nèi)呈弱氧化氣氛，即使?fàn)t內(nèi)殘氧量在0.5~5.0%; 6) 對(duì)鑄坯入進(jìn)行加熱，并控制鑄坯入爐溫度在800~1000°C，出爐溫度為1185~1215 °C； 7) 進(jìn)行進(jìn)乳機(jī)之前的高壓水除鱗，并控制除鱗水壓力在280~420bar; 8) 乳制，并控制第一道次壓下率為:40~50%，第二道次壓下率為:40~50%，末道次壓下 率為：10~16%;控制乳制速度在3~8 m/s;并在第一道次及第二道次之間進(jìn)行中壓水除鱗， 除鱗水壓力為200~280bar;控制終乳溫度在860~900°C ; 9) 進(jìn)行冷卻，冷卻方式為層流冷卻、或水幕冷卻、或加密冷卻的方式冷卻到卷取溫度； 10) 進(jìn)行卷取，并控制卷取溫度為565~595°C ; 11) 進(jìn)行開卷落料后的奧氏體化，控制奧氏體化溫度在930~980°C，并保溫6~15 min; 12) 模具沖壓成形，并在模具內(nèi)保壓6~9 s; 13) 進(jìn)行淬火，控制淬火冷卻速度在50~100 °C/s;后自然冷卻至室溫。
[0009] 其在于:所述中薄板坯的乳制過(guò)程在乳機(jī)布置形式為6F產(chǎn)線或1R+6F產(chǎn)線、或2R+ 6F產(chǎn)線、或7F產(chǎn)線、或3R+4F產(chǎn)線、或2R+5F產(chǎn)線、或1R+5F產(chǎn)線任意一種布置形式的短流程產(chǎn) 線進(jìn)行。
[0010] 本發(fā)明中各元素及主要工藝的作用及機(jī)理 C:碳是強(qiáng)固溶強(qiáng)化元素，對(duì)超高強(qiáng)度的獲得起決定作用，碳含量對(duì)最終產(chǎn)品的組織形 態(tài)和性能有較大影響，但是含量太高，在精乳后的冷卻過(guò)程中易形成大量的珠光體或貝氏 體、馬氏體，其含量愈高，強(qiáng)度愈高，從而造成塑性降低，進(jìn)行成形前的落料困難。所以在保 證熱處理強(qiáng)化的前提下，碳含量不易過(guò)高。故將其含量限定在0.41~0.60%范圍。
[0011] Si:硅有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效果，可提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)，硅能提高鋼的淬透性，有減 少奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)體積變化的作用，從而有效控制淬火裂紋的產(chǎn)生;在低溫回火時(shí) 能阻礙碳的擴(kuò)散，延緩馬氏體分解及碳化物聚集長(zhǎng)大的速度，使鋼在回火時(shí)硬度下降較慢， 顯著提高鋼的回火穩(wěn)定性及強(qiáng)度。所以，將其含量限定在〇. 45~0.65%范圍。
[0012] Mn:錳起固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)能清除鋼中的FeO,顯著改善鋼的質(zhì)量。還能與硫化物 生成高熔點(diǎn)的MnS，在熱加工時(shí)，MnS有足夠的塑性，使鋼不產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象，減輕硫的有害作 用，提高鋼的熱加工性能。錳能降低相變驅(qū)動(dòng)力，使"C"曲線右移，提高鋼的淬透性，擴(kuò)大γ 相區(qū)，另它可降低鋼的Ms點(diǎn)，故可保證在合適的冷卻速度下得到馬氏體。所以，將其含量限 定在1.6~2.0%范圍。
[0013] Cr:鉻能降低相變驅(qū)動(dòng)力，也降低相變時(shí)碳化物的形核長(zhǎng)大，所以提高鋼的淬透 性。另外，鉻能提高鋼的回火穩(wěn)定性。所以，將其含量限定在0.50~0.65%范圍。
[0014] B:硼是強(qiáng)烈提高淬透性元素，鋼中加入微量的硼元素能顯著提高鋼的淬透性。但 是其含量低于〇. 0005%，或者高于0.0050%，對(duì)提高淬透性的作用不明顯。所以，為考慮生 產(chǎn)實(shí)際及淬透性效果，將其含量限定在〇. 004~0.005%范圍。
[0015] Als，其在鋼中起脫氧作用，應(yīng)保證鋼中有一定量的酸溶鋁，否則不能發(fā)揮其效果， 但過(guò)多的鋁也會(huì)使鋼中產(chǎn)生鋁系夾雜，且不利于鋼的冶煉和澆鑄。同時(shí)鋼中加入適量的鋁 可以消除鋼中氮、氧原子對(duì)性能的不利影響。故將其含量限定在〇. 〇 15~0.060 %范圍。
[0016] P:磷是鋼中的有害元素，易引起鑄坯中心偏析。在隨后的熱連乳加熱過(guò)程中易偏 聚到晶界，使鋼的脆性顯著增大。同時(shí)基于成本考慮且不影響鋼的性能，將其含量控制在 0.006%以下。
[0017] S: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，這種硫化物夾雜會(huì) 惡化鋼的韌性，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?duì)制 造成本的考慮，將鋼中硫含量控制在〇. 004%以下。
[0018] N:氮在加鈦的鋼中可與鈦結(jié)合形成氮化鈦，這種在高溫下析出的第二相有利于強(qiáng) 化基體，并提尚鋼板的焊接性能。但是氣含量尚于0.005%，氣與欽的溶度積$父尚，在尚溫時(shí) 鋼中就會(huì)形成顆粒粗大的氮化鈦，嚴(yán)重?fù)p害鋼的塑性和韌性;另外，較高的氮含量會(huì)使穩(wěn)定 氮元素所需的微合金化元素含量增加，從而增加成本。故將其含量控制在0.004 %以下。
[0019] Ti:鈦是強(qiáng)C、N化物形成元素，鋼中加入Ti的目的是固定鋼中的N元素，但是過(guò)量的 Ti會(huì)與C結(jié)合從而降低試驗(yàn)鋼淬火后馬氏體的硬度和強(qiáng)度。另外，鈦的加入對(duì)鋼的淬透性有 一定的貢獻(xiàn)。所以，將其含量限定在〇. 046~0.060%范圍。
[0020] Nb、V:鈮和釩也是強(qiáng)C、N化物形成元素，能起到細(xì)化奧氏體晶粒的作用，鋼中加入 少量的鈮或釩就可以形成一定量的鈮的碳、氮化物，從而阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，因此，其淬 火后的馬氏體板條尺寸較小，大大提高鋼的強(qiáng)度。故將其含量均控制在0.046~0.060%之 間。
[0021] Mo:鉬能顯著提高鋼的淬透性，并且鉬的層錯(cuò)能較高，加入鋼中可提高鋼的低溫塑 性和韌性。故將其含量控制在0.36~0.60%之間。
[0022] Ni:鎳加入鋼中可提高鋼的強(qiáng)度而不顯著降低其韌性。同時(shí)可改善鋼的加工性和 可焊性。另外，鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。所以將 其含量限定在〇. 21~0.35%。
[0023]本發(fā)明之所以在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中采取三次除鱗，是由于通過(guò)控制除鱗道次和合適 的除鱗水壓力，可以盡可能的去除帶鋼表面的氧化鐵皮，從而保證帶鋼具有良好的表面質(zhì) 量。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其強(qiáng)度高，制造流程短，產(chǎn)品表面質(zhì)量好，厚度精度高，能 夠達(dá)到冷乳產(chǎn)品的質(zhì)量要求，大幅節(jié)約了能源消耗;另外，與現(xiàn)有中薄板坯直接乳制產(chǎn)品相 比，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有產(chǎn)品，對(duì)于實(shí)現(xiàn)汽車輕量化具有重大意義。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明產(chǎn)品金相組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述： 表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的化學(xué)成分取值列表； 表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)取值列表； 表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的性能檢測(cè)情況列表。
[0027] 本發(fā)明各實(shí)施例均按以下工藝生產(chǎn)： 1) 鐵水脫硫，并控制SS0.00 2%，扒渣后鐵水裸露面不低于96%; 2) 常規(guī)電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，及常規(guī)精煉； 3) 進(jìn)行連鑄，控制中包鋼水過(guò)熱度在15~30 °C，鑄坯厚度在61~150mm，拉坯速度在3.0 ~5.0 m/min; 4) 進(jìn)行鑄坯入均熱爐前的除鱗處理，并控制除鱗水的壓力在300~400 bar; 5) 對(duì)鑄坯進(jìn)行常規(guī)均熱，控制均熱爐內(nèi)呈弱氧化氣氛，即使?fàn)t內(nèi)殘氧量在0.5~5.0%; 6) 對(duì)鑄坯入進(jìn)行加熱，并控制鑄坯入爐溫度在800~1000°C，出爐溫度為1185~1215 °C； 7) 進(jìn)行進(jìn)乳機(jī)之前的高壓水除鱗，并控制除鱗水壓力在280~420bar; 8) 乳制，并控制第一道次壓下率為:40~50%，第二道次壓下率為:40~50%，末道次壓下 率為：10~16%;控制乳制速度在3~8 m/s;并在第一道次及第二道次之間進(jìn)行中壓水除鱗， 除鱗水壓力為200~280bar;控制終乳溫度在860~900°C ; 9) 進(jìn)行冷卻，冷卻方式為層流冷卻、或水幕冷卻、或加密冷卻的方式冷卻到卷取溫度； 10) 進(jìn)行卷取，并控制卷取溫度為565~595°C ; 11) 進(jìn)行開卷落料后的奧氏體化，控制奧氏體化溫度在930~980°C，并保溫6~15 min; 12) 模具沖壓成形，并在模具內(nèi)保壓6~9 s; 13) 進(jìn)行淬火，控制淬火冷卻速度在50~100 °C/s;后自然冷卻至室溫。
[0028]所述中薄板坯的乳制過(guò)程在乳機(jī)布置形式為6F產(chǎn)線或1R+6F產(chǎn)線、或2R+6F產(chǎn)線、 或7F產(chǎn)線、或3R+4F產(chǎn)線、或2R+5F產(chǎn)線、或1R+5F產(chǎn)線任意一種布置形式的短流程產(chǎn)線進(jìn)行 即可。
從表3可以看出，本申請(qǐng)通過(guò)較短的工藝流程成功實(shí)現(xiàn)了發(fā)明鋼的強(qiáng)度達(dá)到2100MPa以 上，對(duì)于推進(jìn)汽車輕量化的發(fā)展具有重大意義。
[0030]本【具體實(shí)施方式】?jī)H為最佳例舉，并非對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制性實(shí)施。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用中薄板坯直接乳制的抗拉強(qiáng)度彡2100MPa熱成形鋼，其組分及重量百分比含量為： C: 0.41~0.50%，，Si:0.45~0.65%，，Mn:l.6~2·0，Ρ彡0.006，S彡0.004，Als:0.015~ 0 · 060，Cr: 0 · 55~0 · 65，Ti : 0 · 046~0 · 060或Nb: 0 · 046~0 · 060或V: 0 · 046~0 · 060或其中兩 種以上的復(fù)合，B:0.004~0.005，Mo:0.46~0.60，Ni :0.25~0.40，N彡0.004,余為Fe及不可 避免的雜質(zhì)；淬火后的金相組織為全板條馬氏體;力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度多1450 MPa，抗拉強(qiáng) 度彡21 OOMPa，伸長(zhǎng)率Aso?彡5%。2. 生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的用中薄板坯直接乳制的抗拉強(qiáng)度2100MPa熱成形鋼的方法，其 特征在于:其步驟： 1) 鐵水脫硫，并控制S<0.002%，扒渣后鐵水裸露面不低于96%; 2) 常規(guī)電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，及常規(guī)精煉； 3) 進(jìn)行連鑄，控制中包鋼水過(guò)熱度在15~30°C，鑄坯厚度在61~150mm，拉坯速度在3.0 ~5.0 m/min; 4) 進(jìn)行鑄坯入均熱爐前的除鱗處理，并控制除鱗水的壓力在300~400 bar; 5) 對(duì)鑄坯進(jìn)行常規(guī)均熱，控制均熱爐內(nèi)呈弱氧化氣氛，即使?fàn)t內(nèi)殘氧量在0.5~5.0%; 6) 對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，并控制鑄坯入爐溫度在800~1000°C，出爐溫度為1185~1215°C ; 7) 進(jìn)行進(jìn)乳機(jī)之前的高壓水除鱗，并控制除鱗水壓力在280~420bar; 8) 乳制，并控制第一道次壓下率為:40~50%，第二道次壓下率為:40~50%，末道次壓下 率為：10~16%;控制乳制速度在3~8 m/s;并在第一道次及第二道次之間進(jìn)行中壓水除鱗， 除鱗水壓力為200~280bar;控制終乳溫度在860~900°C ; 9 )進(jìn)行冷卻，冷卻方式為層流冷卻、或水幕冷卻、或加密冷卻的方式冷卻到卷取溫度； 10) 進(jìn)行卷取，并控制卷取溫度為565~595 °C ; 11) 進(jìn)行開卷落料后的奧氏體化，控制奧氏體化溫度在930~980°C，并保溫6~15 min; 12) 模具沖壓成形，并在模具內(nèi)保壓6~9 s; 13) 進(jìn)行淬火，控制淬火冷卻速度在50~100 °C/s;后自然冷卻至室溫。3. 如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)用中薄板坯直接乳制的抗拉強(qiáng)度2100MPa熱成形鋼的方法， 其特征在于:所述中薄板坯的乳制過(guò)程在乳機(jī)布置形式為6F產(chǎn)線或1R+6F產(chǎn)線、或2R+6F產(chǎn) 線、或7F產(chǎn)線、或3R+4F產(chǎn)線、或2R+5F產(chǎn)線、或1R+5F產(chǎn)線任意一種布置形式的短流程產(chǎn)線進(jìn) 行。
【文檔編號(hào)】C22C38/32GK106086686SQ201610713644
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月24日
【發(fā)明人】毛新平, 胡寬輝, 汪水澤, 潘利波, 葛銳, 李立軍, 彭濤, 杜曉峰, 段小平
【申請(qǐng)人】武漢鋼鐵股份有限公司