一种表面质量及机械性能良好的屈服强度420MPa级桥壳钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种表面质量及机械性能良好的屈服强度420MPa级桥壳钢及其生产方法。

背景技术

桥壳是汽车的主要构件之一，支撑了车架及其以后的总重量，它也是汽车传动系统的组成部分。汽车桥壳作为车桥的主体部分，是保证汽车正常行驶和满足使用寿命的关键部件，因此对其强度、韧性和抗疲劳性能等都有较高要求。现在中、重型汽车的桥壳已大量使用12～20mm厚的热轧钢板进行热冲压成形生产，因此要求钢板具有良好的塑性。桥壳制成后还要对其表面做防腐处理，因此要求钢板要有良好的表面质量。良好的表面质量要求钢板表面不能有麻坑、凹坑、重皮、裂纹等表面缺陷，还要求整张钢板表面的颜色一致。由于桥壳钢的机械性能和表面质量要求都较高，因此生产难度较大，尤其是采用宽厚板轧机生产时。

公布号CN 109097702 A的专利“具有良好疲劳性能和焊接性能的高强桥壳钢及其制备方法”提供了一种桥壳钢生产方法。该方法生产的桥壳钢焊接性能和疲劳性能都较好。但该方法需要钢板轧后进行快速冷却，钢板冷却速率大，对冷却设备能力要求较高，终冷温度低，板形不好控制，同时该方法适合连轧机组生产。

公布号CN 110079740 A的专利“一种高韧性热轧530MPa级汽车冷冲压桥壳钢板及其制造方法”提供了一种桥壳钢生产方法。该方法生产的桥壳钢韧性良好，但该方法对钢板的表面质量控制没有涉及。

公布号CN 110205559 A的专利“一种表面质量优良的抗拉强度≥510MPa级桥壳钢及其生产方法”提供了一种桥壳钢生产方法。该方法生产的桥壳钢表面质量良好。但该方法需要钢板轧后进行快速冷却，要求钢板终冷温度低，板形不好控制，同时该方法适合连轧机组生产。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种钢板表面质量良好、整张钢板颜色一致、机械性能优良的屈服强度420MPa级桥壳钢及其生产方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种表面质量及机械性能良好的屈服强度420MPa级桥壳钢，其化学成分按重量百分比包括：C：0.15～0.18％；Si：0.20～0.30％；Mn：1.43～1.53％；Nb:0.025～0.035％；Ti:0.010～0.017％；P≤0.013％；S≤0.004％；Ca：0.0012～0.0028％；Als：0.018～0.034％；O:≤0.004％；N≤0.006％；其余为铁和不可避免杂质。

一种表面质量及机械性能良好的屈服强度420MPa级桥壳钢的生产方法，包括：

钢水进行RH炉处理，在真空度不超过114Pa下处理时间不低于16.5分钟；

钢水浇铸时过热度控制在15～28℃，连铸时采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌频率为6Hz，电流为295A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.5mm、2.5mm；

加热工艺：采用250mm厚、1600mm宽的连铸坯生产,铸坯中心偏析不大于C3.0，板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1227-1247℃，加热时间242～287分钟，板坯在均热段的加热时间不低于34分钟；板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.18m/min；加热炉废气残氧量控制在0.85％～1.85％之间；

12～13mm厚钢板轧制成型工艺：板坯加热好之后进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1217～1237℃，第一阶段终轧温度≥980℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥12.5％，第一阶段轧制速度为1.6～3.1m/s，咬入速度为1.10m/s；第二阶段钢板的开轧厚度为3.8倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为945～955℃，第二阶段终轧温度为804～824℃；第二阶段咬入速度为1.6～1.9m/s，第二阶段轧制7个道次，其中第一个道次空过，空过时使用机架机前除鳞，空过到机后摆动待温6～10秒后，开始轧制第二道次及其剩余道次数；

＞13～16mm厚钢板轧制成型及冷却工艺：板坯加热好之后进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1217～1237℃，第一阶段终轧温度≥1005℃，第一阶段高温延伸轧制时单道次压下率≥12.5％，第一阶段轧制速度为1.6～3.1m/s，咬入速度为1.10m/s；第二阶段钢板的开轧厚度为3.8倍成品钢板厚度，第二阶段钢板开轧温度为910～945℃，第二阶段终轧温度为810～830℃；第二阶段咬入速度为1.6～1.9m/s，第二阶段轧制7个道次，其中第一个道次空过，空过时使用机架机前除鳞，空过到机后摆动待温6～10秒后，开始轧制第二道次及其剩余道次数；钢板轧完后进行层流冷却，ACC水温为16～18℃，冷却速度为28～38℃/s，终冷温度为665～685℃；ACC辊道速度为1.9～2.3m/s，ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为1.9；

钢板轧制时除鳞工艺：除鳞压力不小于20.8MPa，第一阶段轧制时，奇数道次除鳞；第二阶段轧制时，第一道次和第二道次除鳞；

桥壳钢生产期间，关闭粗轧机后及精轧机前后的辊道冷却水。

进一步的，采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为1600mm的板坯，轧制成13mm厚钢板,铸坯中心偏析为C1.5；钢水进行RH处理，处理时真空度在112Pa以下的时间为16.8分钟，连铸坯的厚度为250mm，钢水浇铸时的过热度为28℃，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为295A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.5mm、2.5mm；板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.18m/min，板坯出炉温度为1227℃，板坯加热时间为242分钟，在均热段的加热时间为35分钟，加热炉废气中残氧量为0.85％，在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制10块2650mm宽的其它钢种钢板；除鳞压力为20.9MPa，第一阶段轧制时，奇数道次除鳞；第二阶段轧制时，第一道次空过，空过到机后摆动待温10秒后，开始轧制第二道次及其剩余道次，第一道次和第二道次除鳞；桥壳钢生产期间，关闭粗轧机机后及精轧机前后的辊道冷却水。

进一步的，采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为1600mm的板坯，轧制成16mm厚钢板,铸坯中心偏析为C1.0；钢水进行RH处理，处理时真空度在112Pa以下的时间为17.3分钟，连铸坯的厚度为250mm，钢水浇铸时的过热度为15℃，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为295A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.5mm、2.5mm；板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.18m/min，板坯出炉温度为1227℃，板坯加热时间为242分钟，在均热段的加热时间为35分钟，加热炉废气中残氧量为0.85％；在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制10块2650mm宽的其它钢种钢板；除鳞压力为21.1MPa，第一阶段轧制时，奇数道次除鳞；第二阶段轧制时，第一道次空过，空过到机后摆动待温10秒后，开始轧制第二道次及其剩余道次，第一道次和第二道次除鳞；桥壳钢生产期间，关闭粗轧机机后及精轧机前后的辊道冷却水。

由于屈服强度420MPa桥壳钢含有一定量的微合金，因此板坯采用较高的加热温度，为了板坯在加热时，Nb、Ti等能充分固溶进去，在后续的轧制及冷却时，微合金的碳、氮化物能充分析出来，改善钢板的微观组织。较高的加热温度，还使板坯板坯在加热过程中形成的氧化铁皮容易去除，有利于控制钢板的表面质量。为了使钢板的同板力学性能相差较小，钢板表面颜色均匀一致，板坯加热时采用较长的均热时间，使板坯温度尽量均匀。

对上述加热好的连铸坯在奥氏体再结晶区和非再结晶区进行控制轧制。该钢种采用两阶段控制轧制，第一阶段控制轧制属于高温区的奥氏体再结晶控制轧制，这一阶段采用大压下的轧制策略。较大的单道次压下率能使轧制变形充分渗透至钢板中心，充分细化奥氏体晶粒并均匀奥氏体组织，同时轧制产生的高温焊合作用很大程度上消除了铸坯内部的疏松、微裂纹等缺陷，使钢板的致密度提高，材料综合性能改善；第一阶段轧制时由于坯子较厚，温降慢，采用低速轧制使钢板每一道次轧完都有较大的温降，这样每轧制一道次就会对晶粒进行不同程度细化，最终达到充分细化奥氏体晶粒的目的；轧制时采用较大的咬入速度，这样可以减少钢板头尾与板身的轧制速度差，以减少钢板轧完时钢板头尾与板身的温差。由于钢板在轧制过程中会产生氧化铁皮，影响钢板表面颜色的均匀性和表面质量，因此第一阶段轧制期间需要加强除鳞，综合考虑钢板板形和表面质量需要，第一阶段轧制时每隔一个道次，除一次鳞。第一阶段要求较高的终轧温度是为了充分保证第二阶段的开轧温度满足要求。

第一阶段轧制结束后，中间坯在辊道上摆动降温，降温至第二阶段开轧温度时开始轧制，第二阶段的轧制属于低温非再结晶控轧。通过Nb、Ti等的碳氮化物析出，钉扎位错，晶粒内部在轧制变形下产生应变，通过多道次轧制，较大的累积压下量，晶粒内部积累了大量的形变能和相变形核位置。通过轧后快速冷却到较低的温度，完成γ相→α相转变，获得晶粒细小的α相组织。第二阶段轧制时，第一个道次空过，是为了表面除鳞需要，由于中间坯的板形一般不太好，若不空过，正常除鳞时，钢板尾部容易出现横裂纹等缺陷；第二道次继续除鳞是为了将中间坯在待温期间产生的氧化铁皮彻底去除，以后道次由于钢板已经较薄，温度也较低，氧化铁皮生成很慢，因此不用再除鳞。同时第一道次空过，优化了道次负荷分配，将原本需要7个道次轧完的钢板，用6个道次轧完，这样增加了单道次压下率，有利于钢板微观组织的改善。对于厚规格钢板轧完经ACC快速冷却，目的是进一步细化钢板微观组织，改善机械性能。轧制期间，将粗轧机机后及精轧机前后的辊道冷却水关掉，是为了消除辊道冷却水溅出辊面，洒落在钢板表面上对钢板表面质量的影响。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

1)本发明采用低成分设计，只采用廉价的Si、Mn、Nb、Ti等合金，通过合适的冶炼、连铸、加热、控轧工艺就得到了表面质量及机械性能良好的屈服强度420MPa级的桥壳钢，不需要其它冷却能力强的特殊控制冷设备。制造工艺简单，工序制造成本低。

2)钢板的强度、塑性、韧性良好,组织为细小的铁素体+珠光体。钢板的屈服强度在436MPa～475MPa之间，抗拉强度在566MPa～607MPa之间，延伸率在25.5％～28％之间，-40℃冲击功在165J～211J之间。

3)钢板表面质量良好，没有麻坑、凹坑、重皮等缺陷，表面颜色基本一致，色差小。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为实施例1的金相组织图；

图2为实施例2的金相组织图；

图3为实施例3的金相组织图；

图4为实施例4的金相组织图；

图5为实施例5的金相组织图；

图6为实施例6的金相组织图。

具体实施方式

实施例1

采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为1600mm的板坯，轧制成12mm厚钢板,铸坯中心偏析为C3.0。钢水进行RH处理，处理时真空度在114Pa以下的时间为16.5分钟，连铸坯的厚度为250mm，钢水浇铸时的过热度为15℃，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为295A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.5mm、2.5mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.18m/min，板坯出炉温度为1247℃，板坯加热时间为287分钟，在均热段的加热时间为34分钟，加热炉废气中残氧量为1.85％，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.18％，Si 0.20％，Mn 1.53％，Nb0.035％,Ti0.01％，P 0.013％，S 0.004％，Als 0.034％，Ca 0.0012％,O 0.0028％，N 0.006％,余量为Fe和不可避免的杂质。在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制15块2620mm宽的其它钢种钢板。除鳞压力为20.8MPa，第一阶段轧制时，奇数道次除鳞；第二阶段轧制时，第一道次空过，空过到机后摆动待温6秒后，开始轧制第二道次及其剩余道次，第一道次和第二道次除鳞。桥壳钢生产期间，关闭粗轧机机后及精轧机前后的辊道冷却水。采用宽厚板轧机生产。钢板的表面质量良好，没有麻坑、凹坑等缺陷，钢板表面颜色基本一致。详细的轧制及冷却工艺见表1，其力学性能见表2。

表1轧制工艺

表2钢板力学性能

实施例2

采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为1600mm的板坯，轧制成13mm厚钢板,铸坯中心偏析为C1.5。钢水进行RH处理，处理时真空度在112Pa以下的时间为16.8分钟，连铸坯的厚度为250mm，钢水浇铸时的过热度为28℃，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为295A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.5mm、2.5mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.18m/min，板坯出炉温度为1227℃，板坯加热时间为242分钟，在均热段的加热时间为35分钟，加热炉废气中残氧量为0.85％，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.15％，Si 0.30％，Mn 1.43％，Nb0.025％,Ti0.017％，P 0.012％，S 0.002％，Als 0.018％，Ca 0.0028％,O 0.004％，N 0.0042％,余量为Fe和不可避免的杂质。在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制10块2650mm宽的其它钢种钢板。除鳞压力为20.9MPa，第一阶段轧制时，奇数道次除鳞；第二阶段轧制时，第一道次空过，空过到机后摆动待温10秒后，开始轧制第二道次及其剩余道次，第一道次和第二道次除鳞。桥壳钢生产期间，关闭粗轧机机后及精轧机前后的辊道冷却水。采用宽厚板轧机生产。钢板的表面质量良好，没有麻坑、凹坑等缺陷，钢板表面颜色基本一致。详细的轧制及冷却工艺见表3，其力学性能见表4。

表3轧制工艺

表4钢板力学性能

实施例3

采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为1600mm的板坯，轧制成12.5mm厚钢板,铸坯中心偏析为C1.0。钢水进行RH处理，处理时真空度在111Pa以下的时间为17分钟，连铸坯的厚度为250mm，钢水浇铸时的过热度为21℃，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为295A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.5mm、2.5mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.18m/min，板坯出炉温度为1236℃，板坯加热时间为253分钟，在均热段的加热时间为36分钟，加热炉废气中残氧量为1.13％，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.16％，Si 0.26％，Mn 1.47％，Nb0.029％,Ti0.015％，P 0.011％，S 0.001％，Als 0.027％，Ca 0.0022％,O 0.0038％，N 0.0041％,余量为Fe和不可避免的杂质。在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制12块2640mm宽的其它钢种钢板。除鳞压力为20.95MPa，第一阶段轧制时，奇数道次除鳞；第二阶段轧制时，第一道次空过，空过到机后摆动待温8秒后，开始轧制第二道次及其剩余道次，第一道次和第二道次除鳞。桥壳钢生产期间，关闭粗轧机机后及精轧机前后的辊道冷却水。采用宽厚板轧机生产。钢板的表面质量良好，没有麻坑、凹坑等缺陷，钢板表面颜色基本一致。详细的轧制及冷却工艺见表5，其力学性能见表6。

表5轧制工艺

表6钢板力学性能

实施例4

采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为1600mm的板坯，轧制成13.5mm厚钢板,铸坯中心偏析为C1.5。钢水进行RH处理，处理时真空度在114Pa以下的时间为16.5分钟，连铸坯的厚度为250mm，钢水浇铸时的过热度为28℃，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为295A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.5mm、2.5mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.18m/min，板坯出炉温度为1247℃，板坯加热时间为287分钟，在均热段的加热时间为34分钟，加热炉废气中残氧量为1.85％，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.15％，Si 0.3％，Mn 1.43％，Nb0.025％,Ti 0.017％，P 0.013％，S 0.004％，Als 0.034％，Ca 0.0028％,O 0.004％，N 0.006％,余量为Fe和不可避免的杂质。在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制15块2620mm宽的其它钢种钢板。除鳞压力为20.8MPa，第一阶段轧制时，奇数道次除鳞；第二阶段轧制时，第一道次空过，空过到机后摆动待温6秒后，开始轧制第二道次及其剩余道次，第一道次和第二道次除鳞。桥壳钢生产期间，关闭粗轧机机后及精轧机前后的辊道冷却水。ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为1.9。采用宽厚板轧机生产。钢板的表面质量良好，没有麻坑、凹坑等缺陷，钢板表面颜色基本一致。详细的轧制及冷却工艺见表7，其力学性能见表8。

表7轧制工艺

表8钢板力学性能

实施例5

采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为1600mm的板坯，轧制成16mm厚钢板,铸坯中心偏析为C1.0。钢水进行RH处理，处理时真空度在112Pa以下的时间为17.3分钟，连铸坯的厚度为250mm，钢水浇铸时的过热度为15℃，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为295A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.5mm、2.5mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.18m/min，板坯出炉温度为1227℃，板坯加热时间为242分钟，在均热段的加热时间为35分钟，加热炉废气中残氧量为0.85％，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.18％，Si 0.2％，Mn 1.53％，Nb0.035％,Ti0.010％，P 0.012％，S 0.002％，Als 0.018％，Ca 0.0012％,O 0.0021％，N 0.0039％,余量为Fe和不可避免的杂质。在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制10块2650mm宽的其它钢种钢板。除鳞压力为21.1MPa，第一阶段轧制时，奇数道次除鳞；第二阶段轧制时，第一道次空过，空过到机后摆动待温10秒后，开始轧制第二道次及其剩余道次，第一道次和第二道次除鳞。桥壳钢生产期间，关闭粗轧机机后及精轧机前后的辊道冷却水。ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为1.9。采用宽厚板轧机生产。钢板的表面质量良好，没有麻坑、凹坑等缺陷，钢板表面颜色基本一致。详细的轧制及冷却工艺见表9，其力学性能见表10。

表9轧制工艺

表10钢板力学性能

实施例6

采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为1600mm的板坯，轧制成14mm厚钢板,铸坯中心偏析为C0.5。钢水进行RH处理，处理时真空度在110Pa以下的时间为17.0分钟，连铸坯的厚度为250mm，钢水浇铸时的过热度为19℃，板坯连铸时电磁搅拌的频率为6Hz，电流为295A，压下位置为6、7、8段，压下量为2.5mm、2.5mm、2.5mm。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.18m/min，板坯出炉温度为1239℃，板坯加热时间为249分钟，在均热段的加热时间为36分钟，加热炉废气中残氧量为1.25％，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.17％，Si 0.24％，Mn 1.51％，Nb0.029％,Ti0.013％，P 0.012％，S 0.001％，Als 0.026％，Ca 0.0019％,O 0.0024％，N 0.0038％,余量为Fe和不可避免的杂质。在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制12块2660mm宽的其它钢种钢板。除鳞压力为21.05MPa，第一阶段轧制时，奇数道次除鳞；第二阶段轧制时，第一道次空过，空过到机后摆动待温8秒后，开始轧制第二道次及其剩余道次，第一道次和第二道次除鳞。桥壳钢生产期间，关闭粗轧机机后及精轧机前后的辊道冷却水。ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为1.9。采用宽厚板轧机生产。钢板的表面质量良好，没有麻坑、凹坑等缺陷，钢板表面颜色基本一致。详细的轧制及冷却工艺见表11，其力学性能见表12。

表11轧制工艺

表12钢板力学性能

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。