一种780MPa级高疲劳高强钢及其制造方法技术

一种780MPa级高疲劳高强钢及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.03～0.07％，Si≤0.1％，Mn 1.0～1.8％，P≤0.01％，S≤0.002％，Al 0.02～0.08％，N≤0.004％，Ti 0.07～0.13％，Mo 0.15～0.50％，O≤30ppm；其余Fe及不可避免的杂质；所述钢的组织为全铁素体，晶粒呈近等轴形，平均晶粒尺寸为5‑10μm；析出相的体积分数为0.146‑0.271％，平均析出相尺寸为5‑10nm。本发明专利技术高强钢的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥780MPa，且厚度在3‑6mm的热轧超高强钢，具有良好的延伸率(≥22％)和低温冲击韧性(‑40℃冲击功≥100J)，表现出优异的强度、塑性和韧性匹配，可用于汽车底盘、大梁、车轮、桥壳等需要高强减薄和耐疲劳的地方。

A 780MPa High Fatigue High Strength Steel and Its Manufacturing Method

A 780 MPa grade high fatigue high strength steel and its manufacturing method, its component weight percentage is: C 0.03-0.07%, Si less than 0.1%, Mn 1.0-1.8%, P less than 0.01%, S less than 0.002%, Al 0.02-0.08%, N less than 0.004%, Ti 0.07-0.13%, Mo 0.15-0.50%, O less than 30 ppm; the other impurities are unavoidable; the structure of the steel is all ferrite, and the grain is nearly equiaxed. The average grain size is 5_10 um, the volume fraction of precipitated phase is 0.146_0.271%, and the average size of precipitated phase is 5_10 nm. The high strength steel of the invention has yield strength (>700 MPa), tensile strength (>780 MPa) and thickness of 3 6 mm hot-rolled ultra-high strength steel, good elongation (>22%) and low temperature impact toughness (40 C impact work (>100J), and excellent strength, plasticity and toughness matching, which can be used in places requiring high strength thinning and fatigue resistance, such as automobile chassis, girders, wheels, axle shells, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种780MPa级高疲劳高强钢及其制造方法
本专利技术属于热轧或酸洗高强钢领域，特别涉及一种780MPa级高疲劳高强钢及其制造方法。
技术介绍
在乘用车或轻卡商用车领域，采用高强钢进行高强减薄设计已经成为一种不可避免的趋势。尤其是在乘用车领域，无论国际还是国内，各种相关的法律法规都在更加严格，如燃油排放的标准愈发严格，乘用车的轻量化不仅是汽车行业的发展趋势，而且还是法律法规的要求。法律法规中规定了油耗，实际上是变相地要求降低车身重量，反映到材料上的要求是高强减薄轻量化。高强减重是后续新车型的必然要求，这势必造成用钢级别更高，从而使得底盘结构上也必然带来变化：如零件更复杂，造成在材料性能、表面等要求上以及成型技术上进步，如液压成形、热冲压、激光焊接等，进而转化材料的高强、冲压、翻边、回弹以及疲劳等各种特殊性能上。乘用车的一部分底盘结构件如扭力梁、摆臂、中型或轻型商用车桥壳等都是承受各种交变载荷的重要安全件，对疲劳性能要求很高。如有的用户要求桥壳在三倍载荷条件下的台架疲劳次数≥30万次，2.5倍载荷条件下的台架疲劳次数≥80万次。在目前的实际生产工艺条件下，为了满足这种疲劳性能的要求，扭力梁或桥壳的设计人员只能采用更厚和较低强度的钢板来满足这种台架疲劳性能的要求，但是这种设计不符合乘用车或轻型卡车轻量化的要求，采用这种落后的设计工艺制造出来的乘用车或轻型商用车甚至都不能对外销售。因此，如何在采用高强钢高强减薄之后仍具有优异的台架疲劳性能就显得尤为重要。扭力梁或桥壳的台架疲劳性能主要取决于以下几个方面：一是结构设计。合理的结构设计是保证台架疲劳性能的基础和关键因素，结构设计不合理很容易造成台架疲劳试验不合格；二是焊接质量的影响。如果该结构件包含焊接，则焊接接头的质量也会对台架疲劳性能造成很大影响，疲劳裂纹容易发生在焊接的薄弱环节；三是材料本身的疲劳性能。在前面两个因素确保良好的条件下，材料本身的疲劳性能就显得非常重要。不同材料的疲劳性能的影响因素众多，如温度、载荷条件、表面、内质、组织类型等。但是，材料本身具有优异的疲劳性能是获得良好的台架疲劳性能的基础。以上三个方面是相互影响相互依存的关系，本专利技术正是在这种行业背景下形成的。具体到轻卡桥壳，目前采用的多是屈服强度345MPa的低强度钢，厚度主要是6-7mm，而用户希望能够采用5mm的屈服强度550-650MPa的高强钢板进行高强减薄，但对台架疲劳试验要求则没有任何降低，仍然要求台架疲劳次数与6-7mm的低强度钢的台架疲劳具有同样的标准。因此，本专利技术正是从材料设计的角度来获得具有更加优异的疲劳性能的高强钢来满足这种要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种780MPa级高疲劳高强钢及其制造方法，所述高强钢的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥780MPa，且厚度在3-6mm的热轧超高强钢，同时且具有良好的延伸率(≥22％)和低温冲击韧性(-40℃冲击功≥100J)，表现出优异的强度、塑性和韧性匹配，可应用于汽车底盘、大梁、车轮、桥壳等需要高强减薄的地方，具有广阔的应用前景。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：本专利技术通过合理的成分设计和相匹配的工艺设计，采用热连轧工艺生产一种抗拉强度达到780MPa以上的热轧高疲劳型高强钢。加入较高的Ti以保证在热轧卷取高温阶段在铁素体中析出大量弥散细小的相间析出纳米级碳化物，不仅起到强烈的弥散析出强化效果，而且还可以显著提高疲劳性能。添加适量的Mo主要是为了保证在高温卷取后缓慢冷却的过程中提高纳米析出碳化物的热稳定性，抑制纳米析出相的粗化，同时也降低铁素体的长大速度，从而获得以细小的铁素体和纳米级相间析出为主要特征的高疲劳高强钢，可应用于桥壳、扭力梁等对疲劳性能有特殊要求的场合。具体的，本专利技术的一种780MPa级高疲劳高强钢，其成分重量百分比为：C0.03～0.07％，Si≤0.1％，Mn1.0～1.8％，P≤0.01％，S≤0.002％，Al0.02～0.08％，N≤0.004％，Ti0.07～0.13％，Mo0.15～0.50％，O≤30ppm；其余为Fe以及不可避免的杂质；所述钢的组织为全铁素体，晶粒呈近等轴形，平均晶粒尺寸为5-10μm；析出相的体积分数为0.146-0.271％，平均析出相尺寸为5-10nm。材料的疲劳性能与晶粒尺寸、夹杂物级别、偏析程度等密切相关。晶粒尺寸越细，疲劳性能越好；夹杂物等级越小，偏析越轻，则疲劳性能越好；钢中析出相的尺寸越大，则疲劳性能越低；反之，析出相尺寸越小，可显著提高疲劳性能。钢的疲劳性能与其抗拉强度有一定的相关性。通常，强度越高，疲劳极限增加，但达到一定强度级别时，疲劳极限不再继续增加，反而有降低的趋势。为保证钢板的高疲劳性能，本专利技术所述钢板不仅对组织类型和晶粒大小，而且对析出相的平均尺寸和体积分数均进行严格控制。钢板的组织为全铁素体，晶粒呈近等轴形，平均晶粒尺寸为5-10μm；析出相的体积分数为0.146-0.271％，平均析出相尺寸为5-10nm。在其他条件不变的情况下，钢板的疲劳性能主要取决于晶粒尺寸和析出相尺寸及其体积分数。晶粒尺寸和析出相尺寸越小，钢板的疲劳性能越好。这是因为疲劳裂纹通常在表面产生，钢板表面的局部区域发生小的塑性变形，变形产生滑移线。随着疲劳交变载荷的进行，滑移线的宽度和深度逐渐增加，形成滑移带，进而扩展成疲劳裂纹源。当晶粒尺寸和析出相尺寸很小时，由于变形引起的滑移线不容易在晶粒内部形成或者不容易穿过或越过硬的析出相，即难以造成位错塞积；或者，即使位错越过析出相也难以在后续的过程中继续扩展，使得疲劳裂纹不容易形成或者即使形成裂纹源，细小的晶粒和析出相也能够有效地阻止疲劳裂纹的扩展，从而提高了钢板的疲劳性能。在本专利技术钢的成分设计中：(1)碳是钢中的基本元素，也是本专利技术中的重要元素之一。碳作为钢中的间隙原子，对提高钢的强度起着非常重要的作用，对钢的屈服强度和抗拉强度影响最大。在本专利技术中，为了在高温卷取时获得抗拉强度达到780MPa的高强钢，同时又保证组织为全铁素体细晶组织，碳的含量既不能太低也不能太高，碳含量低于0.03％，形成的纳米析出相的数量少，析出强化效果弱，强度达不到780MPa；碳的含量高于0.07％，则高温卷取时组织中会出现少量珠光体，不能获得全铁素体组织。因此，碳含量要控制在合理的范围内，通常应控制在0.03-0.07％，优选范围为0.04-0.06％。(2)硅也是钢中的基本元素，但在本专利技术中，硅并非关键元素，其在炼钢过程起到部分脱氧的作用。硅在钢中可扩大铁素体形成范围，有利于扩大轧制工艺窗口；同时硅还有较强的固溶强化效果。但硅加入钢中后容易在轧制后的钢板表面形成不均匀分布的“红铁皮”，这些“红铁皮”在随后的酸洗过程中难以彻底去除。虽然带有“红铁皮”的钢板在后续的加工过程中对性能没有不良影响，但在构件的电泳、涂漆过程中，由于钢板表面“红铁皮”去除不彻底，涂漆之后构件表面容易产生色差，影响美观。大量的生产统计结果表明，当钢中硅的含量在0.10％以下时可完全消除“红铁皮”现象，故钢中Si的含量控制在≤0.10％。(3)锰是钢中最基本的元素，同时也是本专利技术中最重要的元素之一。众所周知，Mn是扩大奥氏体相区的重要元素，可以降低钢的临界淬火速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种780MPa级高疲劳高强钢，其成分重量百分比为：C 0.03～0.07％，Si≤0.1％，Mn 1.0～1.8％，P≤0.01％，S≤0.002％，Al 0.02～0.08％，N≤0.004％，Ti 0.07～0.13％，Mo 0.15～0.50％，O≤30ppm；其余为Fe以及不可避免的杂质；所述钢的组织为全铁素体，晶粒呈近等轴形，平均晶粒尺寸为5‑10μm；析出相的体积分数为0.146‑0.271％，平均析出相尺寸为5‑10nm。

【技术特征摘要】
1.一种780MPa级高疲劳高强钢，其成分重量百分比为：C0.03～0.07％，Si≤0.1％，Mn1.0～1.8％，P≤0.01％，S≤0.002％，Al0.02～0.08％，N≤0.004％，Ti0.07～0.13％，Mo0.15～0.50％，O≤30ppm；其余为Fe以及不可避免的杂质；所述钢的组织为全铁素体，晶粒呈近等轴形，平均晶粒尺寸为5-10μm；析出相的体积分数为0.146-0.271％，平均析出相尺寸为5-10nm。2.如权利要求1所述的780MPa级高疲劳高强钢，其特征在于，所述C的含量为0.04-0.06％。3.如权利要求1所述的780MPa级高疲劳高强钢，其特征在于，所述Mn的含量为1.3-1.6％。4.如权利要求1所述的780MPa级高疲劳高强钢，其特征在于，所述Al的含量为0.03-0.05％。5.如权利要求1所述的780MPa级高疲劳高强钢，其特征在于，所述高强钢的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥780MPa，且厚度在3-6...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕荣，杨阿娜，王巍，陆敏，刘运华，屈朝霞，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31