[發(fā)明專利]一種可大線能量焊接的510L鋼及生產(chǎn)制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011533037.2
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112760564B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武會賓;鄧深;張鵬程;樊雷;韋軍尤;李宗強(qiáng);牛剛;趙征志;楊躍標(biāo);袁勤攀
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/14;C21D8/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種可大線能量焊接的510L鋼及生產(chǎn)制造方法，屬于汽車用鋼領(lǐng)域。材料成分為：C:0.04～0.09％,Si:0.05～0.35％,Mn:1.40～1.80％,P:≤0.025％,S:≤0.01％,Al：0.01％～0.06％,Ti:0.01～0.05％,Zr:0.01～0.03％，其余為鐵及雜質(zhì)。生產(chǎn)工藝流程為高爐鐵水→KR鐵水脫硫預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF鋼包精煉→RH真空精煉→板坯連鑄→坯料加熱→熱連軋軋制→卷取→空冷。熱連軋過程中，坯料加熱溫度為1150～1250℃。軋制過程分為奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，軋后采用空冷，得到焊接用低合金高強(qiáng)汽車用鋼。鋼中利用Zr與鋼液中的O反應(yīng)生成含Zr氧化物夾雜進(jìn)行脫氧；且生成的細(xì)小含Zr氧化物夾雜在焊接熱循環(huán)升溫過程阻止奧氏體長大；此外，利用生成的細(xì)小含Zr氧化物夾雜在焊接熱循環(huán)冷卻過程中能促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體形核，從而提高熱影響區(qū)的沖擊韌性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于汽車用鋼領(lǐng)域，涉及一種可大線能量焊接的510L鋼及生產(chǎn)制造方法。

背景技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，汽車工業(yè)發(fā)展的重要趨勢是在保證安全性能的前提下追求整車的輕量化，以達(dá)到車輛運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性，同時降低油耗和減少尾氣排放。為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，使得目前的汽車用鋼普遍追求高強(qiáng)高韌。一般而言，隨著強(qiáng)度的提高，鋼的沖擊韌性和焊接性能將會下降，焊接裂紋敏感性增加。對于傳統(tǒng)低合金鋼而言，大熱輸入焊接技術(shù)的采用使母材熱影響區(qū)溫度最高達(dá)到1300℃以上，經(jīng)歷焊接熱循環(huán)后熱影響區(qū)奧氏體晶粒急劇長大，尤其是粗晶熱影響區(qū)形成嚴(yán)重粗化的微觀組織，從而造成這一區(qū)域極易發(fā)生脆化。較大的焊接熱輸入造成焊接熱影響區(qū)較寬，高溫停留時間長，焊后在粗大的奧氏體晶粒內(nèi)部容易出現(xiàn)三種類型的組織：即粗大的晶界鐵素體組織、沿著晶界向內(nèi)生長的魏氏組織以及晶內(nèi)大量分布的粒狀貝氏體組織。由于解理裂紋很容易沿著上述組織擴(kuò)展，造成焊接熱影響區(qū)韌性極差。

在大熱輸入焊接的情況下，傳統(tǒng)的利用微合金元素形成超細(xì)碳氮化物改善熱影響區(qū)強(qiáng)度和韌性的方法收效甚微，因?yàn)槲⒑辖鹛嫉飼芙夂痛只趸藷嵊绊憛^(qū)的強(qiáng)度和韌性。為滿足大熱輸入焊接要求，需要第二相粒子有較高的熱穩(wěn)定性，在此溫度下不能發(fā)生溶解和粗化。為此，國內(nèi)外近年來廣泛探索了氧化物冶金對改善熱影響區(qū)性能的可能性。該技術(shù)的關(guān)鍵是利用鋼的冶煉過程中形成的氧化物粒子誘發(fā)晶內(nèi)鐵素體形核和利用氧化物、硫化物等第二相粒子在奧氏體晶界的形成阻止奧氏體晶粒長大。

在以往氧化物冶金的研究中，關(guān)于Ti氧化物促進(jìn)鐵素體形核機(jī)理方面的工作最為集中，且能實(shí)現(xiàn)較高的焊接熱輸入。而鋯元素在周期表中屬于IVB族副族元素，和Ti一樣，Zr是一個強(qiáng)碳、氮化物形成元素，也是一個強(qiáng)氧化物形成元素，其氧化物熔點(diǎn)比Ti氧化物要高很多。鋼中添加微量的Zr能形成大量含鋯復(fù)合氧化物夾雜，可以顯著改善含Ti氧化物的形態(tài)，提高大熱輸入焊接時焊接熱影響區(qū)的韌性；已有的研究指出含鎂夾雜物與鋼的潤濕角比較小，不易形成大的夾雜物；含鎂夾雜物與鋼中鐵素體之間的錯配度更小，而且含鎂夾雜物周圍會形成貧錳區(qū)，這使含鎂夾雜物有著較好的晶內(nèi)鐵素體形核誘導(dǎo)能力，從而為鎂處理改善母材與焊接區(qū)性能應(yīng)用提供了可能。由此可以想到除了Ti的氧化物冶金之外，Zr、Mg加入鋼中，也能對焊接熱影響區(qū)，特別是大熱輸入焊接的熱影響區(qū)的組織與性能產(chǎn)生積極影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種可大線能量焊接的510L鋼及生產(chǎn)制造方法。通過在510L低合金鋼中加入微量的Zr，利用Zr與鋼液中的O反應(yīng)生成含Zr氧化物夾雜進(jìn)行脫氧。并且，通過調(diào)控新生成的細(xì)小含Zr氧化物夾雜，使之在焊接熱循環(huán)升溫過程阻止奧氏體長大；此外，生成的細(xì)小含Zr氧化物夾雜還能夠在焊接熱循環(huán)冷卻過程中能促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體形核。通過控軋控冷工藝將鋼坯在再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)兩階段軋制，從而獲得所需要的鋼板成品。本發(fā)明在Ti處理鋼的研究基礎(chǔ)上，添加微量的Zr元素，詳細(xì)分析微量Zr元素對Ti處理鋼中夾雜物的形成及其對焊接熱影響區(qū)組織和韌性影響機(jī)理，力求提高510L低合金高強(qiáng)鋼的大熱輸入焊接性。