張愛(ài)梅，吾塔，趙亮

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司制造管理部）

汽車(chē)大梁用熱軋鋼板主要用于制造汽車(chē)車(chē)架的縱、橫梁。要求制造材料必須具有很高的強(qiáng)度及良好的塑性、韌性和冷彎成形性。隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，交通安全等問(wèn)題也日益凸顯。在保證汽車(chē)強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車(chē)整體重量，提高汽車(chē)的動(dòng)力性，減少燃料能耗，進(jìn)而降低環(huán)境污染，這些要求已成為目前汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。因而廣泛使用高強(qiáng)度汽車(chē)板則成為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的主要途徑之一。研究結(jié)果表明[1]，鋼板的抗拉強(qiáng)度從400MPa提高到600MPa，鋼板厚度可從16mm降低到12 mm，而吸收的沖擊能指數(shù)基本保持不變，汽車(chē)減重率可提高約15%。八鋼公司近年來(lái)陸續(xù)開(kāi)發(fā)了B510L、B550L等多個(gè)牌號(hào)汽車(chē)大梁用鋼，投入市場(chǎng)，用戶使用后反映良好。為了使八鋼生產(chǎn)的汽車(chē)大梁用鋼系列化，滿足用戶輕量化的需求，結(jié)合八鋼煉鋼、軋制裝備特點(diǎn)，通過(guò)工業(yè)試制與應(yīng)用跟蹤，成功開(kāi)發(fā)出抗拉強(qiáng)度610MPa的汽車(chē)大梁鋼B610L。

1 B610L鋼的技術(shù)要求及生產(chǎn)工藝

1.1 性能要求

根據(jù)下游用戶要求，汽車(chē)大梁用B610L熱軋鋼帶化學(xué)成分及力學(xué)性能要求見(jiàn)表1、表2。

表1 B610L成分的交貨標(biāo)準(zhǔn) w t,%

表2 B610L鋼力學(xué)性能與工藝性能

1.2 成分設(shè)計(jì)

成分設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是要滿足力學(xué)和工藝性能的要求,結(jié)合汽車(chē)大梁鋼B610L的性能要求、服役環(huán)境，主要設(shè)計(jì)目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高韌性、穩(wěn)定的冷成型性能。在進(jìn)行成分設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)考慮采取以下措施：（1）控制C、Mn含量，改善材料焊接性能；（2）控制S含量，減少S化物夾雜，以改善疲勞性能;（3）添加合金元素Nb、V、Ti、Al用來(lái)提高鋼的強(qiáng)度，合金元素對(duì)鋼板的強(qiáng)度、塑性、焊接等各項(xiàng)性能均會(huì)產(chǎn)生不同的影響。

C是鋼中的一個(gè)非常重要的元素，它的含量會(huì)對(duì)鋼的微觀組織產(chǎn)生直接的影響，從而極大地影響最終產(chǎn)品的機(jī)械性能。較高含量的C元素能大幅度提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)降低鋼的塑性和可焊性。Mn也是一個(gè)非常重要的元素，它主要以代位固溶的方式對(duì)鋼產(chǎn)生強(qiáng)化作用，對(duì)提高鋼的韌性有很好的作用，有利于提高鋼板強(qiáng)度的。另一類(lèi)元素有Nb、V、Ti、Al，通過(guò)固溶、晶粒細(xì)化、析出第二相粒子等強(qiáng)化方式，達(dá)到提高強(qiáng)度的目的。

針對(duì)B610L的具體性能要求，研究分析了C、Si、Mn、Nb、Ti、V等強(qiáng)化元素的變化對(duì)材料各項(xiàng)性能的影響,確定八鋼B610L鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)采用低碳結(jié)合高錳，并通過(guò)添加Nb、V、Ti進(jìn)行微合金化的工藝路線。最終實(shí)現(xiàn)有效促進(jìn)C、N化物粒子析出，通過(guò)沉淀強(qiáng)化及細(xì)晶強(qiáng)化等策略，穩(wěn)定高強(qiáng)度汽車(chē)大梁鋼的各項(xiàng)性能。成分設(shè)計(jì)詳情見(jiàn)表3。

表3 B610L汽車(chē)大梁鋼的成分設(shè)計(jì) %

1.3 生產(chǎn)工藝

根據(jù)B610L成分設(shè)計(jì)特點(diǎn)和1750mm熱軋生產(chǎn)線的特點(diǎn)，其工藝路線為：鐵水預(yù)處理→120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→冶煉→LF精煉→板坯連鑄→合格連鑄坯準(zhǔn)備→加熱→高壓水除鱗→可逆粗軋5道次→熱卷箱→開(kāi)卷→飛剪切頭尾→高壓水除鱗→精軋機(jī)組→層流冷卻→卷取→卸卷、打捆。

2 工藝控制技術(shù)

2.1 冶煉與連鑄

由于汽車(chē)大梁鋼對(duì)鋼水純凈度要求較高，生產(chǎn)時(shí)需要嚴(yán)格控制鋼中S、P含量，在生產(chǎn)B610L汽車(chē)大梁鋼過(guò)程中采用潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)。

（1）鐵水預(yù)處理，入轉(zhuǎn)爐鐵水硫控制在0.005%以下。

（2）強(qiáng)化轉(zhuǎn)爐冶煉操作，提高轉(zhuǎn)爐的脫S、脫P(yáng)率。出鋼前向鋼包底加入200kg的鋁渣球，對(duì)鋼包頂渣進(jìn)行改質(zhì)，利于脫硫和去除夾雜，為精煉造還原渣提供良好的條件，利于提高鋼水純凈度。

（3）采用埋弧操作，有效控制LF精煉鋼水裸露氧化和增氮。LF精煉增氮量控制在15×10-6以下；LF深脫硫，鋼中S含量降低到0.005%以下。

（4）鈣處理。對(duì)非金屬夾雜物進(jìn)行變性處理，使Al2O3變性為鈣鋁酸鹽，易于上浮去除。

（5）精煉出站后，進(jìn)行軟吹氬，時(shí)間大于8min，促進(jìn)鋼中夾雜物充分上浮去除，利于鋼水成分、溫度的均勻，提高鋼水純凈度。

（6）板坯連鑄澆注過(guò)程采用大包和中包低碳覆蓋劑，防止鋼水降溫過(guò)快，連澆鋼水過(guò)熱度控制在30℃以內(nèi)，長(zhǎng)水口和浸入式水口采用氬封保護(hù)澆注，減少鋼液的二次氧化。

2.2 軋制工藝

（1）加熱制度。板坯加熱溫度的設(shè)計(jì)是要使鋼的奧氏體晶粒不明顯長(zhǎng)大，又保證鋼中合金化合物的充分固溶,防止板坯存在“過(guò)燒”和“過(guò)熱”的現(xiàn)象，板坯加熱采用步進(jìn)梁式加熱爐加熱，加熱時(shí)間160～190min，其中均熱時(shí)間30～40min；保證爐膛溫度二加段為1280℃，均熱段溫度為1200℃，板坯從加熱爐出來(lái)溫度控制1170±30℃。板坯出爐后，經(jīng)多道次粗軋，通過(guò)反復(fù)變形和再結(jié)晶，使奧氏體晶粒不斷得到細(xì)化。

（2）終軋溫度。終軋溫度和卷取溫度是熱軋帶鋼控制軋制和控制冷卻的主要參數(shù)。為了保證板坯再結(jié)晶的程度，盡量對(duì)原奧氏體進(jìn)行細(xì)化，在粗軋階段增加對(duì)板坯的壓下量；板坯經(jīng)過(guò)奇道次軋制后，得到中間坯的厚度34～42mm，從粗軋拋鋼時(shí)中間坯的溫度為1010～1030℃。中間坯進(jìn)入精軋機(jī)軋制，通過(guò)機(jī)架間的冷卻水達(dá)到對(duì)軋制鋼帶的冷卻，確保終軋溫度在860℃。

（3）卷取溫度。卷取溫度是含鈮釩微合金鋼獲得細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的關(guān)鍵參數(shù),過(guò)低的卷取溫度不利于沉淀強(qiáng)化,過(guò)高的卷取溫度不利于晶粒細(xì)化,卷取溫度控制在600～640℃,能夠獲得細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的合理配合。

八鋼1750mm熱軋生產(chǎn)線帶立輥粗軋機(jī)，具有AWC寬度自動(dòng)控制和SSC短行程控制功能，粗軋最大軋制壓力為42000 kN，均有除鱗裝置，去除二次氧化鐵皮。六架四輥式精軋機(jī)，精軋機(jī)之間設(shè)有五套液壓活套，以保證帶鋼厚度和寬度精度。高位水箱的層流冷卻裝置，能根據(jù)帶鋼溫度、厚度、鋼種及軋制速度，開(kāi)啟的噴水組數(shù)和調(diào)節(jié)水量，將帶鋼由終軋溫度冷卻至所要求的卷取溫度，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的機(jī)械性能；三助卷輥式的地下卷取機(jī)，助卷輥具有自動(dòng)踏步控制（AJC）功能，保證卷取質(zhì)量。為了使板卷得到具有較高級(jí)別晶粒度的高倍組織，較好的沖擊韌性，并避免回復(fù)再結(jié)晶，結(jié)合設(shè)備情況，熱軋軋制工藝將終軋F(tuán)T6定為（860±20）℃，卷取CT定為（620±20）℃，層冷模式設(shè)定為前段快冷。熱軋工藝參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 熱軋工藝參數(shù)

3 大梁用鋼B610L熱軋板卷工業(yè)化生產(chǎn)

3.1 B610L冶煉成分實(shí)績(jī)

圖1 B610L板坯主要成分含量分布

工業(yè)化生產(chǎn)階段，統(tǒng)計(jì)了2014年1月至2015年4月生產(chǎn)的30爐B610L成分控制情況，各元素含量完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且波動(dòng)范圍很小，主要成分含量分布見(jiàn)圖1。

熔煉成品C控制精度高，C含量的波動(dòng)控制在±0.015%以內(nèi)，C元素和其他合金元素的高精度控制為軋制鋼材的性能穩(wěn)定性創(chuàng)造了良好條件；硫含量控制在0.005%以下，降低了MnS夾雜以利于沖壓成型。

3.2 B610L熱軋板卷的組織和夾雜

對(duì)試制的B610板卷用ASTME45 A方法進(jìn)行抽檢鋼中A、B、C、D類(lèi)非金屬夾雜物級(jí)別檢驗(yàn)，結(jié)果均小于1.0級(jí)，鋼質(zhì)純凈，夾雜物顆粒細(xì)小，見(jiàn)圖2。由此可以證明鋼水純凈度較高。有研究表明：低合金鋼經(jīng)過(guò)微鈦處理后，鋼中夾雜物由硫化物和硅酸鹽類(lèi)變?yōu)榧?xì)小的氧化物。夾雜物由長(zhǎng)條的尖角狀變成圓形或近圓形，從而降低了有害夾雜物對(duì)鋼材塑性、韌性的不良影響,使成品板卷具有良好的冷成型性能。

采用光學(xué)顯微鏡對(duì)B610板卷進(jìn)行微觀組織分析。試樣經(jīng)研磨和拋光后，用4%硝酸酒精腐蝕，用奧林巴斯PMG3倒置金相顯微鏡B610L鋼的金相組織，如圖3所示。

圖2 B610L熱軋板卷夾雜物

圖3 B610L熱軋板卷金相組織

由圖3可見(jiàn)，高強(qiáng)度汽車(chē)大梁鋼B610L微觀組主要為細(xì)小的多邊形鐵素體+珠光體，平均晶粒度可達(dá)11級(jí)，帶狀組織小于2級(jí)。

3.3 強(qiáng)度及塑性

對(duì)2014年1月至2015年4月生產(chǎn)的50批次B610L鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 B610L鋼性能的統(tǒng)計(jì)分析

其力學(xué)性能分布見(jiàn)圖4。

圖4 B610L力學(xué)性能分布圖

從表5及圖4可以看出,各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)均滿足技術(shù)條件的要求，性能波動(dòng)較小，不同卷性能均勻，表明軋制過(guò)程溫度控制控制良好。

4 汽車(chē)大梁鋼B610L實(shí)際應(yīng)用

B610從2014年4月推向市場(chǎng)以來(lái)，已累計(jì)生產(chǎn)2000t，供山西大運(yùn)、三一重工等汽車(chē)廠家，用于制造卡車(chē)縱梁、橫梁、支撐結(jié)構(gòu)件等，鋼材沖壓性能表現(xiàn)良好，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)沖壓開(kāi)裂現(xiàn)象，冷成型性能和翻邊、擴(kuò)孔性能良好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，受到用戶的認(rèn)可。制造的大梁如圖5所示。

圖5 使用B610L制造的大梁

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）采用低碳微合金化冶煉工藝，在1750mm熱軋常規(guī)板坯產(chǎn)線，生產(chǎn)低碳微合金化汽車(chē)大梁鋼B610L,其化學(xué)成分和工藝規(guī)程設(shè)計(jì)合理，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

（2）八鋼開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的B610L大梁鋼力學(xué)性能均勻穩(wěn)定，表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，且具有良好的沖壓性能，鋼卷的實(shí)物質(zhì)量均達(dá)到了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（3）鋼卷表面質(zhì)量和冷彎成形性能好，冶煉過(guò)程采用潔凈鋼的冶煉技術(shù)，有效地控制了鋼中夾雜物含量及形態(tài)分布，降低了夾雜物對(duì)產(chǎn)品性能的影響，顯微組織主要為鐵素體+珠光體組織，具有較好的力學(xué)性能；制作的大梁產(chǎn)品尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，綜合成材率高。

[1]王國(guó)棟，劉相華，吳迪.節(jié)約型鋼鐵材料及其減量化加工制造[J].軋鋼，2006，23（2）：1～5.