劉 敏，陳萬華

（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司 冶金技術(shù)處，山東 日照276800）

1 前 言

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)生活品質(zhì)和環(huán)境質(zhì)量的要求在不斷提升，汽車制造業(yè)越來越重視節(jié)約能源與交通安全。在不降低車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，降低車重可起到明顯的降低油耗、減少排放、節(jié)能環(huán)保的效果。有研究指出，鋼板厚度減少0.05、0.10、0.15 mm，車身可分別減重6%、12%、18%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車的車身重量每減輕10%，就可節(jié)省原油3%～7%［1-2］，故研究汽車鋼性能在實(shí)際生產(chǎn)中具有切實(shí)的意義。

汽車大梁用鋼主要用于制造汽車結(jié)構(gòu)件，一般包括主梁、橫梁、加強(qiáng)梁、邊梁以及小的沖壓件等，是性能指標(biāo)要求較高的鋼種，一般厚度為3～10 mm。汽車大梁鋼是汽車的主要結(jié)構(gòu)部件，它承載著汽車幾乎全部的重量［3］，大梁用鋼的性能質(zhì)量會(huì)直接影響整個(gè)車的行車安全及使用壽命，各高校、企業(yè)也在不斷地研究創(chuàng)新。經(jīng)試驗(yàn)，低的粗軋出口溫度可有效改善帶鋼表面質(zhì)量，但出現(xiàn)強(qiáng)度降低現(xiàn)象，以牌號(hào)610L鋼為例，研究進(jìn)行了粗軋出口溫度對(duì)兩種不同厚度規(guī)格（3.8 mm、7.8 mm）600 MPa 級(jí)大梁鋼性能影響的分析。

2 汽車大梁鋼成分和工藝

2.1 汽車大梁鋼基本要求

汽車大梁鋼作為載重汽車車架主要構(gòu)件的原料，一般需滿足如下質(zhì)量要求：1）足夠的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度，以滿足汽車承載能力的要求。2）良好的延伸和冷彎性能，以滿足載重汽車橫梁和縱梁沖壓、滾壓成形或比較復(fù)雜變形的要求。3）鋼質(zhì)純凈，夾雜和有害元素含量的降低可有效提高大梁鋼的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。4）高表面質(zhì)量，大梁表面一般需漆裝，為保證油漆后表面光潔，要求鋼板表面氧化鐵皮薄而且盡量均勻。5）良好的焊接性能，以滿足梁板焊接組裝要求。6）足夠的韌性，尤其是在低溫環(huán)境中使用。

2.2 成分設(shè)計(jì)

目前市場(chǎng)中使用的汽車大梁鋼的成分體系主要有3種。

一是采用單一的Ti微合金化［4-6］，成本低廉，但延展性、韌性相對(duì)不足，在制造大梁的過程中易出現(xiàn)折彎開裂。其機(jī)理主要是利用Ti 的沉淀強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。彌散細(xì)小的碳化鈦粒子在粗軋機(jī)、精軋機(jī)及層冷區(qū)析出。目前國內(nèi)的工藝，汽車大梁用鋼的強(qiáng)度要達(dá)到500 MPa級(jí)以上，鋼中鈦Ti含量需要達(dá)到≥0.04%，才能起到強(qiáng)化的作用。

二是采用V微合金化，承鋼具備含釩高強(qiáng)汽車大梁用鋼批量生產(chǎn)的能力，含釩高強(qiáng)汽車大梁用鋼，廣泛應(yīng)用于各種類型的卡車；其具有良好的強(qiáng)韌性、低屈強(qiáng)比、高疲勞強(qiáng)度［7］，但釩鐵成本高。

三是采用Nb-Ti復(fù)合微合金，與單一Ti微合金化相比，Nb的加入可有效改善鋼的韌性，其主要機(jī)理是Nb對(duì)原奧氏體晶粒的細(xì)化作用。

本試驗(yàn)采用的是Nb-Ti 復(fù)合微合金化，其熔煉分析化學(xué)成分如表1所示。

表1 610L試驗(yàn)鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2.3 生產(chǎn)工藝

試驗(yàn)鋼工藝流程為：高爐鐵水→鐵水預(yù)處理→120 t轉(zhuǎn)爐→LF精煉爐→板坯連鑄→步進(jìn)式加熱爐加熱→爐后高壓水除鱗→粗軋→熱卷箱→精軋→層流冷卻→卷取→精整→發(fā)貨。

為保證合金元素的充分回溶，同時(shí)為避免原始奧氏體晶粒過大，加熱溫度設(shè)定為1 200～1 290 ℃，板坯加熱時(shí)間≮180 min，粗軋根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際采用1+5或3+3軋制。精軋為7機(jī)架連軋制到目標(biāo)厚度。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 厚度7.8 mm的熱軋帶鋼性能

厚度規(guī)格7.8 mm 的熱軋帶鋼采用相同的終軋溫度910 ℃和相同的卷取溫度590 ℃，不同的粗軋出口溫度1 000～1 100 ℃。在不同粗軋溫度區(qū)間生產(chǎn)的帶鋼的力學(xué)性能如表2、圖1所示。

表2 不同粗軋溫度區(qū)間帶鋼的力學(xué)性能（厚度7.8 mm）

圖1 力學(xué)性能隨粗軋溫度的變化趨勢(shì)（厚度7.8 mm）

由表2和圖1可知，厚度規(guī)格7.0～8.0 mm的熱軋帶鋼粗軋溫度在1 000～1 055 ℃范圍內(nèi)，隨著粗軋溫度的升高強(qiáng)度也提高；在1 055～1 075 ℃范圍內(nèi)，隨著粗軋溫度的升高強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；在1 075～1 095 ℃范圍內(nèi)隨著粗軋溫度的升高強(qiáng)度提高。

3.2 厚度3.8 mm的熱軋帶鋼性能

厚度規(guī)格3.8 mm 的熱軋帶鋼采用相同的終軋溫度900 ℃和相同的卷取溫度590 ℃，不同的粗軋出口溫度1 030～1 120 ℃。在不同粗軋溫度區(qū)間生產(chǎn)的帶鋼的力學(xué)性能如表3、圖2所示。

表3 不同粗軋溫度區(qū)間帶鋼的力學(xué)性能（厚度3.8 mm）

由表3 和圖2 可知，厚度規(guī)格3.8 mm 的熱軋帶鋼粗軋出口溫度在1 030～1 055 ℃范圍內(nèi)，隨著粗軋出口溫度的升高強(qiáng)度也升高；在1 055～1 075 ℃范圍內(nèi)，隨著粗軋出口溫度的升高強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；在1 075～1 115 ℃范圍內(nèi)隨著粗軋出口溫度的升高強(qiáng)度提高。

圖2 力學(xué)性能隨粗軋溫度的變化趨勢(shì)（厚度3.8 mm）

3.3 強(qiáng)化機(jī)理分析

通過厚度3.8 mm 和7.8 mm 熱軋帶鋼的強(qiáng)度趨勢(shì)可知，薄規(guī)格和厚規(guī)格粗軋出口溫度在1 055～1 075 ℃，粗軋出口溫度升高強(qiáng)度降低；粗軋出口溫度低于1 055 ℃和高于1 115 ℃時(shí)，粗軋出口溫度越高強(qiáng)度越高。說明薄規(guī)格和厚規(guī)格在該成分體系下的強(qiáng)化機(jī)理一致。

微合金元素Nb 的加入可有效細(xì)化晶粒，這主要是因?yàn)樵趭W氏體再結(jié)晶過程中Nb的碳氮化物析出，對(duì)晶界有拖曳的作用，同時(shí)對(duì)晶界及軋制變形過程中產(chǎn)生的位錯(cuò)起到釘軋作用。微合金元素Ti依據(jù)冶金工藝在鋼中的存在形式：TiN-TiS-Ti2C4S2-TiC/Ti（C、N）。TiN 在連鑄過程中析出的狀態(tài)分為液析和固析TiN，液析TiN 粒子一般呈正方形或長方形聚集在鋼中，尺寸＞0.5 μm，粒子尺寸較大、有棱有角，對(duì)鋼的沖擊韌性不利；固析TiN 通常會(huì)與Ti4C2S2復(fù)合析出，尺寸一般在100～500 nm范圍內(nèi)；固析TiN 尺寸明顯小于液析TiN。固析TiN 對(duì)均熱過程中奧氏體晶粒的長大及熱連軋過程中奧氏體再結(jié)晶晶粒的長大具有一定的抑制作用。熱連軋后試樣中的析出的Ti（C、N）為球形，直徑大約在10～30 nm，均勻的分布于基體上，是形變誘導(dǎo)析出的產(chǎn)物。在卷取過程中，鋼材中析出的碳氮化物數(shù)量增加，平均尺寸更小且分布也更為彌散。有研究指出：大部分析出物的直徑約為5～15 nm，也有少數(shù)在20 nm 以上。直徑較小的析出物是在鐵素體中析出，而少數(shù)較大的析出物很可能是前期在奧氏體中形變誘導(dǎo)析出的。Nb 含量增加，會(huì)使連鑄板坯的裂紋敏感性增加；當(dāng)Ti加入時(shí)，可有效改善含Nb鋼連鑄板坯邊部角裂的傾向。此外，Ti的析出物具有良好的熱穩(wěn)定性，該性能可在焊接過程中有效阻止奧氏體粗化，對(duì)鋼材焊接性能起到改善作用。

4 結(jié) 論

4.1 粗軋出口溫度對(duì)薄規(guī)格3.8 mm和厚規(guī)格7.8 mm鋼帶的力學(xué)性能影響趨勢(shì)一致。

4.2 在該成分體系下，粗軋出口溫度在1 055～1 075℃，隨粗軋出口溫度升高強(qiáng)度降低；粗軋出口溫度低于1 055 ℃和高于1 115 ℃時(shí)，粗軋溫度越高強(qiáng)度越高。