楊紅來，黃小山，彭 沖

（新余鋼鐵集團有限公司，江西 338001）

0 引言

現(xiàn)代汽車工業(yè)輕量化、節(jié)能、安全的發(fā)展趨勢帶動汽車用鋼向高強方向發(fā)展，新一代汽車用高強鋼已經得到快速發(fā)展。冷軋低合金高強鋼不僅表面質量好，且具有突出的力學性能匹配、良好的成形性和焊接性，尤其是高屈強比，能夠更好的發(fā)揮材料使用性能的特點，目前被廣泛應用在汽車的零部件中。如汽車重要的支撐部件A柱、B柱等，這些部件的原料需要具有一定的強度，而且還能夠在汽車的側面碰撞和側翻的過程中，具有一定的變形量，吸收碰撞過程中的能量，從而減少對駕駛艙內人員的沖擊；還如汽車重要的加強部件車門內板、翼子板里板等，這些部件的原料需要始終保持較高的強度和剛度，不能輕易的發(fā)生形變，這類材料需要有較高的屈服強度和較高的屈強比。而冷軋低合金高強鋼則能很好的滿足上述要求，對降低汽車自重、降低材料消耗有重要作用，隨著汽車輕量化、安全及成型技術的發(fā)展，其使用量逐年增加[1]。

為了滿足汽車原料市場的需求，優(yōu)化品種結構，提高卷板線產品市場競爭能力，同時對地方汽車用鋼生產和汽車制造一體化發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，新鋼2015年開始了高強汽車用鋼X410LA產品研制與開發(fā)。通過合理的化學成分設計、工藝技術理論和生產試驗研究，掌握一整套適合新鋼生產設備特點、經濟可行、成熟可靠的高強汽車用鋼冶煉、連鑄、熱軋、冷軋及退火工藝控制技術。

1 產品研發(fā)機理

汽車用冷軋低合金高強鋼X410LA是冷軋低合金高強鋼中的高強度級別，具有良好的成形性能和較高的強度，其力學性能要求如表l所示。相對于固溶強化和相變強化來說，沉淀強化和細晶強化是X410LA主要的強韌化手段[2]。

表1 X410LA鋼力學性能要求

通過向鋼中加入適量Nb、V、Ti等合金元素，可以阻止奧氏體長大、推遲奧氏體再結晶溫度以及增加鐵素體形核率[3]；再通過合適的生產工藝控制，如采用低溫大壓下破碎原奧晶粒，增加未發(fā)生再結晶奧氏體內的變形帶，加大冷卻速度和降低卷取溫度等手段，增加鐵素體的形核點[4]。在γ→α轉變的過程中，如果鐵素體的形核率和形核點增加，鐵素體的晶粒尺寸能夠得到降低，從形核開始到完全長大的時間也能夠明顯縮短[5]，從而可達到細晶強化的目的。

同時Nb、V、Ti等微合金元素又能很好的與鋼中的C、N結合，形成碳氮化合物，這些化合物在變形或冷卻后可以沉淀析出，均勻彌散分布在基體之中，阻礙位錯的滑移，起到強化基體的作用，同時這些析出物還有抑制奧氏體的再結晶和阻止晶粒長大的作用[6]。這些微合金元素本質上主要是通過影響相變動力學來影響奧氏體轉變及長大的，從而起到強化作用的[7]。碳氮化合物析出相在增加了基體強度的同時，還能起到釘扎奧氏體晶界的作用[8]，阻止奧氏體長大，細化原始奧氏體晶粒。

2 化學成分設計

冷軋低合金高強鋼一般采用Nb、Ti復合微合金化設計，依賴微合金元素與C、N元素的結合形成碳化物、氮化物及碳氮化物的沉淀析出強化來提高鋼的強度[9]，另外這些微合金元素還能起到很好的細晶強化作用。同時添加Si、Mn等元素可進一步細化晶粒，降低鋼的低溫脆性，尤其一定量Mn可以增加鋼的加工窗口溫度，也在一定程度上彌補了低碳鋼固溶強化不足的問題。但在保證低合金高強鋼所需的組織性能前提下，要適當?shù)目刂其撝懈鞣N元素的含量，以保障低合金超高強鋼的成形性和焊接性，降低鋼的冷裂紋敏感指數(shù)。綜合考慮各合金元素對鋼中組織與性能的影響規(guī)律[10]，以及材料強度性能、焊接性和沖壓成形性能等綜合要求，H410LA化學成分見表2。

表2 X410LA鋼化學成分

3 X410LA鋼生產工藝控制

X410LA鋼生產工藝流程：KR鐵水預脫硫→轉爐煉鋼→LF精煉→板坯連鑄→熱送→加熱爐加熱→高壓水除鱗→粗軋→精軋→層冷→檢驗→酸軋→連退→平整→包裝入庫。

3.1 冶煉、連鑄工藝控制

為了保證所要求的化學成分控制精度和潔凈度水平,煉鋼工序采用KR鐵水預處理→復吹轉爐冶煉→LF精煉→板坯連鑄的生產工藝。

（1）采用KR工藝設施對鐵水進行深脫硫，并且扒凈脫硫渣，保證轉爐入爐鐵水[S]≤0.005%且不含富硫渣。

（2）轉爐冶煉重點是控制鋼水終點[C]、[P]、[S]成分。針對新鋼鐵水[P]較高的特點,吹煉前期采用較強的底吹攪拌強度，快速成渣，提高吹煉前期脫磷效率；出鋼時采用滑板擋渣，并隨鋼流加入石灰300～800 kg、螢石50～150 kg進行渣洗，同時加入適量復合脫氧劑和合金進行脫氧合金化。

（3）LF精煉主要是調整、控制鋼水成分和溫度，以及去除鋼中的夾雜物。首先加入石灰800～1 500 kg、螢石50～200 kg、精煉渣400～600 kg及少量Al粒等脫氧造渣材料，總的白渣保持時間大于20 min；然后加入少量合金進行成分微調，待成分、溫度達到目標后喂鈣線對夾雜物進行變性處理；最后進行軟吹氬使夾雜物上浮，軟吹時間大于8 min。

（4）連鑄工藝采用低過熱度澆注、動態(tài)輕壓下和全程保護澆注等。

3.2 熱軋工藝控制

采取高溫加熱，保證軋制的穩(wěn)定性，同時保證析出粒子充分溶解，Nb、Ti完全固溶，在鋼中獲得粗大的Nb、Ti碳氮化合物等第二相粒子。板坯加熱溫度控制在1 200℃～1 270℃范圍內，RT2溫度為1 080±30℃；為使得在奧氏體形變過程中產生的大量位錯得以保留，從而提高最終轉變產物中的位錯密度，增強位錯強化和其他因素，終軋溫度目標值為900±20℃；終軋后快速冷卻和低溫卷取，有利于獲得均勻和細小的F晶粒，卷取溫度為620±20℃。

3.3 冷軋工藝控制

冷軋壓下率、連退工藝、平整拉矯工藝是低合金高強鋼冷軋工藝研究的重點，這些冷軋工藝對X410LA的組織、性能有重要的影響，能夠進一步保證冷軋成品的綜合力學性能。

3.3.1 冷軋壓下率

在冷軋機組設備能力允許的前提下，冷軋壓下率越大，金屬冷軋變形儲能越大，則退火過程中再結晶的驅動力越大。綜合考慮新鋼冷軋機組的設備能力和生產試驗情況，控制冷連軋機組軋制生產節(jié)奏，采用50%以上的大壓下量軋制，冷軋壓下率見表3所示。

表3 冷軋壓下率參數(shù)

3.3.2 連退工藝

X410LA冷軋后位錯密度急劇升高，內應力大，為了消除冷軋變形后的加工硬化，消除內應力，降低硬度，提高塑性，獲得理想的力學性能[11]，需采用合適的連退工藝進行熱處理。

綜合考慮連退工藝對成品組織和性能的影響，制定合理的再結晶退火制度，嚴格控制退火均熱段板溫、時效溫度、快冷開始溫度及退火溫度，并保證工藝溫度相對穩(wěn)定，降低產品性能的波動。冷軋連退工藝參數(shù)見表4。

表4 冷軋連退工藝參數(shù)

3.3.3 平整、拉矯工藝

X410LA連退后平整、拉矯工藝參數(shù)見表5。

表5 X410LA平整、拉矯工藝參數(shù)

4 產品實物質量及應用

4.1 產品性能及金相組織

4.1.1 X410LA力學性能

生產后，X410LA冷軋產品屈服強度、抗拉強度均達到理想要求，斷后延伸率較好，綜合性能良好，具體力學性能見表6。

表6 X410LA鋼力學性能

4.1.2 X410LA金相組織

對X410LA產品進行了金相顯微組織檢驗，金相組織為鐵素體+貝氏體，鐵素體晶粒度11級，組織晶粒細小，具體檢測結果見表7，金相組織見圖1。

圖1 X410LA鋼金相組織

表7 X410LA鋼金相檢測結果

4.2 產品應用情況

新鋼生產的汽車用冷軋低合金高強鋼X410LA經多家汽車廠、汽車配廠的沖壓使用試驗，表面質量及性能各項指標均達到客戶的相關技術標準要求，滿足客戶使用要求，得到客戶認可，實現(xiàn)批量供貨。

5 結語

高強汽車用鋼X410LA成功的開發(fā)，優(yōu)化了新鋼的品種結構，提高了公司在汽車原料市場競爭能力，并為后續(xù)品種的開發(fā)提供了有益的借鑒。

（1）在固溶強化元素C、Mn的基礎上，通過添加適量Nb、Ti等強碳化物形成元素，阻止奧氏體長大、推遲奧氏體再結晶溫度以及增加鐵素體形核率，獲得了細晶強化組織，達到了析出強化和細晶強化目的。

（2）在合理成分設計基礎上，通過合適的生產工藝控制，進一步保證了X410LA冷軋成品的金相組織和綜合力學性能。

（3）通過試驗研究，形成了一套適合新鋼生產裝備特點的，經濟可行的冶金成分以及成熟可靠的冶煉、連鑄、熱軋、冷軋及退火工藝控制技術。開發(fā)的汽車用冷軋低合金高強鋼X410LA力學性能和金相組織均符合技術要求，屈服強度達448 MPa，抗拉強度達624 MPa，斷后延伸率達22.5%，表面質量及性能各項指標均達到相關標準要求，滿足了用戶對汽車用鋼的要求。