汽車大梁鋼TT610L的開發

王鼎 （天津天鐵冶金集團熱軋板有限公司，河北涉縣 056404)

汽車大梁鋼TT610L的開發

王鼎 （天津天鐵冶金集團熱軋板有限公司，河北涉縣 056404)

介紹了天鐵熱軋板公司新型含Nb汽車大梁鋼TT610L的開發過程，闡述了微合金化的成分設計、控軋控冷工藝對鋼的微觀組織及力學性能的影響。實驗表明，TT610L具備優良的微觀組織，穩定的力學性能，良好的低溫沖擊韌性，優異的冷成型性能，能夠滿足多種輕型車和載重車車身輕量化及高質量零部件的加工和使用要求。

汽車 鋼板 成分 設計 微合金化 控制 軋制 冷卻

1 前言

隨著我國汽車工業的飛速發展，交通安全等問題也日益凸顯。在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車整體重量，提高汽車的動力性，減少燃料能耗，進而降低環境污染，以上幾點已成為目前汽車工業發展的風向標。而廣泛使用高強度汽車板則成為實現汽車輕量化的主要途徑之一。研究結果表明，鋼板的抗拉強度從400 MPa提高到600 MPa，鋼板厚度可從16 mm降低到12 mm，而吸收的沖擊能指數基本保持不變，汽車減重率可提高15%左右[1]。

為了適應汽車工業的發展，天鐵熱軋與國內某知名汽車企業合作開發新型高強度汽車大梁鋼，此類板卷經裁剪后主要用來沖壓成載重汽車的車架縱梁、橫梁等結構件。通過工業試制與應用跟蹤，成功開發出抗拉強度610 MPa的汽車大梁鋼TT610L。

2 成分設計

結合汽車大梁鋼TT610L的性能要求、服役環境，主要設計目標為實現高強度、高韌性、穩定的冷成型性能，經過多方求證，最終確定采用低C結合高Mn，并通過添加Nb、Ti進行微合金化的工藝路線，最終實現有效促進C、N化物粒子析出，通過沉淀強化及細晶強化等策略，穩定高強度汽車大梁鋼的各項性能[2]。TT610L成分設計詳情見表1。

表1 TT610L成分設計 /%

3 TT610L的生產工藝

3.1 工藝路線

鐵水預處理→180 t氧氣頂底復吹轉爐冶煉→LF精煉→Ca處理→連鑄→板坯加熱→粗軋→精軋→層流冷卻→卷取→板卷檢驗→打包出廠。

3.2 冶煉工藝

3.2.1 鐵水預處理

高強度汽車大梁鋼TT610L對鋼水純凈度的要求很高，冶煉時力求將有害元素及非金屬夾雜物的含量降至最低。采用鎂石灰法脫硫，要求入爐鐵水經脫硫站脫硫后，硫含量≤0.006%，脫硫后鐵水表面需扒渣徹底。

3.2.2 轉爐冶煉

轉爐冶煉首先要造堿度較高、氧化性強的爐渣，為冶煉前期脫磷創造有利條件。冶煉中期要保證足夠高的冶煉溫度，同時將槍位和渣中FeO含量控制好，避免爐渣變性。冶煉后期要調整好爐渣成分，確保一定的堿度、FeO含量及出鋼溫度。出鋼前用雙擋渣帽堵出鋼口，嚴格控制下渣，出鋼時間保證5 min以上，防止鋼水過氧化產生夾雜，影響鋼水潔凈度。

3.2.3 精煉

精煉采用過LF法，精煉時觀察氬氣流量和爐渣情況，通過多次加Ti鐵來穩定Ti的收得率，通過喂含鈣線固定硫和改變夾雜物形貌。最后調節底吹氬氣流量，保證夾雜物充分上浮。實驗爐次化學成分見表2。3.2.4 連鑄

表2 TT610L試驗爐次的實際化學成分 /%

板坯規格為230 mm×1 290 mm×7 800 mm，將拉速控制在1.0 m/min，平均過熱度控制在21度，結晶器一次冷卻、二冷配水采用APeri:弱冷曲線，動態輕壓下采用DYN-Peri-230曲線，壓下位置為7、8段，壓下量為4 mm。澆注過程中保持液面平穩，大包和中包進行全程保護澆鑄，在保證大包自開率高的情況下，大包長水口盡量靠近液面。下線后經檢查，板坯表面質量良好。為避免冷卻過快導致的板坯表面出現邊、角部裂紋，下線后采用堆垛緩冷。經低倍檢驗，板坯內部質量良好，中心偏析0.5～1.0，中心疏松0.5～1.5。通過以上技術手段，結合板坯低倍檢測結果，具備了此鋼種的軋制條件。

3.3 軋制工藝

3.3.1 加熱制度

從試驗板坯化學成分來看，TT610L含有0.08%的Nb及大約0.08%的Ti，為使試驗板坯中現有的Ti充分利用，現有的Nb充分固容，達到析出強化及細晶強化的目的，首先要保證板坯的加熱溫度達到完全奧氏體化溫度，此溫度直接影響鋼中Nb、Ti等微合金元素的固溶程度和奧氏體晶粒的大小，從而影響后序軋制過程中奧氏體再結晶的狀態、晶粒尺寸以及C、N化物的析出情況，最終影響到卷板的各項力學性能。因此，試驗板坯要求在二加、三加及均熱段各停留時間為 90、80、70 min，三段總停留時間為（240±5)min，保證三段的溫度在1 180～1 230℃范圍內。其中均熱段爐膛溫度控制在1 180～1 230℃，三加熱段爐膛溫度1 200～1 210 ℃;要求在爐時間盡量控制在（320±10)min。

TT610L詳細工藝參數如下：

厚度規格：7.9 mm;

在爐時間：（320±10)min;

云天化示范田與其它品牌對照田肥料投入與產量對比，示范田冬棗增產明顯，畝增產82.4kg，增產率達4.7%。這表明，使用云天化系列化肥可以顯著提高該地區冬棗種植的產量。

5道次拋鋼溫度：（1 080±10)℃。

3.3.2 溫度制度

卷取溫度和冷卻速率的設定主要取決于合理的終軋溫度。為了使板卷得到具有較高級別晶粒度的高倍組織，較好的沖擊韌性，并避免回復再結晶，結合設備情況，將FT7定為（860±20)℃，CT定為（530±20)℃，層冷模式設定為前段快冷[3]，工藝參數見表3。3.3.3 負荷分配

表3 溫度制度

為保證有效地去除氧化鐵皮并保證粗軋5道次拋鋼溫度，軋制過程中粗除鱗開兩排集管、粗軋機上除鱗奇道次開啟，精除鱗開兩排集管。為避免中間坯過度溫降，保溫罩全長投用，中間坯厚度為49 mm。粗軋5道次速度前3塊按4.2 m/s設定，后3塊視前3塊精軋負荷情況決定是否調整為4.0 m/s。精軋負荷：relRed%F1～F7：22.63、25.26、29.25、25.01、22.72、19.43、14. 25;生產時在保證設備安全的情況下，負荷調整在iRelR不超過5%;精軋不甩機架，機架間冷卻水全部關閉，頭部不冷卻長度設為0.1 m。層流前10組不設置故障閥。制定合理的軋制規程，將精軋負荷向后機架分配，通過累積應變，細化鐵素體晶粒，控制合理的變形量來保證鋼材性能。

4 高強度汽車大梁鋼TT610L性能檢測結果

4.1 拉伸性能

從切除頭尾各3 m后的板卷上的外圈、中間、內圈沿橫向分別截取拉伸試樣坯各3個，在室溫下進行拉伸試驗。由表4可以看出屈服強度、抗拉強度、延伸率等性能指標均滿足標準要求。因高強汽車板具有時效性，屈服強度高于標準要求40 MPa以上，屈強比可保證在0.87以上，確保了高強汽車板的穩定性和安全性能。

4.2 冷彎性能

表5 冷彎試驗結果

4.3 高倍組織

試樣經過研磨、拋光后，用4%硝酸酒精溶液腐蝕，用萊卡DMI 5000M金相顯微鏡觀察試樣金相組織,見圖 1。

表4 拉伸試驗結果數據

圖1 汽車大梁鋼TT610L高倍組織

由圖1可見，高強度汽車大梁鋼TT610L微觀組織主要為細小的多邊形鐵素體+變異珠光體，平均晶粒度可達11級。帶狀組織1A，主要為少量MnS偏析，遠遠低于相關標準要求。因組織中夾雜物顆粒細小，基本可評為0級，由此可以證明鋼水純凈度較高，成品板卷具有良好的冷成型性能。

5 結束語

根據成分設計、性能測試、高倍檢驗等檢驗結果，結合后期跟蹤用戶的最終冷成型加工使用情況，可以證明，高強度汽車大梁鋼TT610L具有良好的力學性能、焊接性能以及冷成型性能，能夠滿足汽車輕量化的需求[4]。該研究為進一步開發生產700 MPa級高強度汽車大梁鋼乃至1 000 MPa級高強度汽車大梁鋼夯實了理論基礎及實踐基礎。

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

[2]王有銘，李曼云，韋光．鋼材的控制軋制和控制冷卻[M]．北京：冶金工業出版社，1999．

[3]趙迪，鄭中，邱春林．本鋼熱軋帶鋼卷取溫度優化研究[J]．軋鋼，2007，24（1)：24-26．

[4]趙培林，路風等，王建景，等.700 MPa及超高強度汽車大梁用鋼研究與開發[J].軋鋼，2011，24（2)：12-16.

Development of Automobile Beam Steel TT610L

Wang Ding

The paper introduces the developing process of new automobile beam steel TT610L containing Nb at Tiantie Hot Rolling Plate Subsidiary and expounds the influence of microalloying composition design and TMCP process on steel microstructure and mechanical properties.Test results showed TT610L plate could meet the demand of bodywork weight-cutting by various light duty vehicles and trucks and that of machining and utilization by high quality parts with sound microstructure,steady mechanical properties,good low temperature impact toughness and excellent cold formability.

TT610L,composition design,Nb contained steel,microalloying,TMCP

（收稿 2011－10－08 責編 潘娜)

王鼎，男，2006年畢業于遼寧工程技術大學材料成型與控制工程專業，現在天鐵熱軋板公司技術質量部從事軋鋼技術工作。