汽車大梁鋼 610L 軋制工藝

供稿|肖廣耀，葛 影

汽車大梁鋼 610L 軋制工藝

供稿|肖廣耀1，葛 影2

內容導讀

通過工業試驗并結合產品金相試驗結果，摸索并制定出實際的軋制工藝參數。主要對加熱溫度、終軋溫度、卷取溫度、冷卻方式等工藝制度進行優化和調整。結合1700生產線設備現狀，發揮設備功能，優化板形控制，使汽車大梁鋼610L得以順利批量生產，創造了良好的經濟效益。

610 L 汽車大梁鋼主要為鈮鈦微合金鋼，常用于制造卡車的橫梁和縱梁，質量要求較為嚴格。某鋼鐵集團 1700 生產線在成功批量生產 510 L 汽車大梁鋼的基礎上，根據市場需求和客戶對產品的要求，結合現有設備條件，開發出了更高級別汽車大梁鋼 610 L。通過改變加熱溫度、終軋溫度、卷取溫度、冷卻方式等工藝制度，對汽車大梁板 610 L 進行了工業試驗并進行實際軋制，最終確定 1700 線生產 610 L 鋼的合理工藝制度。

溫度制度優化

一般來說，軋制溫度分為三個階段：第一階段是在奧氏體未再結晶溫度以上的再結晶控制軋制階段；第二階段是在奧氏體未再結晶溫度至 Ar3 線之間的控制軋制階段；第三階段是低于 Ar3 溫度的兩相區 (γ+α) 的控制軋制及隨后的控制冷卻階段[1]。為了保證汽車大梁鋼的最終性能和生產的穩定以及考慮加熱能耗、生產節奏，需要研究大梁鋼的軋制溫度制度。

加熱溫度

根據各種微合金碳氮化物在奧氏體中的溶度積公式[2]，可以看出：TiC、NbC、NbN 和 TiN 在相同奧氏體化溫度下，固溶度積依次降低。TiN 是一種相當穩定的化合物，固溶度積非常小，在 T610L 既定成分的前提下，通過熱力學計算表明，在 1200 ℃ 和 1250 ℃ 的均熱條件下，Ti的溶解量并沒有顯著提高。而考慮到過高的加熱溫度會造成晶粒過分粗大、加速氧化鐵皮生成等不良影響，因此把加熱溫度選為 1190 ℃。

開軋溫度

開軋溫度的確定是以保證終軋溫度為依據而確定的。這是由于鋼坯生產時，往往并不要求一定的開軋溫度，因而開軋溫度應在不影響質量的前提下盡量提高。鋼材生產往往要求一定的組織性能，故要求一定的終軋溫度。開軋溫度由于從加熱爐到軋鋼機的溫度降，一般比加熱溫度還要低一些。

終軋溫度

終軋溫度的高低對產量及質量有顯著影響。它根據軋件性能要求、設備能力、材料塑性等條件而確定。終軋溫度過低，變形抗力增高，塑性降低，尺寸容易超差和出耳子、折疊等缺陷。終軋溫度過高，造成鋼的實際晶粒尺寸增大，降低鋼的力學性能，同時影響鋼的顯微組織，如生成碳化物帶狀組織等。終軋溫度還決定于相變溫度，在相變溫度以下，將有第二相析出，其影響由第二相的性質決定。一般會造成組織不均，降低合金塑性，造成裂紋以致開裂。終軋溫度一般取相變溫度以上 20 ℃～30 ℃。

一般情況下，亞共析鋼的終軋溫度應高于 Ac3 線 50 ℃～100 ℃，以防止帶狀組織產生。但目前采用控制軋制工藝，終軋溫度不僅僅可以在 Ac3 以下，甚至可以在 Ac1 以下軋制。鑒于 1700 生產線特點，現場驗證了實驗數據，根據產品性能測試結果制定合理科學的終軋溫度。

如表 1 所示，在開軋溫度和卷取溫度相同的情況下，終軋溫度分別為 800 ℃，840 ℃，880 ℃。隨著終軋溫度的降低，鐵素體晶粒大小趨于均勻，組織細化，強度逐漸升高，塑性有所改善：

隨著終軋溫度的升高，屈服強度、抗拉強度逐漸降低；

隨著終軋溫度的升高，延伸率不斷升高，在 800 ℃～840 ℃ 之間，延伸率增加不明顯，在 840 ℃～880 ℃ 之間，延伸率升高的速度較快，大約增加 6 %；

隨著終軋溫度的升高，屈強比的變化不大。主要原因為：降低終軋溫度，低溫變形效果明顯，促進了碳、氮化合物形變誘導析出，改變相變前奧氏體組織狀態，在奧氏體中形成更多的變形帶，增加了鐵素體晶粒的形核部位及形核速度，從而達到細化晶粒的效果，對強度、韌性都是有利的[3]。

一般帶鋼的標準終軋溫度定為 850 ℃[4]。綜合考慮強度和韌性在軋機設備負荷能力及安全性，制定 840 ℃±20 ℃ 為汽車大梁鋼最合適的終軋溫度。

卷取溫度

由表 2 可知，在開軋溫度和終軋溫度相同的情況下，隨著卷取溫度由 650 ℃ 降至 550 ℃。屈服強度、抗拉強度逐漸上升，塑性降低，鐵素體所占比例減少。隨著卷取溫度的升高，延伸率在 550 ℃～650 ℃ 之間先升高后降低，在600℃時為最高值；隨卷取溫度的升高，屈強比是不斷下降的，在 600 ℃ 時的晶粒細小，屈強比較低，但其綜合性能較好；在 600 ℃ 以后屈強比又開始增大。

表1 終軋溫度對 610L 鋼性能的影響

表2 卷取溫度對 610L 鋼性能的影響

綜合各種因素設定卷取溫度為 600 ℃±20 ℃。

冷卻制度優化

研究表明，熱軋后鋼材的冷卻速度對能否產生細晶粒組織有顯著的影響[5]。該公司 1700 生產線生產的低 C-Mn 鋼 610L 板的性能達到或優于其他廠家生產的微合金化 610L 汽車板的力學性能[5-8]，主要原因在于該鋼板的微觀組織較為細小均勻，且具有部分針狀鐵素體組織，而此種組織的形成又與其特有的設備和工藝條件密切相關。

根據 1700 生產 610L 的實際生產工況，通過現場熱軋實驗，研究了冷卻速度對晶粒大小、組織形態及鐵素體、珠光體組織比例的影響，確定了合理的冷卻制度。最終確定層流冷卻采用緩冷模式，冷卻速度控制在 10 ℃/s 以內，提高卷取溫度至 600 ℃ 進行卷取以防止貝氏體組織產生。以形成的微觀組織較為細小均勻為目標，從而達到提高鋼板優良綜合性能的目的。

板形控制優化

610L 大梁鋼板薄規格板形控制存在的主要問題：

該公司在幾次試產 610 L 大梁鋼板薄規格的實踐中都出現了板形不好的情況，主要表現為軋制狀態不穩定，末道機架軋制力大，板形控制困難，帶鋼浪形大。

生產實踐中發現生產 610L 大梁鋼的軋輥磨損很大，軋輥輥役后期的板形控制難度更大。

1700 生產線 F2、F3 軋機采用高速鋼軋輥 (原來使用鑄鐵輥)，這對軋制模型影響較大，負荷主要集中在 F2、F3 上，造成薄規格生產中出現軋漏、邊部減薄等板形缺陷。

因此，針對生產實際通過優化軋制模型、調整軋輥原始輥型、合理分配負荷及應用板形控制手段 (PC、彎輥) 保證良好板形。

合理設定張力尤其是卷取張力，消除輕微塌卷現象，控制合理的卷取溫度也可取得消除塌卷現象的良好效果，但同時要考慮板帶組織性能要求。

根據實際生產中的問題，現場采用的優化方案如下：

首先優化負荷分配，由于 F2、F3 軋機采用高速鋼軋輥軋制負荷較大，將其負荷分配至F1和 F4～F7，確定合理的前后張力施加量；

帶鋼生產中出口精軋帶鋼中浪偏大，因此降低末架軋機輥凸度，降低后兩架軋機彎輥，保證出精軋帶鋼良好板形。為確保最終板凸度，投入使用F1～F3 的 PC，將 PC 角控制在合理的角度；

針對用戶反映的帶鋼在加工過程中出現橫向性能不一致，板形不均的問題，1700 生產線對層流冷卻進行細致檢查，確保集水管橫向給水水量 (水柱粗細) 相同，調整氣動蝶閥響應，保證水管開關靈敏準確，保證卷取溫度控制在 10 ℃ 范圍內，減少控制過渡區。

對于卷取薄規格 610 L 大梁鋼出現的塌卷現象，在增大卷取張力的同時，降低卷取溫度，將卷取溫度控制在目標要求的范圍內，另外，適當減少卷重也是避免塌卷的手段之一。

結束語

通過實驗室數據和現場工藝調試相結合，摸索出適合 1700 生產線實際的溫度制度和冷卻制度，并根據實際上產中出現的板形問題，利用 1700 線的控制手段對其進行調整，解決了產品的質量問題，最終生產出高質量符合市場及用戶要求的汽車大梁鋼用板 610 L，使其可以批量組織生產，為公司帶來了新的經濟效益。

[1] Babu S S, Bhadeshia H K. Mechanism of the transition from binate to Acicular Ferrite. Materials Transaction, 1991, 32(8): 679-688

[2] 雍岐龍．鋼鐵材料中的第二相．北京:冶金工業出版社, 2006: 166-167

[3] 宋艷麗,薄板坯軋制汽車大梁鋼控制冷卻工藝研究[學位論文]. 河北理工大學, 2007: 59-60

[4] 唐謀鳳.現代鋼鐵工業技術現代帶鋼熱連軋機的自動化.北京：冶金工業出版社, 1988

[5] 藤城泰文, 橋本保,大谷泰夫. ボ口ン含有制御壓延鋼強度?韌性にぉよばす炭素量の影響. 鐵よ鋼, 1989(6): 128-135

[6] 王祖濱, 東濤. 低合金高強度鋼. 北京:原子能出版社, 1996

[7] 張德姜. 石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊.北京：中國石化出版社, 1994: 93-97

[8] Thillou V, Hua M, Garcia C I, et al. Precipitation of NbC and effect of Mn on the strength properties of hot strip HSLA low carbon steel. Materials Seience Forum, 1998, 286: 311-320

Automobile Beam Steel 610L Rolling Process

XIAO Guang-yao1, GE Ying2

book=46,ebook=115

肖廣耀(1978—)，男，河北唐山人，工程師，工程碩士。

1. 唐鋼中厚板公司生產科，河北 唐山 063009; 2. 唐山科技職業技術學院，河北 唐山 063000