掛車專用結構鋼生產實踐

楊志寧

（天津天鐵冶金集團技術中心，河北涉縣056404）

掛車專用結構鋼生產實踐

楊志寧

（天津天鐵冶金集團技術中心，河北涉縣056404）

為滿足用戶需求，天鐵集團采用微合金化技術，發揮固溶強化、析出強化以及細晶強化作用，生產出780 MPa級掛車結構鋼。經檢驗鋼的組織由鐵素體和珠光體組成，晶粒度達到11級，性能能夠滿足設計要求。

掛車；結構鋼；微合金化；生產

1 引言

在汽車領域，汽車車身的減重已經成為發展趨勢。目前要達到車身減重，可以采用以下2種方法：一是在保持同樣或更高剛度的前提下，降低零件單位面積的重量；二是采用提高零件用材料的強度，重新設計零件的結構，在不降低零件使用功能的前提下使零件簡化或者減少材料使用量。天鐵在對下游客戶充分調研后，按照汽車結構件生產的實際需要進行產品研發，建立了友好的合作模式，充分滿足用戶需求，使高強掛車結構鋼研發取得圓滿成功。

2 成分設計

根據天鐵公司現有的技術裝備水平，通過對汽車生產企業的走訪，充分了解汽車生產企業的實際需要，決定開發抗拉強度500、700、780 MPa 3個強度級別的掛車專用結構鋼。3個級別中，780 MPa級掛車鋼生產難度最大。為保證該級鋼達到設計強度，決定采用鈮鈦微合金化技術，以固溶強化、析出強化以及細晶強化作用生產高強鋼。

汽車結構件多以冷彎和焊接而成，在780 MPa掛車結構鋼成分設計時，既要滿足強度需求，又要有一定的韌性和可焊接性。其中，碳作為鋼中主要的強化元素，過高則會影響成形性能和焊接性能，因此將C含量控制在0．10%以下。硅是置換固溶強化鐵素體的元素，影響鋼板的成型性能，因此Si含量控制在0．25%以下。錳是重要的強韌性元素，主要作用是細化鐵素體晶粒和增加珠光體含量，因此將Mn含量控制在1．60%～1．90%。鈮鈦微合金元素根據鋼的強度級別進行添加，并充分考慮成本因素[1]。依據成分組織對力學性能的影響公式——Pickering公式，合理確定C、Si、Mn的含量。

有害元素S、P含量對產品的止裂性能和成形性能有很大影響，制定標準時嚴格設計S、P和夾雜物含量。由上述分析，最終確定了780 MPa級掛車結構鋼成分及性能要求，見表1。

3 工藝簡介

天鐵生產780 MPa級掛車結構鋼工藝路線為：鐵水預處理→180 t氧氣頂底復吹轉爐→LF精煉爐→R12 m直弧型雙流板坯連鑄機→鑄坯檢驗→蓄熱步進梁式加熱爐→1 750 mm半連續式熱帶鋼軋機軋制→板卷檢驗→包裝出廠。

3．1 轉爐冶煉

冶煉前期操作以化渣、成渣為主，充分利用強氧化性、高堿度爐渣降低鋼水P含量。終渣堿度R控制3．2～3．8，渣中（FeO）控制在15%左右。出鋼溫度控制在1 655～1 675℃，出鋼時間大于5 min。采用擋渣帽、擋渣標雙擋渣出鋼，擋渣球補充擋渣，嚴格控制出鋼下渣量，渣層厚度小于等于80 mm。采用鋁餅（鋁鐵）、中碳錳鐵、低碳錳鐵脫氧合金化，出鋼1/3時加入，保證合金一次配加到位。

LF要求全程微正壓操作，防止空氣吸入，保證還原氣氛。鋼包到位給電升溫，同時加電石、鋁粒脫氧，并觀察根據埋弧效果加入適量精煉埋弧渣，以便盡快形成黃白渣（精煉白渣時間要求大于20 min）且保證良好的埋弧效果。為保證鈣處理效果，使Al2O3夾雜物變性為易于去除的12C·7A，當鋼水中Als為0．035%時鈣鐵線喂入量2．5 m/t，并保證喂線速度在240～260 m/min，鋼水中Als每增加0．010%，喂鈣鐵線量增加113 m/爐。鈣處理后加高堿度大包無碳覆蓋劑，為保證夾雜物有充分的上浮時間且不卷渣，渣面以微動且不裸露鋼液面為準無裸漏然后進行軟吹，軟吹時間8～15 min以上。

3．2 連鑄工序

連鑄開澆前用氬氣將中包內空氣置換，連鑄要控制好中間包液面，嚴禁低液面澆鋼，連鑄大包到站至開澆時間不大于10 min。連鑄要根據鋼水成分，使用中碳高錳保護渣。大包、中包保護澆鑄及氬封良好，鋼包長水口密封圈確保密封完好，保證每爐開澆時套好水口情況下操作，避免鋼水二次氧化。

3．3 軋鋼工序

板坯入爐前要認真檢查表面質量，修整板坯表面的火切機毛刺、邊角部的細小裂紋。為了保證Nb、Ti等元素的固溶強化作用，加熱爐溫度控制在1 250℃。嚴格控制板坯的加熱時間、同板差，上下表面溫差，芯表溫度差，保證鋼坯溫度均勻。

表1 780 MPa掛車結構鋼化學成分及性能要求

粗軋軋制階段位于奧氏體再結晶區，采用高溫大壓的軋制工藝可以促進奧氏體的反復再結晶，使奧氏體再結晶完全，細化晶粒。因此在軋機能力允許的前提下，道次壓下率應該保證在15%以上。為保證精軋工序工藝要求，調整軋機軋制速度，在980℃結束粗軋。

精軋階段的軋制過程屬于奧氏體的未再結晶區，軋制溫度必須保證低于奧氏體再結晶溫度。Nb系鋼[2]的未再結晶溫度一般在在950℃左右。隨意第二階段的開軋溫度必須保證950℃之下。在精軋區域軋制時，要保證累計壓下率不低于50%，并且后三道次的壓下率不小于10%，充分利于精軋區域軋制壓力大，變形速度快，累積變形量大的特點，可以有效改善表面和芯部變形的差異，促進晶粒的細化和均勻性，提高鋼板的強韌性指標，因此，在軋機能力允許的前提下，要根據不同的成品規格確定合理的中間坯尺寸，保證精軋區域的壓下率。

鋼板的性能受終軋溫度影響較大，主要表現在對細化晶粒的控制上：過高的終軋溫度，起不到細晶作用；過低的終軋溫度，鋼板的強度有所增加，但對鋼板的延伸性能造成影響。

根據上述要求，通過控制道次變形量調整中間坯尺寸。嚴格控制進精軋溫度950℃，終軋820℃，卷曲500℃，充分發揮控軋控冷工藝改善鋼材性能的作用。軋制過程中全長、全數除鱗，保溫罩全部投入使用。

3．4 生產過程中遇到的問題和改進措施

3．4．1 浪形的控制

由于用戶裁剪時使用的是等離子切割方法，且是不對稱加熱，在裁剪后鋼板出現彎曲影響使用。而在板卷生產、檢驗過程中均未發現超出標準的浪形存在。針對用戶的意見反饋，加大對輥型的控制，成功解決了用戶下料過程中彎曲的問題。

3．4．2 塔形的控制

受卷取機能力限制，在生產780 MPa級掛車結構鋼時，板卷的塔形雖在國標控制范圍內，但給用戶開平時帶來諸多不便。為此在后期生產時放寬了卷取機夾送輥電機電流控制，塔形問題得到有效控制。

4 結果分析

4．1 成分分析

天鐵生產的780 MPa級掛車結構鋼平均化學成分見表2。

表2 掛車結構鋼化學成分 /%

由表2可見鋼水成分符合設計要求，P含量均控制在0．015%以下，S控制在0．005%以下。鋼水質量能夠滿足鋼的性能要求。

4．2 力學性能

780 MPa掛車結構鋼平均屈服強度730 MPa，抗拉強度790 MPa，延伸率19%，均達到了設計要求。180°彎曲試驗，試樣表面無裂紋。

4．3 金相組織

780 MPa掛車結構鋼金相組織圖，見圖1。

通過金相分析，780 MPa掛車結構鋼的組織由鐵素體和珠光體組成，晶粒度達到11級，帶狀組織1A。鋼板主要靠細晶強化、固溶強化2種方式提高強度，這與產品的設計初衷相吻合。

5 結語

天鐵采用微合金化技術生產780 MPa級掛車結構鋼，產品性能達到了設計要求。微合金化技術得到應用，細晶強化和固容強化作用機理得到印證，為其它高強鋼種研發提供參考。

通過780 MPa級掛車結構鋼的生產實踐，解決了高強鋼生產過程中浪形和塔形的控制問題。780 MPa級別掛車結構鋼的開發，充分發揮了裝備的潛力，通過與汽車生產企業聯合研發機制，使得掛車專用結構鋼的開發取得圓滿成功。

圖1 晶粒度、帶狀組織圖×100

[1]趙陽，陳禮清，王貴橋，等．Nb+V和V微合金非調質鋼疲勞性能[J]．機械工程學報，2010（16）：131-135．

[2]許峰云，白秉哲，方鴻生．低合金高強度鋼鈦微合金化進展[J]．金屬熱處理，2007（12）：29-34．

Production Practice of Structure Steel Dedicated for Trailer

YANG Zhi-ning
(Technology Center of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

Adopting micro alloying technology,Tiantie Group,with the functions of solution strengthening,precipitation strengthening and grain refining strengthening,produces 780 MPa graded structure steel for trailer application in order to meet the requirement by the customer．Inspection shows the product,with the structure of ferrite and pearlite and grain size up to level 11,can meet the design requirement on properties．

trailer;structure steel;micro alloying;production

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．002

2015-01-10

2015-02-04

楊志寧（1981—），男，工程師，主要從事專業技術管理和產品研發工作。