重型汽車橋殼用高強度鋼板ZQS345QK的試制開發(fā)

蔣雪軍

（濟鋼集團有限公司，山東 濟南250101）

1 前言

橋殼是汽車行駛系統(tǒng)的主要構(gòu)件之一，它支撐車架及車架以后的各總成重量，同時它保持傳動系統(tǒng)中的各部件。在使用方面，橋殼的形狀及其結(jié)構(gòu)特點決定了橋殼件對其所用材料要求強度高，冷彎及拉延成形性好并具有優(yōu)良的焊接性能。橋殼鋼除了對表面質(zhì)量、尺寸公差和板形有特殊的要求外，還必須具有良好的綜合性能，如具有足夠的強韌性、良好的耐疲勞性、沖壓成型性和焊接性能，同時各向異性要小。國內(nèi)橋殼專用鋼種開發(fā)較少，橋殼制造多采用鑄造方式或用大梁鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行沖焊等替代。為了進(jìn)一步擴大高強度鋼板的應(yīng)用，設(shè)計試制重型汽車橋殼用ZQS345QK鋼，以獲得最佳材料選擇到高強度鋼板應(yīng)用技術(shù)的解決方案。

2 ZQS345QK鋼試制生產(chǎn)

2.1 成分設(shè)計

考慮到橋殼鋼除了要具有良好的表面質(zhì)量，還必須具有良好的綜合性能，要具備足夠的強韌性、耐疲勞性、沖壓成型性和焊接性能，并且各向異性要小，ZQS345QK鋼的成分控制范圍見表1。

表1 ZQS345QK鋼熔煉化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2.2 工藝路線

KR→轉(zhuǎn)爐→LF→連鑄機→鋼坯下線精整→加熱爐→除鱗→粗軋→精軋→矯直→切割→取樣→檢驗。

2.3 連鑄工藝

由于ZQS345QK鋼含有微合金化元素Nb，Nb是強碳氮化物形成元素，連鑄過程中，鑄坯中微細(xì)的NbCN沿奧氏體晶界析出，使鋼的延塑性變差，導(dǎo)致鑄坯表面容易產(chǎn)生橫裂紋。為防止ZQS345QK鋼在連鑄過程中出現(xiàn)表面裂紋，采取的主要措施包括：1）按規(guī)定選取專用結(jié)晶器保護(hù)渣。為了改善結(jié)晶器內(nèi)坯殼的傳熱條件，促進(jìn)坯殼均勻生長，適當(dāng)提高保護(hù)渣結(jié)晶溫度，降低保護(hù)渣黏度。2）對結(jié)晶器液面進(jìn)行控制，使其不超過±5 mm。穩(wěn)定的結(jié)晶器液面可以保證拉速穩(wěn)定，鑄坯表面溫度均勻，有利于防止表面裂紋的發(fā)生。3）采用弱而均勻的二冷制度，保持水量分布均勻，使拉坯矯直點鑄坯表面溫度達(dá)到950℃以上，避開第Ⅲ脆性敏感區(qū)，以防止橫裂紋產(chǎn)生。

2.4 軋制工藝

ZQS345QK鋼軋制的精髓在于細(xì)化奧氏體晶粒和最終組織的晶粒，試制時，ZQS345QK鋼厚板坯在加熱爐加熱2.5 h，加熱溫度1 120～1 200℃，保證絕大部分微合金元素溶解，粗軋盡量采用大壓下量，中間坯厚度為成品厚度的2.0倍以上。中間坯游動空冷，不用水冷。精軋階段進(jìn)行控軋，加大再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)的變形程度，未再結(jié)晶區(qū)的累計壓下率在50%以上。精軋機開軋溫度≤960℃；終軋溫度890～850℃。

3 試制結(jié)果分析

3.1 實際熔煉成分

統(tǒng)計525爐的化學(xué)成分見表2。由表2結(jié)果可以看出，所有ZQS345QK鋼的化學(xué)成分均控制在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，成分合格率100%。

3.2 拉伸性能

對相應(yīng)爐次所軋制的ZQS345QK鋼板的屈服強度、抗拉強度、伸長率分別進(jìn)行測試，各項數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布。由此可以得出，ZQS345QK鋼的各項性能指標(biāo)的實物力學(xué)性能穩(wěn)定，性能合格率為98%，達(dá)到了較高的水平。對期間生產(chǎn)的3.8萬t ZQS345QK鋼進(jìn)行冷彎試驗（d=2a、180°）結(jié)果得出，冷彎合格率100%。

表2 實際冶煉化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

3.3 沖擊韌性

從圖1可以看出，測試對應(yīng)爐次ZQS345QK鋼的沖擊功值均在100 J以上，鋼板韌性良好。

圖1 ZQS345QK沖擊值分布

3.4 焊接性能

為測試ZQS345QK鋼板的焊接性能，進(jìn)行了16 mm厚ZQS345QK陶瓷襯墊CO2焊打底＋埋弧焊填充、蓋面的焊接工藝應(yīng)用于ZQS345QK焊接試驗，觀察焊接后接頭的融合情況，焊縫背面及正面余高和熔寬都均勻合適，無成形缺陷。按照GB/T 11345標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行超聲波探傷，結(jié)果為I級。焊接接頭力學(xué)試驗結(jié)果為：屈服強度370 MPa，抗拉強度525 MPa，伸長率5%，各項指標(biāo)均滿足ZQS345QK鋼的要求。

3.5 金相組織

試制ZQS345QK鋼的金相組織如圖2所示。金相組織觀察表明鐵素體和珠光體晶粒細(xì)小，呈現(xiàn)隱約的帶狀。晶粒內(nèi)部和晶界出現(xiàn)了的攣晶和變形帶，在相變時成為形核點，由于形核點密度非常之大，相變時晶粒形核速度遠(yuǎn)大于晶粒長大速度，因此最終金相組織鐵素體晶粒十分細(xì)小。

圖2 ZQS345QK鋼金相組織 600×

3.6 沖壓成形性能

為測試ZQS345QK橋殼鋼沖壓成形性能，現(xiàn)場試驗沖壓2塊鋼板。殼體加工工藝流程：下料（數(shù)控氣割）→中頻感應(yīng)加熱→壓型→整型→冷卻。加工參數(shù)見表3。

表3 殼體加工工藝參數(shù)

試壓的2塊試件都沒有出現(xiàn)裂紋或開裂情況。冷卻后經(jīng)測量，殼體兩頭無翹頭現(xiàn)象，外形、尺寸達(dá)標(biāo)，ZQS345QK鋼具有較好的沖壓成形性能。

4 結(jié)語

所研制的ZQS345QK鋼是在中碳錳鋼基礎(chǔ)上，添加少量微合金化Nb、Ti，主要利用固溶強化和沉淀強化機制進(jìn)行強化的橋殼專用鋼，適用于制造汽車橋殼。ZQS345QK鋼化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝設(shè)計合理、鋼質(zhì)純凈、組織均勻、晶粒適中，具有優(yōu)良的綜合性能，是一種比較理想的汽車橋殼鋼材料。