700系列大梁鋼薄規格板卷的開發軋制

師可新

（唐山不銹鋼有限公司，河北063000）

0 引言

隨著汽車市場對節能、環保、安全、舒適度等要求的提高，汽車車身輕量化已成為當今汽車技術發展的重要方向。由于高強鋼和超高強鋼在減輕汽車車身重量的同時，還能提高車身的結構強度和能量吸收能力，越來越多商用車為了減輕重量，采用700 MPa級1.2～4 mm薄壁冷彎型鋼結構設計替代Q235、Q345等普通結構用鋼。截至目前為止，高強鋼和超高強鋼是最經濟、最有效的輕量化途徑之一。隨著國內汽車車身輕量化的持續進行，超高強鋼在國產汽車上的應用將越來越廣泛。

700 MPa級高強汽車用大梁鋼，為貨車的承重件，薄規格板卷的主要規格為1.2～2.5 mm厚，其市場占有量為其總量的40%，主要用于分條、切板使用。對于700 MPa級高強汽車用大梁鋼薄規格板卷生產來說：一是軋制穩定性差，堆鋼事故及因此造成的非計劃品居高不下；二是板形質量有待進一步提升，雙邊浪形較大，影響后續用戶的使用。因此，需重點研究。

1 基于軋制穩定性控制的成分優化

眾所周知，變形抗力越低的鋼越易軋制成型，而影響材料變形抗力的最主要因素就是材料的化學成分，如要保證軋件的軋制穩定性，重點需從降低其變形抗力入手，我們通過性能預測模型分析，發現該鋼種成分設計存在較大富余量，特別是錳、硅成分還有一定優化空間。具體如圖1、圖2所示。

圖1 Mn對700L屈服及抗拉強度的影響

圖2 Si對700L屈服及抗拉強度的影響

從圖1、圖2所示性能預測模型分析看，Mn、Si含量均可較低控制含量。Mn是提高強度、韌性及加工性能的元素，Mn含量增加有利于降低AC3溫度，減少高溫下TiC的析出，使TiC析出尺寸減小，以充分發揮其析出強化效果，但Mn含量過高容易造成偏析和帶狀組織，從而降低鋼的強度和韌性，從統計生產數據發現，其含量為1.1%～1.8%時，對鋼的組織、性能影響并不大[1]，如圖1所示，鋼中的Mn含量高于1.08%后再進行含量的提升對產品的抗拉強度和屈服強度沒有影響；同樣如圖2所示，鋼中的Si含量高于0.12%后再進行含量的提升對產品的抗拉強度和屈服強度沒有影響，因此，我們據此結論，對700 L（700 MPa級）薄規格產品實施了Mn、Si降低的實驗，具體實驗結果如表1、表2。

表1 性能情況

表2 變形抗力變化情況

從表1、表2即可看出，降低Mn、Si含量后帶卷性能未發生明顯變化，但各架軋機軋件的變形抗力均有所降低，優化后薄規格軋件的軋制穩定性顯著增強，生產成本也得到了降低，創效能力整體增強。

2 軋制工藝策略的優化

2.1 在線水系統的使用要求

薄規格板卷因其生產軋制力大、軋制時間長，精軋純軋制時間一般在2 min左右，軋制過程散熱快、變形抗力變化大，特別是精軋區。據統計溫度對軋制力及彎竄輥的影響較大，溫度變化10～15℃，軋制力變化約1～2 MN，竄輥變化約30～60 mm。實際生產過程中，高強薄規格軋制溫度的極小變化都會造成軋制力的較大波動，引起金屬間秒流量不平衡，進而影響板形、厚控等質量控制。加之薄規格板卷軋制速度高，給操作工調整反應的時間短，故薄規格易堆鋼往往是來不及調整或調整過量所致。如在線噴水過多，軋件溫降大，且在不能完全保證水流均勻性的情況下，軋制過程中軋件極易跑偏，故需減少軋件軋制過程溫降，提高模型設定精度。因此，需對薄規格板卷的軋制在線溫降進行研究。

我們首先對在線冷卻水使用進行了調查，發現對軋件降溫較大的冷卻水主要是除鱗水及精軋機架間冷卻水。軋制薄規格時，除鱗系統及機架間冷卻系統如何應用成為研究的重點，除鱗的應用及機架間冷卻水的應用原則均應在保證板卷表面質量的前提下進行，高強系列即屈服強度400 MPa及以上鋼種，試驗精除鱗采用單、雙集管及開關機架間冷卻水。通過對比，發現雙集管較單集管軋制力上升明顯，機架間冷卻水投入后比未投入軋制力也有明顯提升，對比效果如圖3、圖4所示。

圖3 投入精除鱗（單-藍色；雙-紅色）

圖4 開關機架間冷卻水（紅-開，藍-關）

從試驗效果看：精除鱗采用單集管，軋制力較低；不投用機架間冷卻水時，軋制力較穩定，投用后，軋制力波動較大。因此，在薄規格軋制時，在表面質量及性能可控的前提下，盡可能減少軋線各種水的使用。

2.2 軋機振動的控制

生產高強薄規格板卷時，軋機振動是熱軋產線的共性問題，軋制振動即影響其軋制穩定性，又對軋制設備損壞較大，因此，需重點研究。為減少軋機振動，我們跟蹤測試了基于所有可變工藝條件、設備精度情況下，軋機振幅的變化，發現軋機振動與駐爐時間相關性很強，具體如下表3所示。

表3

由表3可以看出，在軋制700 L薄規格板卷時，適當提高了其駐爐時間，使軋制振動大為緩解，生產穩定性及板形控制質量大幅提高。

2.3 層冷中間點溫度的控制

為保證700 L產品性能，提高其性能穩定性，我們對其產品成分、熱軋工藝進行了全流程的分析，發現層冷中間點溫度對其抗拉、屈服強度影響較大，呈線性關系，具體如圖5所示。

圖5 層冷中間點溫度對抗拉強度的影響

從圖5趨勢性分析看，層冷中間點溫度與抗拉、屈服強度控制高度相關。因此，可通過改變層冷中間點溫度控制，來降低合金，提高強度，實現帶卷的穩定生產。

3 板形質量的控制

700L產品板形控制要求較嚴，且板形控制的好壞也直接影響軋制的穩定性，為滿足用戶使用要求，保證軋制的穩定性，通過對中間坯橫斷面厚度測量發現中間坯凸度幾乎為零，與PFC模型默認值相差較大，這也是凸度控制偏差較大，機架間易產生浪形的主要原因。為改善中間坯凸度，達到模型默認值，緩解精軋前幾架次凸度控制能力，降低機架間的浪形，提高其軋制穩定性，我們設計了粗軋工作輥輥型曲線，由原來的平輥改為SIN凹輥控制，效果較好。改善前后的中間坯斷面形狀如圖6、圖7所示。

圖6 改前中間坯斷面形狀

圖7 改后中間坯斷面形狀

4 結論

不銹鋼公司通過對700 MPa級汽車大梁鋼化學成分、軋制工藝及板形控制等方面的分析，優化了產品的成分和生產工藝，經生產實踐證明，其性能滿足下游用戶使用要求。700 L系列大梁鋼薄規格板卷的開發取得一些有益的結論，可供今后類似品種開發借鑒。

（1）通過性能預測模型的計算，優化Si、Mn成分，降低軋件的合金含量，從而降低熱軋過程的軋制力，促進軋制的穩定性。

（2）優化熱軋工藝控制，減少過程用水的投用，并優化層冷控制策略，保證產品性能，提高軋制及性能的穩定性。

（3）通過跟蹤測試基于所有可變工藝條件、設備精度情況下，軋機振幅的變化，發現軋機振動與駐爐時間相關性很強，

（4）700系列大梁鋼層冷中間點溫度對其抗拉、屈服強度影響較大，呈線性關系。

（5）優化粗軋工作輥輥型，保證中間坯板形控制，從而提高熱卷整體板形控制質量，提高軋制的穩定性。