低合金高強鋼HC500LA的工藝開發實踐

譚秀琴，許海寧，伍志鵬

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東 湛江 524000）

近年來，低合金高強鋼（High Stength Low Alloy Steels，簡稱HSLA）的產量逐漸增加，因具有較高的屈服強度、屈強比和優良的抗變形能力，其應用領域十分廣泛，主要用于汽車車架縱、橫梁和汽車底盤燈結構件和加強件。低合金高強鋼，除Si、Mn固溶強化外，通過復合添加Nb、Ti等微合金元素，使其與C、N等元素形成碳、氮化物粒子并在鐵素體基體上析出強化，同時通過微合金元素的細化晶粒作用，從而獲得更高的強度[1]。國內各大鋼鐵企業都在不斷加大低合金高強鋼的開發力度[2]，已經形成HC260LA、HC300LA、HC340LA、HC380LA、HC420LA等 低 合金高強鋼系列產品。本文根據某鋼廠機組裝備能力，優化冶煉、軋制、退火各工序工藝，成功開發了汽車用冷軋低合金高強鋼HC500LA。

1 低合金高強鋼HC500LA生產工藝

1.1 工藝流程

鐵水預處理-轉爐冶煉-精煉-連鑄-加熱-熱軋-卷取-酸軋-連退-平整-精整-成品檢驗-包裝-出廠。

1.2 煉鋼工藝

HC500LA是在C、Mn系基礎上添加Nb、Ti等微合金元素，利用析出強化、細晶強化等強化機制，配合后續熱軋、冷軋工序，提高其強度和屈強比，同時兼備良好的抗變形能力[3]。

1.3 熱軋、冷軋工序控制關鍵點

低合金高強鋼HC500LA的板坯加熱溫度控制在1260℃左右，考慮到在奧氏體形變過程中產生的大量位錯得以保留，從而提高最終轉變產物中的位錯密度，增強位錯強化[4]，終軋溫度900℃±30℃，冷卻模式采用一般冷卻，卷取溫度與鋼的拉伸性能相關性較大，初次設計為600℃±30℃。為獲得較高r值和較強的{111}有利織構，結合考慮鋼廠設備能力，將冷軋壓下率控制在47%以上，連續退火工藝的加熱溫度與成品的力學性能相關性較大，初次設計為790℃±10℃。平整率目標值為0.8±0.2%。

2 產品綜合性能分析

2.1 力學性能結果分析

根據國標GB/T228金屬材料室溫拉伸實驗方法，針對三個方案的成品進行力學性能檢測，結果見表3。方案1#-2#-3#屈服強度、抗拉強度均依次下降，斷裂延伸率依次升高，其中2#-3#的力學性能能夠較好的滿足標準要求。

表3 力學性能結果

2.2 金相實驗

在工業試制成品鋼板上切取20mm*30mm金相試樣，經砂紙逐級打磨、拋光、沖洗，經硝酸酒精腐蝕后，在金相顯微鏡下觀察其組織形貌。圖1～3對應方案1#-3#金相圖片，顯微組織為鐵素體和珠光體，晶粒尺寸逐漸變小。圖3出現較為明顯的帶狀組織。

表1 HC500LA化學成分（質量分數，%）

圖1 方案1#金相組織

圖2 方案2#金相組織

圖3 方案3#金相組織

3 分析與討論

3.1 卷取溫度對拉伸性能的影響

方案1#卷取溫度600℃，其屈服強度高達644MPa，斷裂延伸率低至11.7%，對應的成品金相組織中，鐵素體尺寸較為細小，珠光體顆粒呈彌散分布。方案2#降低卷取溫度到550℃，同時退火溫度提高到800℃，其屈服強度下降到533MPa，斷裂延伸率提高到16.7%，強度和斷裂延伸率改善明顯，對應金相組織中，珠光體顆粒有聚集趨勢，且鐵素體晶粒相對較大。有研究表明[5]：在500℃～700℃卷取出現彌散析出強化現象, 600℃左右碳氮化物相彌散析出強化效果達到最大, 強度出現峰值。

3.2 退火溫度對拉伸性能的影響

方案3#退火溫度升高，γ→P相變過冷度減少，奧氏體分解珠光體形核降低且共析反應溫度升高，根據相變動力學和熱力學原理，這將導致先共析鐵素體含量增加，珠光體轉變量減少，從而降低鋼板強度。同時，高溫退火時，Mn和C原子的擴散能力增強，增加C原子在鋼板中的偏聚，帶狀組織明顯，不利于焊接及局部變形。

4 結論

（1）卷取溫度對冷軋低合金高強鋼HC500LA性能有顯著作用。550℃卷取時，碳氮化物彌散效果減弱，有利于降低成品強度，提高斷裂延伸率。

（2）退火溫度對冷軋低合金高強鋼HC500LA性能有一定影響。隨著退火溫度提高，強度進一步降低，但鋼中存在帶狀偏析組織，且鐵素體晶粒有粗大趨勢，均不利于材料使用。

（3）該成分體系下，采用熱軋加熱溫度1260±30℃，終軋溫度900±30℃，卷取550±30℃，退火均熱800±10℃，平整率0.8±0.2%，能夠獲得力學性能良好且無明顯帶狀組織的鋼卷。