普陽鋼鐵汽車大梁鋼700L的研制開發

鄭 磊，劉 柱，李占強

（河北普陽鋼鐵有限公司，河北 邯鄲 056305）

普陽鋼鐵為了滿足汽車大梁用鋼的市場需求，利用1380機組，成功研制開發了汽車大梁鋼700L。采用低碳含量并加鈮、釩、鈦等合金的路線，選用合理的控軋控冷工藝等技術保證了產品強度和成型性能的有效匹配.達到了較高的強度、冷彎性能、良好的沖壓性能和焊接性能。

1 工藝流程及成分設計

1.1 工藝流程

鐵水預處理→轉爐冶煉→LF精煉→連鑄-→鑄坯檢查-→熱送→加熱→控軋→控冷→卷曲-→板卷檢查-→打包出廠。

1.2 成分設計

由于汽車大梁形狀復雜，除要求較高的強度和冷彎性能外，還要求有良好的沖壓性能和焊接性能。結合國內外生產汽車大梁鋼的經驗數據，工藝設計采用低碳含量并加鈮、釩、鈦等合金的路線，選用精準的控軋控冷工藝技術來保證強度和成型性能的有效匹配。其關鍵成分控制如下。

1.2.1 碳

碳主要作用是保證鋼的強度、硬度與韌性。但是，過高的碳含量會導致鋼的塑性下降，降低鋼的冷成型性和焊接性，將造成回彈過大等問題。

1.2.2 錳

錳是低合金高強度鋼的基礎元素，可起到固溶強化的作用。其冶金作用主要是消除硫的熱脆傾向，改變硫化物的形態和分布以提高鋼材品質。它可穩定并擴大奧氏體區，提高鋼的耐磨性。

1.2.3 硅

硅作為鋼中的合金元素，以固溶體形態存在于鐵素體或奧氏體中，能夠縮小奧氏體相區。顯著提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈強比，并提高疲勞強度，提高鋼材的有效使用壽命。

1.2.4 鈮

鈮可以改變鋼的纖維結構，對鋼的強化作用主要是細晶強化和彌散強化，能和鋼中的碳氮生成穩定的碳化物和氮化物，而且可以使碳化物分散并形成具有細晶化的鋼。通過誘導析出和控制冷卻速度，實現析出物彌散分布。提高鋼的強度、韌性、抗高溫氧化性和耐蝕性，降低鋼脆性轉變溫度，獲得汽車大梁鋼好的焊接性能和成型性能。

1.2.5 釩

釩能使鋼的彈性、強度增強，抗磨損和抗爆裂性，耐高溫、耐寒。從而提高汽車大梁鋼的耐候性。

1.2.6 鈦

鈦和氮、氧、碳都有極強的親和力，是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮、碳的有效元素。 鈦和碳的化合物(TiC)結合力極強，微粒有阻止鋼晶粒長大粗化的作用鈦的質量分數在0.03%～0.1%之間時可使屈服強度有所提高，對鋼的韌性有改善作用。

根據上述元素的作用并結合汽車大梁鋼的性能組織要求，參考國內外主要生產廠家的生產經驗，結合普陽鋼鐵的生產設備條件，自主設計了汽車大梁鋼的化學成分，見表1。

2 生產工藝及控制

2.1 冶煉與連鑄工藝

鐵水脫硫預處理環節使[S]低于0.040%，提供優質鐵水，保證鐵水中P、S含量低于0.040%方便煉鋼的正常生產。

（1）鐵水預處理。盡可能降低鐵水硫含量，鐵水硫控制在0.005%以下。扒凈脫硫渣，兌入轉爐的鐵水要求帶渣量不得超過0.5%。

（2）強化轉爐冶煉。煉鋼工藝要求采用低C低Si高Mn加Ti和Nb成分，為了保證低Si要求在提Mn時把常用的硅錳合金改為加入金屬錳，同時采用爐后精煉工藝。操作，提高轉爐的脫S、脫P率。出鋼前向鋼包底加入適量的合成渣，利用合成渣與鋼水在鋼包內混合達到去除雜質、提高鋼水質量的效果。

表1 普陽鋼鐵汽車大梁鋼設計成分

（3）根據進站爐渣情況和S含量，LF精煉造白渣深脫硫，將鋼中S含量降低至0.01%以下。

（4）鈣處理。對非金屬夾雜物進行變性處理，使簇狀Al2O3變性為鈣鋁酸鹽，易于上浮去除或以球形夾雜形式均勻分布于鋼中。

（5）精煉出站后，進行軟吹氬操作，促進鋼中夾雜物充分上浮去除和鋼水溫度的均勻，提高鋼水純凈度。

（6）澆注過程采用全程氬封保護澆注，減少鋼液的二次氧化。

連鑄采用兩套拉矯機兩支鑄坯，各拉1支坯子的兩機兩流澆鑄模式。從大包至中包到結晶器采用全保護澆鑄，水口處采用氬封防止鋼水吸氣而增氮增氫，結晶器保護渣采用機器人加入，防止人為操作的誤操作和加入不均勻，從而影響鑄坯質量。扇形段采用二冷電磁攪拌，可有效控制鑄坯的中心偏析和夾雜物聚集，鑄機液芯采用動態輕壓下技術，目的也是為了減少中心偏析。

2.2 軋制與控制冷卻工藝控制

控軋控冷即控制軋制和控制冷卻，也稱TMCP(熱機械變形軋制)。適合于低碳微合金鋼，特別是Nb、V 、Ti復合的金屬材料。該技術的核心是在軋制過程中通過控制加熱溫度、軋制過程、冷卻條件等工藝參數,改善鋼材的強度、韌性、焊接性能。

2.2.1 加熱工藝

普鋼汽車大梁鋼700L的加熱過程是鋼坯奧氏體化的過程，也是合金元素固溶的過程，消除或減輕鋼坯內部組織缺陷。同時要控制鋼坯在高溫長時間加熱會變成粗大的結晶組織。

1250熱卷廠為保證成品表面質量，加熱爐加熱不能超過1280℃，精軋開軋溫度1060℃，終軋溫度860±10℃，卷曲溫度580±10℃，精軋采用兩道除磷。

2.2.2 控軋控冷工藝

控制軋制和控制冷卻技術結合起來，進一步提高了鋼材的強韌性和獲得合理的綜合性能，并降低了合金元素含量和碳含量，節約貴重的合金元素，降低生產成本。與普通生產工藝相比，通過控軋控冷生產工藝可以使鋼板的抗拉強度和屈服強度平均提高約40～60MPa，在低溫韌性、焊接性能、節能、降低碳當量、節省合金元素以及冷卻均勻性、保持良好板形方面都有無可比擬的優越性。

表2 普鋼汽車大梁鋼700L溫度制度

3 金相組織與性能

3.1 金相組織

金相組織表明，普鋼汽車大梁鋼700L組織結構為鐵素體加珠光體。其晶粒度為14級。夾雜物控制水平（在夾雜物控制上，通過精煉爐精煉和氬氣底吹來控制鋼水的純凈度，減少有害夾雜物的產生和大顆粒裝的夾雜物快速上浮。

圖1 金相組織

圖2 金相組織

3.2 性能檢驗

經檢驗，普鋼汽車大梁鋼700Lxxx、xxx各項性能指標滿足技術要求。普鋼汽車大梁鋼700L各項性能見表3。

表3 普鋼汽車大梁鋼700L各項性能

4 結語

普陽鋼鐵汽車大梁鋼700L采用國內首創的成份合金設計，將傳統以C、Mn、Nb、V、Ti組合添加的復雜體系，簡化為Nb、V、Ti為主的體系，通過成份優化，及控軋調質工藝的改進，實現了強度和塑韌性的最佳組合，抗拉強度平均富余量在70-100Mpa，具有較高的使用推廣價值。