TMCP技術在QSTE系列汽車用鋼生產中的應用研究

丁進明 張春一

(上海梅山鋼鐵股份有限公司 制造管理部，江蘇 南京 210039)

近年來,為了提高生產效率,降低生產成本，汽車零部件沖壓工藝從原來的單工序沖壓不斷優化升級為連續模沖壓，對冷成形熱軋汽車結構鋼板(QSTE)系列汽車結構用鋼的加工成形性、整卷性能波動等方面都提出了更高的要求[1- 2]。目前，國內對QSTE系列汽車用鋼的研究主要集中在生產工藝、組織性能以及產品開發等方面[3- 11]。趙中昱等[3]、韓丹等[4]采用疲勞試驗機研究了QSTE550TM、QSTE340TM汽車用高強鋼的應力應變遲滯曲線；崔宇軒[5]、孫超等[6]、吳漢科等[7]研究了熱軋工藝對QSTE650TM、QStE420TM鋼氧化鐵皮的影響以及氧化鐵皮控制技術；王溪剛[8]、李文遠等[9]研究了微合金化、熱軋控軋控冷工藝、拉矯工藝及酸洗工藝對QStE340TM、QStE500TM組織和力學性能的影響；朱陽林等[10]、楊得草等[11]分別采用鈮微合金化和鈮、鈦復合微合金化工藝開發出了QStE420、QStE420TM汽車結構用熱軋酸洗板。TMCP技術是采用超快速冷卻技術在短時間內使經熱軋的變形帶鋼處于硬化的奧氏體狀態，相比常規層流冷卻技術，能夠減少對帶鋼韌性的影響，保證鋼的力學性能[12- 15]。近年來，國內利用新一代TMCP技術提升帶鋼熱軋后力學性能的研究較多。段爭濤等[16]對比了常規TMCP技術與高溫軋制+超快冷工藝對工程機械用鋼組織和力學性能的影響；侯蕾等[17]基于超快速冷卻裝置研究了新一代TMCP技術對中厚板強度、韌性及焊接性能的影響。為充分發揮梅鋼1780熱軋產線的生產能力，本文利用新一代TMCP技術，實現了QSTE系列汽車結構用鋼的柔性軋制，更好地滿足了汽車零部件的加工要求。

1 QSTE系列汽車用鋼

QSTE系列汽車結構用鋼主要用于汽車底盤零部件，其力學性能在符合標準要求的同時應具有良好的冷成形性能。QSTE系列汽車結構用鋼的化學成分和拉伸性能滿足Q/BQB 310—2019《汽車結構用熱連軋鋼板及鋼帶》要求，具體如表1所示。

表1 QSTE系列汽車結構用鋼的化學成分及力學性能要求

2 試驗材料和方法

試驗材料選用梅鋼1780熱軋生產線的成熟產品QSTE380TM帶鋼，其工藝流程為脫硫鐵水→扒渣→轉爐冶煉→LF→連鑄，化學成分如表2所示。

表2 QSTE380TM帶鋼的化學成分(質量分數)

根據生產條件，通過改變終軋溫度、卷取溫度與冷卻方式，設計兩種不同熱軋工藝方案，具體參數如表3所示。

表3 熱軋工藝方案

在3 mm厚的熱軋帶鋼尾部切取金相試樣，經磨制、拋光和腐蝕后，采用Axio Imager A2m型金相顯微鏡觀察其微觀組織。根據GB/T 228—2002《金屬材料 室溫拉伸試驗方法》分別在3、4、5 mm厚的熱軋帶鋼尾部切取標距為50 mm的拉伸試樣，采用SHT5605型電液伺服萬能試驗機進行拉伸試驗，拉伸速率為3 mm/min。

3 試驗結果與分析

3.1 顯微組織

如圖1所示，采用兩種不同熱軋冷卻工藝生產的QSTE380TM帶鋼的組織主要為鐵素體和珠光體。根據GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定方法》，對采用前段冷卻和前段超快冷工藝生產的試樣晶粒度進行評級，結果分別為9級和9.5級。比較顯微組織和晶粒度級別可以看出，采用前段超快冷工藝生產的帶鋼組織較常規工藝明顯細化。

圖1 采用兩種熱軋冷卻工藝生產的QSTE380TM帶鋼的顯微組織

3.2 力學性能

采用兩種熱軋冷卻工藝生產的不同厚度QSTE380TM帶鋼的縱向力學性能如表4所示。可以看出，采用前段超快冷工藝生產的帶鋼的屈服、抗拉強度比常規工藝生產的帶鋼高20 MPa左右，其力學性能同時滿足表1中QSTE380TM和QSTE420TM鋼的力學性能要求。此外，對比表1與表2可以看出，QSTE380TM鋼中合金元素的含量低于標準，因此在滿足性能要求的前提下，一定程度上降低了帶鋼的成本。

表4 采用兩種熱軋冷卻工藝生產的不同厚度QSTE380TM帶鋼的縱向力學性能

對厚度≤4 mm的QSTE380TM鋼采用兩種方案進行擴大試驗，其力學性能如圖2所示。可以看出，方案2帶鋼的強度明顯高于方案1帶鋼，并且方案2帶鋼的性能滿足QSTE420TM鋼的標準要求?？梢姴捎眯乱淮鶷MCP技術可以在成分不變的情況下實現帶鋼性能的明顯提升，從而為實現QSTE系列帶鋼的柔性軋制提供可能。

圖2 采用兩種熱軋冷卻工藝生產的QSTE380TM帶鋼的力學性能

4 現場應用

根據試驗結果，采用以前段超快冷為核心的新一代TMCP技術生產的同一規格、相同成分帶鋼的晶粒度和力學性能均提高；進一步結合現場軋制工況，對QSTE系列汽車結構用鋼的化學成分進行設計，如表5所示。同時，制定了相應的柔性化軋制方案，即采用相同的成分設計，通過調整熱軋工藝參數，使不同牌號熱軋帶鋼的力學性能滿足要求，如表6所示。

表5 QSTE系列汽車結構用鋼的化學成分(質量分數)

表6 QSTE系列汽車結構用鋼的柔性化軋制方案

利用Minitab軟件計算采用常規工藝和柔性化軋制工藝生產的QSTE系列汽車結構用鋼屈服強度的I- MR控制圖，即單值- 移動極差控制圖，結果如圖3所示?？梢姴捎萌嵝曰堉乒に嚿a的帶鋼屈服強度的I- MR控制圖中的UCL和LCL值均小于常規工藝生產的帶鋼，表明其屈服強度波動范圍較小，性能穩定性提高。因此采用新一代TMCP技術制定的QSTE系列汽車用鋼的柔性化軋制方案，不僅提高了帶鋼性能的穩定性，滿足了用戶端連續模沖壓對帶鋼性能穩定性的要求，同時降低了成本。

圖3 采用柔性化軋制方案前后QSTE系列汽車結構用鋼性能的穩定性對比

5 結論

(1)采用前段超快冷工藝的QSTE380TM帶鋼晶粒明顯細化，屈服強度和抗拉強度提高。

(2)在試驗基礎上，采用以前段超快冷為核心的新一代TMCP技術實現了QSTE系列汽車結構用鋼的柔性化軋制，提高了帶鋼力學性能的穩定性，降低了成本。