510L汽車大梁鋼板的研制

馬正偉 亓俊鴻 谷國(guó)華

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)新材料研究所，山東271100)

汽車大梁鋼主要用于各類汽車車架縱梁、橫梁等結(jié)構(gòu)件，該產(chǎn)品要求有較高的強(qiáng)度，良好的成形和加工性能，以及較好的抗疲勞強(qiáng)度。某廠根據(jù)爐卷軋機(jī)產(chǎn)品的組織和性能特點(diǎn)，通過(guò)合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)、優(yōu)化軋制和冷卻工藝，得到了組織細(xì)小均勻、性能優(yōu)良的510L汽車大梁鋼。

1 技術(shù)要求

510L汽車大梁鋼的技術(shù)要求分別見表1和表2。

2 生產(chǎn)工藝及相關(guān)技術(shù)參數(shù)

2.1 510L汽車大梁鋼生產(chǎn)工藝為：

高爐鐵水→鐵水預(yù)脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→吹氬→LF精煉→連鑄→鑄坯加熱→控制軋制→控制冷卻→卷取→入庫(kù)。

2.2 鐵水技術(shù)參數(shù)

鐵水技術(shù)參數(shù)見表3。

2.3 加熱及軋制卷取工藝

加熱段溫度為(1 240±20)℃，均熱段溫度為(1 230±10)℃。軋制工藝參數(shù)見表4。

表 1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)

表 2 力學(xué)性能要求

表 3 鐵水技術(shù)參數(shù)

表 4 軋制工藝參數(shù)表

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 化學(xué)成分

表5是用SPECRTOLAB M10型直讀光譜儀對(duì)鋼帶頭部3 m、5 m、10 m處的取樣進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)獲得的數(shù)值。

表 5 鋼帶的實(shí)測(cè)化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)

由表5可以看出,研制的510L汽車大梁鋼的硫含量大于0.006％，超過(guò)目標(biāo)控制成分，但在國(guó)標(biāo)控制的范圍之內(nèi)。其它化學(xué)成分均在目標(biāo)控制成分范圍之內(nèi)。

3.2 力學(xué)性能

表6是對(duì)成品鋼帶頭部3 m、5 m、10 m處的取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試得到的力學(xué)性能參數(shù)。

表 6 鋼帶的力學(xué)性能檢驗(yàn)值

由表6可以看出，研制的510L汽車大梁鋼屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、冷彎性能及屈強(qiáng)比都合格。

3.3 夾雜物

表7是非金屬夾雜物評(píng)級(jí)表。

由表7可知，本次研制的510L汽車大梁鋼的非金屬夾雜物主要集中在C、D類，級(jí)別在2.0～2.5級(jí)之間，其它類別夾雜物的級(jí)別較低。

3.4 金相組織

表8所列的是本次研制的510L汽車大梁鋼的金相組織參數(shù)，表中“F多+P”的意思是多邊形鐵素體+珠光體。

表 7 夾雜物評(píng)級(jí)表

由表8可以看出，試樣的金相組織為多邊形鐵素體+珠光體；中心晶粒度級(jí)別中心為11級(jí)，邊部為12級(jí)；帶狀組織較輕，邊部為A0～A1，約占整個(gè)板厚的2/3，中心帶狀組織為A2～A3級(jí)，約占板厚的1/3。

4 分析討論

因?yàn)槠嚧罅轰撘笥休^高的強(qiáng)度和良好的冷成形性，并且還要求具有很好的抗疲勞性能，所以在化學(xué)成分設(shè)計(jì)方面，采用低碳設(shè)計(jì)路線，碳含量下降帶來(lái)的強(qiáng)度損失通過(guò)添加Nb、Al等微合金元素來(lái)彌補(bǔ)。其中，Nb可以產(chǎn)生非常顯著的細(xì)晶強(qiáng)化和中等程度的沉淀強(qiáng)化作用。通常情況下，含Nb的鋼加熱到1 200℃、均熱2 h，鋼中Nb的碳氮化物并不能溶到奧氏體(90％的Nb可以固溶到奧氏體中)中，這些Nb的碳氮化物在加熱過(guò)程中可以阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大；在軋制中會(huì)在位錯(cuò)、亞晶界、晶界上沉淀析出Nb的碳氮化物，阻礙奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，有利于晶粒細(xì)化。通過(guò)添加微合金元素和控制軋制工藝的結(jié)合，充分發(fā)揮微合金化元素的細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化等作用，保證了510L汽車大梁鋼的強(qiáng)度、冷成形性、良好的韌塑性匹配及抗疲勞性能。

表 8 試樣的金相組織、晶粒度和帶狀組織級(jí)別

在煉鋼過(guò)程中，為降低鋼中非金屬夾雜物的含量，在冶煉中采取鐵水預(yù)脫硫、鋼包吹氬等手段。在LF精煉時(shí)，強(qiáng)化脫硫、脫氧操作，降低了硫的含量，并通過(guò)鈣改性處理降低了B類(氧化鋁類)夾雜物的含量，但是C類(硅酸鹽類)和D類(球狀氧化物類)夾雜物還是在2.5級(jí)以上，在以后的生產(chǎn)中還要加強(qiáng)變質(zhì)處理工藝，降低夾雜物級(jí)別。雖然本次研制的大梁鋼的含碳量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但是含碳量稍高，下一步在保證力學(xué)性能的前提下，應(yīng)盡量將碳含量降低到0.10％以下。

在軋鋼過(guò)程中，采取了控軋控冷工藝，根據(jù)鋼中微合金元素的含量選擇合適的均熱溫度，保證Nb的碳氮化物充分固溶。粗軋階段控制軋制道次、溫度和中間坯厚度，以保證精軋階段的開軋溫度和精軋階段的累計(jì)變形壓下量，確保組織細(xì)化。另外，通過(guò)降低精軋終軋溫度配合合理的變形量，一方面發(fā)揮微合金作用，另一方面使鋼達(dá)到足夠的未再結(jié)晶區(qū)的變形量。在一定程度上減輕了帶狀組織的級(jí)別。軋后采取控制冷卻工藝，在保證不出現(xiàn)快冷組織的前提下盡量加大冷卻速度，為細(xì)化晶粒和降低帶狀組織級(jí)別做出貢獻(xiàn)。從檢測(cè)的結(jié)果來(lái)看，本次研制的510L汽車大梁鋼厚度中心(大約占1/3厚度)的帶狀組織達(dá)到A3.0級(jí)，而兩個(gè)表面和邊部位置帶狀組織級(jí)別較低(在1.0級(jí)以下。這是因?yàn)閮蓚€(gè)表面和邊部位置的終軋溫度較低，因此，再生產(chǎn)時(shí)，降低終軋溫度至820～800℃，可有效的降低帶狀組織級(jí)別。

5 結(jié)語(yǔ)

采用低碳+高錳+Nb微合金元素的化學(xué)成分設(shè)計(jì)方案，配合控軋控冷工藝生產(chǎn)的510L汽車大梁鋼板的組織為鐵素體+珠光體組織，中心約占1/3厚度的帶狀組織偏高；晶粒度達(dá)到11級(jí)以上；各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

510L汽車大梁鋼的冶煉、軋制工藝合理，鋼板總體性能達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)和用戶的要求。

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