汽車大梁鋼 610L 軋制工藝

供稿|肖廣耀，葛 影

汽車大梁鋼 610L 軋制工藝

供稿|肖廣耀1，葛 影2

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通過工業(yè)試驗并結(jié)合產(chǎn)品金相試驗結(jié)果，摸索并制定出實際的軋制工藝參數(shù)。主要對加熱溫度、終軋溫度、卷取溫度、冷卻方式等工藝制度進行優(yōu)化和調(diào)整。結(jié)合1700生產(chǎn)線設(shè)備現(xiàn)狀，發(fā)揮設(shè)備功能，優(yōu)化板形控制，使汽車大梁鋼610L得以順利批量生產(chǎn)，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

610 L 汽車大梁鋼主要為鈮鈦微合金鋼，常用于制造卡車的橫梁和縱梁，質(zhì)量要求較為嚴格。某鋼鐵集團 1700 生產(chǎn)線在成功批量生產(chǎn) 510 L 汽車大梁鋼的基礎(chǔ)上，根據(jù)市場需求和客戶對產(chǎn)品的要求，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備條件，開發(fā)出了更高級別汽車大梁鋼 610 L。通過改變加熱溫度、終軋溫度、卷取溫度、冷卻方式等工藝制度，對汽車大梁板 610 L 進行了工業(yè)試驗并進行實際軋制，最終確定 1700 線生產(chǎn) 610 L 鋼的合理工藝制度。

溫度制度優(yōu)化

一般來說，軋制溫度分為三個階段：第一階段是在奧氏體未再結(jié)晶溫度以上的再結(jié)晶控制軋制階段；第二階段是在奧氏體未再結(jié)晶溫度至 Ar3 線之間的控制軋制階段；第三階段是低于 Ar3 溫度的兩相區(qū) (γ+α) 的控制軋制及隨后的控制冷卻階段[1]。為了保證汽車大梁鋼的最終性能和生產(chǎn)的穩(wěn)定以及考慮加熱能耗、生產(chǎn)節(jié)奏，需要研究大梁鋼的軋制溫度制度。

加熱溫度

根據(jù)各種微合金碳氮化物在奧氏體中的溶度積公式[2]，可以看出：TiC、NbC、NbN 和 TiN 在相同奧氏體化溫度下，固溶度積依次降低。TiN 是一種相當(dāng)穩(wěn)定的化合物，固溶度積非常小，在 T610L 既定成分的前提下，通過熱力學(xué)計算表明，在 1200 ℃ 和 1250 ℃ 的均熱條件下，Ti的溶解量并沒有顯著提高。而考慮到過高的加熱溫度會造成晶粒過分粗大、加速氧化鐵皮生成等不良影響，因此把加熱溫度選為 1190 ℃。

開軋溫度

開軋溫度的確定是以保證終軋溫度為依據(jù)而確定的。這是由于鋼坯生產(chǎn)時，往往并不要求一定的開軋溫度，因而開軋溫度應(yīng)在不影響質(zhì)量的前提下盡量提高。鋼材生產(chǎn)往往要求一定的組織性能，故要求一定的終軋溫度。開軋溫度由于從加熱爐到軋鋼機的溫度降，一般比加熱溫度還要低一些。

終軋溫度

終軋溫度的高低對產(chǎn)量及質(zhì)量有顯著影響。它根據(jù)軋件性能要求、設(shè)備能力、材料塑性等條件而確定。終軋溫度過低，變形抗力增高，塑性降低，尺寸容易超差和出耳子、折疊等缺陷。終軋溫度過高，造成鋼的實際晶粒尺寸增大，降低鋼的力學(xué)性能，同時影響鋼的顯微組織，如生成碳化物帶狀組織等。終軋溫度還決定于相變溫度，在相變溫度以下，將有第二相析出，其影響由第二相的性質(zhì)決定。一般會造成組織不均，降低合金塑性，造成裂紋以致開裂。終軋溫度一般取相變溫度以上 20 ℃～30 ℃。

一般情況下，亞共析鋼的終軋溫度應(yīng)高于 Ac3 線 50 ℃～100 ℃，以防止帶狀組織產(chǎn)生。但目前采用控制軋制工藝，終軋溫度不僅僅可以在 Ac3 以下，甚至可以在 Ac1 以下軋制。鑒于 1700 生產(chǎn)線特點，現(xiàn)場驗證了實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)產(chǎn)品性能測試結(jié)果制定合理科學(xué)的終軋溫度。

如表 1 所示，在開軋溫度和卷取溫度相同的情況下，終軋溫度分別為 800 ℃，840 ℃，880 ℃。隨著終軋溫度的降低，鐵素體晶粒大小趨于均勻，組織細化，強度逐漸升高，塑性有所改善：

隨著終軋溫度的升高，屈服強度、抗拉強度逐漸降低；

隨著終軋溫度的升高，延伸率不斷升高，在 800 ℃～840 ℃ 之間，延伸率增加不明顯，在 840 ℃～880 ℃ 之間，延伸率升高的速度較快，大約增加 6 %；

隨著終軋溫度的升高，屈強比的變化不大。主要原因為：降低終軋溫度，低溫變形效果明顯，促進了碳、氮化合物形變誘導(dǎo)析出，改變相變前奧氏體組織狀態(tài)，在奧氏體中形成更多的變形帶，增加了鐵素體晶粒的形核部位及形核速度，從而達到細化晶粒的效果，對強度、韌性都是有利的[3]。

一般帶鋼的標準終軋溫度定為 850 ℃[4]。綜合考慮強度和韌性在軋機設(shè)備負荷能力及安全性，制定 840 ℃±20 ℃ 為汽車大梁鋼最合適的終軋溫度。

卷取溫度

由表 2 可知，在開軋溫度和終軋溫度相同的情況下，隨著卷取溫度由 650 ℃ 降至 550 ℃。屈服強度、抗拉強度逐漸上升，塑性降低，鐵素體所占比例減少。隨著卷取溫度的升高，延伸率在 550 ℃～650 ℃ 之間先升高后降低，在600℃時為最高值；隨卷取溫度的升高，屈強比是不斷下降的，在 600 ℃ 時的晶粒細小，屈強比較低，但其綜合性能較好；在 600 ℃ 以后屈強比又開始增大。

表1 終軋溫度對 610L 鋼性能的影響

表2 卷取溫度對 610L 鋼性能的影響

綜合各種因素設(shè)定卷取溫度為 600 ℃±20 ℃。

冷卻制度優(yōu)化

研究表明，熱軋后鋼材的冷卻速度對能否產(chǎn)生細晶粒組織有顯著的影響[5]。該公司 1700 生產(chǎn)線生產(chǎn)的低 C-Mn 鋼 610L 板的性能達到或優(yōu)于其他廠家生產(chǎn)的微合金化 610L 汽車板的力學(xué)性能[5-8]，主要原因在于該鋼板的微觀組織較為細小均勻，且具有部分針狀鐵素體組織，而此種組織的形成又與其特有的設(shè)備和工藝條件密切相關(guān)。

根據(jù) 1700 生產(chǎn) 610L 的實際生產(chǎn)工況，通過現(xiàn)場熱軋實驗，研究了冷卻速度對晶粒大小、組織形態(tài)及鐵素體、珠光體組織比例的影響，確定了合理的冷卻制度。最終確定層流冷卻采用緩冷模式，冷卻速度控制在 10 ℃/s 以內(nèi)，提高卷取溫度至 600 ℃ 進行卷取以防止貝氏體組織產(chǎn)生。以形成的微觀組織較為細小均勻為目標，從而達到提高鋼板優(yōu)良綜合性能的目的。

板形控制優(yōu)化

610L 大梁鋼板薄規(guī)格板形控制存在的主要問題：

該公司在幾次試產(chǎn) 610 L 大梁鋼板薄規(guī)格的實踐中都出現(xiàn)了板形不好的情況，主要表現(xiàn)為軋制狀態(tài)不穩(wěn)定，末道機架軋制力大，板形控制困難，帶鋼浪形大。

生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)生產(chǎn) 610L 大梁鋼的軋輥磨損很大，軋輥輥役后期的板形控制難度更大。

1700 生產(chǎn)線 F2、F3 軋機采用高速鋼軋輥 (原來使用鑄鐵輥)，這對軋制模型影響較大，負荷主要集中在 F2、F3 上，造成薄規(guī)格生產(chǎn)中出現(xiàn)軋漏、邊部減薄等板形缺陷。

因此，針對生產(chǎn)實際通過優(yōu)化軋制模型、調(diào)整軋輥原始輥型、合理分配負荷及應(yīng)用板形控制手段 (PC、彎輥) 保證良好板形。

合理設(shè)定張力尤其是卷取張力，消除輕微塌卷現(xiàn)象，控制合理的卷取溫度也可取得消除塌卷現(xiàn)象的良好效果，但同時要考慮板帶組織性能要求。

根據(jù)實際生產(chǎn)中的問題，現(xiàn)場采用的優(yōu)化方案如下：

首先優(yōu)化負荷分配，由于 F2、F3 軋機采用高速鋼軋輥軋制負荷較大，將其負荷分配至F1和 F4～F7，確定合理的前后張力施加量；

帶鋼生產(chǎn)中出口精軋帶鋼中浪偏大，因此降低末架軋機輥凸度，降低后兩架軋機彎輥，保證出精軋帶鋼良好板形。為確保最終板凸度，投入使用F1～F3 的 PC，將 PC 角控制在合理的角度；

針對用戶反映的帶鋼在加工過程中出現(xiàn)橫向性能不一致，板形不均的問題，1700 生產(chǎn)線對層流冷卻進行細致檢查，確保集水管橫向給水水量 (水柱粗細) 相同，調(diào)整氣動蝶閥響應(yīng)，保證水管開關(guān)靈敏準確，保證卷取溫度控制在 10 ℃ 范圍內(nèi)，減少控制過渡區(qū)。

對于卷取薄規(guī)格 610 L 大梁鋼出現(xiàn)的塌卷現(xiàn)象，在增大卷取張力的同時，降低卷取溫度，將卷取溫度控制在目標要求的范圍內(nèi)，另外，適當(dāng)減少卷重也是避免塌卷的手段之一。

結(jié)束語

通過實驗室數(shù)據(jù)和現(xiàn)場工藝調(diào)試相結(jié)合，摸索出適合 1700 生產(chǎn)線實際的溫度制度和冷卻制度，并根據(jù)實際上產(chǎn)中出現(xiàn)的板形問題，利用 1700 線的控制手段對其進行調(diào)整，解決了產(chǎn)品的質(zhì)量問題，最終生產(chǎn)出高質(zhì)量符合市場及用戶要求的汽車大梁鋼用板 610 L，使其可以批量組織生產(chǎn)，為公司帶來了新的經(jīng)濟效益。

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Automobile Beam Steel 610L Rolling Process

XIAO Guang-yao1, GE Ying2

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肖廣耀(1978—)，男，河北唐山人，工程師，工程碩士。

1. 唐鋼中厚板公司生產(chǎn)科，河北 唐山 063009; 2. 唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063000