500MPa級(jí)冷成型汽車用鋼的研發(fā)

鄭 飛 張大江 王海燕 萬(wàn)國(guó)喜

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

500MPa級(jí)冷成型汽車用鋼的研發(fā)

鄭 飛 張大江 王海燕 萬(wàn)國(guó)喜

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼低成本、高性能的500 MPa級(jí)冷成型用鋼的研發(fā)情況，詳述其成分體系的設(shè)計(jì)原理，冶煉、軋鋼過(guò)程的控制，研發(fā)結(jié)果表明，該產(chǎn)品成本低，力學(xué)性能、均滿足用戶使用要求。

AG500MC 冷成型 微合金化 析出強(qiáng)化

0 前言

目前十堰地區(qū)作為全國(guó)公路自卸車生產(chǎn)基地，對(duì)汽車主、副梁,油箱掛梁等用鋼需求很大。以前該地區(qū)主要使用Q345B材料制作公路自卸車的主、副梁及各種折彎小件，但各個(gè)鋼材供貨廠家頻繁出現(xiàn)不同程度的折彎開(kāi)裂現(xiàn)象，因此十堰地區(qū)各公路自卸車制造廠家均被迫采用汽車大梁專用鋼510 L替代Q345B。安鋼由于運(yùn)距較遠(yuǎn)，在十堰市場(chǎng)中沒(méi)有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此510 L產(chǎn)品發(fā)往該地區(qū)相對(duì)較少。但隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)低迷，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)依然非常激烈，產(chǎn)品利潤(rùn)急劇下滑，許多廠家出現(xiàn)入不敷出的局面，于是以十堰馳田為代表的廠家向鋼廠提出設(shè)計(jì)一種優(yōu)于Q345B折彎性能同時(shí)又能替代510 L且成本較低材料。安鋼結(jié)合本廠1 780 mm熱連軋生產(chǎn)線特點(diǎn)，嚴(yán)格制定了各道工序生產(chǎn)工藝操作要點(diǎn)，總結(jié)出一套生產(chǎn)成本更低、產(chǎn)品質(zhì)量更優(yōu)的生產(chǎn)工藝，成功開(kāi)發(fā)了500 MPa級(jí)冷成型汽車用鋼，滿足了用戶需求，產(chǎn)品得到用戶的好評(píng)。

1 化學(xué)成分設(shè)計(jì)及技術(shù)要求

1.1 成分設(shè)計(jì)

根據(jù)化學(xué)元素對(duì)鋼的強(qiáng)韌性的影響，主要采用少量的錳配合中等含量的鈦微合金化設(shè)計(jì)，既滿足了AG500MC的使用要求，又降低了合金成本。

微合金元素Ti在鋼中和碳、氮結(jié)合形成TiC、TiN化合物，而TiN的溶度積很小，即使加熱到1 400 ℃時(shí)也存在非常細(xì)小的微粒，顯示出強(qiáng)的抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用。TiC可以在鐵素體中析出，起到強(qiáng)烈的沉淀強(qiáng)化作用。但Ti的含量過(guò)低時(shí)(0.01%～0.02%)，就沒(méi)有足夠的TiN阻止晶粒的粗化，同時(shí)過(guò)高的Ti將導(dǎo)致粗大的液態(tài)析出TiN，也不能阻止晶粒的長(zhǎng)大[1]。

1.2 技術(shù)要求

500 MPa級(jí)冷成型汽車用鋼的化學(xué)成分、力學(xué)性能分別見(jiàn)表1、2.

表1 500 MPa級(jí)冷成型汽車用鋼化學(xué)成分 質(zhì)量百分?jǐn)?shù) %

表2 500MPa級(jí)冷成型汽車用鋼力學(xué)性能

注：1、a-試樣厚度，d-彎心直徑 2、拉伸、冷彎試樣為橫向試樣。

2 生產(chǎn)工藝

2.1 冶煉工藝

2.1.1 轉(zhuǎn)爐工藝

鐵水脫硫終點(diǎn)[S]≤0.003%，鐵水脫硫扒渣干凈；采用較高的出鋼溫度，減少精煉升溫時(shí)間；出鋼采用滑板擋渣，嚴(yán)格控制下渣；出鋼后嚴(yán)禁大氬氣攪拌，避免鋼液裸露。

2.1.2 精煉工藝

LF采用全程控鋁；進(jìn)站后盡量快速埋弧造泡沫渣，爐渣造好后集中脫硫，縮短大氬氣攪拌脫硫時(shí)間，減少鋼液增氮；軟攪拌時(shí)間大于8 min，保證夾雜物充分上浮。

2.1.3 連鑄工藝

連鑄過(guò)程全程保護(hù)澆注，確保長(zhǎng)水口和浸入式水口密封良好；澆注過(guò)程要求拉速和結(jié)晶器液面穩(wěn)定；中包鋼水目標(biāo)過(guò)熱度10 ℃～25 ℃。

2.2 軋鋼工藝

2.2.1 加熱工藝

板坯加熱溫度是控制軋制的重要方面。根據(jù)500 MPa級(jí)冷成型汽車用鋼的Ti的含量，采用下述公式(1)和(2)可以粗略計(jì)算出Ti在奧氏體中的最低溶解溫度：

Ti(有效)=Ti(全)-3.42N-3S

(1)[2]

log[%Ti][%C] γ=-7 000/T + 2.75

(2)

同時(shí)考慮到Ti的固溶溫度、加熱爐的溫差以及薄規(guī)格軋制過(guò)程的溫度控制要求，冷成型用鋼中Ti元素完全固熔需要加熱溫度達(dá)到1 210 ℃～1 250 ℃，微合金元素的碳化物、氮化物及碳氮化物在高溫加熱時(shí)溶入奧氏體中，能夠起到阻礙原始奧氏體晶粒長(zhǎng)大，達(dá)到細(xì)化奧氏體晶粒的目的。

2.2.2 終軋溫度對(duì)AG500MC性能的影響研究

終軋溫度對(duì)AG500MC力學(xué)性沒(méi)有較大的影響，終軋溫度從840 ℃提高到900 ℃，抗拉強(qiáng)度變化不大，屈服強(qiáng)度略有所降低，約為15 MPa左右。

2.2.3 卷取溫度對(duì)AG500MC性能的影響研究

卷取溫度對(duì)強(qiáng)度影響較大，當(dāng)卷取溫度降到550 ℃，組織中會(huì)出現(xiàn)粒狀貝氏體，惡化鋼的沖壓性能，因此卷取溫度最低應(yīng)控制在600 ℃左右。

2.2.4 軋制工藝

通過(guò)研究Ti的析出強(qiáng)化作用，確定了AG500MC的組織目標(biāo)為鐵素體+珠光體+細(xì)小彌散碳化物，軋制工藝采用高終軋和高卷取溫度。采用該工藝可以盡量避免精軋過(guò)程兩相區(qū)軋制，增大相變驅(qū)動(dòng)力的同時(shí)也減小了混晶可能性，并且還減少了形變誘導(dǎo)析出的TiC，增加了后續(xù)冷卻卷取過(guò)程中的相間析出和過(guò)飽和析出細(xì)小的TiC比例。這樣即保證較高的強(qiáng)度，也具有一定的塑韌性，保證了AG500MC滿足用戶的折彎和剪切加工性能。

第一階段為奧氏體再結(jié)晶軋制，此階段板坯溫度高，道次采用大壓下量軋制，軋后金屬快速再結(jié)晶，因加熱而粗化的奧氏體晶粒經(jīng)過(guò)反復(fù)軋制，再結(jié)晶晶粒得到細(xì)化。

第二階段為奧氏體未再結(jié)晶軋制，軋制溫度1 100 ℃～840 ℃。隨著軋制溫度的下降，奧氏體再結(jié)晶被抑制，仍保持加工硬化狀態(tài)。隨著壓下量的增加，奧氏體晶粒伸長(zhǎng)，同時(shí)晶粒內(nèi)有大量形變帶和位錯(cuò)。變形奧氏體的晶界、變形帶及位錯(cuò)等處都是鐵素體的形核部位，形核點(diǎn)增多，晶粒進(jìn)一步細(xì)化。

第三階段為軋后加速冷卻。880 ℃終軋后快速冷卻，使未相變的奧氏體晶粒形成微細(xì)的多邊形晶粒或者相變轉(zhuǎn)變成其它形態(tài)的組織，從而得到更加細(xì)小的組織和彌散析出物。

3 結(jié)果與分析

3.1 力學(xué)性能

統(tǒng)計(jì)2013年10月-2015年12月的性能檢驗(yàn)情況，共檢驗(yàn)300批次，性能一次檢驗(yàn)合格率達(dá)到98.12%，綜合性能合格率99.14%。生產(chǎn)以來(lái)AG500MC力學(xué)性能的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 AG500MC的力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)

從表3可以看出，AG500MC的力學(xué)性能合格率等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了較高的水平，成型性能優(yōu)良，能夠承受復(fù)雜變形的沖壓，用戶反應(yīng)良好，實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并為下一步開(kāi)發(fā)更高強(qiáng)度且經(jīng)濟(jì)型的汽車專用型材用鋼積累了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

3.2 金相組織

采用ZEISS Observer .A1m金相顯微鏡，對(duì)試樣沿厚度方向進(jìn)行組織分析，金相組織如 圖1所示。

(a) 邊部 F+P 11級(jí) (b) 1/4 F+P 10.6 級(jí) (c) 中心 F+P 10.5級(jí)

圖1 AG500MC的金相組織

從圖1可以看出，AG500MC的組織為F+P，邊部較中心晶粒度細(xì)0.5級(jí)左右，但均在10級(jí)以上，細(xì)化晶粒效果明顯。

3.3 冷彎性能

對(duì)試樣進(jìn)行180 °冷彎?rùn)z驗(yàn)，試樣寬度B=35 mm，彎心直徑d=0.5 a，檢驗(yàn)結(jié)果全部合格。在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行了180 °寬冷彎試驗(yàn)，試樣寬度B=50 mm，彎心直徑d=0.5 a，以及現(xiàn)場(chǎng)壓扁試驗(yàn)，結(jié)果全部合格。以上檢驗(yàn)表明試制鋼板的冷彎性能非常優(yōu)良。冷彎及壓扁試樣分別如圖2、圖3 所示。

4 用戶使用情況

截止到2015年底，安鋼共計(jì)生產(chǎn)AG500MC熱軋卷板近萬(wàn)噸，產(chǎn)品各項(xiàng)性能穩(wěn)定，尺寸、表面質(zhì)量及板形優(yōu)異，成形合格率高、焊接性能優(yōu)良，綜合性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品，產(chǎn)品已成功應(yīng)用于十堰馳田、神和汽車、東風(fēng)特汽、大力天駿等國(guó)內(nèi)知名的汽車生產(chǎn)廠家，得到用戶的普遍贊譽(yù)。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)500MPa級(jí)冷成型用鋼是根據(jù)用戶的特殊要求而研制、開(kāi)發(fā)的汽車大梁用鋼，考慮到成本和使用特性，通過(guò)對(duì)微合金元素析出強(qiáng)化的研究，采用低C+低Mn+中Ti的成分體系，高溫加熱、高溫終軋、較高溫卷曲的軋制工藝，有效地保證了細(xì)晶強(qiáng)化和TiC的析出強(qiáng)化。

圖2 B=50 mm，d=0.5 a(a=8mm)的冷彎性能

圖3 用戶壓扁實(shí)驗(yàn)， d=0(a=3mm)

(2)材料金相組織均勻，力學(xué)性能波動(dòng)小，具有成本低、冷成型性能、疲勞性能優(yōu)良等特點(diǎn)，完全滿足使用需求。

[1] 王友銘,李曼云,韋 光.鋼材的控制軋制和控制冷卻[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009:62-63.

[2] 雍岐龍.鋼鐵材料中的第二相[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006:97-98

DEVELOPMENT OF 500MPa HIGH STRENGTH COLD-FORMING STEEL

Zheng Fei Zhang Dajiang Whang Haiyan Wan Guoxi

(Anyang Iron and Steel stock Co.,Ltd)

The research and development of low-cost and high-perfomance 500MPa grade cold forming steel are introduced in Anyang steel. The design principle, the composition and smelting and rolling process control are described in detail .The results show that the product has low cost, the mechanical properties and serviceability can meet user's requirements.

AG500MC cold forming micro-alloying precipitation strengthening.

2016-11-19

*聯(lián)系人：鄭飛，工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司技術(shù)質(zhì)量處;