汽車用冷軋低合金高強(qiáng)鋼HC340LA的開發(fā)生產(chǎn)

尹翠蘭

（山東鋼鐵集團(tuán)有限公司鋼鐵研究院，山東濟(jì)南　250101）

汽車用冷軋低合金高強(qiáng)鋼HC340LA的開發(fā)生產(chǎn)

尹翠蘭

（山東鋼鐵集團(tuán)有限公司鋼鐵研究院，山東濟(jì)南250101）

從煉鋼、熱軋、冷軋、罩式退火、精整等生產(chǎn)工序進(jìn)行控制與優(yōu)化，分析了工藝參數(shù)對HC340LA鋼力學(xué)性能和金相組織的影響，成功研發(fā)了罩式退火工藝下的汽車用冷軋低合金高強(qiáng)鋼HC340LA，并實(shí)現(xiàn)了訂單生產(chǎn)，產(chǎn)品各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求且有較大富余量。

低合金高強(qiáng)鋼；HC340LA鋼；冷軋；罩式退火；力學(xué)性能；金相組織

1　前言

汽車用低合金高強(qiáng)度鋼是以低C-Mn系或Si-Mn系為基礎(chǔ)，通過添加微合金元素并結(jié)合先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，使其具有較高的強(qiáng)度和塑性，滿足汽車制造對強(qiáng)度、塑性和韌性以及其他方面的要求［1］。冷軋低合金高強(qiáng)度鋼HC340LA，作為Nb-Ti微合金化高強(qiáng)度沖壓用冷軋薄板，主要是在低碳鋼中，除Si、Mn固溶強(qiáng)化外，通過單一或復(fù)合添加Nb、Ti、V等微合金元素，使其與C、N等元素形成碳化物、氮化物粒子并在鐵素體基體上析出強(qiáng)化，同時(shí)通過微合金元素的細(xì)化晶粒作用，從而獲得較高的強(qiáng)度。由于HC340LA鋼具有良好的焊接性能和足夠的強(qiáng)度及沖壓性能，廣泛應(yīng)用于汽車的A柱上部加強(qiáng)件、內(nèi)側(cè)B柱、車門檻加長件、左右縱梁外板和底盤座椅部件等領(lǐng)域，發(fā)展前景廣闊。為此，山鋼鋼鐵研究院通過分析HC340LA鋼的技術(shù)要求，采用傳統(tǒng)的冶煉連鑄、熱連軋、酸洗、可逆冷軋、罩式退火、平整等生產(chǎn)工序，優(yōu)化合金體系設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程控制，成功開發(fā)了汽車用冷軋低合金高強(qiáng)鋼HC340LA。

2　技術(shù)要求與工藝流程

汽車用冷軋低合金高強(qiáng)鋼HC340LA參考DIN EN 10268:2006標(biāo)準(zhǔn)的“冷成形用的高屈服強(qiáng)度的冷軋平板鋼”，其熔煉分析的化學(xué)成分和交貨狀態(tài)下的力學(xué)性能應(yīng)符合表1、表2規(guī)定。

表1　HC340LA鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）要求%

HC340LA鋼開發(fā)生產(chǎn)工藝流程:鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→板坯連鑄→熱連軋（粗軋+熱卷箱+精軋+層流冷卻）→酸洗→單機(jī)架可逆冷軋→罩式退火→平整→拉矯→卷取包裝→入庫。

表2　HC340LA鋼力學(xué)性能要求

3　工序控制與分析

3.1煉鋼連鑄

1）鐵水深度脫硫，要求扒渣干凈。2）頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉，轉(zhuǎn)爐吹煉降C、除P；采用硅鋁復(fù)合脫氧控制Al2O3夾雜物的形成量；采用含鋁粉的改質(zhì)劑對大包渣改質(zhì)以降低渣的氧化性。3）LF精煉中加入石灰脫硫，喂入鈣線對夾雜物進(jìn)行變性處理，喂入鈦線進(jìn)行合金化處理并對成分微調(diào)，靜吹10 min利于夾雜物上浮。4）連鑄時(shí)采取低過熱度澆注（過熱度控制在+15～30℃）和全程保護(hù)澆注（堿性覆蓋劑和包晶鋼保護(hù)渣），穩(wěn)定澆鑄階段拉速控制在1.1～1.3 m/min。5）鑄坯尺寸:175 mm×1 270 mm×11 800 mm。6）鑄坯質(zhì)量:連鑄坯低倍中心偏析C類0.5級，內(nèi)部質(zhì)量良好，滿足質(zhì)量要求。7）成分控制:最終成分控制良好，基本元素和Nb、Ti合金元素含量均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

3.2熱連軋

1）力學(xué)性能:HC340LA熱軋卷的力學(xué)性能如表3所示，可以看出，熱軋卷取溫度低的鋼卷，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高、伸長率低、屈強(qiáng)比低。

表3　兩支HC340LA熱軋卷的力學(xué)性能

2）金相組織:HC340LA熱軋卷的金相組織如圖1所示。相組成為鐵素體+珠光體（少量），晶粒度10～11.5級，未見明顯夾雜物。在鐵素體晶內(nèi)和晶界有一定數(shù)量的碳化物析出，主要強(qiáng)化機(jī)理為細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。由金相圖可看出，強(qiáng)度較高的鋼組織中珠光體與析出碳化物含量相對較多。

圖1　兩支HC340LA熱軋卷的金相組織

3）外觀質(zhì)量:熱軋后鋼卷邊部未見裂紋、麻坑等缺陷，整個(gè)鋼卷表面也未見氧化鐵皮壓入、輥印、劃痕等缺陷；板型質(zhì)量與卷曲質(zhì)量較好，未出現(xiàn)浪形與錯(cuò)層等缺陷。

3.3酸洗與冷軋

1）力學(xué)性能:酸洗后HC340LA冷硬卷性能指標(biāo)見表4。由表4可看出，冷軋總壓下率大的鋼卷，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高、伸長率低。

表4　兩支HC340LA冷硬卷的力學(xué)性能

2）金相組織:酸洗后HC340LA冷硬卷金相組織如圖2所示。相組成為鐵素體+珠光體（少量），晶粒纖維狀組織和部分餅形晶粒，未見明顯夾雜物。冷軋總壓下率大的鋼卷，其纖維狀越細(xì)長。

圖2　兩支HC340LA冷硬卷的金相組織

3）外觀質(zhì)量:酸洗切邊和卷取質(zhì)量良好；冷軋后邊部、表面和板形質(zhì)量良好，冷軋后存在一定的寬展量（+3～7 mm），軋制道次越多寬度量越大。

3.4罩式退火與精整

1）罩式退火工藝:加熱和保溫過程完成了變形金屬的回復(fù)和再結(jié)晶，獲得無變形的等軸體晶粒，實(shí)現(xiàn)冷軋板的強(qiáng)度和硬度降低，塑性和韌性提高；改進(jìn)退火冷軋和熱點(diǎn)溫度，適時(shí)保溫獲得完全再結(jié)晶的鐵素體基體，緩慢加熱有利于獲得接近平衡態(tài)的退火組織和性能；全氫罩式退火爐的還原性氣氛，保證了退火過程中基本不脫碳且有利于去除表面油污氧化膜等，獲得光亮表面；采用3段式冷卻，避免連退快冷導(dǎo)致的較大帶鋼內(nèi)應(yīng)力，有利于改善板形質(zhì)量。析出和固溶是微合金化元素的兩種存在形式，析出物通過晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的提高，其根本的機(jī)理是阻止奧氏體晶粒長大，延遲熱變形過程中的再結(jié)晶，改變再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)［2］。

2）力學(xué)性能:罩式退火與精整后HC340LA鋼卷的性能指標(biāo)見表5。

表5　兩支HC340LA退火卷的力學(xué)性能

由表5可看出，罩式退火保溫時(shí)間短、精整延伸率大，其抗拉強(qiáng)度高、屈強(qiáng)比低，屈服強(qiáng)度與伸長率變化不大。研究表明:屈服強(qiáng)度與位錯(cuò)開動(dòng)相關(guān)，抗拉強(qiáng)度與晶粒大小相關(guān)，從數(shù)據(jù)看與變化規(guī)律是一致的，并且伸長率指標(biāo)比標(biāo)準(zhǔn)高出許多，有利于后續(xù)加工的沖壓變形。

3）金相組織:罩式退火與精整后HC340LA鋼卷金相組織如圖3所示，相組成為鐵素體+極少量彌散分布的細(xì)小珠光體。由于碳含量少（＜0.1%），最終組織幾乎全為鐵素體，在鐵素體晶內(nèi)和晶界有少量的碳化物析出。其強(qiáng)化機(jī)制主要是微合金元素的細(xì)晶強(qiáng)化與析出強(qiáng)化。晶粒呈等軸晶狀且晶粒大小較均勻，未見明顯夾雜物。由圖3可看出，冷軋總壓下率大、保溫時(shí)間短的鋼卷，其晶粒相對細(xì)小，卷號T150817901的鋼卷晶粒度約10～10.5級（圖3a），T150817802的晶粒度約11～11.5級（圖3b）。

圖3　兩支HC340LA退火卷的金相組織

4　結(jié)語

采用傳統(tǒng)的冶煉連鑄、熱連軋、酸洗、可逆冷軋、罩式退火、平整等生產(chǎn)工序，通過優(yōu)化合金體系設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程控制，分析工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能的影響，成功開發(fā)了汽車用冷軋低合金高強(qiáng)鋼HC340LA并實(shí)現(xiàn)了訂單生產(chǎn)，各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求且有較大富余量。通過了汽車用戶的推廣應(yīng)用且得到認(rèn)可，促進(jìn)了山東鋼鐵冷軋產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整。

［1］王娜，崔勇，劉曉峰.冷軋工藝對低合金高強(qiáng)鋼CR340LA力學(xué)性能的影響研究［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2012（S1）:47-51.

［2］劉再旺，劉李斌，尉冬，等.340 MPa級HSLA鋼汽車板的開發(fā)及組織性能研究［C］//第八屆（2111）中國鋼鐵年會論文集，2011.

Abstrraacctt::The production processes were controlled and optimized from steelmaking，hot rolling，cold rolling，batch annealing and finishing.The effects of process parameters on mechanical properties and microstructure of HC340LA was analyzed.The cold-rolled high strength low alloy steel used in automobile for HC340LA was developed successfully under the batch annealing processing，and the order production was realized.All mechanical performance indexes were up to the standard requirements and there was a larger surplus capacity.

Key worrddss::low alloy high strength steel；HC340LA steel；cold rolling；batch annealing；mechanical property；microstructure

Development and Application of Cold Rolled Low Alloy High Strength Steel HC340LA for Automobile

YIN Cuilan
（The Iron and Steel Research Institute of Shandong Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TG142.33

A

1004-4620（2016）05-0001-02

2016-05-16

尹翠蘭，女，1985年生，2007年畢業(yè)于江西理工大學(xué)金屬材料工程專業(yè)?，F(xiàn)為山東鋼鐵集團(tuán)有限公司鋼鐵研究院工程師，從事冷軋汽車用鋼的技術(shù)研發(fā)工作。