熱軋酸洗鋼卷SAPH440的工藝優(yōu)化

供稿|于立偉，王旭生，康海軍，楊得草 /

熱軋酸洗板以其較高的性價(jià)比、優(yōu)良的表面質(zhì)量和穩(wěn)定的性能替代了很多冷軋和熱軋產(chǎn)品，熱軋酸洗板已逐漸為廣大汽車用戶所認(rèn)可。SAPH440熱軋酸洗板為440 MPa抗拉強(qiáng)度級汽車結(jié)構(gòu)鋼板，一般用于汽車底盤成形結(jié)構(gòu)件，如橫梁、縱梁等，該產(chǎn)品在國內(nèi)外汽車制造行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[1]。熱軋酸洗板主要以厚度≤4.0 mm的薄規(guī)格產(chǎn)品為主，其中厚度≤2.0 mm的產(chǎn)品最受歡迎。

目前，本鋼具有成熟的SAPH440熱軋酸洗產(chǎn)品的表面控制措施，可以生產(chǎn)表面質(zhì)量優(yōu)良的SAPH440熱軋酸洗產(chǎn)品。隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，汽車零部件對原材料產(chǎn)品性能的要求不斷提高，低屈服強(qiáng)度和高擴(kuò)孔率等個(gè)性化需求打破了原有工藝的單一格局，常規(guī)產(chǎn)品的工藝定位無法滿足個(gè)性化需求，促使本鋼對SAPH440熱軋酸洗鋼卷的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，以滿足個(gè)性化需求的組織性能。

本文主要介紹了本鋼SAPH440熱軋酸洗鋼卷為滿足個(gè)性化需求而進(jìn)行工藝優(yōu)化的過程，以及優(yōu)化前后組織和性能情況。

SAPH440主要指標(biāo)

SAPH440是日標(biāo)JIS G3113中的牌號，主要指標(biāo)來源于該標(biāo)準(zhǔn)，但為適應(yīng)本鋼實(shí)際和用戶需求，部分指標(biāo)更加嚴(yán)格。主要化學(xué)成分要求如表1所示。表2是鋼板厚度為6.0 mm以下的熱軋酸洗板的力學(xué)性能要求。

表1 SAPH440化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

優(yōu)化前生產(chǎn)工藝

工藝路徑

工藝流程：爐外精煉→連鑄→加熱→熱連軋→層流冷卻→卷取→性能檢測→平整→酸洗→包裝出廠。

爐外精煉的主要作用是精調(diào)化學(xué)成分、深度脫硫、凈化鋼水等。層流冷卻主要控制帶鋼的冷卻速度和卷取溫度，卷取溫度設(shè)定為600～680℃，以獲得所需的組織，從而達(dá)到所需的性能。從連鑄到酸洗，所有工序都要嚴(yán)格控制表面質(zhì)量的措施，以獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量。

成分設(shè)計(jì)

常規(guī)SAPH440采用C-Mn-Nb的成分設(shè)計(jì)，如表3所示。按該化學(xué)成分設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)的SAPH440為多邊形鐵素體+珠光體組織，碳氮化鈮在鐵素體中析出，強(qiáng)化鐵素體，生產(chǎn)的鋼卷具有生產(chǎn)穩(wěn)定性強(qiáng)、性能穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

表2 力學(xué)性能要求

表3 常規(guī)SAPH440化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

組織和性能

常規(guī)SAPH440典型組織如圖1所示，為多邊形鐵素體+珠光體組織，鐵素體平均晶粒度12級左右，細(xì)小均勻；板厚中心位置組織常呈帶狀分布，不高于3級，但對常規(guī)的成形使用影響不大；非金屬夾雜物等級低于1.5級。

常規(guī)SAPH440的典型性能如表4所示，屈服強(qiáng)度高于400 MPa，鈮的析出強(qiáng)化作用對屈服強(qiáng)度的提高更為明顯。

低屈服強(qiáng)度SAPH440工藝優(yōu)化

常規(guī)工藝生產(chǎn)的SAPH440屈服強(qiáng)度較高，不利于加工成形，因此客戶提出降低屈服強(qiáng)度來提高成形性能的需求。根據(jù)SAPH440標(biāo)準(zhǔn)和客戶需求，低屈服強(qiáng)度SAPH440的不添加鈮、鈦等合金元素，避免鈮、鈦等元素的析出強(qiáng)化鐵素體，并采用適當(dāng)提高碳含量，從而獲得較低的屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比。產(chǎn)品組織依然為鐵素體+珠光體，因此卷取溫度設(shè)定不變。

優(yōu)化成分設(shè)計(jì)

低屈服強(qiáng)度SAPH440需在保障較低的屈服強(qiáng)度的同時(shí)滿足抗拉強(qiáng)度的要求，不添加鈮合金后，抗拉強(qiáng)度會明顯降低，需提高錳含量和碳含量來提高抗拉強(qiáng)度。碳和錳均為固溶強(qiáng)化，不會大幅提高屈服強(qiáng)度，并且碳對抗拉強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于屈服強(qiáng)度，有利于獲得較低的屈服強(qiáng)度。低屈服強(qiáng)度SAPH440化學(xué)成分優(yōu)化如表5所示。

圖1 常規(guī)SAPH440組織

表4 常規(guī)SAPH440力學(xué)性能

典型組織和性能

低屈服強(qiáng)度SAPH440典型組織如圖2所示，為多邊形鐵素體+珠光體組織，鐵素體平均晶粒度為12級左右；板厚中心位置帶狀組織較重，評定等級為3級左右；非金屬夾雜物等級低于1.5級。由于碳含量的增加，導(dǎo)致奧氏體在組織轉(zhuǎn)變過程中形成了更多的珠光體。

表5 低屈服強(qiáng)度SAPH440化學(xué)成分優(yōu)化(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖2 低屈服強(qiáng)度SAPH440典型組織

表6 低屈服強(qiáng)度SAPH440力學(xué)性能

高擴(kuò)孔率SAPH440工藝優(yōu)化

擴(kuò)孔性能作為一項(xiàng)成形性能指標(biāo)，反映的是在擴(kuò)孔過程中鋼板抵抗因孔緣局部伸長變形過大而在垂直于孔緣方向上引起局部開裂的能力。高擴(kuò)孔率SAPH440主要用于有內(nèi)凹翻邊成形要求的零部件，鋼板擴(kuò)孔性能主要代表的就是鋼板內(nèi)凹翻邊成形的能力[2]。常規(guī)SAPH440擴(kuò)孔率為60%左右，在實(shí)際應(yīng)用中，開孔部位翻邊過程中易開裂。而擴(kuò)孔率≥80%的鋼不易開裂。鐵素體單一相具有高延伸率和高延伸凸緣性能的特點(diǎn)，日本某公司[3]利用此特點(diǎn)成功開發(fā)出780 MPa級的鐵素體和納米級碳化物的高擴(kuò)孔率鋼。目前高擴(kuò)孔鋼多采用鐵素體+貝氏體雙相組織，一般稱為FB高擴(kuò)孔鋼[4]。

單一鐵素體相需要較低的碳含量和大量合金來避免珠光體的生成，合金成本很高，主要應(yīng)用于高強(qiáng)鋼。對于SAPH440產(chǎn)品，不宜采用此種工藝方案。鐵素體+貝氏體雙相組織雖然合金成本較低，但也存在諸多弊端：①貝氏體轉(zhuǎn)變溫度低，生產(chǎn)工藝難度較大；②由于SAPH440強(qiáng)度相對較低，應(yīng)控制鐵素體和貝氏體組織的含量，以免出現(xiàn)強(qiáng)度過高的問題，進(jìn)一步加大生產(chǎn)控制難度；③由于鐵素體+貝氏體雙相鋼采用高硅的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，對熱軋酸洗板來說，高硅形成的氧化鐵皮難于去除，酸洗后鋼板表面條帶狀氧化鐵皮痕跡嚴(yán)重，影響表面質(zhì)量。

本鋼高擴(kuò)孔率SAPH440采用較低的碳含量、較低的卷取溫度等工藝，減少珠光體的形成、彌散珠光體分布，細(xì)化鐵素體晶粒提高擴(kuò)孔率[5]。

主要成分優(yōu)化

高擴(kuò)孔率SAPH440采用低碳工藝，化學(xué)成分優(yōu)化如表7所示。

典型組織和性能

高擴(kuò)孔率SAPH440典型組織如圖3所示，為多邊形鐵素體+珠光體組織，鐵素體平均晶粒度12.5級，珠光體彌散分布；板厚中心位置無帶狀組織；非金屬夾雜物等級低于1.5級。

高擴(kuò)孔率SAPH440的力學(xué)性能如表8所示，擴(kuò)孔率大于110%。

結(jié)束語

(1) 采用適當(dāng)?shù)奶己?，配合熱軋工藝，生產(chǎn)出

低屈服強(qiáng)度SAPH440的典型性能如表6所示，屈服強(qiáng)度一般低于370 MPa，屈強(qiáng)比0.75。質(zhì)量合格的低屈服強(qiáng)度SAPH440熱軋酸洗鋼卷，屈服強(qiáng)度在350 MPa左右，屈強(qiáng)比為0.75。

表7 高擴(kuò)孔率SAPH440化學(xué)成分優(yōu)化(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表8 高擴(kuò)孔率SAPH440力學(xué)性能

圖3 高擴(kuò)孔率SAPH440典型組織

(2) 采用較低的碳含量、較低的卷取溫度等工藝，獲得細(xì)小均勻的鐵素體+珠光體組織，生產(chǎn)出擴(kuò)孔率大于110%的高擴(kuò)孔率SAPH440熱軋酸洗鋼卷。

[1] 吳菊環(huán). 汽車結(jié)構(gòu)用SAPH440熱軋鋼板的試制. 軋鋼，2011，28(1)：63

[2] 張建蘇. 熱軋高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼研究在寶鋼的發(fā)展// 第八屆中國鋼鐵年會. 中國金屬學(xué)會，北京，2011：5

[3] Funakawa Y，Shiozai T，Tomita K，et al. Development of high strength hot rolled sheet steel consisting of ferrite and nanometersized cabides. ISIJ International，2004，44 (11)：1945

[4] Koh-ichi S，Nakano K，Sung-moo S，et al. Retained austenite characteristics and stretch-flangeability of high-strength low-alloy TRIP type bainitic sheet steels. ISIJ International，2002，42 (4)：450

[5] Zhang J S，Chen Z P. The effect of finishing temperatures of fb steel on hole expansion ratio// Proceeding of The 3rdInternational Conference on Advanced Structural Steel. Gyeongju，Korea，2006：904