熱軋酸洗板QStE340TM的生產(chǎn)工藝及組織性能

供稿|王溪剛 / WANG Xi-gang

內(nèi)容導讀

熱軋酸洗板QStE340TM屬于冷成形用高屈服強度汽車結構鋼。本鋼熱軋酸洗板QStE340TM綜合運用鈮、鈦復合微合金化，熱軋控軋控冷工藝，合適的拉矯延伸率、酸溫、酸值及酸洗工藝段速度等手段，獲得了表面粗糙度范圍1.1～1.3 μm、顯微組織細小均勻、晶粒度12.6～13.0級的成品帶鋼。其拉伸性能良好，鋼卷頭中尾及邊中邊性能差異較小，屈服強度差值不超過18 MPa，抗拉強度差值不超過15 MPa，三個方向性能差異較小，屈服強度差值不超過25 MPa，抗拉強度差值不超過16 MPa，冷彎性能及翻遍成型能力優(yōu)良，擴孔率達到76.78%的良好水平。

熱軋酸洗板QStE340TM屬于冷成形用高屈服強度汽車結構鋼，廣泛用于對成型加工性能和強度有較高要求的汽車構架、大梁等汽車結構件，其牌號中的340指的是屈服強度下限，單位是MPa。除熱軋板要求的強度性能、成型性能外，熱軋酸洗板QStE340TM還要求具有良好的表面質量，本文重點介紹本鋼生產(chǎn)的熱軋酸洗板QStE340TM的成分、工藝、組織、性能，有利于用戶的正確選材和該牌號的推廣應用。

技術要求

熱軋酸洗板QStE340TM均屬于鈮、鈦微合金強化鋼種，其成分要求如表1所示。熱軋酸洗板QStE340TM力學性能要求如表2所示。

成分和工藝

熱軋酸洗板QStE340TM通過鈮、鈦微合金強化并結合熱軋、合適的控軋控冷工藝來保證其性能。微合金元素在鋼中與碳、氮形成化合物粒子起析出強化作用，同時微合金元素還可以起到細化晶粒的作用。

成分設計

C是鋼中最基本的強化元素，主要起固溶強化和析出強化作用，C含量過高對鋼的成形性能、韌性和焊接性能有負面影響[1]，本設計C含量控制在0.06%～0.08%；Si在鋼中起固溶強化作用，在提高強度的同時提高鋼板的延伸率，改善鋼板的成形性，但Si含量過高容易使鋼板表面產(chǎn)生紅鐵皮等表面缺陷，所以QStE340TM中Si含量控制在0.10%以下；Mn是固溶強化元素，Mn含量過低會造成鋼的強度不足，過高將增加珠光體比例，珠光體比例增加是鋼板帶狀組織的主要原因之一，為此根據(jù)QStE340TM強度級別將Mn含量控制在0.55%～0.75%；P是鋼中的雜質元素，含量應越低越好；S是鋼中的雜質元素，鋼中硫化物數(shù)量和形態(tài)直接影響鋼板的成形性；Al是脫氧元素，少量的Al可細化晶粒，消除N的有害作用，有利于提高鋼板的成形性能，但是過高易產(chǎn)生夾雜物，Al含量控制范圍為0.015%～0.070%；Nb、Ti的添加可抑制奧氏體的再結晶，大量存在的晶界、位錯、變形帶提高了鐵素體的形核率和長大速率，加速了鐵素體相變，實現(xiàn)細化晶粒的目的[2]。綜上，本鋼熱軋酸洗板QStE340TM的成分設計如表3所示。

表1 化學成分要求(質量分數(shù)，%)

表2 力學性能要求

表3 化學成分(質量分數(shù)，%)

熱軋工藝

結合成分設計，并且為了保證足夠的合金元素固溶于奧氏體中，采用的熱軋加熱溫度為1230～1270℃，同時要控制加熱時間，以免生成嚴重的氧化鐵皮。為保證軋制在奧氏體再結晶區(qū)進行，精軋時終軋溫度應高于Ar3，根據(jù)成分計算出其理論CCT曲線如圖1所示。Ar3點溫度為840℃，實際終軋溫度設定應高于Ar3點40℃左右，則終軋溫度設定目標值880℃，帶鋼出F7后，采用前段連續(xù)冷卻模式，達到較高的冷卻速度以利于細化鐵素體晶粒，卷取溫度控制目標為640℃。

酸洗工藝

本鋼熱軋酸洗機組采用連續(xù)式淺槽紊流酸洗技術，同時配備了帶鋼表面質量檢測系統(tǒng)Parsytec，實現(xiàn)了對帶鋼全長無間斷表面質量檢測。對酸洗產(chǎn)品表面質量而言，拉矯延伸率、酸溫、酸值及帶鋼在工藝段速度是關鍵影響因素。拉矯機通過小輥徑的彎曲作用使熱軋板產(chǎn)生一定的塑性變形，同時通過一定延伸變形改善板形。通過上述變形，可以使帶鋼外表面的裂縫和接觸面更加松散，內(nèi)側的氧化鐵皮斷裂，酸洗更容易。通過不斷優(yōu)化最終確定了1.4%的延伸率。此外，氧化鐵皮溶解過程中產(chǎn)生的氫氣鼓泡可以加速氧化鐵皮的脫落[3]。

酸洗速率有隨著酸液濃度增大及溫度升高而增大。其中，溫度對酸洗速率的影響遠大于濃度。但提高鹽酸溶液的溫度會揮發(fā)和析出更多的酸霧，不利于操作人員和設備工作條件的改善。因此，對鹽酸酸洗而言，通常是通過增加酸液的濃度來提高酸洗效率的。綜上所述，采取如表4所示的酸值和酸溫。

在酸洗工藝段可以通過降低酸洗速度、延長酸洗時間來保證酸洗效果，但酸洗速度過低會嚴重影響產(chǎn)能，也會給機組正常組織生產(chǎn)帶來困難。酸洗速度過高也有可能欠酸洗，故必須結合酸溫及酸值尋找合適的酸洗速度。通過實踐，采用80～100 m/min的酸洗速度。

圖1 CCT曲線

表4 工藝段各槽工藝參數(shù)

性能與組織

選取大生產(chǎn)數(shù)據(jù)中的任意1卷，該卷厚度為2.5 mm，對其進行了拉伸性能、冷彎性能、擴孔性能、表面粗糙度及金相組織檢測，并進行了全面分析。

拉伸性能

拉伸性能檢測采用標距為80 mm的板狀拉伸試樣，在Zwick拉伸實驗機上進行拉伸實驗，對帶鋼的頭、中、尾及邊、中、邊取拉伸樣進行性能測試，按照0°、45°、90°三個方向分析力學性能，每個方向3根拉伸樣，則共計81根拉伸樣。實驗結果取相同方向3根試樣的平均值，詳細檢測結果見表5。

從表5可以看出，頭、中、尾及邊、中、邊性能差異較小，屈服強度差值不超過18 MPa、抗拉強度差值不超過15 MPa，延伸率差異不超過8%。

表5 拉伸性能

三個方向性能差異較小，屈服強度差值不超過25 MPa、抗拉強度差值不超過16 MPa，延伸率差異不超過7%。

冷彎性能

彎曲實驗采用尺寸為25 mm×220 mm的長方形試樣，長度方向垂直于軋制方向，在RIST BW-500彎曲實驗機上進行180°彎曲實驗，彎心直徑d=0.5a，彎曲角度α=180°，彎曲脊線與軋制方向平行，6根試樣在彎曲后外表面上沒有發(fā)現(xiàn)表面裂紋，實驗結果達到A1完好級別(見圖2)，冷彎性能優(yōu)良。

圖2 冷彎性能

擴孔性能

在板材成形過程中，翻邊成形工藝是一種常見的成形工藝，這種工藝具有增加成形件的剛性、連接焊接搭頭和延長管頸深度的作用，因此被普遍采用。大多數(shù)板材的檢測指標只能進行間接的評價，而擴孔實驗是一種模擬實驗，它能直接表征汽車專用板材在擴孔時孔邊的翻邊成形能力[4]。為了評估QStE340TM的翻邊成形能力，進行了擴孔性能檢測，取樣位置在熱軋鋼卷的頭部，試樣采用的是邊長100 mm的方片，預制圓孔初始直徑d0=10.7 mm，擴孔率達到了76.78%的良好水平，詳見表6。

表6 擴孔性能

表面粗糙度

熱軋酸洗板表面粗糙度對后續(xù)的沖壓及涂裝工序均有重要影響，目前用戶比較認可的粗糙度范圍是0.8～2.0 μm，采用SJ-410表面粗糙度測量儀進行粗糙度測量，其輪廓算術平均偏差Ra數(shù)值如表7所示。從表7可以看出，表面粗糙度范圍在1.1～1.3 μm之間，該粗糙度值較好的滿足了用戶需求。

表7 粗糙度(Ra/μm)

金相組織

顯微組織為鐵素體+珠光體，晶粒度12.6～13.0級，詳見表8。

表8 顯微組織及晶粒度

對頭、中、尾三個部位取金相樣，相應的金相圖片見圖3，可以看出晶粒細小均勻，差異較小。

結束語

(1) QStE340TM采用鈮、鈦復合微合金化，經(jīng)過熱軋控軋控冷工藝及后續(xù)合適的酸洗工藝可獲得顯微組織細小均勻，晶粒度在12.6～13.0級之間，表面粗糙度為1.1～1.3 μm的成品帶鋼。

圖3 顯微組織

(2) 本鋼熱軋酸洗板QStE340TM拉伸性能較好，頭、中、尾及邊、中、邊性能差異較小，屈服強度差值不超過18 MPa、抗拉強度差值不超過15 MPa，延伸率差異不超過8%。三個方向性能差異較小，屈服強度差值不超過25 MPa、抗拉強度差值不超過16 MPa，延伸率差異不超過7%。

(3) QStE340TM冷彎性能及擴孔性能良好，彎心直徑d=0.5a，彎曲角度α=180°，冷彎實驗結果達到A1完好級別，擴孔率達到了76.78%的良好水平。

攝影 杜毅銘