汽車用優(yōu)特鋼的生產(chǎn)工藝研究與探討

石秋生

摘 要：結(jié)合當(dāng)前我國汽車用鋼的發(fā)展情況，結(jié)合汽車用優(yōu)特鋼材質(zhì)量的相關(guān)要求加以分析，并簡要地闡述汽車用鋼材的未來發(fā)展趨勢為“無缺陷，近終化”方向，有針對性地研究關(guān)于汽車用優(yōu)特鋼的生產(chǎn)工藝以及控制方法。

關(guān)鍵詞：汽車用鋼；生產(chǎn)工藝；無缺陷

中圖分類號：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

韶鋼具備年產(chǎn)650萬t的生產(chǎn)能力，形成以“燒結(jié)→煉鐵→轉(zhuǎn)爐煉鋼→精煉→連鑄→連軋→精整”特鋼長流程。其中特棒廠合金棒材產(chǎn)能82萬t，該廠自2012年投產(chǎn)以來，經(jīng)過6年的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，逐步形成以45#為代表的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、40Cr和CrMo系列的合金結(jié)構(gòu)鋼、以20CrMnTi為代表的齒輪鋼、以GCr15為代表的軸承鋼、以60Si2Mn為代表的彈簧鋼，五大系列產(chǎn)品的生產(chǎn)格局。

汽車產(chǎn)業(yè)在當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過程中發(fā)揮出越來越重要的作用，加大對汽車產(chǎn)業(yè)扶持力度的同時對汽車消費(fèi)市場著重培養(yǎng)。當(dāng)前社會各界在不斷關(guān)注下使汽車產(chǎn)品發(fā)朝著安全性、輕量化、環(huán)保型以及成本低廉的方向發(fā)展，在這種情況下，人們對于汽車用鋼在均質(zhì)化、易切削性以及高表面質(zhì)量等方面的要求較之從前也越來越高，因此也使汽車工業(yè)對于無缺陷和非調(diào)質(zhì)鋼材的需求量變得越來越大，基于這種情況，對“無缺陷、近終化”性價比較高的汽車用鋼的量化成產(chǎn)也就成了未來汽車用鋼的發(fā)展方向。

1 汽車用無缺陷優(yōu)特鋼材的質(zhì)量要求

汽車用優(yōu)特鋼的主要類型包括以下幾種：合金結(jié)構(gòu)鋼材、易切削鋼材、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、非調(diào)質(zhì)鋼和耐熱鋼等，這些不同類型的優(yōu)特鋼主要是被應(yīng)用在汽車的軸承、齒輪、螺栓螺母、彈簧等一系列零部件的生產(chǎn)之中，在對這些特殊類型鋼材進(jìn)行應(yīng)用的過程中可以使零部件的穩(wěn)定性和使用壽命都得到明顯的提高，而且所使用鋼材的質(zhì)量與汽車整體的穩(wěn)定性和安全性有著極為密切的關(guān)系。想要使汽車配件的質(zhì)量得到充分的保障就必須用一些純度相對較高，且無論是內(nèi)部還是表面都沒有氣孔或者裂紋以及大型夾雜物等?；谶@種情況我們所說的汽車用無缺陷鋼材主要是指無表面和內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)宏觀和微觀缺陷檢測以及質(zhì)量性能較為穩(wěn)定的鋼材。

2 汽車用無缺陷優(yōu)特鋼材的生產(chǎn)工藝流程

為了使高質(zhì)量無缺陷汽車用優(yōu)特鋼達(dá)到生產(chǎn)質(zhì)量方面的要求，就需要具有較為先進(jìn)的生產(chǎn)工藝流程以及控制和檢測質(zhì)量的相關(guān)方法。在我國的一些較大的鋼材廠中，為了提高汽車用鋼的質(zhì)量特性而特意對汽車用鋼生產(chǎn)線進(jìn)行了一定的改造和升級，改造后的生產(chǎn)流程在應(yīng)用的過程中可以實(shí)現(xiàn)對高質(zhì)量無缺陷汽車用優(yōu)特鋼的生產(chǎn)。

2.1 汽車用無缺陷鋼材生產(chǎn)工藝技術(shù)

當(dāng)前形勢下的汽車用無缺陷鋼材生產(chǎn)技術(shù)主要包括了煉鋼、軋鋼、探傷等多種較為先進(jìn)的工藝技術(shù)，在以先進(jìn)工藝技術(shù)和裝備為基礎(chǔ)來對無缺陷鋼材進(jìn)行生產(chǎn)的過程中還需要對一些較為合理的生產(chǎn)工藝進(jìn)行制定，并且通過對系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中各種公益參數(shù)和設(shè)備的優(yōu)化，進(jìn)而使整個生產(chǎn)工藝的流程具有較好的穩(wěn)定性。

2.1.1 低氧鋼生產(chǎn)技術(shù)

鋼水的窄成分控制、鋼水的純凈度以及夾雜物控制是特殊鋼生產(chǎn)普遍存在的難點(diǎn)。避免鋼水發(fā)生過氧化和出鋼下渣是生產(chǎn)流程之中降低溶解氧含量的一種主要的方法，結(jié)合鋼種的差異性要求需要對合適的終點(diǎn)碳加以控制，在此基礎(chǔ)上還要保證鋼水出鋼的預(yù)脫氧操作具有一定的合理性，對偏心爐底出鋼技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，由此就可以實(shí)現(xiàn)無渣出鋼的效果。整個出鋼的過程中可以結(jié)合終點(diǎn)碳以及鋼種的實(shí)際情況來將適量的優(yōu)質(zhì)增碳劑加入鋼包之中，由此在發(fā)生碳氧反應(yīng)之中生成出來的一氧化碳?xì)怏w能夠順利排出，對于一些鋼水或者渣層來說，不沾污鋼液能夠起到一定的攪拌作用。隨后再將適量的強(qiáng)脫氧劑加入鋼包之中進(jìn)行深脫氧，使整個預(yù)脫氧的效果得以提高。

2.1.2 鋼中氮含量控制技術(shù)

轉(zhuǎn)爐的一個較大優(yōu)勢在于對低碳鋼的生產(chǎn)，在電爐之中對低碳鋼的生產(chǎn)會較為困難，隨著近些年來電爐熱裝鐵水工藝被越來越廣泛的應(yīng)用，在連鑄和煉鋼生產(chǎn)過程中降氮控制技術(shù)水平得到提升的情況下，電爐鋼中的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)得到了較為明顯的降低，而且一些先進(jìn)廠家通過冶煉過程中鐵水比的控制、低氮吹煉、脫氧劑的投入時間以及鋼包渣改質(zhì)劑的調(diào)節(jié)可以將產(chǎn)品N含量控制在≤30 ppm，使汽車用鋼的更高要求得到了滿足。

2.1.3 鋼中Ti的控制技術(shù)

Ti 在鋼材中的存在大大降低了下游產(chǎn)品的使用壽命，因此軸承鋼中Ti的控制成了重點(diǎn)。SKF Grade 3要求Ti<13 ppm，出鋼前一般向爐內(nèi)加入幾百公斤石灰稠花爐渣，減少下渣，防止LF爐增Ti。另外在流程的前端，非Ti原料礦的選用和低Ti合金及渣料的使用也是控制Ti的有效措施。

2.2 無缺陷鋼材的生產(chǎn)技術(shù)

2.2.1 數(shù)字式加熱爐和高壓水除磷技術(shù)

對數(shù)字式自動控制加熱爐進(jìn)行應(yīng)用能夠使加熱溫度得到更加精確的控制，能夠最大程度地減小開扎溫度偏差、同根鋼坯在長度方向與斷面的溫差，進(jìn)而對軋制尺寸的精度進(jìn)行提高。在鋼坯進(jìn)入軋機(jī)中前可以通過在加熱爐出鋼口位置安裝高壓水除磷裝置來向高溫鑄坯的表面位置噴高壓水，由此使坯料表面位置的氧化鐵皮能夠被清除得較為干凈，進(jìn)而有效地避免鋼材的表面被壓入氧化鐵皮和對鋼材表面的質(zhì)量進(jìn)行提高。

2.2.2 對高剛度無扭矩軋機(jī)以及減定徑軋機(jī)技術(shù)加以利用

在對高剛度無扭矩軋機(jī)進(jìn)行應(yīng)用的過程中可以使扎件表面位置遭到劃傷或者出現(xiàn)折疊的問題得到最大程度的降低，進(jìn)而使鋼材尺寸的表面質(zhì)量以及控制精度都得到有效的提高。

對減定徑軋機(jī)進(jìn)行應(yīng)用的過程中可以使鋼材變形更加均勻，并且使所獲得的尺寸公差更加精確，使表面的質(zhì)量更加良好。

2.3 非調(diào)質(zhì)汽車用鋼的生產(chǎn)

大部分的汽車零部件度需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)過調(diào)質(zhì)之后的汽車零件在綜合力學(xué)性能方面相對比較好，該工藝在當(dāng)前的汽車行業(yè)之中得到了較為廣泛的應(yīng)用，然而整個調(diào)質(zhì)處理過程的生產(chǎn)工藝流程相對較長，并且這一工藝也較為復(fù)雜，整個過程中耗能較高且零件的變形量也比較大，而且存在容易出現(xiàn)開裂的問題。為了解決上述的這些問題和使零件整個斷面位置性能的均勻一致性得到有效的提高，當(dāng)前汽車制造行業(yè)之中通過對非調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行應(yīng)用之后在合金資源以及節(jié)約能源等方面取得了較為明顯的效果。

2.4 非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝

高性能汽車中所需的鋼要有較高的潔凈度和較為均勻的組織成分，通過對控冷工藝和控扎工藝進(jìn)行應(yīng)用之后對析出的碳氮化物進(jìn)行控制，由此來使沉淀彌散強(qiáng)化的效果得以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而使鋼材在力學(xué)性能方面的指標(biāo)得到明顯的改善。

2.4.1 微合金化

微合金化冶金技術(shù)的出現(xiàn)是在30年前，是將一些微量的鈮、鈦、釩等碳氮化合物形成的元素加入錳貴鋼和原錳鋼合金成分之中，通過對控冷控扎的方法進(jìn)行利用來使固溶體之中的碳氮化物能夠被高效地析出，在實(shí)現(xiàn)彌散沉淀強(qiáng)化的效果后可以對鋼的耐蝕性和力學(xué)性能進(jìn)行有效的改善。

2.4.2 控扎控冷

這個工藝流程主要包括對鋼坯的保溫和加熱以及快速冷卻等，我們可以通過制作出動態(tài)CCT曲線來對鋼在控冷過程和高溫控扎過程中的連續(xù)轉(zhuǎn)變的規(guī)律加以確定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對合理的控冷工藝以及控扎工藝的獲取。

3 結(jié)語

為了迎合未來汽車工業(yè)發(fā)展的需要，汽車用優(yōu)特鋼的“無缺陷、近終化”品質(zhì)是汽車用鋼未來發(fā)展過程中的一個方向，實(shí)現(xiàn)這一品質(zhì)的效果就必須不斷地對冶金行業(yè)之中的工藝技術(shù)與生產(chǎn)裝備進(jìn)行升級，對品種結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

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