熱軋高強(qiáng)度汽車用鋼BG700L的試制開發(fā)

趙亮

（新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部）

1 前言

隨著西部大開發(fā)的不斷推進(jìn)，新疆的汽車制造業(yè)得到了長足發(fā)展，東風(fēng)、陜汽、大眾、廣汽等車企相繼落戶新疆，但受制于新疆配套產(chǎn)業(yè)鏈還不完善，大多車企采用零件組裝模式，即零件從車企的配套廠發(fā)運(yùn)至新疆，然后進(jìn)行總裝，導(dǎo)致整車物流成本較高且交付時間存在不確定性。八鋼根據(jù)市場需要，開發(fā)生產(chǎn)了汽車用鋼，產(chǎn)品涵蓋乘用車、商用車車輪、大梁、上裝、傳動系統(tǒng)等各個結(jié)構(gòu)件，其中尤以商用車結(jié)構(gòu)件居多。疆內(nèi)專業(yè)商用車上裝制造企業(yè)使用八鋼熱軋線生產(chǎn)的汽車用鋼產(chǎn)品，八鋼為用戶生產(chǎn)商用車車廂，既降低了車企物流成本，又能保證及時交付。

隨著國家對商用車超載、限重等管控措施的提高，用戶對商用車輕量化、低油耗、結(jié)構(gòu)件高強(qiáng)度、高安全性能的要求也越來越高。八鋼公司生產(chǎn)的SQ590L、B610L汽車用鋼產(chǎn)品不能滿足輕量化趨勢的需求。為應(yīng)對市場需求變化，八鋼在熱軋產(chǎn)線試制開發(fā)了抗拉強(qiáng)度700MPa、屈服強(qiáng)度600MPa的BG700L熱軋汽車用鋼。

2 BG700L熱軋汽車用鋼技術(shù)要求

2.1 BG700L性能要求

高強(qiáng)度汽車用鋼原材料BG700L用作商用車大梁、上裝的主要承重結(jié)構(gòu)件，其制作過程及工作狀況不僅要求產(chǎn)品要具備一定的塑韌性、冷彎及焊接性能要求，在西北地區(qū)冬季還要能夠承受低溫沖擊。BG700L具體的力學(xué)性能及工藝技術(shù)指標(biāo)見表1，為了保證其焊接性能，要求碳當(dāng)量CEV≤0.35。

表1 BG700L力學(xué)性能及工藝技術(shù)指標(biāo)

除了屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與國標(biāo)《汽車大梁用熱軋鋼板和鋼帶》GB/T3273-2015保持一致，要求代表材料內(nèi)質(zhì)的指標(biāo)，如延伸率、晶粒度、帶狀組織等均高于標(biāo)準(zhǔn)要求，新增的低溫沖擊指標(biāo)要滿足產(chǎn)品在低溫環(huán)境下能夠承受沖擊載荷的工況要求。

2.2 合金成分設(shè)計

基于用戶使用要求以及成本考慮，BG700L成分設(shè)計并沒有采用常用的Nb+V強(qiáng)化設(shè)計，采用了Ti強(qiáng)化為主、Nb輔助強(qiáng)化的Ti+Nb設(shè)計，設(shè)計成分見表2。

表2 BG700L化學(xué)成分 %

設(shè)計采用了適當(dāng)?shù)腃、Si、Mn含量，既可以充分發(fā)揮其固溶強(qiáng)化的作用，同時又可減少偏析發(fā)生的概率，確保產(chǎn)品的低溫沖擊性能。有關(guān)試驗研究表明，每增加0.10%C能提高屈服強(qiáng)度28MPa、抗拉強(qiáng)度約70MPa。碳含量增加的同時對鋼的韌塑性和焊接性損害較大。Mn和Si都是置換固溶強(qiáng)化元素，過高的Mn含量會形成MnS偏析帶，過高的Si含量由于加熱時形成硅酸亞鐵而影響后期產(chǎn)品的表面質(zhì)量。添加Ti、Nb合金元素，一方面發(fā)揮其析出強(qiáng)化作用，同時有利于控制加熱溫度，利用TiN抑制初始奧氏體長大的作用，利于后期控制軋制進(jìn)一步細(xì)化晶粒、提高鋼材強(qiáng)度、沖擊性能。

3 BG700L試制及主要工藝參數(shù)控制

BG700L產(chǎn)品工藝路徑設(shè)計：鐵水脫硫處理-120t轉(zhuǎn)爐-LF爐精煉-板坯連鑄-板坯落地檢驗-加熱-1750mm軋制-層流冷卻-收集-標(biāo)識-入庫

3.1 煉鋼工藝控制

為確保產(chǎn)品的低溫沖擊性能，煉鋼生產(chǎn)過程中對鐵水硫、磷夾雜物的含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，對轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄工序的工藝參數(shù)按照高級別管線鋼的要求進(jìn)行高設(shè)定。

（1）鐵水預(yù)處理。鐵水脫硫處理后，滿足[S]≤0.005%，[P]≤0.10%;溫度≥1250℃。

（2）轉(zhuǎn)爐冶煉，轉(zhuǎn)爐底吹必須完好，全程吹氬。轉(zhuǎn)爐出鋼[C]≤0.055%，[P]≤0.012% ，[S]≤0.008% ，出鋼目標(biāo)時間t≥3.5min，必須嚴(yán)格擋渣，鋼水回磷≤0.003%。

（3）LF精煉，目的是提溫、調(diào)整成分、脫硫、去除夾雜、鈣處理。

（4）連鑄要求，連鑄采用全程氬氣保護(hù)澆注，連鑄中包開澆第一爐中包鋼水過熱度≤45℃，連澆爐中包TD過熱度控制在≤30℃。結(jié)晶器潤滑和中間包保溫采用管線鋼專用保護(hù)渣和（IF鋼）覆蓋劑。最大拉速1.20m/min；正常拉速控制范圍0.80～1.10m/min，結(jié)晶器鋼水液面波動控制在±5mm范圍內(nèi)。

板坯質(zhì)量要求：不得有角縱裂、角橫裂、星形裂紋以及嚴(yán)重的結(jié)疤、毛刺或其它影響軋制質(zhì)量的缺陷，板坯中C類偏析≤2.5。

3.3 熱軋工藝控制

熱軋作為最終產(chǎn)品，其生產(chǎn)工序中的溫度、壓下、冷卻規(guī)程的參數(shù)設(shè)計與過程控制決定了產(chǎn)品的最終性能，為此，對熱軋工序關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

（1）溫度規(guī)程。為充分發(fā)揮Ti、Nb合金元素的析出強(qiáng)化作用，首先在加熱階段就必須使其固溶，加熱溫度控制在1220～1280℃。為確保奧氏體區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)軋制，必須嚴(yán)格控制粗軋、精軋終軋溫度。

（2）壓下規(guī)程。粗軋道次主要是為了充分破碎奧氏體晶粒，前兩道次在設(shè)備能力允許的情況下盡可能采用大壓下，為保證精軋累計變形量，中間坯厚度設(shè)定為46～50mm。精軋主要控制產(chǎn)品的尺寸、板形，負(fù)荷分配順次降低，特別是末道次為確保板形，負(fù)荷不超過10%。

（3）冷卻規(guī)程。八鋼1750mm熱軋機(jī)組的層冷粗調(diào)段具備有加密冷卻段，可實現(xiàn)快速冷卻。通過軋后的快速冷卻工藝控制，能夠很好地實現(xiàn)Ti、Nb合金析出強(qiáng)化、相變強(qiáng)化對強(qiáng)度起到貢獻(xiàn)。根據(jù)以往生產(chǎn)高強(qiáng)鋼的經(jīng)驗，為使產(chǎn)品的力學(xué)、沖擊韌性等性能滿足使用要求，將卷取溫度設(shè)定在530～570℃。

4 產(chǎn)品質(zhì)量檢測分析

BG700L試驗鋼在120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉，再經(jīng)過LF爐精煉，鋼水經(jīng)喂CaSi線后，連鑄板坯的厚度220mm。熱軋工藝經(jīng)多次實踐優(yōu)化，試制的BG700L規(guī)格為8mm×1500mm。對最終生產(chǎn)出的BG700L產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測分析。

4.1 化學(xué)成分

試驗鋼在八鋼120t轉(zhuǎn)爐冶煉，實際成分見表3。

表3 BG700L的化學(xué)成分實績 %

由表3可知，化學(xué)成分滿足設(shè)計要求。

4.2 力學(xué)性能

取8mm厚度的BG700L試樣進(jìn)行拉伸檢測試驗，為研究產(chǎn)品各向力學(xué)性能差異，取樣后分別制取了橫向、縱向和45°三個方向的拉伸試樣，檢測結(jié)果見表4。

表4 BG700L各向力學(xué)性能

從表4可以看出，BG700L熱軋高強(qiáng)鋼橫向強(qiáng)度性能強(qiáng)度滿足國標(biāo)《汽車大梁用熱軋鋼板和鋼帶》GB/T3273-2015的標(biāo)準(zhǔn)要求，同時不同方向的力學(xué)性能差異也較小，強(qiáng)度差別在25MPa以內(nèi)，有利于鋼板的冷成型加工。

4.3 沖擊試驗

由于該型商用車在新疆境內(nèi)使用，冬季環(huán)境溫度低，必須檢測產(chǎn)品的低溫沖擊韌性。制取了10mm×5mm×55mm試樣，開V形坡口，進(jìn)行了0℃、-20℃、-40℃三個溫度的沖擊試驗，結(jié)果見表5。

表5 BG700L系列沖擊性能

檢測結(jié)果表明，BG700L具有較好的低溫沖擊性能，完全達(dá)到設(shè)計要求。

4.5 金相組織與夾雜物分析

BG700L產(chǎn)品的組織為鐵素體+貝氏體+少量珠光體，晶粒度11.5級，見圖1。帶狀組織1.5級，見圖2。非金屬夾雜D類1.0級，見表6。夾雜物評級結(jié)果說明煉鋼環(huán)節(jié)經(jīng)過LF精煉處理后，鋼質(zhì)較為純凈，夾雜物含量少，再加上熱軋工序有效的細(xì)化晶粒措施，提升了產(chǎn)品的低溫沖擊性能。

圖1 金相組織

圖2 帶狀組織

表6 非金屬夾雜物

5 結(jié)束語

八鋼公司開發(fā)的高強(qiáng)度汽車用鋼BG700L供新疆某商用車上裝制造廠批量使用了400余噸。用戶反饋，在制作車廂過程中，鋼板成形性能良好，折彎無開裂情況，焊接性能良好。冬季在礦山使用，車廂經(jīng)受住了低溫沖擊載荷考驗，得到了用戶的認(rèn)可。

BG700L高強(qiáng)度汽車用鋼的開發(fā)研究及實踐表明：以Ti合金為主的成分設(shè)計，采用合適的控軋控冷工藝生產(chǎn)的BG700L高強(qiáng)度汽車用鋼，m≥700MPa、el≥600MPa、≥18%及良好低溫沖擊性能，產(chǎn)品性能滿足用戶使用要求。在八鋼1750mm產(chǎn)線可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。