楊志寧

（天津天鐵冶金集團(tuán)技術(shù)中心，河北涉縣056404）

掛車專用結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)實(shí)踐

楊志寧

（天津天鐵冶金集團(tuán)技術(shù)中心，河北涉縣056404）

為滿足用戶需求，天鐵集團(tuán)采用微合金化技術(shù)，發(fā)揮固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化以及細(xì)晶強(qiáng)化作用，生產(chǎn)出780 MPa級(jí)掛車結(jié)構(gòu)鋼。經(jīng)檢驗(yàn)鋼的組織由鐵素體和珠光體組成，晶粒度達(dá)到11級(jí)，性能能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

掛車；結(jié)構(gòu)鋼；微合金化；生產(chǎn)

1 引言

在汽車領(lǐng)域，汽車車身的減重已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。目前要達(dá)到車身減重，可以采用以下2種方法：一是在保持同樣或更高剛度的前提下，降低零件單位面積的重量；二是采用提高零件用材料的強(qiáng)度，重新設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)，在不降低零件使用功能的前提下使零件簡(jiǎn)化或者減少材料使用量。天鐵在對(duì)下游客戶充分調(diào)研后，按照汽車結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的實(shí)際需要進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，建立了友好的合作模式，充分滿足用戶需求，使高強(qiáng)掛車結(jié)構(gòu)鋼研發(fā)取得圓滿成功。

2 成分設(shè)計(jì)

根據(jù)天鐵公司現(xiàn)有的技術(shù)裝備水平，通過(guò)對(duì)汽車生產(chǎn)企業(yè)的走訪，充分了解汽車生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際需要，決定開(kāi)發(fā)抗拉強(qiáng)度500、700、780 MPa 3個(gè)強(qiáng)度級(jí)別的掛車專用結(jié)構(gòu)鋼。3個(gè)級(jí)別中，780 MPa級(jí)掛車鋼生產(chǎn)難度最大。為保證該級(jí)鋼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，決定采用鈮鈦微合金化技術(shù)，以固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化以及細(xì)晶強(qiáng)化作用生產(chǎn)高強(qiáng)鋼。

汽車結(jié)構(gòu)件多以冷彎和焊接而成，在780 MPa掛車結(jié)構(gòu)鋼成分設(shè)計(jì)時(shí)，既要滿足強(qiáng)度需求，又要有一定的韌性和可焊接性。其中，碳作為鋼中主要的強(qiáng)化元素，過(guò)高則會(huì)影響成形性能和焊接性能，因此將C含量控制在0．10%以下。硅是置換固溶強(qiáng)化鐵素體的元素，影響鋼板的成型性能，因此Si含量控制在0．25%以下。錳是重要的強(qiáng)韌性元素，主要作用是細(xì)化鐵素體晶粒和增加珠光體含量，因此將Mn含量控制在1．60%～1．90%。鈮鈦微合金元素根據(jù)鋼的強(qiáng)度級(jí)別進(jìn)行添加，并充分考慮成本因素[1]。依據(jù)成分組織對(duì)力學(xué)性能的影響公式——Pickering公式，合理確定C、Si、Mn的含量。

有害元素S、P含量對(duì)產(chǎn)品的止裂性能和成形性能有很大影響，制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)嚴(yán)格設(shè)計(jì)S、P和夾雜物含量。由上述分析，最終確定了780 MPa級(jí)掛車結(jié)構(gòu)鋼成分及性能要求，見(jiàn)表1。

3 工藝簡(jiǎn)介

天鐵生產(chǎn)780 MPa級(jí)掛車結(jié)構(gòu)鋼工藝路線為：鐵水預(yù)處理→180 t氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF精煉爐→R12 m直弧型雙流板坯連鑄機(jī)→鑄坯檢驗(yàn)→蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐→1 750 mm半連續(xù)式熱帶鋼軋機(jī)軋制→板卷檢驗(yàn)→包裝出廠。

3．1 轉(zhuǎn)爐冶煉

冶煉前期操作以化渣、成渣為主，充分利用強(qiáng)氧化性、高堿度爐渣降低鋼水P含量。終渣堿度R控制3．2～3．8，渣中（FeO）控制在15%左右。出鋼溫度控制在1 655～1 675℃，出鋼時(shí)間大于5 min。采用擋渣帽、擋渣標(biāo)雙擋渣出鋼，擋渣球補(bǔ)充擋渣，嚴(yán)格控制出鋼下渣量，渣層厚度小于等于80 mm。采用鋁餅（鋁鐵）、中碳錳鐵、低碳錳鐵脫氧合金化，出鋼1/3時(shí)加入，保證合金一次配加到位。

LF要求全程微正壓操作，防止空氣吸入，保證還原氣氛。鋼包到位給電升溫，同時(shí)加電石、鋁粒脫氧，并觀察根據(jù)埋弧效果加入適量精煉埋弧渣，以便盡快形成黃白渣（精煉白渣時(shí)間要求大于20 min）且保證良好的埋弧效果。為保證鈣處理效果，使Al2O3夾雜物變性為易于去除的12C·7A，當(dāng)鋼水中Als為0．035%時(shí)鈣鐵線喂入量2．5 m/t，并保證喂線速度在240～260 m/min，鋼水中Als每增加0．010%，喂鈣鐵線量增加113 m/爐。鈣處理后加高堿度大包無(wú)碳覆蓋劑，為保證夾雜物有充分的上浮時(shí)間且不卷渣，渣面以微動(dòng)且不裸露鋼液面為準(zhǔn)無(wú)裸漏然后進(jìn)行軟吹，軟吹時(shí)間8～15 min以上。

3．2 連鑄工序

連鑄開(kāi)澆前用氬氣將中包內(nèi)空氣置換，連鑄要控制好中間包液面，嚴(yán)禁低液面澆鋼，連鑄大包到站至開(kāi)澆時(shí)間不大于10 min。連鑄要根據(jù)鋼水成分，使用中碳高錳保護(hù)渣。大包、中包保護(hù)澆鑄及氬封良好，鋼包長(zhǎng)水口密封圈確保密封完好，保證每爐開(kāi)澆時(shí)套好水口情況下操作，避免鋼水二次氧化。

3．3 軋鋼工序

板坯入爐前要認(rèn)真檢查表面質(zhì)量，修整板坯表面的火切機(jī)毛刺、邊角部的細(xì)小裂紋。為了保證Nb、Ti等元素的固溶強(qiáng)化作用，加熱爐溫度控制在1 250℃。嚴(yán)格控制板坯的加熱時(shí)間、同板差，上下表面溫差，芯表溫度差，保證鋼坯溫度均勻。

表1 780 MPa掛車結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分及性能要求

粗軋軋制階段位于奧氏體再結(jié)晶區(qū)，采用高溫大壓的軋制工藝可以促進(jìn)奧氏體的反復(fù)再結(jié)晶，使奧氏體再結(jié)晶完全，細(xì)化晶粒。因此在軋機(jī)能力允許的前提下，道次壓下率應(yīng)該保證在15%以上。為保證精軋工序工藝要求，調(diào)整軋機(jī)軋制速度，在980℃結(jié)束粗軋。

精軋階段的軋制過(guò)程屬于奧氏體的未再結(jié)晶區(qū)，軋制溫度必須保證低于奧氏體再結(jié)晶溫度。Nb系鋼[2]的未再結(jié)晶溫度一般在在950℃左右。隨意第二階段的開(kāi)軋溫度必須保證950℃之下。在精軋區(qū)域軋制時(shí)，要保證累計(jì)壓下率不低于50%，并且后三道次的壓下率不小于10%，充分利于精軋區(qū)域軋制壓力大，變形速度快，累積變形量大的特點(diǎn)，可以有效改善表面和芯部變形的差異，促進(jìn)晶粒的細(xì)化和均勻性，提高鋼板的強(qiáng)韌性指標(biāo)，因此，在軋機(jī)能力允許的前提下，要根據(jù)不同的成品規(guī)格確定合理的中間坯尺寸，保證精軋區(qū)域的壓下率。

鋼板的性能受終軋溫度影響較大，主要表現(xiàn)在對(duì)細(xì)化晶粒的控制上：過(guò)高的終軋溫度，起不到細(xì)晶作用；過(guò)低的終軋溫度，鋼板的強(qiáng)度有所增加，但對(duì)鋼板的延伸性能造成影響。

根據(jù)上述要求，通過(guò)控制道次變形量調(diào)整中間坯尺寸。嚴(yán)格控制進(jìn)精軋溫度950℃，終軋820℃，卷曲500℃，充分發(fā)揮控軋控冷工藝改善鋼材性能的作用。軋制過(guò)程中全長(zhǎng)、全數(shù)除鱗，保溫罩全部投入使用。

3．4 生產(chǎn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和改進(jìn)措施

3．4．1 浪形的控制

由于用戶裁剪時(shí)使用的是等離子切割方法，且是不對(duì)稱加熱，在裁剪后鋼板出現(xiàn)彎曲影響使用。而在板卷生產(chǎn)、檢驗(yàn)過(guò)程中均未發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)的浪形存在。針對(duì)用戶的意見(jiàn)反饋，加大對(duì)輥型的控制，成功解決了用戶下料過(guò)程中彎曲的問(wèn)題。

3．4．2 塔形的控制

受卷取機(jī)能力限制，在生產(chǎn)780 MPa級(jí)掛車結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，板卷的塔形雖在國(guó)標(biāo)控制范圍內(nèi)，但給用戶開(kāi)平時(shí)帶來(lái)諸多不便。為此在后期生產(chǎn)時(shí)放寬了卷取機(jī)夾送輥電機(jī)電流控制，塔形問(wèn)題得到有效控制。

4 結(jié)果分析

4．1 成分分析

天鐵生產(chǎn)的780 MPa級(jí)掛車結(jié)構(gòu)鋼平均化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 掛車結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分 /%

由表2可見(jiàn)鋼水成分符合設(shè)計(jì)要求，P含量均控制在0．015%以下，S控制在0．005%以下。鋼水質(zhì)量能夠滿足鋼的性能要求。

4．2 力學(xué)性能

780 MPa掛車結(jié)構(gòu)鋼平均屈服強(qiáng)度730 MPa，抗拉強(qiáng)度790 MPa，延伸率19%，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。180°彎曲試驗(yàn)，試樣表面無(wú)裂紋。

4．3 金相組織

780 MPa掛車結(jié)構(gòu)鋼金相組織圖，見(jiàn)圖1。

通過(guò)金相分析，780 MPa掛車結(jié)構(gòu)鋼的組織由鐵素體和珠光體組成，晶粒度達(dá)到11級(jí)，帶狀組織1A。鋼板主要靠細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化2種方式提高強(qiáng)度，這與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初衷相吻合。

5 結(jié)語(yǔ)

天鐵采用微合金化技術(shù)生產(chǎn)780 MPa級(jí)掛車結(jié)構(gòu)鋼，產(chǎn)品性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。微合金化技術(shù)得到應(yīng)用，細(xì)晶強(qiáng)化和固容強(qiáng)化作用機(jī)理得到印證，為其它高強(qiáng)鋼種研發(fā)提供參考。

通過(guò)780 MPa級(jí)掛車結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)實(shí)踐，解決了高強(qiáng)鋼生產(chǎn)過(guò)程中浪形和塔形的控制問(wèn)題。780 MPa級(jí)別掛車結(jié)構(gòu)鋼的開(kāi)發(fā)，充分發(fā)揮了裝備的潛力，通過(guò)與汽車生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合研發(fā)機(jī)制，使得掛車專用結(jié)構(gòu)鋼的開(kāi)發(fā)取得圓滿成功。

圖1 晶粒度、帶狀組織圖×100

[1]趙陽(yáng)，陳禮清，王貴橋，等．Nb+V和V微合金非調(diào)質(zhì)鋼疲勞性能[J]．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010（16）：131-135．

[2]許峰云，白秉哲，方鴻生．低合金高強(qiáng)度鋼鈦微合金化進(jìn)展[J]．金屬熱處理，2007（12）：29-34．

Production Practice of Structure Steel Dedicated for Trailer

YANG Zhi-ning
(Technology Center of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

Adopting micro alloying technology,Tiantie Group,with the functions of solution strengthening,precipitation strengthening and grain refining strengthening,produces 780 MPa graded structure steel for trailer application in order to meet the requirement by the customer．Inspection shows the product,with the structure of ferrite and pearlite and grain size up to level 11,can meet the design requirement on properties．

trailer;structure steel;micro alloying;production

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．002

2015-01-10

2015-02-04

楊志寧（1981—），男，工程師，主要從事專業(yè)技術(shù)管理和產(chǎn)品研發(fā)工作。