鄭 磊，劉 柱，李占強

（河北普陽鋼鐵有限公司，河北 邯鄲 056305）

普陽鋼鐵為了滿足汽車大梁用鋼的市場需求，利用1380機組，成功研制開發(fā)了汽車大梁鋼700L。采用低碳含量并加鈮、釩、鈦等合金的路線，選用合理的控軋控冷工藝等技術(shù)保證了產(chǎn)品強度和成型性能的有效匹配.達到了較高的強度、冷彎性能、良好的沖壓性能和焊接性能。

1 工藝流程及成分設(shè)計

1.1 工藝流程

鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→連鑄-→鑄坯檢查-→熱送→加熱→控軋→控冷→卷曲-→板卷檢查-→打包出廠。

1.2 成分設(shè)計

由于汽車大梁形狀復(fù)雜，除要求較高的強度和冷彎性能外，還要求有良好的沖壓性能和焊接性能。結(jié)合國內(nèi)外生產(chǎn)汽車大梁鋼的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，工藝設(shè)計采用低碳含量并加鈮、釩、鈦等合金的路線，選用精準(zhǔn)的控軋控冷工藝技術(shù)來保證強度和成型性能的有效匹配。其關(guān)鍵成分控制如下。

1.2.1 碳

碳主要作用是保證鋼的強度、硬度與韌性。但是，過高的碳含量會導(dǎo)致鋼的塑性下降，降低鋼的冷成型性和焊接性，將造成回彈過大等問題。

1.2.2 錳

錳是低合金高強度鋼的基礎(chǔ)元素，可起到固溶強化的作用。其冶金作用主要是消除硫的熱脆傾向，改變硫化物的形態(tài)和分布以提高鋼材品質(zhì)。它可穩(wěn)定并擴大奧氏體區(qū)，提高鋼的耐磨性。

1.2.3 硅

硅作為鋼中的合金元素，以固溶體形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體中，能夠縮小奧氏體相區(qū)。顯著提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈強比，并提高疲勞強度，提高鋼材的有效使用壽命。

1.2.4 鈮

鈮可以改變鋼的纖維結(jié)構(gòu)，對鋼的強化作用主要是細晶強化和彌散強化，能和鋼中的碳氮生成穩(wěn)定的碳化物和氮化物，而且可以使碳化物分散并形成具有細晶化的鋼。通過誘導(dǎo)析出和控制冷卻速度，實現(xiàn)析出物彌散分布。提高鋼的強度、韌性、抗高溫氧化性和耐蝕性，降低鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度，獲得汽車大梁鋼好的焊接性能和成型性能。

1.2.5 釩

釩能使鋼的彈性、強度增強，抗磨損和抗爆裂性，耐高溫、耐寒。從而提高汽車大梁鋼的耐候性。

1.2.6 鈦

鈦和氮、氧、碳都有極強的親和力，是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮、碳的有效元素。 鈦和碳的化合物(TiC)結(jié)合力極強，微粒有阻止鋼晶粒長大粗化的作用鈦的質(zhì)量分數(shù)在0.03%～0.1%之間時可使屈服強度有所提高，對鋼的韌性有改善作用。

根據(jù)上述元素的作用并結(jié)合汽車大梁鋼的性能組織要求，參考國內(nèi)外主要生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)經(jīng)驗，結(jié)合普陽鋼鐵的生產(chǎn)設(shè)備條件，自主設(shè)計了汽車大梁鋼的化學(xué)成分，見表1。

2 生產(chǎn)工藝及控制

2.1 冶煉與連鑄工藝

鐵水脫硫預(yù)處理環(huán)節(jié)使[S]低于0.040%，提供優(yōu)質(zhì)鐵水，保證鐵水中P、S含量低于0.040%方便煉鋼的正常生產(chǎn)。

（1）鐵水預(yù)處理。盡可能降低鐵水硫含量，鐵水硫控制在0.005%以下。扒凈脫硫渣，兌入轉(zhuǎn)爐的鐵水要求帶渣量不得超過0.5%。

（2）強化轉(zhuǎn)爐冶煉。煉鋼工藝要求采用低C低Si高Mn加Ti和Nb成分，為了保證低Si要求在提Mn時把常用的硅錳合金改為加入金屬錳，同時采用爐后精煉工藝。操作，提高轉(zhuǎn)爐的脫S、脫P率。出鋼前向鋼包底加入適量的合成渣，利用合成渣與鋼水在鋼包內(nèi)混合達到去除雜質(zhì)、提高鋼水質(zhì)量的效果。

表1 普陽鋼鐵汽車大梁鋼設(shè)計成分

（3）根據(jù)進站爐渣情況和S含量，LF精煉造白渣深脫硫，將鋼中S含量降低至0.01%以下。

（4）鈣處理。對非金屬夾雜物進行變性處理，使簇狀A(yù)l2O3變性為鈣鋁酸鹽，易于上浮去除或以球形夾雜形式均勻分布于鋼中。

（5）精煉出站后，進行軟吹氬操作，促進鋼中夾雜物充分上浮去除和鋼水溫度的均勻，提高鋼水純凈度。

（6）澆注過程采用全程氬封保護澆注，減少鋼液的二次氧化。

連鑄采用兩套拉矯機兩支鑄坯，各拉1支坯子的兩機兩流澆鑄模式。從大包至中包到結(jié)晶器采用全保護澆鑄，水口處采用氬封防止鋼水吸氣而增氮增氫，結(jié)晶器保護渣采用機器人加入，防止人為操作的誤操作和加入不均勻，從而影響鑄坯質(zhì)量。扇形段采用二冷電磁攪拌，可有效控制鑄坯的中心偏析和夾雜物聚集，鑄機液芯采用動態(tài)輕壓下技術(shù)，目的也是為了減少中心偏析。

2.2 軋制與控制冷卻工藝控制

控軋控冷即控制軋制和控制冷卻，也稱TMCP(熱機械變形軋制)。適合于低碳微合金鋼，特別是Nb、V 、Ti復(fù)合的金屬材料。該技術(shù)的核心是在軋制過程中通過控制加熱溫度、軋制過程、冷卻條件等工藝參數(shù),改善鋼材的強度、韌性、焊接性能。

2.2.1 加熱工藝

普鋼汽車大梁鋼700L的加熱過程是鋼坯奧氏體化的過程，也是合金元素固溶的過程，消除或減輕鋼坯內(nèi)部組織缺陷。同時要控制鋼坯在高溫長時間加熱會變成粗大的結(jié)晶組織。

1250熱卷廠為保證成品表面質(zhì)量，加熱爐加熱不能超過1280℃，精軋開軋溫度1060℃，終軋溫度860±10℃，卷曲溫度580±10℃，精軋采用兩道除磷。

2.2.2 控軋控冷工藝

控制軋制和控制冷卻技術(shù)結(jié)合起來，進一步提高了鋼材的強韌性和獲得合理的綜合性能，并降低了合金元素含量和碳含量，節(jié)約貴重的合金元素，降低生產(chǎn)成本。與普通生產(chǎn)工藝相比，通過控軋控冷生產(chǎn)工藝可以使鋼板的抗拉強度和屈服強度平均提高約40～60MPa，在低溫韌性、焊接性能、節(jié)能、降低碳當(dāng)量、節(jié)省合金元素以及冷卻均勻性、保持良好板形方面都有無可比擬的優(yōu)越性。

表2 普鋼汽車大梁鋼700L溫度制度

3 金相組織與性能

3.1 金相組織

金相組織表明，普鋼汽車大梁鋼700L組織結(jié)構(gòu)為鐵素體加珠光體。其晶粒度為14級。夾雜物控制水平（在夾雜物控制上，通過精煉爐精煉和氬氣底吹來控制鋼水的純凈度，減少有害夾雜物的產(chǎn)生和大顆粒裝的夾雜物快速上浮。

圖1 金相組織

圖2 金相組織

3.2 性能檢驗

經(jīng)檢驗，普鋼汽車大梁鋼700Lxxx、xxx各項性能指標(biāo)滿足技術(shù)要求。普鋼汽車大梁鋼700L各項性能見表3。

表3 普鋼汽車大梁鋼700L各項性能

4 結(jié)語

普陽鋼鐵汽車大梁鋼700L采用國內(nèi)首創(chuàng)的成份合金設(shè)計，將傳統(tǒng)以C、Mn、Nb、V、Ti組合添加的復(fù)雜體系，簡化為Nb、V、Ti為主的體系，通過成份優(yōu)化，及控軋調(diào)質(zhì)工藝的改進，實現(xiàn)了強度和塑韌性的最佳組合，抗拉強度平均富余量在70-100Mpa，具有較高的使用推廣價值。