白玉靜 厚健龍 李 堃 田海濤

（安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司）

0 前言

近年來，國內(nèi)各大汽車廠商對輕量化概念越發(fā)重視，尤其是新能源汽車的減重成為各大車企及鋼廠所共同關(guān)注的焦點問題，其中通過使用低合金冷軋高強(qiáng)度鋼就是解決此類問題的一個重要途徑。低合金冷軋高強(qiáng)鋼通過在成分中添加Nb、Ti元素，保證析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化效果，并通過退火溫度的合理設(shè)定，在時效過程中，將回溶的Nb、Ti與C、N原子結(jié)合在鐵素體內(nèi)部析出，從而降低間隙固溶強(qiáng)化程度，提高了材料延伸率[1]。筆者通過分析Nb、Ti等元素在低合金高強(qiáng)鋼中的相關(guān)強(qiáng)化機(jī)理，設(shè)計出合理的化學(xué)成分體系，并結(jié)合材料設(shè)計成本，制定煉鋼連鑄、熱連軋、酸洗冷連軋、連續(xù)退火等工序段的生產(chǎn)工藝，在安陽鋼鐵股份有限公司冷軋廠成功生產(chǎn)了低合金冷軋高強(qiáng)鋼HC420LA，其產(chǎn)品實物質(zhì)量良好，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，成本較低，具有優(yōu)良的淺沖壓成型能力。

1 技術(shù)要求及工藝路線

1.1 化學(xué)成分設(shè)計

安鋼低合金冷軋高強(qiáng)鋼HC420LA的化學(xué)成分設(shè)計思路是在 C、Mn 鋼的基礎(chǔ)上，通過添加Nb、Ti元素進(jìn)行微合金化處理。通常C是較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化元素，能顯著提高鋼板的強(qiáng)度，但會降低鋼板的韌性和塑形，也會惡化鋼板的焊接性能和成形性能，為了使鋼板具有良好的成形性能，將C含量控制在0.06%～0.09%。Mn元素相比C元素而言，對鐵素體有較強(qiáng)的置換固溶強(qiáng)化效應(yīng)，在保證冶煉和軋制過程中不出現(xiàn)帶狀組織以及不影響后續(xù)焊接的情況下，將Mn含量控制在1.00%～1.50%。Nb在鋼中形成的[NbCN]、[NbC]等化合物會延遲奧氏體轉(zhuǎn)變，起到細(xì)晶強(qiáng)化的作用，Ti彌散形成的TiN細(xì)小粒子，能夠有效抑制晶粒長大，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用，不僅可以提高材料的強(qiáng)度也能有效提高材料的成形性能，同時還能兼顧合金成本與軋制生產(chǎn)成本，因此選擇Nb、Ti復(fù)合成分體系。添加的Nb、Ti微量合金在熱軋及隨后的冷軋退火過程中溶解和析出，形成的碳化物或碳氮化物等第二相粒子對微觀組織有強(qiáng)烈的影響，從而決定了鋼板的力學(xué)性能[2]。安鋼低合金冷軋高強(qiáng)鋼HC420LA成分控制范圍見表1。

表1 安鋼低合金高強(qiáng)鋼HC420LA化學(xué)成分

1.2 性能要求

HC420LA的力學(xué)性能見表2。標(biāo)準(zhǔn)EN10268要求其屈服強(qiáng)度為420～520 MPa，抗拉強(qiáng)度為470～590 MPa，斷后延伸率A80不小于17%。為確保性能穩(wěn)定，且滿足用戶微沖壓使用要求，特制定產(chǎn)品實物性能的內(nèi)控要求，即屈服強(qiáng)度為430～500 MPa，抗拉強(qiáng)度500～560 MPa，斷后延伸率A80大于19%，從而保證材料的加工成形性能。

表2 安鋼低合金高強(qiáng)鋼HC420LA性能要求

1.3 工藝流程

安鋼低合金高強(qiáng)鋼HC420LA工藝流程：鐵水預(yù)處理-150 t轉(zhuǎn)爐冶煉-LF精煉-230 mm雙流板坯連鑄-1780 mm熱連軋-1550 mm酸軋聯(lián)合機(jī)組-1550 mm連續(xù)退火。

2 關(guān)鍵工藝及控制

2.1 煉鋼連鑄工藝控制

為減輕LF爐脫硫壓力，鐵水經(jīng)預(yù)處理脫硫后，終點硫含量控制在0.005%以下，并保證扒渣干凈。轉(zhuǎn)爐采用低碳模式冶煉，采用優(yōu)質(zhì)冶金石灰、輕燒白云石，出鋼采用滑板擋渣，頂渣加入石灰和改質(zhì)劑。在LF精煉過程中，采用全程控鋁，進(jìn)站[Alt]≥0.020%后快速造白渣，并保證白渣保持時間不小于15 min，要求整個精煉過程不能裸露鋼液面，且軟攪拌時間大于8 min 后可出站。連鑄采用全程保護(hù)澆注，鋼水過熱度在15～30 ℃之間，使用低碳中包覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣，結(jié)晶器采用液面自動控制系統(tǒng)，以保證液面穩(wěn)定。采用“恒”速澆注，保證鑄坯表面質(zhì)量，結(jié)晶器和二次冷卻均采用弱冷，采用7#冷卻水表生產(chǎn)230 mm規(guī)格鑄坯。

2.2 熱軋工藝控制

加熱溫度對Nb、Ti的固溶量以及后續(xù)軋制冷卻過程中的奧氏體晶粒尺寸都有影響，合適的加熱溫度能夠保證Nb[CN]在熱軋過程中充分析出，阻止奧氏體再結(jié)晶轉(zhuǎn)變，從而細(xì)化鐵素體。為此板坯采用直熱裝，并將加熱溫度控制在1 210～1 250 ℃，總在爐時間大于130 min?？紤]到熱軋晶粒大小直接影響退火后晶粒大小，為了獲得細(xì)小的析出物和均勻的鐵素體晶粒，并保證退火后冷軋板晶粒和強(qiáng)度，將終軋溫度控制在870～910 ℃，層流采用前段集中冷卻，卷取溫度在580～620 ℃。

2.3 酸連軋工藝控制

為保證酸洗質(zhì)量，將酸洗拉矯機(jī)延伸率設(shè)定到0.5%以上，酸洗時關(guān)注酸洗槽中游離的Cl-含量及溫度，確保酸洗質(zhì)量，正常生產(chǎn)時酸洗速度控制在150～200 mpm。在保證冷軋機(jī)組穩(wěn)定順行的前提下，采用較大壓下率，可以增加形變儲能，使材料在退火過程中具有更強(qiáng)的再結(jié)晶驅(qū)動力。3.0 mm熱軋原料生產(chǎn)1.2 mm退火卷時，軋機(jī)各道次的壓下量分別為S1=18%、S2=18%、S3=17%、S4=14%、S5=13%，軋制力穩(wěn)定控制在12 000～13 000 kN，綜合考慮設(shè)備能力的限定范圍及軋輥使用周期長短的情況，將低合金冷軋高強(qiáng)鋼HC420LA的壓下率控制在55%～65%。

2.4 連續(xù)退火工藝控制

在冷軋退火過程中熱軋時固溶的鈮的析出物以第二相粒子彌散析出形成沉淀強(qiáng)化，同時由于第二相析出物粒子在晶界沉淀析出而抑制鐵素體晶粒長大，引起細(xì)晶強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化兩種強(qiáng)化機(jī)制復(fù)合，從而確保成品力學(xué)性能[3]。將帶鋼在加熱段和均熱段的退火溫度控制在（810±10） ℃，目標(biāo)帶速控制在150～200 mpm，并設(shè)計最高帶速和最低帶速以防止部分極限規(guī)格在爐內(nèi)跑偏。同時較快的冷卻速率也能夠細(xì)化晶粒，從而增加強(qiáng)度，現(xiàn)場采用加大快冷段風(fēng)機(jī)開口度，提高帶鋼冷卻速率。平整是以較小的變形量對退火后的冷軋帶鋼進(jìn)行軋制，以消除屈服平臺、改善力學(xué)性能、獲得良好板形及所要求的表面結(jié)構(gòu)，由于平整是決定成品帶鋼板形的最后一道工序，因此提高平整機(jī)的板形控制能力對于改善冷軋帶鋼的板形質(zhì)量具有重要意義[4]?？紤]到低合金冷軋高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度、中間工序的成形以及后續(xù)電泳或噴漆時表面效果，將平整機(jī)延伸率設(shè)定為0.9%～1.2%。

3 分析與討論

3.1 力學(xué)性能

經(jīng)過各工序的精心組織和嚴(yán)格控制，最終安鋼低合金冷軋高強(qiáng)鋼HC420LA的力學(xué)性能完全符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求，且波動較小，其屈服強(qiáng)度在452～472 MPa，抗拉強(qiáng)度在557～576 MPa，斷后延伸率A80在22.7%～25.5%，具體力學(xué)性能見表3。

表3 安鋼低合金高強(qiáng)鋼1.2 mmHC420LA退火后力學(xué)性能

3.2 金相檢驗

熱軋產(chǎn)品的組織性能對冷軋產(chǎn)品的組織性能具有較大的遺傳性,良好的熱軋產(chǎn)品組織性能可為冷軋產(chǎn)品的組織性能奠定良好基礎(chǔ)。安鋼低合金冷軋高強(qiáng)鋼HC420LA熱軋產(chǎn)品和冷軋產(chǎn)品的金相組織對比如圖1所示。其熱軋板組織為鐵素體+珠光體，B類非金屬夾雜物1.0級，D類非金屬夾雜物1.0～1.5級，鐵素體晶粒度為9.5～10級，且未發(fā)現(xiàn)混晶。冷軋板組織為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度為10.5～11級，組織較為均勻，晶粒經(jīng)析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用整體尺寸細(xì)小。

圖1 低合金高強(qiáng)鋼HC420LA熱軋組織和冷軋組織對比

3.3 使用效果

安鋼冷軋低合金高強(qiáng)鋼HC420LA目前主要應(yīng)用于汽車加強(qiáng)零部件的沖制，產(chǎn)品使用效果良好，成形及表面質(zhì)量得到了用戶的肯定。同時表面也完全滿足對后續(xù)電泳、噴涂工藝的相應(yīng)需求。

4 結(jié)論

（1）安鋼低合金冷軋高強(qiáng)鋼HC420LA采用Nb、Ti復(fù)合微合金強(qiáng)化，性能余量及成本適合，滿足汽車用鋼輕沖壓和折彎要求。

（2）通過加強(qiáng)煉鋼和連鑄過程控制，鋼中B類非金屬夾雜物1.0級，D類非金屬夾雜物1.0～1.5級，確保了低合金冷軋高強(qiáng)鋼HC420LA的表面質(zhì)量及力學(xué)性能良好，滿足批量生產(chǎn)要求。

（3）熱軋采用合理的加熱工藝、軋制工藝和冷卻工藝，獲得穩(wěn)定的性能和均勻的組織。冷軋采用55%～65%壓下率。連退采用（810±10） ℃高溫退火工藝及較大的冷卻速度，平整采用0.9%～1.2%延伸率，最終成功研發(fā)出板形良好和性能穩(wěn)定的汽車用低合金冷軋高強(qiáng)鋼HC420LA，滿足用戶使用要求。