低碳微合金化汽车大梁用钢B610L的研制开发

低碳微合金化汽车大梁用钢B610L的研制开发
张爱梅;吾塔;赵亮
【摘要】文章介绍了通过采用合理的成分设计、洁净钢生产技术及控轧控冷工艺,实现了610M Pa级汽车大梁用钢的工业生产.生产结果表明:设计开发的B610L汽车大梁用钢具备优良的微观组织,稳定的力学性能,优异的冷成型性能,能够满足多种轻型车和载重车大梁用钢加工和使用要求.
【期刊名称】《新疆钢铁》
【年(卷),期】2015(000)002
【总页数】4页(P4-7)
【关键词】汽车大梁钢B610L;微合金化;成分设计;性能
【作者】张爱梅;吾塔;赵亮
【作者单位】宝钢集团八钢公司制造管理部;宝钢集团八钢公司制造管理部;宝钢集团八钢公司制造管理部
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.33
汽车大梁用热轧钢板主要用于制造汽车车架的纵、横梁。

要求制造材料必须具有很高的强度及良好的塑性、韧性和冷弯成形性。

随着我国汽车工业的飞速发展，交通安全等问题也日益凸显。

在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车整体重量，提高汽车的动力性，减少燃料能耗，进而降低环境污染，这些要求已成
为目前汽车工业发展的风向标。

因而广泛使用高强度汽车板则成为实现汽车轻量化的主要途径之一。

研究结果表明[1]，钢板的抗拉强度从400MPa提高到600MPa，钢板厚度可从16mm降低到12 mm，而吸收的冲击能指数基本保持不变，汽车
减重率可提高约15%。

八钢公司近年来陆续开发了B510L、B550L等多个牌号汽车大梁用钢，投入市场，用户使用后反映良好。

为了使八钢生产的汽车大梁用钢系列化，满足用户轻量化的需求，结合八钢炼钢、轧制装备特点，通过工业试制与应用跟踪，成功开发出抗拉强度610MPa的汽车大梁钢B610L。

1 B610L钢的技术要求及生产工艺
1.1 性能要求
根据下游用户要求，汽车大梁用B610L热轧钢带化学成分及力学性能要求见表1、表2。

表1 B610L成分的交货标准 w t,%
表2 B610L钢力学性能与工艺性能
1.2 成分设计
成分设计的基础是要满足力学和工艺性能的要求,结合汽车大梁钢B610L的性能要求、服役环境，主要设计目标为实现高强度、高韧性、稳定的冷成型性能。

在进行成分设计时，重点考虑采取以下措施：（1）控制C、Mn含量，改善材料焊接性能；（2）控制S含量，减少S化物夹杂，以改善疲劳性能;（3）添加合金元素Nb、V、Ti、Al用来提高钢的强度，合金元素对钢板的强度、塑性、焊接等各项
性能均会产生不同的影响。

C是钢中的一个非常重要的元素，它的含量会对钢的微观组织产生直接的影响，从而极大地影响最终产品的机械性能。

较高含量的C元素能大幅度提高钢的强度，
同时降低钢的塑性和可焊性。

Mn也是一个非常重要的元素，它主要以代位固溶的方式对钢产生强化作用，对提高钢的韧性有很好的作用，有利于提高钢板强度的。

另一类元素有Nb、V、Ti、Al，通过固溶、晶粒细化、析出第二相粒子等强化方式，达到提高强度的目的。

针对B610L的具体性能要求，研究分析了C、Si、Mn、Nb、Ti、V等强化元素的变化对材料各项性能的影响,确定八钢B610L钢的化学成分设计采用低碳结合高锰，并通过添加Nb、V、Ti进行微合金化的工艺路线。

最终实现有效促进C、N化物
粒子析出，通过沉淀强化及细晶强化等策略，稳定高强度汽车大梁钢的各项性能。

成分设计详情见表3。

表3 B610L汽车大梁钢的成分设计 %
1.3 生产工艺
根据B610L成分设计特点和1750mm热轧生产线的特点，其工艺路线为：铁水
预处理→120t顶底复吹转炉→冶炼→LF精炼→板坯连铸→合格连铸坯准备→加热→高压水除鳞→可逆粗轧5道次→热卷箱→开卷→飞剪切头尾→高压水除鳞→精
轧机组→层流冷却→卷取→卸卷、打捆。

2 工艺控制技术
2.1 冶炼与连铸
由于汽车大梁钢对钢水纯净度要求较高，生产时需要严格控制钢中S、P含量，在生产B610L汽车大梁钢过程中采用洁净钢生产技术。

（1）铁水预处理，入转炉铁水硫控制在0.005%以下。

（2）强化转炉冶炼操作，提高转炉的脱S、脱P率。

出钢前向钢包底加入200kg 的铝渣球，对钢包顶渣进行改质，利于脱硫和去除夹杂，为精炼造还原渣提供良好的条件，利于提高钢水纯净度。

（3）采用埋弧操作，有效控制LF精炼钢水裸露氧化和增氮。

LF精炼增氮量控制
在15×10-6以下；LF深脱硫，钢中S含量降低到0.005%以下。

（4）钙处理。

对非金属夹杂物进行变性处理，使Al2O3变性为钙铝酸盐，易于
上浮去除。

（5）精炼出站后，进行软吹氩，时间大于8min，促进钢中夹杂物充分上浮去除，利于钢水成分、温度的均匀，提高钢水纯净度。

（6）板坯连铸浇注过程采用大包和中包低碳覆盖剂，防止钢水降温过快，连浇钢水过热度控制在30℃以内，长水口和浸入式水口采用氩封保护浇注，减少钢液的
二次氧化。

2.2 轧制工艺
（1）加热制度。

板坯加热温度的设计是要使钢的奥氏体晶粒不明显长大，又保证钢中合金化合物的充分固溶,防止板坯存在“过烧”和“过热”的现象，板坯加热
采用步进梁式加热炉加热，加热时间160～190min，其中均热时间30～40min；保证炉膛温度二加段为1280℃，均热段温度为1200℃，板坯从加热炉出来温度
控制1170±30℃。

板坯出炉后，经多道次粗轧，通过反复变形和再结晶，使奥氏
体晶粒不断得到细化。

（2）终轧温度。

终轧温度和卷取温度是热轧带钢控制轧制和控制冷却的主要参数。

为了保证板坯再结晶的程度，尽量对原奥氏体进行细化，在粗轧阶段增加对板坯的压下量；板坯经过奇道次轧制后，得到中间坯的厚度34～42mm，从粗轧抛钢时
中间坯的温度为1010～1030℃。

中间坯进入精轧机轧制，通过机架间的冷却水达到对轧制钢带的冷却，确保终轧温度在860℃。

（3）卷取温度。

卷取温度是含铌钒微合金钢获得细晶强化和沉淀强化的关键参数,过低的卷取温度不利于沉淀强化,过高的卷取温度不利于晶粒细化,卷取温度控制在600～640℃,能够获得细晶强化和沉淀强化的合理配合。

八钢1750mm热轧生产线带立辊粗轧机，具有AWC宽度自动控制和SSC短行程控制功能，粗轧最大轧制压力为42000 kN，均有除鳞装置，去除二次氧化铁皮。

六架四辊式精轧机，精轧机之间设有五套液压活套，以保证带钢厚度和宽度精度。

高位水箱的层流冷却装置，能根据带钢温度、厚度、钢种及轧制速度，开启的喷水组数和调节水量，将带钢由终轧温度冷却至所要求的卷取温度，稳定和提高产品的机械性能；三助卷辊式的地下卷取机，助卷辊具有自动踏步控制（AJC）功能，保证卷取质量。

为了使板卷得到具有较高级别晶粒度的高倍组织，较好的冲击韧性，并避免回复再结晶，结合设备情况，热轧轧制工艺将终轧FT6定为（860±20）℃，卷取CT定为（620±20）℃，层冷模式设定为前段快冷。

热轧工艺参数见表4。

表4 热轧工艺参数
3 大梁用钢B610L热轧板卷工业化生产
3.1 B610L冶炼成分实绩
图1 B610L板坯主要成分含量分布
工业化生产阶段，统计了2014年1月至2015年4月生产的30炉B610L成分控制情况，各元素含量完全达到设计要求，且波动范围很小，主要成分含量分布见图1。

熔炼成品C控制精度高，C含量的波动控制在±0.015%以内，C元素和其他合金
元素的高精度控制为轧制钢材的性能稳定性创造了良好条件；硫含量控制在0.005%以下，降低了MnS夹杂以利于冲压成型。

3.2 B610L热轧板卷的组织和夹杂
对试制的B610板卷用ASTME45 A方法进行抽检钢中A、B、C、D类非金属夹
杂物级别检验，结果均小于1.0级，钢质纯净，夹杂物颗粒细小，见图2。

由此可以证明钢水纯净度较高。

有研究表明：低合金钢经过微钛处理后，钢中夹杂物由硫化物和硅酸盐类变为细小的氧化物。

夹杂物由长条的尖角状变成圆形或近圆形，从而降低了有害夹杂物对钢材塑性、韧性的不良影响,使成品板卷具有良好的冷成型
性能。

采用光学显微镜对B610板卷进行微观组织分析。

试样经研磨和抛光后，用4%硝
酸酒精腐蚀，用奥林巴斯PMG3倒置金相显微镜B610L钢的金相组织，如图3所示。

图2 B610L热轧板卷夹杂物
图3 B610L热轧板卷金相组织
由图3可见，高强度汽车大梁钢B610L微观组主要为细小的多边形铁素体+珠光体，平均晶粒度可达11级，带状组织小于2级。

3.3 强度及塑性
对2014年1月至2015年4月生产的50批次B610L钢的屈服强度、抗拉强度和伸长率进行了统计分析，统计结果见表5。

表5 B610L钢性能的统计分析
其力学性能分布见图4。

图4 B610L力学性能分布图
从表5及图4可以看出,各项力学指标均满足技术条件的要求，性能波动较小，不同卷性能均匀，表明轧制过程温度控制控制良好。

4 汽车大梁钢B610L实际应用
B610从2014年4月推向市场以来，已累计生产2000t，供山西大运、三一重工等汽车厂家，用于制造卡车纵梁、横梁、支撑结构件等，钢材冲压性能表现良好，没有发现冲压开裂现象，冷成型性能和翻边、扩孔性能良好，产品质量稳定，受到用户的认可。

制造的大梁如图5所示。

图5 使用B610L制造的大梁
5 结束语
（1）采用低碳微合金化冶炼工艺，在1750mm热轧常规板坯产线，生产低碳微合金化汽车大梁钢B610L,其化学成分和工艺规程设计合理，可以实现批量生产。

（2）八钢开发生产的B610L大梁钢力学性能均匀稳定，表面质量优良，且具有良
好的冲压性能，钢卷的实物质量均达到了技术标准的要求。

（3）钢卷表面质量和冷弯成形性能好，冶炼过程采用洁净钢的冶炼技术，有效地控制了钢中夹杂物含量及形态分布，降低了夹杂物对产品性能的影响，显微组织主要为铁素体+珠光体组织，具有较好的力学性能；制作的大梁产品尺寸精度高，质量稳定，综合成材率高。

参考文献
[1]王国栋，刘相华，吴迪.节约型钢铁材料及其减量化加工制造[J].轧钢，2006，23（2）：1～5.。