首钢高强度汽车大梁钢的开发

4.8mm
图 3 汽车大梁钢 S610L 的冷弯试验结果
10.0mm
3.3 金相分析
S610L 的金相组织照片如图 4 所示，晶粒度如表 2 所示。由图 3 和表 2 可知，S610L 的组织为均匀细小 的铁素体+少量珠光体组织，铁素体晶粒细小，晶粒度基本为 12 级，从表面到心部组织均匀，带状组织较 轻。
阳代军，男，工学博士，高级工程师，从事品种开发和工艺技术的研究，djyang@
首钢 S610L 高强度汽车大梁钢的开发
车的发展，现有强度级别钢板己不能满足汽车用钢板的需要。 因此为了适应汽车工业的需要，首钢在汽车大梁钢的开发和推广应用方面进行了大量细致的工作，提出
牌号
C≤
S610L
0.11
表 1 汽车大梁钢 S610L 的成分（%）
Si≤
Mn≤
P≤
S≤
Alt≥
Nb+V+Ti≤
N≤
0.20
1.70
0.015
0.005
0.020
0.13
0.005
2.3 工艺流程
首钢汽车大梁钢的生产工艺流程如图 1 所示，经过冶炼、轧制等关键工艺的优化与控制，获得了满足生 产需要的 S610L 高强度汽车大梁用钢板。
氧化铁皮厚度/μm
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0
600
上表面 下表面
550
卷取温度/℃
图 5 卷取温度对氧化铁皮的影响
4.2 终轧温度对表面质量的影响
图 6 为终轧温度由 880℃降为 840℃时，氧化铁皮厚度的变化。由图可知，上下表面氧化铁皮的厚度均 有不同程度下降，且氧化铁皮中 Fe 含量有增加的迹象，说明降低终轧温度有加速 FeO 的共析反应的趋势， 如表 4 所示。
了在低碳高锰的基础上添加 Nb、V、Ti 微合金进行强韧化处理的成分设计思想，采用 “控轧控冷”工艺生产 出了表面状况优良、力学性能稳定、冲压成形性能好的 3.0～10.0mm 厚 S610L 高强度汽车大梁用钢。
2 成分设计
2.1 汽车大梁钢的基本要求
汽车大梁钢作为汽车用热轧钢板的代表，用于载重汽车车架的纵梁和横梁，应满足如下要求： (1) 由于汽车承载能力要求，汽车大梁用钢要求有足够的抗拉强度、屈服强度，为了适应批量的生产方 式，要求钢卷头、中、尾性能差异小； (2) 载重汽车的横梁和纵梁都是冲压或滚压成形，部分纵梁和横梁在加工过程中变形比较复杂，因此对 汽车梁用钢的延伸和冷弯性能的要求较严格； (3) 载重汽车在行驶过程中，由于道路颠簸的原因，要求大梁钢具有高的疲劳强度和长的疲劳寿命，因 此要求大梁钢钢质纯净，夹杂和有害元素含量要低； (4) 为满足汽车零件尺寸精度的要求，汽车大梁钢板尺寸公差一般要求较严，对板形和钢板残余应力也 有特殊要求； (5) 大梁钢表面粗糙度对油漆质量有较大影响，为保证油漆后表面光洁，要求钢板表面氧化铁皮薄而且 尽量均匀、避免钢板表面的划伤、凹坑和折纹等缺陷； (6) 一些挂车和改装车的梁板需要焊接组装，要求汽车梁板的可焊性要好，焊缝和热影响区强表面 下表面 上表面 下表面
10
表 4 终轧温度对氧化铁皮的影响
Fe3O4 70.3% 75.8% 66.4% 75.9%
Fe2O3 11.1% 11.1% 11.5% 5.3%
FeO 7.0% 6.5% 6.5% 1.9%
上表面 下表面
Fe 11.6% 6.6% 15.6% 16.9%
表 2 汽车大梁钢 S610L 的力学性能
钢号 1 2 3 4
ReL/MPa 555 545 570 590
力学性能 Rm/MPa 660 645 660 670
晶粒度 / 级
A/%
上表面
1/4边
1/2边
3/4边
下表面
24
12.0
12.0
11.5
12.0
12.5
26
12.5
12.5
12.0
12.5
12.5
(2) 为了提高汽车大梁钢的表面质量，对钢中的 Si 含量进行了控制； (3) 控制钢水的 S、P 等有害元素，提高钢水的纯净度，通过对硫化物形态的控制改善钢板的横向冷弯 性能； (4) 实行不同的控轧控冷工艺和合理的成分设计，获得高的表面质量和板形要求的大梁钢。 因此 S610L 高强度汽车大梁钢的成分设计如表 1 所示。
2.2 S610L 汽车大梁钢的成分设计
目前，汽车制造厂正在推广使用的高强汽车大梁钢主要为 S610L，因此为了满足汽车大梁的使用性能， 汽车大梁钢的成分和工艺设计的主要思想是：
(1) 将碳含量控制在 0.09%左右，使钢中珠光体量减少，铁素体量相应地增加，提高钢板的冷成形性， 采用 Nb、V、Ti 复合微合金化，对钢板实行严格地控轧控冷，获得综合性能高的高强度大梁钢；
(2) 轧制工艺为：先将铸坯进行再加热，获得轧制所需要的温度；根据成品宽度，利用定宽压力机调整 铸坯的宽度；再经过二辊粗轧和四辊粗轧；在粗轧和精轧之间，启用保温罩，防止中间坯温度的均匀性；再 经过精轧机组；层流冷却采用前段快冷方式，卷取成卷。热轧过程中严格控制终轧温度和卷取温度，以控制 带钢的表面质量和力学性能。
21.5
12.5
12.5
12.0
12.5
12.5
28
12.0
13.0
12.5
12.5
12.0
首钢 S610L 高强度汽车大梁钢的开发
3.2 冷弯性能
针对汽车大梁采用冷弯成形的特点，进行了 S610L 汽车大梁钢的冷弯试验，试验规格为 4.8mm 和 10.0mm，分别采用 d=2a，d=1a，d=0a 的试验方法，试验结果如图 3 所示，S610L 高强度大梁钢冷弯后表面 无裂纹，说明具有良好的冷弯成形性能。
汽车大梁钢主要用于制造各类汽车车架的横梁和纵梁等结构件，厚度一般为 4.0～8.0mm, 是汽车结构 钢板中需求量大、性能指标要求较高的钢种。目前我国中、重型汽车的大梁主要采用双梁结构，钢板以 510MPa 钢板为主，也有部分载货车采用 8mm 的 590MPa 钢板制造主梁，5mm 的 510MPa 钢板制造衬梁。随着重型
首钢 S610L 高强度汽车大梁钢的开发
阳代军 方 圆 赵运堂
(首钢技术研究院，北京 100043) 1
摘 要 汽车大梁钢高强化是汽车工业的发展趋势，采用高强汽车大梁不仅可以降低汽车自重，还利于节能减排和 保护环境。因此本文根据汽车大梁钢的要求，采用了低碳的成分设计和通过合理的冶炼和轧制工艺，首钢高强度汽 车大梁钢获得了较为细小均匀的铁素体和珠光体组织、以及各种有害元素和夹杂物较少、带状组织较轻，使 610MPa 高强度汽车大梁钢具有良好的强韧性匹配和高的成形性。由于首钢高强度汽车大梁钢的性能稳定、表面质量好，得 到了国内用户的广泛认可。 关键词 汽车大梁钢 高强度 性能
8
氧化铁皮厚度/μm
6
4
880
840
终轧温度/℃
图 6 终轧温度对氧化铁皮的影响
4.3 冷却模式对表面质量的影响
图 7 为冷却模式对表面氧化铁皮的影响。由图可知，两段冷却的氧化铁皮更厚，这应该是因为采用两段 冷之间的空冷阶段使钢带暴露在高温区的时间延长所致。且从氧化铁皮的结构上来看，Fe3O4 含量略微增加， 如表 5 所示。
卷取温度/℃ 600 550
部位 上表面 下表面 上表面 下表面
表 3 卷取温度对氧化铁皮的影响
Fe3O4 77.9% 75.0% 70.3% 75.8%
Fe2O3 9.8% 4.5% 11.1% 11.1%
FeO 4.1% 14.3% 7.0% 6.5%
Fe 5.1% 6.2% 11.6% 6.6%
Abstract Using the high strength automobile frame steel is the development trend of automobile industry, and not only reduce weight of the vehicle but also reduce greenhouse gas emissions and protect the environment. According to the requirements of automobile frame steel, Shougang high strength automobile frame steel obtain fine and uniform ferritic and pearlitic structure, less harmful element, inclusions and banded structure by low carbon composition design and reasonable steelmaking and rolling process. 610MPa high strength automobile frame steel possess better match of strength and toughness and high formability. Because of stable performance and high surface quality, the high strength automobile frame steel has been widely recognized in China. Key words automobile frame steel, high strength, performance
表面
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芯部
图 4 汽车大梁钢 S610L 的金相组织
4 工艺参数对表面质量的影响