屈服强度550MPa级高强度高成形性钢板的开发研究[1]

当今社会能源日益紧张、环保问题突出， 高强度 及微合金沉淀析出对变形奥氏体再结晶和铁素体相
钢板的开发适应节约型社会发展的趋势， 是钢铁材 料发展的方向。随着汽车、机械工程行业的发展， 为 提高汽车、工程机械的承载能力， 节约材料， 节省能
变的影响， 并利用 Ｖ 微合金化技术， 采取相应的生 产控制工艺， 成功地开发了屈服强度 ５５０ ＭＰａ 级高 强钢板 ＨＳＬＡＳ－ Ｆ８０［１］。
生产控制工艺， 成功地开发了屈服强度 ５５０ ＭＰａ 级高强钢板。开发的 Ｖ 微合金高强钢板具有优异的韧性、冷成形性
能和良好的焊接性能， 完全满足汽车、半挂车、工程机械行业的冲压成形及焊接性能的要求。
关键词： 薄板坯连铸连轧； 微合金化； 高强钢板
中图分类号： ＴＧ１１５
文献标识码： Ａ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｏｆ ５５０ ＭＰａ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒ ｅｎｇｔｈ
Ｆ２～３＝０
Ｆ３～４＝５０
Ｆ４～５＝５０
Ｆ５～６＝５０
—
压下率 ／％ ４５～５５ ４５～５５ ４０～５０ ３０～４０ ２５～３０ ２０～２５
＜４．０
机架间冷却 水 ／％
Ｆ１～２＝０
Ｆ２～３＝０
Ｆ３～４＝０
Ｆ４～５＝０
Ｆ５～６＝０
—
２．３ 生产工艺技术 在生产工艺控制过程中， 首先控制钢水的洁净
度： 优化配料方案和冶炼工艺， 采用优质废钢， 合理 调配海绵铁和生铁比例。优化电炉泡沫渣工艺， 控制 钢水中的 Ｃ、Ｎ、Ｃｕ 的含量。精炼过程进行深脱硫、深 脱氧和钙处理， 控制钢水中夹杂物的数量和形态。在 ＬＦ 炉脱硫、脱氧良好的条件下加入 ＶＮ 合金料， 并 充分搅拌， 提高 ＶＮ 合金的回收率。
２００６ 年第 １１ 期
－ １－
毛新平等： 屈服强度 ５５０ ＭＰａ 级高强度高成形性钢板的开发研究
表 ２ ＨＳＬＡＳ－ Ｆ８０［ ５５０］ 力学性能
屈服强度 ? ／ＭＰａ
≥５５０
抗拉强度 ? ／ＭＰａ
≥６２０
伸长率 ? （ ５０ ｍｍ） ／％ ｈ≤２．５ ｈ＞２．５
冷弯 （ ｂ＝３５ ｍｍ， ９０°） ??
才能使钢中的含 Ｎ 量在 ２００×１０－６ 以上。ＶＮ 合金料 在随后的快速层流冷却过程中得到细小的铁素体晶粒。
在 ＬＦ 炉脱硫、脱氧良好的条件下加入。为满足先进
表 ４ 压下制度
工程结构材料对成形、焊接等性能的要求， 对试验钢
实施了超低碳控制。试验钢的化学成分设计见表 ３。
表 ３ 高强度钢板的化学成分
连铸过程严格控制钢水的过热度， 生产过程从 大包到结晶器采用全过程保护浇注， 最大限度地减
３ 试制结果与分析
３．１ 产品的组织和性能 高强钢板的组织为超细晶铁素体＋少量珠光
体。钢带沿厚度截面的组织比较均匀， 且随钢带规格 变化显微组织变化很小。带钢的金相组织如图 ２。铁 素体晶粒尺寸的统计结果如表 ５。
≥１６ ≥１８
ｄ＝２ａ
注： ? 为平行于轧制方向样 （ 纵向样） ； ?? 为垂直于轧制方 向样（ 横向样） 。
２ 产品生产流程及控制工艺
２．１ 生产流程与工艺 珠 钢 生 产 屈 服 强 度 ５５０ ＭＰａ 级 高 强 度 钢 板 的
工 艺 流 程 为 废 钢 料 →１５０ ｔ 超 高 功 率 交 流 电 弧 炉 （ ＥＡＦ） 冶炼→１５０ ｔ 钢包精炼→５０～６０ ｍｍ 厚 ＣＳＰ 薄
％
Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ Ｖ Ａｌｓ
Ｎ
≤０．０７ ≤０．５ ≤１．６ ≤０．０３ ≤０．０２ ≤０．１５ ≥０．０１５ ０．０２０～０．０３０
厚度规格 ／ｍｍ
Ｆ１
Ｆ２
Ｆ３
Ｆ４
Ｆ５
Ｆ６
压下率 ／％ ４５～５５ ５０～５５ ４０～５０ 空过 ２０～２５ １５～２０
≥４．０
机架间冷却 水 ／％
Ｆ１～２＝０
连铸连轧生产线， 珠钢针对薄板坯连铸连轧的工艺 特点， 系统研究了薄板坯连铸连轧钢板生产中 Ｖ 在 连铸、均热、轧制和冷却各工艺环节的析出规律， 以
注 ： 表 中 带“ … ”成 分 均 不 作 要 求 ， 但 应 报 出 分 析 结 果 ； Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ≤０．５０％； 可以适当加入 Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ 其中 一 种 或多种合金， 并报出分析结果， 但不作要求。
源， 延长使用寿命， 用大量的高强度和超高强度钢板 已成为发展趋势。近几年来我国薄板坯连铸连轧技
１ 产品标准及主要技术参数
术的迅猛发展， 使我国成为继美国之后薄板坯连铸
珠钢开发的屈服强度 ５５０ ＭＰａ 级高强钢板， 参
连轧技术应用的生产大国。各条生产线相继投产后， 照美国相关标准 ＡＳＴＭ Ａ１０１１ ／Ａ１０１１Ｍ—２００２“碳
采 用 ＡＳＴＭ－ ３１７ 标 准 对 各 试 验 钢 带 进 行 拉 伸 试 验 和 冷 弯 性 能 分 析 ， 同 时 对 ６．３ ｍｍ 带 钢 的 Ｃｈａｒｐｙ－ Ｖ 缺口韧性进行了分析， 结果见表 ６。
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汽车工艺与材料
毛新平等： 屈服强度 ５５０ ＭＰａ 级高强度高成形性钢板的开发研究
炼钢炉 钢包炉
中间包 连铸机
均热炉
６ 机架热连轧机
ＦＤＴ 层流冷却
卷取机 ＣＴ
ＰＲ
图 １ 珠钢薄板坯连铸连轧工艺流程
珠钢利用电炉钢中 Ｎ 含量水平较高的特点， 少和防止钢水受二次污染， 确保铸坯质量。
发挥 Ｖ 的沉淀强化作用。研究表明： 对于薄板坯连
在热轧过程中， 根据薄板坯连铸连轧工艺大压下
铸连轧工艺， 在含 Ｖ 约 ０．１％的钢中， 增加 Ｎ 含量到 高刚度轧制的特点， 开发了适合于 Ｖ 微合金化高强钢
０．０１５％～０．０２０％， 可以充分发挥 Ｖ 的沉淀强化作用。 采用 Ｖ 微合金化技术， 仅依赖电炉钢中约 ７０×
１０－６ 的 Ｎ 含量远远不够， 还需要加入 ＶＮ 合金增 Ｎ，
的控轧控冷工艺（ 压下制度如表 ４） ： 铸坯在 Ｆ１～Ｆ２ 机架 通过高温大变形， 使奥氏体组织细化； 在 Ｆ３～Ｆ６ 机架尽可 能提高累计应变， 使组织具有高位错密度和亚晶结构；
金高强度钢热轧钢板和钢带”， 牌号为 ＨＳＬＡＳ－ Ｆ８０。 主要化学成分及主要技术参数见表 １、表 ２。
表 １ ＨＳＬＡＳ－ Ｆ８０［ ５５０］ 参 考 成 分 （ 最 大 值 ） ％ Ｃ Ｍｎ Ｐ Ｓ Ｓｉ Ａｌ Ｃｕ Ｎｉ Ｃｒ Ｍｏ ０．１５ １．６５ ０．０２０ ０．０２５ … … ０．２０ ０．２０ ０．１５ ０．０６
ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｆｏｒ ｍａｂｉｌｉｔｙ Ｐｌａｔｅ
ＭＡＯ Ｘｉｎ－ ｐｉｎｇ１，２， ＧＡＯ Ｊ ｉ－ ｘｉａ ｎｇ２， ＬＩ Ｌｉｅ－ ｊｕｎ２， ＬＩＵ Ｑｉｎｇ－ ｙｏｕ３， ＬＩＮ Ｚｈｅ ｎ－ ｙｕａ ｎ２， ＸＵ Ｃｈｕａ ｎ－ ｆｅ ｎ２
（ １．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｚｈｕｊｉａｎｇ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１０７３０， Ｃｈｉｎａ； ２．ＣＳＰ Ａｐｐｌｙｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ＧＩＳＥ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１０７３０， Ｃｈｉｎａ； ３．Ｃｅｎｔｒａｌ Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｉｎ ｓｌａｂ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （ ＴＳＣＲ） ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ Ｖ ｅｌｅｍｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ， ｔｈｅ ｓｏａｋｉｎｇ， ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ， ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｒａｆｔｓ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ－ ａｌｌｏｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｒｅ－ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅｒｒｉｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ＴＳＣＲ．Ｕｓｉｎｇ Ｖ ｍｉｃｒｏ － ａｌｌｏｙｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｒａｆｔ， ｔｈｅ ｐｌａｔｅ ｗｉｔｈ ５５０ ＭＰａ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ－ ａｌｌｏｙｉｎｇ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐｌａｔｅ ｈａｓ ｔｈｅ ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ， ｔｈｅ ｃｏｌｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｏｏｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ， ｓｅｍｉ－ ｔｒａｉｌｅｒ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｗｈｉｌｅ ｆｏｒｍｅｄ ａｎｄ ｗｅｌｄｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｔｈｉｎ ｓｌａｂ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ； ｍｉｃｒｏ－ ａｌｌｏｙｉｎｇ； ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐｌａｔｅ
增加品种、扩大产品的应用领域已经成为薄板坯连 素结构钢、低合金高强度钢和改善成形性能的低合
铸连轧技术发展的重要趋势。而开发低合金高强度 钢（ ＨＳＬＡ 钢 ） ， 特 别 是 微 合 金 化 钢 是 一 条 颇 为 有 效 的途径。屈服强度 ５５０ ＭＰａ 级高强钢板在国外传统 厚板坯连轧流程上已开发成功， 但在薄板坯连铸连 轧流程上开发尚未见报道。作为国内第一条薄板坯
（ ｄ） ６．３ ｍｍ
图 ２ 不同厚度高强钢板的显微组织
表 ５ 高强钢板的铁素体晶粒尺寸
钢带规格 ／ｍｍ
１．８ ２．５
３．２
铁素体晶粒尺寸 ／μｍ
３．４
４．０
３．８
５０ μｍ
６．３ ３．８
出现明显的软化， 说明钢板的焊接性能较好。 ３．２ 高强钢板强化机理分析
采用 Ｖ 微合金化技术生产的高强度钢板， 其成 品组织的铁素体平均晶粒直径为 ３～４ μｍ， 实现了带 钢组织的超细化。根据 Ｈａｌｌ－ Ｐｅｔｃｈ 关系［２］ 及扩展屈 服强度的计算经验公式：
钢包
板坯连铸→辊底式均热炉均热→６ 机架 ＣＳＰ 精轧机 热连轧→层流冷却→卷取， 如图 １。 ２．２ 成分设计
珠钢采用 Ｖ 微合金化技术进行 ５５０ ＭＰａ 级（ 屈服 强度） 高强钢板的开发。含 Ｖ 钢可以通过再结晶控轧细 化晶粒， 更为重要的是， Ｖ 有很强的沉淀强化作用。同 ＶＣ 相比， ＶＮ 的热力学稳定性高（ 溶解度低） ， 无论是在 铁素体还是在奥氏体中， ＶＮ 的溶解度都比 ＶＣ 低得 多， ＶＮ 的形成有更大的化学驱动力， 形成了具有体积 分数大且稳定性高（ 粗化倾向小） 的细小弥散颗粒［２］。因 此， 增加钢中 Ｎ 含量将增大粒子体积分数， 减小粒子尺 寸， 充分发挥微合金化元素在钢中的关键作用［３］。
·试验研究·
汽车工艺与材料
ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＆ ＭＡＴＥＲＩＡＬ
文章编号： １００３－ ８８１７（ ２００６） １１－ ０００１－ ０５
屈服强度 ５５０ ＭＰａ 级高强度高成形性钢板的开发研究
毛新平 １， ２， 高吉祥 ２， 李烈军 ２， 刘清友 ３， 林振源 ２， 许传棻 ２
（ １． 广 州 珠 江 钢 铁 有 限 责 任 公 司 ， 广 东 广 州 ５１０７３０； ２． 广 钢 集 团 技 术 中 心 ＣＳＰ 应 用 技 术 研 究 所 ， 广 东 广 州
５１０７３０； ３．钢铁研究总院， 北京 １０００８１）
摘要： 针对薄板坯连铸连轧的工艺特点， 研究了薄板坯连铸连轧钢板生产中 Ｖ 在连铸、均热、轧制和冷却各工艺环节 的析出规律， 以及微合金沉淀析出对变形奥氏体再结晶和铁素体相变的影响。并利用 Ｖ 微合金化技术， 采取相应的
３５０
６．３ ｍｍ
３００
３．２ ｍｍ
１．８ ｍｍ
２５０
硬度 ＨＶ
５０ μｍ
（ ａ） １．８ ｍｍ
５０ μｍ
（ ｂ） ２．５ ｍｍ
２００
１５０ ０
５
Biblioteka Baidu
１０ １５ ２０ ２５ ３０
焊缝位置 ／ｍｍ
图 ４ 各种规格钢板的焊接硬度曲线分析
由图 ４ 可见， 各种规格钢板的焊接热影响区组织未
５０ μｍ
（ ｃ） ３．２ ｍｍ