屈服強(qiáng)度700Mpa級輕量型汽車廂體鋼的開發(fā)

李 斌，王文錄，李紅俊，張繼永

（河鋼邯鋼技術(shù)中心，河北 邯鄲 056000）

國內(nèi)市場商用車保有量占汽車總保有量的20%-25%，但油耗卻占到了汽車總油耗的50%-70%，商用車輕量化對降低能源消耗和尾氣排放顯得尤為緊迫。目前許多廠商開始傾向于使用規(guī)格薄、強(qiáng)度高的汽車用鋼，在保證汽車安全性能的基礎(chǔ)上，更大程度的做到節(jié)能減排。河鋼邯鋼根據(jù)市場需求，采用鈮鈦微合金強(qiáng)化，通過合理的生產(chǎn)工藝，在邯寶2250熱軋生產(chǎn)線成功開發(fā)了屈服強(qiáng)度700Mpa級汽車廂體鋼熱軋卷，其綜合性能良好、表面和板形合格，用戶加工使用正常，滿足汽車輕量化設(shè)計和使用需要。

1 成分設(shè)計

1.1 技術(shù)要求

汽車廂體鋼主要用于制造汽車的車廂，包括廂式貨車的車廂、自卸車的翻斗等。材料的加工和服役過程不僅要求其具有較高的強(qiáng)度，還需要具有良好的韌性和塑形。產(chǎn)品的性能指標(biāo)符合技術(shù)要求。具體見表1。

表1 700XT力學(xué)性能和工藝性能要求

1.2 成分設(shè)計

成分采用C+Mn+Ti+Nb成分體系，發(fā)揮C、Mn元素的固溶強(qiáng)化作用，同時添加少量的Ti，以及微量的Nb元素，發(fā)揮Ti、Nb元素的沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用，提升產(chǎn)品的強(qiáng)度和低溫韌性。同時嚴(yán)格控制鋼種的P、S、N元素含量，保證鋼材的冷彎和沖擊韌性?；瘜W(xué)成分設(shè)計見表2。

表2 700XT熔煉成分設(shè)計（wt%）

鋼中主要元素的作用機(jī)理如下：

（1）C 是很強(qiáng)的間隙固溶強(qiáng)化元素，能強(qiáng)烈提高鋼的強(qiáng)度。但是，C含量增加會使鋼中珠光體或脆性碳化物的比例增加，這既不利于鋼的韌塑性提高，還會惡化其焊接性能。成分設(shè)計時C≤0.10%，同時考慮了其兩方面作用。

（2）Mn是固溶強(qiáng)化元素，但含量過高會弱化鋼材焊接性能。另外，MnS夾雜會造成鋼板的各向異性增加，因此在成分設(shè)計時，保持高 Mn 含量的同時應(yīng)該嚴(yán)格控制S的含量，以降低 MnS對韌塑性的惡化。

2 生產(chǎn)工藝

2.1 工藝流程

700XT汽車廂體鋼生產(chǎn)工藝流程如下:高爐鐵水→鐵水預(yù)脫硫→250噸轉(zhuǎn)爐冶煉→LF 精煉爐精煉→雙流板坯連鑄機(jī)澆鑄→板坯加熱→高壓水除鱗→粗軋→7架精軋→層流冷卻→卷取→利用隔熱擋板庫內(nèi)緩冷→性能檢驗→矯直+平整→包裝標(biāo)識入庫準(zhǔn)發(fā)。

2.2 煉鋼工序

（1）鐵水預(yù)脫硫。通過對高爐鐵水進(jìn)行預(yù)脫硫，能夠大幅減少鐵水中的S含量。（2）轉(zhuǎn)爐冶煉。通過合適的供氧制度，將終點P控制在0.014%以下，終點溫度控制在1635±25℃，保證爐后取樣化驗鋼中Al含量大于0.020%，弱化鋼渣氧化性。（3）LF爐精煉。LF全程采用微正壓控制，前期進(jìn)行快速造渣脫硫和溫度調(diào)節(jié)，加入Mn、Nb等的合金物料合金化后，保證鋼渣為還原性渣的同時促進(jìn)夾雜物充分上浮。（4）連鑄保護(hù)澆鑄。連鑄采用保護(hù)澆鑄工藝，中包過熱度控制在10-25℃，根據(jù)斷面拉速控制在0.9-1.4m/min，過程采用動態(tài)輕壓下技術(shù)。

2.3 軋鋼工序

根據(jù)鈦、鈮等強(qiáng)化元素在不同階段回溶、析出行為的特點，設(shè)計出適用于所開發(fā)700XT成分體系的板坯加熱、軋制制度、入庫存放等過程工藝，使得最終產(chǎn)品的各項性能良好穩(wěn)定。

（1）板坯加熱。為保證Ti、Nb充分回溶，在爐時間設(shè)定為150-250分鐘，出爐溫度設(shè)定為1230±20℃。

（2）軋制制度。采用粗軋+精軋的兩階段軋制方式和控制冷卻工藝。粗軋階段為奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，在R1和R2兩個四輥粗軋機(jī)上進(jìn)行3+3道次可逆軋制，各道次壓下率在16%～30%，累計圧下率75%～80%。

（3）鋼卷下線后集中堆放至隔熱擋板包圍區(qū)域進(jìn)行緩冷。進(jìn)一步釋放鋼卷殘余應(yīng)力，改善鋼卷邊部板形。

（4）針對2.0-4.0mm薄規(guī)格700XT板形容易出線邊浪、弓背等問題，采用“矯直+平整”工藝，并根據(jù)來料具體板形特點。

3 生產(chǎn)情況及產(chǎn)品檢驗

河鋼邯鋼于2018年初開始進(jìn)行了屈服強(qiáng)度700MPa汽車廂體鋼700XT的開發(fā)試制，目前完成生產(chǎn)3.5萬噸，規(guī)格已下探至2.0mm，且通卷性能穩(wěn)定均勻，板形質(zhì)量良好，軋制規(guī)格覆蓋（2.0～16.0）×（1250-2150）mm。產(chǎn)品的各項指標(biāo)的檢化驗結(jié)果如下。

3.1 熔煉成分及氣體O、N含量

邯鋼700XT生產(chǎn)時，煉鋼工序各合金成分均按窄范圍控制，同時采用潔凈鋼生產(chǎn)工藝，嚴(yán)格控制有害元素P、S以及氣體O、N含量，保證鋼種有效Ti穩(wěn)定在合理范圍，為最終產(chǎn)品的各項性能合格穩(wěn)定創(chuàng)造條件。具體熔煉成分和氣體O、N控制情況

3.2 各項性能檢驗

軋鋼工序通過嚴(yán)格的TMCP控軋空冷工藝，而且鋼卷下線后集中堆垛緩冷，材料通卷性能穩(wěn)定性得到提升，各向性能差異明顯降低。

同時考慮到用戶的加工使用 ，強(qiáng)度富余量控制在30MPa左右，保證了產(chǎn)品強(qiáng)度和塑形的良好匹配。具體拉速性能情況見下表3。

表3 邯鋼700XT拉伸性能情況

對 700XT 取樣進(jìn)行了 180°冷彎試驗，彎曲壓頭直徑 d =2a，試驗結(jié)果全部合格。在實驗條件為d=0.5a時，也表現(xiàn)出良好的冷彎性能。

3.3 金相組織和夾雜物

邯鋼700XT產(chǎn)品的金相組織主要是由多邊形或準(zhǔn)多邊鐵素體和TiC、Ti（CN）、NbC等納米級彌散析出物組成，還可能出現(xiàn)少量的退化珠光體，晶粒度在11-13.5級。產(chǎn)品的非金屬夾雜物含量很少，主要表現(xiàn)在連鑄液析產(chǎn)生的大顆粒TiN存在，尺寸在2-8um，評級D類0.5級。

3.4 板形和表面

邯鋼700XT產(chǎn)品的表面質(zhì)量良好穩(wěn)定，合格率在99.2%以上。針對薄規(guī)格高強(qiáng)鋼板形控制難的特點，進(jìn)行了產(chǎn)線升級改造，一方面在庫內(nèi)設(shè)立鈮鈦微合金化高強(qiáng)鋼專用堆垛緩冷區(qū)域，一方面新建了2#平整線，提升了設(shè)備的平整矯直能力，平整后的板形質(zhì)量良好，不平度控制在10mm以下。

4 用戶加工和使用

邯鋼700XT產(chǎn)品目前已應(yīng)用于山東、河南、陜西等省份商用車加工廠家的汽車廂體生產(chǎn)，加工的主要車型有自卸車、半掛車、罐體車等，客戶反映產(chǎn)品的板形良好、易于加工成型。采用邯鋼700XT鋼板替代Q345等普通鋼材加工廂體，各車型的減重在1.0-3.5噸左右，單輛車每年節(jié)省油費約3-6萬元。

圖1 用邯鋼700XT產(chǎn)品加工的汽車車廂

5 總結(jié)

（1）利用C、Mn元素的固溶強(qiáng)化，并添加微量的Nb、Ti成分，通過合適的TMCP控軋空冷工藝，充分發(fā)揮Nb、Ti的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用，河鋼邯鋼實現(xiàn)了屈服強(qiáng)度700MPa級廂體鋼700XT的批量生產(chǎn)，產(chǎn)品的強(qiáng)度富余量適中，材料塑韌性良好。

（2）鋼卷下線后放入緩冷區(qū)域進(jìn)行集中堆垛，使得析出強(qiáng)化物充分析出，并釋放部分殘余應(yīng)力，通卷的性能和板形趨于穩(wěn)定。然后通過適當(dāng)?shù)摹俺C直+平整”工藝，最終出廠產(chǎn)品的板形質(zhì)量更加優(yōu)良，便于后續(xù)用戶加工成型。

（3）產(chǎn)品在多家商用車加工廠的車廂生產(chǎn)上得到推廣應(yīng)用，車體減重效果明顯，在保證車輛使用安全的前提下，實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的，滿足了國內(nèi)商用車輕量化設(shè)計需求。