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邯鋼微合金化汽車廂體用鋼700XT的研制

時(shí)間:2019-02-23 10:44來源:河鋼集團(tuán)邯鋼公司技術(shù)中 作者:李強(qiáng) 王文錄 李斌 點(diǎn)擊:
摘 要:研究了含Nb-Ti微合金汽車用鋼高溫變形及晶粒析出,通過成分設(shè)計(jì)、冶煉、熱軋工藝的控制,開發(fā)出微合金化700XT汽車車廂用鋼,并微觀分析了此鋼種的力學(xué)性能、金相組織等,
  • 摘  要:研究了含Nb-Ti微合金汽車用鋼高溫變形及晶粒析出,通過成分設(shè)計(jì)、冶煉、熱軋工藝的控制,開發(fā)出微合金化700XT汽車車廂用鋼,并微觀分析了此鋼種的力學(xué)性能、金相組織等,通過生產(chǎn)跟蹤,性能滿足用戶輕量化需求。

    關(guān)鍵詞:700XT 汽車廂體、輕量化

    1 前言

    隨著國內(nèi)以節(jié)約資源和環(huán)保意識(shí)的新政下,汽車工業(yè)需對(duì)減輕汽車重量、降低油耗、提高汽車結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度以及安全性能等提出了更高的要求,汽車用鋼逐步呈現(xiàn)輕量化、高強(qiáng)化的發(fā)展趨勢。有研究表明,當(dāng)鋼板厚度分別減小0.05m、0.10mm和0.15mm,車身減重分別為6%、12%和18%,可見增加鋼板強(qiáng)度是減小厚度、減輕車重的主要途徑。根據(jù)市場發(fā)展的需要,邯鋼立足自身技術(shù)優(yōu)勢,通過合理的控軋控冷工藝[1],在2250產(chǎn)線上成功開發(fā)了700 MPa 級(jí)汽車廂體鋼熱軋卷板700XT,產(chǎn)品板形控制良好,力學(xué)性能及加工性能指標(biāo)良好,滿足汽車用鋼輕量化設(shè)計(jì)和使用需求。

    2 成分設(shè)計(jì)

    2.1 技術(shù)要求

    汽車廂體鋼主要用來制造汽車的車廂,包括貨車車廂、自卸車的翻斗、環(huán)衛(wèi)廂式貨車的車廂等。廂體鋼的制造過程及服役條件不僅要求其具有較高的強(qiáng)度,還需具有良好的塑韌性、冷成型性及優(yōu)良的焊接性能。為此,700XT 汽車廂體鋼的力學(xué)性能及工藝性能指標(biāo),見表 1、表2。同時(shí)為保證焊接性能,要求按公式 CEV = C + Mn/6 + (Cr+ Mo + V) /5 + (Ni + Cu) /15 計(jì)算的碳當(dāng)量 CEV≤0.35。

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    備注:1、當(dāng)厚度>8.0mm時(shí),規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度允許下降20MPa;2、說明:b為試樣寬度,a 為試樣試樣厚度;

    2.2 成分設(shè)計(jì)

    成分設(shè)計(jì)充分考慮微合金元素Nb、Ti,采用低C + Mn + Nb +Ti 成分設(shè)計(jì),發(fā)揮 C、

    Mn 元素的固溶強(qiáng)化作用,添加微合金Ti 、Nb元素[2],一方面利用沉淀析出,發(fā)揮其細(xì)化奧氏體晶粒作用,另一方面Ti與Nb的結(jié)合,由于Ti與N在液態(tài)鋼水中結(jié)合析出,為后續(xù)NbC析出提供形核質(zhì)點(diǎn),促進(jìn)NbC析出更加彌散,有效阻止奧氏體晶粒長大,擴(kuò)大奧氏體未結(jié)晶區(qū),為鐵素體相變提供更多的形核點(diǎn),從而使氮化物粒子能有效的析出,發(fā)揮沉淀析出作用,以便獲得高強(qiáng)度和良好的韌性。汽車廂體用鋼對(duì)成型性及焊接性較高,必須降低鋼水中粗大的氧化物和硫化物,同時(shí)嚴(yán)格控制鋼中P、S 元素的含量,改善鋼材的冷彎和沖擊性能,化學(xué)成分設(shè)計(jì)見表 3。

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    2.3化學(xué)成分對(duì)700XT車廂用鋼的影響

    (1)C、N含量的影響

    C:≤0.09%,較低的碳含量可使板卷具有良好的焊接性能和成型性能,強(qiáng)度的不足可以通過加入微合金元素和控軋控冷工藝來彌補(bǔ)。鋼中加入微合金元素Ti與C、N原子結(jié)合,形成第二相就是固碳、氮的過程,析出的Ti(C、N)、TiC顆粒尺寸與析出(卷取)溫度有關(guān),適宜的卷取溫度既可確保Ti(C、N)、TiC充分析出,又可保證析出物彌散細(xì)小;卷取溫度過高將使得Ti(C、N)、TiC顆粒尺寸粗大,對(duì)提高鋼的強(qiáng)度、低溫沖擊韌性和成型性不利;另外,鋼中N含量的提高增加了Ti的消耗量,使成本提高。因此,應(yīng)該降低鋼中的N含量,就能減少TiN的析出量,就能降低Ti消耗量。

    (2)碳當(dāng)量的影響

    微合金鋼的碳當(dāng)量一般要比普通鋼及高強(qiáng)度合金鋼要低一些,碳含量的降低不僅能保證微合金鋼的良好的塑性、焊接性能和低溫沖擊韌性,而且能有效地提高鋼材的冷、熱變形能力。

    (3)Mn含量的影響

    Mn:1.55~1.75%,通過固溶強(qiáng)化和細(xì)晶細(xì)化提高鋼的強(qiáng)度。在以再結(jié)晶控軋工藝生產(chǎn)的微合金鋼中,過高的Mn含量將加重鑄坯偏析、造成沖擊韌性降低。

    (4)Nb含量的影響

    Nb在控制軋制和熱機(jī)械處理時(shí),會(huì)產(chǎn)生顯著的晶粒細(xì)化和中等的沉淀強(qiáng)化,Nb提高了誘導(dǎo)相變的臨界溫度,降低誘導(dǎo)相變臨界變形量,并對(duì)誘導(dǎo)相變細(xì)晶鐵素體的長大有抑制作用。Nb提高了奧氏體再結(jié)晶溫度,從而擴(kuò)大奧氏體的非再結(jié)晶區(qū),擴(kuò)展了誘導(dǎo)相變控軋的工藝窗口。

    (5)Ti含量的影響

    Ti:0.095~0.14%,通過析出強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度。Ti是主要強(qiáng)化元素,它主要是通過在鐵素體區(qū)析出幼小的TiC來阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)從而提高屈服強(qiáng)度。其強(qiáng)化作用的大小取決于TiC顆粒分?jǐn)?shù)、分布和大小等。在一定條件下,Ti含量直接決定了TiC顆粒分?jǐn)?shù),因此,Ti含量的提高有利于提高材料的強(qiáng)度;另外,分布、大小和鐵素體的共格性等也對(duì)強(qiáng)度有重要影響。因而,Ti含量對(duì)強(qiáng)度的提高幅度也即TiC顆粒的強(qiáng)化效率是與冷卻溫度有關(guān)的。

    (6)P含量的影響

    控制P含量在0.016%以下,低的磷含量可以保證鋼具有良好的韌性、冷成型性能和焊接性能。

    (7)Ca:15~50PPm,改善夾雜物形態(tài),從而改善鋼的橫向沖擊韌性。

    3 生產(chǎn)工藝

    3.1 工藝流程

    700XT汽車廂體鋼生產(chǎn)工藝流程如下:高爐鐵水→采用復(fù)合噴吹脫硫工藝→ 300 t煉鋼轉(zhuǎn)爐冶煉→ LF精煉→兩機(jī)兩流板坯連鑄機(jī)拉坯→ 2250生產(chǎn)線板坯加熱→高壓水除鱗→ 4輥萬能粗軋機(jī)可逆軋制→ 7架熱連軋機(jī)精軋→層流控制冷卻→ 3臺(tái)地下卷取機(jī)卷取→離線檢驗(yàn)→平整→打捆包裝標(biāo)識(shí)入庫。

    3.2冶煉與軋制工藝

    冶煉和連鑄:采用潔凈鋼模式冶煉和窄成分終點(diǎn)控制,通過鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→連鑄全流程夾雜物、氧、氮、雜質(zhì)元素控制技術(shù),形成了潔凈鋼生產(chǎn)工藝技術(shù),使鈦強(qiáng)化高強(qiáng)鋼S≤0.004%;P≤0.014%;T.O≤0.0015%,鋼中[H]≤0.00015%,[N]穩(wěn)定在≤0.0045%的范圍之內(nèi)。同時(shí)采用倒角結(jié)晶器對(duì)鑄坯邊部質(zhì)量的改善及大壓下量的動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù),降低鑄坯中心偏析、疏松,為后續(xù)生產(chǎn)提供優(yōu)良的坯料。

    控制軋制和控制冷卻工藝:采用了TMCP工藝,通過控制軋制和控制冷卻使得材料的晶粒細(xì)化、析出強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和組織強(qiáng)化作用,提高強(qiáng)韌性能,滿足開發(fā)鈦強(qiáng)化高強(qiáng)度鋼。

    加熱:加熱溫度1250℃,加熱時(shí)間180~240 min;精軋入口溫度控制≤980℃;比較高的加熱溫度保證了連鑄過程中形成的碳氮化鈮能夠充分回溶,以保證析出粒子充分溶解以起到細(xì)化晶粒作用。

    終軋和卷?。航K軋溫度控制886-914℃,卷取溫度600~620℃,以保證碳化鈮、鈦能夠充分細(xì)小彌散析出,起到析出強(qiáng)化作用,保證具有高的強(qiáng)度和良好韌性。

    通過調(diào)整加熱溫度和卷取溫度,保證了微合金元素的回溶,從而有利地提高了屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,使性能合格率大提高,合格率由開發(fā)初期的70%左右提高到近100% 。

    3.3車廂用鋼低溫韌性的影響因素

    低的C當(dāng)量和低氣體O含量控制保證了鋼具有良好的韌性。當(dāng)T[O]含量越高,對(duì)鋼水的潔凈度越差,需對(duì)精煉加強(qiáng)對(duì)O含量的控制,當(dāng)O含量低于0.0020%及Mn/C比低于5.0時(shí),對(duì)車廂用鋼的低溫韌脆轉(zhuǎn)變溫度較好[3],具體變化情況見圖1、圖2、圖3、圖4 。

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    4 試制結(jié)果及分析

    邯鋼已按上述工藝進(jìn)行了700XT 汽車廂體鋼的工業(yè)試生產(chǎn),至目前累計(jì)生產(chǎn) 3000 余噸,軋制規(guī)格為 (2.5~4.0) × (1500-1515)mm,通過對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行系統(tǒng)跟蹤,產(chǎn)品成分性能滿足用戶要求。

    4.1 熔煉成分

    邯鋼700XT汽車車廂用鋼冶煉都按窄成分控制,可見P、S雜質(zhì)元素控制的較低,實(shí)際控制滿足潔凈鋼的要求,具體見表4 。

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    4.2氣體成分

    氣體成分控制良好,具體見表5 。

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    4.3鑄坯低倍情況

    實(shí)際生產(chǎn)過程中,通過澆鋼過程中在線對(duì)鑄坯的凝固末端進(jìn)行一定的機(jī)械壓下,補(bǔ)償鑄坯凝固末端兩相區(qū)的凝固收縮,從而減輕乃至消除中心偏析、疏松,提高鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量,經(jīng)過鑄坯低倍檢驗(yàn),結(jié)果顯示良好,C類0.5級(jí),見圖5-圖6。

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    4.4 軋制工藝

    通過控制軋制的各道次壓下率及提高卷取溫度(600~620℃)的命中率,確保Nb、Ti細(xì)小彌散析出,通過析出強(qiáng)化大幅度提高了鋼的強(qiáng)度;但為了保證700XT車廂用鋼的低溫韌性,經(jīng)過大量試驗(yàn)研究,奧氏體再結(jié)晶軋制壓下制度對(duì)車廂用鋼低溫韌性性能有十分重要的影響。

    對(duì)于軋制厚度為(2.5-4.0)mm的車廂用鋼700XT,鑄坯原料相同,中間坯厚度為60mm,奧氏體再結(jié)晶區(qū)末道次采用不同的壓下率,見表6、圖7,軋制溫度控制情況良好,見表7、圖8,保障了車廂用鋼的低溫韌性性能及力學(xué)性能。

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    5 結(jié)論

    本論文研究了高強(qiáng)度700XT汽車微合金鋼的強(qiáng)化機(jī)理及工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用。

    研究了添加微合金元素Nb、Ti,與C、N結(jié)合生產(chǎn)Nb、Ti(C、N)的析出溫度及析出量隨溫度變化逐漸提高。

    研究了微合金元素Nb、Ti作為重要強(qiáng)化元素,通過析出強(qiáng)化有效提高鋼的強(qiáng)度。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 王有銘,等.鋼材的控制軋制和控制冷卻[M],冶金工業(yè)出版社,1995.

    [2] 韓孝永.鈮、釩、鈦在微合金鋼中的作用[J].寬厚板,2006,12(1):39-41.

    [3] 趙剛、葉傳龍等.含Nb-Ti微合金汽車用鋼高溫變形組織及力學(xué)性能的研究[J] .鋼鐵研究.2003,3:46-50.

    (責(zé)任編輯:zgltw)
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