510L汽车大梁钢板的研制

马正伟 亓俊鸿 谷国华

(山东泰山钢铁集团新材料研究所，山东271100)

汽车大梁钢主要用于各类汽车车架纵梁、横梁等结构件，该产品要求有较高的强度，良好的成形和加工性能，以及较好的抗疲劳强度。某厂根据炉卷轧机产品的组织和性能特点，通过合理的化学成分设计、优化轧制和冷却工艺，得到了组织细小均匀、性能优良的510L汽车大梁钢。

1 技术要求

510L汽车大梁钢的技术要求分别见表1和表2。

2 生产工艺及相关技术参数

2.1 510L汽车大梁钢生产工艺为：

高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF精炼→连铸→铸坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取→入库。

2.2 铁水技术参数

铁水技术参数见表3。

2.3 加热及轧制卷取工艺

加热段温度为(1 240±20)℃，均热段温度为(1 230±10)℃。轧制工艺参数见表4。

表 1 化学成分要求(质量分数，％)

表 2 力学性能要求

表 3 铁水技术参数

表 4 轧制工艺参数表

3 实验结果

3.1 化学成分

表5是用SPECRTOLAB M10型直读光谱仪对钢带头部3 m、5 m、10 m处的取样进行化学成分检测获得的数值。

表 5 钢带的实测化学成分(质量分数，％)

由表5可以看出,研制的510L汽车大梁钢的硫含量大于0.006％，超过目标控制成分，但在国标控制的范围之内。其它化学成分均在目标控制成分范围之内。

3.2 力学性能

表6是对成品钢带头部3 m、5 m、10 m处的取样进行力学性能测试得到的力学性能参数。

表 6 钢带的力学性能检验值

由表6可以看出，研制的510L汽车大梁钢屈服强度、抗拉强度、延伸率、冷弯性能及屈强比都合格。

3.3 夹杂物

表7是非金属夹杂物评级表。

由表7可知，本次研制的510L汽车大梁钢的非金属夹杂物主要集中在C、D类，级别在2.0～2.5级之间，其它类别夹杂物的级别较低。

3.4 金相组织

表8所列的是本次研制的510L汽车大梁钢的金相组织参数，表中“F多+P”的意思是多边形铁素体+珠光体。

表 7 夹杂物评级表

由表8可以看出，试样的金相组织为多边形铁素体+珠光体；中心晶粒度级别中心为11级，边部为12级；带状组织较轻，边部为A0～A1，约占整个板厚的2/3，中心带状组织为A2～A3级，约占板厚的1/3。

4 分析讨论

因为汽车大梁钢要求有较高的强度和良好的冷成形性，并且还要求具有很好的抗疲劳性能，所以在化学成分设计方面，采用低碳设计路线，碳含量下降带来的强度损失通过添加Nb、Al等微合金元素来弥补。其中，Nb可以产生非常显著的细晶强化和中等程度的沉淀强化作用。通常情况下，含Nb的钢加热到1 200℃、均热2 h，钢中Nb的碳氮化物并不能溶到奥氏体(90％的Nb可以固溶到奥氏体中)中，这些Nb的碳氮化物在加热过程中可以阻碍奥氏体晶粒长大；在轧制中会在位错、亚晶界、晶界上沉淀析出Nb的碳氮化物，阻碍奥氏体动态再结晶，有利于晶粒细化。通过添加微合金元素和控制轧制工艺的结合，充分发挥微合金化元素的细晶强化和沉淀强化等作用，保证了510L汽车大梁钢的强度、冷成形性、良好的韧塑性匹配及抗疲劳性能。

表 8 试样的金相组织、晶粒度和带状组织级别

在炼钢过程中，为降低钢中非金属夹杂物的含量，在冶炼中采取铁水预脱硫、钢包吹氩等手段。在LF精炼时，强化脱硫、脱氧操作，降低了硫的含量，并通过钙改性处理降低了B类(氧化铝类)夹杂物的含量，但是C类(硅酸盐类)和D类(球状氧化物类)夹杂物还是在2.5级以上，在以后的生产中还要加强变质处理工艺，降低夹杂物级别。虽然本次研制的大梁钢的含碳量符合标准要求，但是含碳量稍高，下一步在保证力学性能的前提下，应尽量将碳含量降低到0.10％以下。

在轧钢过程中，采取了控轧控冷工艺，根据钢中微合金元素的含量选择合适的均热温度，保证Nb的碳氮化物充分固溶。粗轧阶段控制轧制道次、温度和中间坯厚度，以保证精轧阶段的开轧温度和精轧阶段的累计变形压下量，确保组织细化。另外，通过降低精轧终轧温度配合合理的变形量，一方面发挥微合金作用，另一方面使钢达到足够的未再结晶区的变形量。在一定程度上减轻了带状组织的级别。轧后采取控制冷却工艺，在保证不出现快冷组织的前提下尽量加大冷却速度，为细化晶粒和降低带状组织级别做出贡献。从检测的结果来看，本次研制的510L汽车大梁钢厚度中心(大约占1/3厚度)的带状组织达到A3.0级，而两个表面和边部位置带状组织级别较低(在1.0级以下。这是因为两个表面和边部位置的终轧温度较低，因此，再生产时，降低终轧温度至820～800℃，可有效的降低带状组织级别。

5 结语

采用低碳+高锰+Nb微合金元素的化学成分设计方案，配合控轧控冷工艺生产的510L汽车大梁钢板的组织为铁素体+珠光体组织，中心约占1/3厚度的带状组织偏高；晶粒度达到11级以上；各项力学性能指标均符合标准的要求。

510L汽车大梁钢的冶炼、轧制工艺合理，钢板总体性能达到了标准和用户的要求。

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