500MPa級冷成型汽車用鋼的研發

鄭 飛 張大江 王海燕 萬國喜

(安陽鋼鐵股份有限公司)

500MPa級冷成型汽車用鋼的研發

鄭 飛 張大江 王海燕 萬國喜

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼低成本、高性能的500 MPa級冷成型用鋼的研發情況，詳述其成分體系的設計原理，冶煉、軋鋼過程的控制，研發結果表明，該產品成本低，力學性能、均滿足用戶使用要求。

AG500MC 冷成型 微合金化 析出強化

0 前言

目前十堰地區作為全國公路自卸車生產基地，對汽車主、副梁,油箱掛梁等用鋼需求很大。以前該地區主要使用Q345B材料制作公路自卸車的主、副梁及各種折彎小件，但各個鋼材供貨廠家頻繁出現不同程度的折彎開裂現象，因此十堰地區各公路自卸車制造廠家均被迫采用汽車大梁專用鋼510 L替代Q345B。安鋼由于運距較遠，在十堰市場中沒有價格優勢，因此510 L產品發往該地區相對較少。但隨著近年來經濟低迷，市場競爭依然非常激烈，產品利潤急劇下滑，許多廠家出現入不敷出的局面，于是以十堰馳田為代表的廠家向鋼廠提出設計一種優于Q345B折彎性能同時又能替代510 L且成本較低材料。安鋼結合本廠1 780 mm熱連軋生產線特點，嚴格制定了各道工序生產工藝操作要點，總結出一套生產成本更低、產品質量更優的生產工藝，成功開發了500 MPa級冷成型汽車用鋼，滿足了用戶需求，產品得到用戶的好評。

1 化學成分設計及技術要求

1.1 成分設計

根據化學元素對鋼的強韌性的影響，主要采用少量的錳配合中等含量的鈦微合金化設計，既滿足了AG500MC的使用要求，又降低了合金成本。

微合金元素Ti在鋼中和碳、氮結合形成TiC、TiN化合物，而TiN的溶度積很小，即使加熱到1 400 ℃時也存在非常細小的微粒，顯示出強的抑制奧氏體晶粒長大的作用。TiC可以在鐵素體中析出，起到強烈的沉淀強化作用。但Ti的含量過低時(0.01%～0.02%)，就沒有足夠的TiN阻止晶粒的粗化，同時過高的Ti將導致粗大的液態析出TiN，也不能阻止晶粒的長大[1]。

1.2 技術要求

500 MPa級冷成型汽車用鋼的化學成分、力學性能分別見表1、2.

表1 500 MPa級冷成型汽車用鋼化學成分 質量百分數 %

表2 500MPa級冷成型汽車用鋼力學性能

注：1、a-試樣厚度，d-彎心直徑 2、拉伸、冷彎試樣為橫向試樣。

2 生產工藝

2.1 冶煉工藝

2.1.1 轉爐工藝

鐵水脫硫終點[S]≤0.003%，鐵水脫硫扒渣干凈；采用較高的出鋼溫度，減少精煉升溫時間；出鋼采用滑板擋渣，嚴格控制下渣；出鋼后嚴禁大氬氣攪拌，避免鋼液裸露。

2.1.2 精煉工藝

LF采用全程控鋁；進站后盡量快速埋弧造泡沫渣，爐渣造好后集中脫硫，縮短大氬氣攪拌脫硫時間，減少鋼液增氮；軟攪拌時間大于8 min，保證夾雜物充分上浮。

2.1.3 連鑄工藝

連鑄過程全程保護澆注，確保長水口和浸入式水口密封良好；澆注過程要求拉速和結晶器液面穩定；中包鋼水目標過熱度10 ℃～25 ℃。

2.2 軋鋼工藝

2.2.1 加熱工藝

板坯加熱溫度是控制軋制的重要方面。根據500 MPa級冷成型汽車用鋼的Ti的含量，采用下述公式(1)和(2)可以粗略計算出Ti在奧氏體中的最低溶解溫度：

Ti(有效)=Ti(全)-3.42N-3S

(1)[2]

log[%Ti][%C] γ=-7 000/T + 2.75

(2)

同時考慮到Ti的固溶溫度、加熱爐的溫差以及薄規格軋制過程的溫度控制要求，冷成型用鋼中Ti元素完全固熔需要加熱溫度達到1 210 ℃～1 250 ℃，微合金元素的碳化物、氮化物及碳氮化物在高溫加熱時溶入奧氏體中，能夠起到阻礙原始奧氏體晶粒長大，達到細化奧氏體晶粒的目的。

2.2.2 終軋溫度對AG500MC性能的影響研究

終軋溫度對AG500MC力學性沒有較大的影響，終軋溫度從840 ℃提高到900 ℃，抗拉強度變化不大，屈服強度略有所降低，約為15 MPa左右。

2.2.3 卷取溫度對AG500MC性能的影響研究

卷取溫度對強度影響較大，當卷取溫度降到550 ℃，組織中會出現粒狀貝氏體，惡化鋼的沖壓性能，因此卷取溫度最低應控制在600 ℃左右。

2.2.4 軋制工藝

通過研究Ti的析出強化作用，確定了AG500MC的組織目標為鐵素體+珠光體+細小彌散碳化物，軋制工藝采用高終軋和高卷取溫度。采用該工藝可以盡量避免精軋過程兩相區軋制，增大相變驅動力的同時也減小了混晶可能性，并且還減少了形變誘導析出的TiC，增加了后續冷卻卷取過程中的相間析出和過飽和析出細小的TiC比例。這樣即保證較高的強度，也具有一定的塑韌性，保證了AG500MC滿足用戶的折彎和剪切加工性能。

第一階段為奧氏體再結晶軋制，此階段板坯溫度高，道次采用大壓下量軋制，軋后金屬快速再結晶，因加熱而粗化的奧氏體晶粒經過反復軋制，再結晶晶粒得到細化。

第二階段為奧氏體未再結晶軋制，軋制溫度1 100 ℃～840 ℃。隨著軋制溫度的下降，奧氏體再結晶被抑制，仍保持加工硬化狀態。隨著壓下量的增加，奧氏體晶粒伸長，同時晶粒內有大量形變帶和位錯。變形奧氏體的晶界、變形帶及位錯等處都是鐵素體的形核部位，形核點增多，晶粒進一步細化。

第三階段為軋后加速冷卻。880 ℃終軋后快速冷卻，使未相變的奧氏體晶粒形成微細的多邊形晶粒或者相變轉變成其它形態的組織，從而得到更加細小的組織和彌散析出物。

3 結果與分析

3.1 力學性能

統計2013年10月-2015年12月的性能檢驗情況，共檢驗300批次，性能一次檢驗合格率達到98.12%，綜合性能合格率99.14%。生產以來AG500MC力學性能的統計結果見表3。

表3 AG500MC的力學性能統計

從表3可以看出，AG500MC的力學性能合格率等各項技術指標均達到了較高的水平，成型性能優良，能夠承受復雜變形的沖壓，用戶反應良好，實現了較好的經濟效益和社會效益，并為下一步開發更高強度且經濟型的汽車專用型材用鋼積累了技術經驗。

3.2 金相組織

采用ZEISS Observer .A1m金相顯微鏡，對試樣沿厚度方向進行組織分析，金相組織如 圖1所示。

(a) 邊部 F+P 11級 (b) 1/4 F+P 10.6 級 (c) 中心 F+P 10.5級

圖1 AG500MC的金相組織

從圖1可以看出，AG500MC的組織為F+P，邊部較中心晶粒度細0.5級左右，但均在10級以上，細化晶粒效果明顯。

3.3 冷彎性能

對試樣進行180 °冷彎檢驗，試樣寬度B=35 mm，彎心直徑d=0.5 a，檢驗結果全部合格。在此基礎上又進行了180 °寬冷彎試驗，試樣寬度B=50 mm，彎心直徑d=0.5 a，以及現場壓扁試驗，結果全部合格。以上檢驗表明試制鋼板的冷彎性能非常優良。冷彎及壓扁試樣分別如圖2、圖3 所示。

4 用戶使用情況

截止到2015年底，安鋼共計生產AG500MC熱軋卷板近萬噸，產品各項性能穩定，尺寸、表面質量及板形優異，成形合格率高、焊接性能優良，綜合性能優于國內同類產品，產品已成功應用于十堰馳田、神和汽車、東風特汽、大力天駿等國內知名的汽車生產廠家，得到用戶的普遍贊譽。

5 結語

(1)500MPa級冷成型用鋼是根據用戶的特殊要求而研制、開發的汽車大梁用鋼，考慮到成本和使用特性，通過對微合金元素析出強化的研究，采用低C+低Mn+中Ti的成分體系，高溫加熱、高溫終軋、較高溫卷曲的軋制工藝，有效地保證了細晶強化和TiC的析出強化。

圖2 B=50 mm，d=0.5 a(a=8mm)的冷彎性能

圖3 用戶壓扁實驗， d=0(a=3mm)

(2)材料金相組織均勻，力學性能波動小，具有成本低、冷成型性能、疲勞性能優良等特點，完全滿足使用需求。

[1] 王友銘,李曼云,韋 光.鋼材的控制軋制和控制冷卻[M].北京:冶金工業出版社,2009:62-63.

[2] 雍岐龍.鋼鐵材料中的第二相[M].北京:冶金工業出版社,2006:97-98

DEVELOPMENT OF 500MPa HIGH STRENGTH COLD-FORMING STEEL

Zheng Fei Zhang Dajiang Whang Haiyan Wan Guoxi

(Anyang Iron and Steel stock Co.,Ltd)

The research and development of low-cost and high-perfomance 500MPa grade cold forming steel are introduced in Anyang steel. The design principle, the composition and smelting and rolling process control are described in detail .The results show that the product has low cost, the mechanical properties and serviceability can meet user's requirements.

AG500MC cold forming micro-alloying precipitation strengthening.

2016-11-19

*聯系人：鄭飛，工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司技術質量處;