汽車安全帶卷簧用熱軋鋼帶的開發生產

路　峰

（山鋼股份萊蕪分公司 技術中心，山東 萊蕪271104）

1　前言

隨著國民經濟的發展，中國汽車產銷量已經連續多年蟬聯世界第一。2017年全年汽車產銷量突破2 900萬輛，從而帶動了汽車用鋼及配件行業的快速發展。安全帶作為目前汽車的強制安裝和配置之一，其市場需求越來越大［1］。安全帶卷簧作為汽車安全帶上的重要零件，安全帶卷收器性能好壞的重要影響因素，其性能和質量直接影響到駕乘人員的安全。根據加工工藝的不同，材質主要有碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼［2］。

山鋼股份萊蕪分公司通過對冶煉、連鑄、軋制等工藝參數的分析，成功開發了汽車安全帶卷簧用碳素彈簧鋼，產品組織性能良好，滿足使用要求。

2　技術要求

影響汽車安全帶卷簧用鋼的兩個最主要因素是抗疲勞和抗彈性減退，這兩個因素除了跟鋼種本身的成分以及熱處理工藝等有關外，還與熱軋原料的非金屬夾雜物、表面脫碳層深度及組織的均勻性有關。熱軋鋼帶化學成分及非金屬夾雜物要求見表1、表2。厚度規格≤3.2 mm，要求單面總脫碳層≤0.08 mm；厚度規格＞3.2 mm，要求單面總脫碳層小于實際厚度的2.5%。

表1　卷簧用鋼化學成分（質量分數）%

表2　卷簧用鋼非金屬夾雜物 級

3　關鍵生產工藝控制

3.1　生產工藝流程

配料（熱裝50%以上鐵水）→50 t電爐→LF爐精煉+VD真空脫氣處理→連鑄→緩冷→加熱→粗軋→中軋→精軋→運輸鏈冷卻→卷取→入庫。

3.2　冶煉過程中主要控制要點

3.2.1電爐冶煉

入爐原料采用自產優質廢鋼，熱裝鐵水比例≮60%，As含量≤0.025%；冶煉過程造好泡沫渣、均勻脫碳，減少吸氮，必要可進行換渣，加強脫P操作；鋼包烘烤溫度≥800℃，全熔分析溫度≥1 540℃；出鋼條件：終點C≥0.10%，P≤0.010%，殘余元素含量符合標準要求，出鋼溫度1 620～1 680℃；電爐出鋼過程中隨鋼流加入鋼芯鋁1.0～2.0 kg/t，鋼包合金化時按照成分下限配入合金調整，電爐出鋼過程嚴禁下渣。

3.2.2LF精煉

出鋼過程隨鋼流采用硅鐵和鋁脫氧，添加合成渣預精煉，入LF后及時喂鋁線脫氧，向渣面加硅鐵粉、碳化硅、電石、鋁粒等進行擴散脫氧，堿性爐渣精煉，控制精煉爐渣堿度＞3.0，控制最佳爐渣成分、渣量、白渣保持時間等，保持白渣≥20 min，以進一步降低鋼液中的氧含量及夾雜物，并對夾雜物進行變性處理，降低其對鋼材的危害。

3.2.3VD真空處理

確保真空（≤76 Pa）處理時間在12 min以上，控制最佳吹氬流量，軟吹氬時間≮15 min，軟吹氬時嚴禁鋼水裸露和大氬氣量攪拌降溫。

3.2.4連鑄過程

采用低過熱度澆鑄，選擇合適、穩定的拉速，二冷采用弱冷及多級電磁攪拌技術，提高連鑄坯的等軸晶率，減輕或消除鑄坯中心偏析和縮孔；做好全程保護澆注，中間包液面≥700 mm，結晶器液面波動±2 mm；鋼種液相線溫度按1 467℃，中包過熱度按20～30℃控制，中包第1爐溫度1 507～1 517℃（熱換爐次減5℃），第2爐以后1 487～1 497℃；結晶器和末端電磁攪拌正常使用。

3.3　熱軋過程中主要控制要點

3.3.1鋼坯加熱

加熱爐內的氣氛按弱還原性控制，空燃比控制在0.9以內；注意控制預熱段的溫度，鋼坯在低溫階段（700℃以下）時，放慢加熱速度。鋼坯加熱制度見表3，要求長度方向加熱溫差≤35℃。

表3　卷簧用鋼坯加熱制度

3.3.2軋制過程

安全帶卷簧用鋼變形抗力大，粗軋階段充分考慮高溫和塑性的有利條件，實現較大壓下，減輕精軋機組的負荷；粗軋、精軋過程軋輥用切水板擋水，實行避水軋制；終軋溫度控制890～960℃；卷取溫度控制630～710℃。

4　產品實物質量分析

4.1　化學成分控制情況

對工業批量生產的35爐汽車安全帶卷簧用鋼進行了化學成分檢測，鋼的成分控制情況見表4。

表4　卷簧鋼化學成分控制情況（質量分數）%

由表4可以看出，所生產的鋼帶化學成分控制較好，C含量偏差控制在0.04%以內，S、P控制較低，鋼質純凈度較高。

4.2　非金屬夾雜物

連鑄坯中夾雜物形貌見圖1，可以看出，連鑄坯中夾雜相對較少，而且尺寸小。夾雜物整體不影響鋼的綜合性能。

4.3　微觀組織及脫碳層

圖1　卷簧鋼連鑄坯夾雜物

卷簧鋼熱軋態金相組織見圖2，SEM形貌見圖3。由圖2可以看出，熱軋鋼帶的組織為珠光體，無網狀滲碳體，邊部無全脫碳層。由圖3可以看出，熱軋鋼帶的珠光體片層較細且較為均勻，片層間距在300～450 nm范圍內。

圖2　卷簧鋼熱軋態金相組織

圖3　卷簧鋼SEM形貌

5　結語

通過對冶煉、連鑄及軋制工藝的合理控制，實現了汽車安全帶卷簧用熱軋鋼帶的批量生產；冶煉過程采用潔凈鋼冶煉技術，有效地控制了鋼中夾雜物含量及形態分布，降低了夾雜物對產品性能的影響；熱軋過程嚴格控制軋制工藝，鋼帶的組織及表面脫碳情況良好，完全滿足用戶的使用要求。