800 MPa汽車大梁用熱軋帶鋼的開發

石發才， 張志波

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

安全性和輕量化是汽車重要發展方向，商用車對輕量化因自身減重需要和排放政策的實施更顯得十分迫切。隨著燃油價格不斷上漲，國家對治理污染力度空前加大，商用車在保證安全的前提下盡可能減輕車身重量，以達到車輛運營的經濟性，同時降低油耗和減少尾氣排放。商用車大梁是重要的承重件和安全件，它直接影響整車服役壽命與行車安全，基于減輕車重和提高安全性的考慮，制作大梁的材料在保證足夠強度的同時，還應該保證良好的冷成型性、耐疲勞性等要求。

一汽解放、東風商用、中國重汽等國內知名商用車企業在批量使用500 MPa、600 MPa和700 MPa基礎上相繼提出開發更高強度級別的汽車大梁鋼材料需求，要求抗拉強度達到800 MPa以上，以達到車身更輕，有效裝載量更大，油耗和排放更低的目標。

1 主要技術要求

800 MPa汽車大梁鋼主要技術要求見表1所示。

表1 力學性能和工藝性能

2 成分設計

針對技術要求，在成分設計上主要采用低的碳含量、低的硫含量，以及硫化物的球化處理，采用Ti、Nb復合微合金化，添加適量Mo，使得碳和微合金元素作用形成碳化物，同時，配合熱連軋的控扎控冷工藝，通過細晶、析出和相變強化機制，保證鋼板獲得良好機械性能[1]。

3 生產工藝

3.1 生產工藝流程

鐵水預處理→180 t轉爐冶煉→吹氬處理→LF精煉→板坯連鑄→板坯表面檢查與清理→板坯加熱→高壓水除鱗→2250粗軋及精軋→層流冷卻→卷取→性能檢驗→包裝標志→入庫。

3.2 冶煉工藝

為保證鋼質純凈，使鋼中的S、P含量較低，首先嚴格把關入爐原料，入爐鐵水中S質量分數≤0.015%，廢鋼中P和S質量分數≤0.035%；其次鋼水采用脫硫、脫氣、鈣處理等爐外精煉工藝，轉爐渣料和LF爐渣料均采用優質石灰，精煉后打Si-Ca線對夾雜物變性處理。連鑄嚴格控制過熱度，全程采用保護澆鑄，防止鋼水二次氧化和鋼水增氮，并投入輕壓下功能。800 MPa級大梁鋼化學成分見表2。

表2 化學成分（熔煉分析） %

由表2可見，800 MPa級大梁鋼成分控制達到內控要求，P、S含量較低，滿足鋼質純凈度要求。

3.3 軋制工藝

為保證軋制順暢，避免負荷過載而報警，甚至斷帶等風險，合理分配軋制負荷，提高工藝參數命中率而得到良好性能，熱軋工藝要點為：

1）加熱工序。采用中高溫加熱，保證合金元素充分固溶，又要防止原始奧區體晶粒過分長大。

2）粗軋工序。在奧氏體再結晶區進行7道次大變形量的快軋，利用再結晶作用細化奧氏體晶粒，同時避免混晶產生。

3）精軋工序。合理分配軋機負荷，保證過鋼通暢；高速軋制，控制總壓下率和終軋溫度以獲得良好性能。

4）冷卻及卷取工序。層流冷卻采用前段冷卻，盡可能將帶鋼快速冷至目標卷取溫度，實現Nb、Ti等的微細化合物的彌散析出，實現超細晶粒和超高強度[2]。主要軋制工藝制度如表3所示。

表3 主要軋制工藝參數 ℃

4 試制結果及分析

試制中對8.0 mm的鋼帶進行取樣，化學成分分析（如上頁表2所示）、組織性能檢測。熱軋卷板性能見表4。

表4 力學性能

4.1 機械性能

由表4可見，800 MPa級大梁鋼不同取樣位和方向的各項性能均符合技術條件要求。其中，拉伸性能余量適中，且鋼卷在長度方向強度較均勻，波動范圍控制在835～875 MPa以內,冷彎性能與沖擊韌性良好。

4.2 組織

由光學顯微鏡觀察，圖1-1是鋼板近表面位置，此處晶粒非常細小；圖l-2是鋼板厚度1/4位置，可看到此處晶粒細小且較為均勻；圖l-3是鋼板中心部位，與近表和1/4處晶粒尺寸相比較大，同時，還可看到鋼板中心位置有偏析現象。觀察三處不同位置晶粒大小略有區別，但該鋼顯微組織均由細小針狀鐵素體晶粒組成。

圖1 金相組織

圖2 SEM組織

用掃描電鏡觀察其高倍組織，如圖2所示。微觀組織也為細小的針狀鐵素體、同時，還清晰看到少量的分離碳化物或變態珠光體組織存在。

5 結論

1）800 MPa級熱軋大梁鋼實測的化學成分、力學性能均達到技術要求，且力學性能均勻、穩定。

2）800 MPa級熱軋大梁鋼的顯微組織結果顯示，其組織為細小的針狀鐵素體，還有分散分布的碳化物和少量的變態珠光體，這種組織特性決定了該鋼具有優良的強韌性匹配，是制作汽車大梁等零部件的理想材料。