低合金高強鋼HC340LA冷軋鋼帶的研制與開發

趙麗明，亓海燕，何 敏，侯元新，亓增艷

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南271100）

1 前 言

近年來，國內外大型鋼鐵企業都在加大汽車用鋼的研制與開發力度，適應現代汽車工業減重、節能、安全的發展需求。汽車結構件用冷軋低合金高強度結構鋼HC340LA 是在低碳鋼中添加少量的Nb、Ti 等合金元素，使其與碳、氮等合金元素形成碳化物提高鋼的強度，該鋼種具有優良的成形性、碰撞能量吸收能力、疲勞耐久性以及優良的焊接性能等，其冷軋鋼帶的用途廣泛,主要應用于汽車的A 柱上部加強件、內側B 柱、車門檻加長件、左右縱梁外板和底盤座椅部件等領域，發展前景非常廣闊［1］。

為滿足汽車原材料市場的需求，提高企業市場競爭力，山東泰山鋼鐵集團對汽車用冷軋低合金高強鋼HC340LA 進行了研制與開發，產品實物質量良好，生產工藝成熟穩定，已具備批量穩定生產供貨能力。

2 生產工藝控制

2.1 化學成分

HC340LA 的化學成分設計是在C、Mn 鋼的基礎上，通過添加Nb元素進行微合金化處理，采用晶粒細化、沉淀強化等復合強化機制保證鋼的強度，其冶煉化學成分如表1所示。

表1 化學成分檢測結果 %

2.2 冶煉、連鑄工藝控制

1）提高鋼水純凈度。采取分階段控制吹氬強度，促進夾雜物碰撞、積聚、長大及上浮；通過延長吹氬時間，促進尺寸微小夾雜物上浮至鋼-渣界面，被爐渣捕捉去除；渣洗及頂渣改質工藝等，提高夾雜物的去除率，進一步提高鋼水的純凈度。

2）全程保護澆注：大包長水口周圍裸露直徑≯30 cm無鋼花翻出，結晶器液面輕微冒泡為宜，實現黑渣操作，正常澆注中包液面控制在（800～900）mm，二冷水采用緩冷控制。

3）LF 精煉進行鈣處理，中間包鋼水溫度1 535～1 550 ℃，全程氬封保護澆鑄，恒拉速控制。

2.3 熱軋工藝設計及控制

連鑄板坯在凝固后采取高溫熱裝入爐進行熱軋軋制，此時，微合金元素鈮在奧氏體中的溶解量相對較高，熱軋軋后鈮元素以碳氮化物的形式在鐵素體中析出，充分發揮其沉淀強化的作用［2］。

為了提高鋼帶強度及韌性指標，提高強塑積，熱軋工藝采取適當的低溫卷取，充分發揮細晶強化作用機制。主要控制參數見表2，熱軋板力學性能見表3。

表2 軋制溫度 ℃

表3 熱軋HC340LA力學性能

2.4 冷軋工序

2.4 .1 冷軋軋制

由于HC340LA 鋼種含碳量、硬度高，為避免在軋制過程中出現跑偏、斷帶、勒輥等事故，減少軋制道次，保證產品板形及表面質量，提高生產效率，采取了一系列的工藝制度：

1）對乳化液凈油泵的葉輪進行改造，葉輪的材質由鑄鋼調整為不銹鋼，葉輪的葉片由4片增加到5 片，使乳化液的壓力由0.5 MPa 提高到0.6 MPa 以上，以提高軋制工藝潤滑效果。

2）采用工藝潤滑良好的301軋制油進行軋制，乳化液的皂化值控制在150 mgKOH/g以上，濃度控制在2.0%以上。

3）對軋制工藝進行優化，采用Φ280～295 mm的小輥徑工作輥進行軋制，以降低軋制力；前3 道次的壓下率控制在60%～70%，起步時的采取高彎輥力165 kN，成品道次采用大張力70 kN，防止出現鋼帶跑偏及勒輥事故的發生。

2.4 .2 冷軋退火試驗

為制定最優的HC340LA 退火工藝，使產品滿足用戶需求，對冷硬鋼帶取樣并進行實驗室退火工藝模擬［3］：在610～680 ℃，每隔10 ℃設置一個溫度段，試樣隨爐升溫，保溫2 h，隨爐冷卻至380 ℃后空冷至室溫。試驗樣品的力學性能檢測、晶粒度檢測結果見表4。

表4 冷硬板熱處理結果

根據熱處理試驗結果、結合冷軋部罩式退火爐實際狀況確定退火工藝：保溫溫度650 ℃，保溫時間12 h。

2.4 .3 罩式退火工藝

罩式退火時，在420 ℃設置2 h的保溫平臺，溫度＜420 ℃時全速升溫；溫度＞420 ℃后升溫速率按照35 ℃/h 控制。升至650 ℃時保溫，保溫時間12 h，保溫結束后悶罩2 h，過程中溫度波動控制在5 ℃范圍之內。

2.4 .4 平整工藝

采用粗糙度為1.5～1.8 um 的毛化工作輥，生產時根據來料厚度調整平整壓力，保證成品厚度偏差控制在-0.02～0 mm，平整軋制力控制在1 700～2 000 kN，保證了產品的物理性能和厚度精度。

3 冷軋成品實物質量

冷軋成品力學性能均符合標準要求，見表5。

表5 HC340LA冷軋板力學性能

經金相檢測，熱軋板非金屬夾雜物以D 類為主，為1.0～1.5 級，存在少量B 類非金屬夾雜物0.5級；組織為鐵素體+珠光體，晶粒度為12.0～12.5級。冷軋板組織為鐵素體+碳化物，晶粒度為10.5～11.5級。金相組織如圖3所示。

圖3 HC340LA金相組織1 000×

外觀質量。汽車結構件用低合金高強度結構鋼HC340LA 冷軋鋼帶厚度0.70～1.20 mm，寬度規格710～860 mm，冷軋成品厚度精度高，厚度偏差為-0.02～0 mm；板形平直，不平度≤2 mm；表面光潔，無粘結、條紋、色差、黑斑、麻點、油污等缺陷，達到了汽車結構件用低合金高強度結構鋼HC340LA冷軋鋼帶的質量要求。

4 結 語

通過合金體系設計、實驗室試驗模擬，以及生產過程控制，獲得高強度、高塑性的汽車用低合金高強鋼HC340LA 冷軋鋼帶，產品各項力學性能指標、表面質量指標均達到用戶要求。該產品質量穩定，各項性能達到標準要求，滿足了汽車的加強件、結構件等領域的使用要求，用戶使用后反饋鋼帶的質量穩定、成形性好，可以很好地滿足汽車生產的需求，得到了用戶的認可，促進了企業冷軋產品的結構調整。