以铌代钒汽车大梁用热轧带钢的研制开发

第33卷第2期2011年4月四川冶金SICHUANMETALLURGYVO133NO2APR，2011文章编号100151082011O2OO2303以铌代钒汽车大梁用热轧带钢的研制开发水冯绍强四川省川威钒钛冶金科技开发有限公司，四川成都610100【摘要】本文介绍了以铌代钒汽车大梁钢的成分设计及轧制工艺特点，并根据川威集团的实际制定了相应的冶炼以及轧制工艺方案；同时根据几万吨以上的生产实践表明，该工艺方案能很好满足该钢种的需要。【关键词】以铌代钒微合金化控制轧制轧制温度控制冷却方式控制冷弯【中图分类号】T433556【文献标识码】BVAUTOMOBILEFRAMESTONIOBIUMONBEHALFOFTHERESEARCHANDDEVELOPMENTOFHOTROLLEDSTRIPFENGSHAOQIANGSICHUANCHUANWEIMETALLURGICALTECHNOLOGYDEVELOPMENTCO，NDVTI，CHEGNDU，SIEHUAN610100，CHINAABSTRACTTHISPAPERINTRODUCESTHEGENERATIONOFVANADIUMNIOBIUMCARDESIGNANDCOMPOSITIONOFTHESTEELBEAMROILINGPROCESSCHARACTERISTICS，ANDACCORDINGTOTHEACTUALCHUANWEIGROUPDEVELOPEDACORRESPONDINGPROGRAMOFTHESMELTINGANDROLLINGPROCESS；THESAMETIMEUNDERAFEWTONSORMOREPRODUCTIONSHOWSTHATTHEPROCESSSOLUTIONCANSATISFYTHENEEDSOFTHESTEE1KEYWORDSNIOBIUMBASEDGENERATIONVANADIUM，MICROALLOYED，CONTROLLEDROLLING，ROILINGCOLDTEMPERATURECENTRE1COOLINGCONTROL1前言2汽车大梁钢基本性能要求和产品的标准化要求目前国内钒铁价格上涨且波动非常大，而铌的强化作用大大高于钒，其加入量较用钒节省得多12甚至13，在一定时期，铌更具有成本优势。另外与钒相比，铌有明显抑制奥氏体再结晶和晶粒长大的作用，相变后能得到更加细小的铁素体晶粒，在提高强度的同时可以改善钢的韧性。而钒以析出强化为主，析出强化对钢的韧性不利。所以研制以铌代钒大梁钢对其降成本和提高钢材质量都具有重要意义。收稿日期20110228作者简介冯绍强，男，轧钢工程师，主要从事品种开发。该品种开发项目2010年获四川省科技进步三等奖。汽车大梁钢主要用于制造载货车的横梁和纵梁，厚度一般为4080MM，是汽车结构钢板中需求量大、性能指标要求较高的钢种。大梁是载货车的主要承载部件，主要用来制造汽车的车架及车厢底部零件，经常受冲击、交变、扭转等多种应力的复杂交互作用。因而，要求材料具有较高的强度、塑性、韧性、良好的疲劳特性和成型性能；要求材质纯净度较高、夹杂物球化程度高、显微组织优异。CW510L汽车大梁用钢标准，国内主要执行四川冶金第33卷GBT32732005，其标准对CW510L汽车大梁钢的成分没有强制性的微合金化要求，五元素成分范围也较宽。因此，针对市场实际需求和自身装备工艺水平，我们有必要对CW510L的成分进行进一步的设计。3产品的研制开发生产工艺总的思路是根据该钢种的用户使用要求，根据国内外厂家对含NB钢的生产控制成果以及结合川威含钒钢生产经验的基础上，通过对含NB钢热塑性的研究认为可以通过合理的合金化一一微钛处理和冶炼、连铸工艺的改进来得到解决。最终，我们在充分分析V、NB、TI三种元素的微合金化特性基础上，结合川威实际，确定采用NBTJ微合金系代替VTI微合金系，即微钛基础上的NB微合金化路线。轧钢采用控轧控冷工艺，确保显良好的微组织和优异的综合性能。4成份设计汽车大梁要求它具有足够高的强度和塑韧性，有良好的疲劳特性和成型性能，同时要求它的各向异性小，有良好的板面质量。进行成分设计时，在保证性能的前提下，应充分考虑川威现有设备的能力，以及研制、生产的经济性和技术上的可行与方便。采用NBTI微合金化，通过适当的控轧控冷工艺，获得细小均匀的铁素体组织，从而具有较高的强度和较好的成形性能。针对川威现有设备的能力，成分设计时应考虑使材料在适当的终轧温度和卷取温度下获得合格的组织和性能。含NB钢成分设计方案见表1。表I含铌大梁钢成分设计方案5炼钢和连铸为保证含铌大梁钢的工艺性能要求，要求钢质纯净，钢中S、P、气体及其它夹杂物含量低，同时该钢易产生铸坯表面裂纹，水口结瘤等问题。根据以上特点和我们生产的经验，在生产实际中，课题组修订了铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸各项传统工艺参数，制定了各工序必须的工艺技术措施，以保证生产出符合质量要求的含铌大梁钢。6钢坯加热以及轧制特点该钢种热轧轧制特点为其一是板形的良好控制；其二是板材性能以及显微组织的合格。为此，我们特地优化加热制度，加强SLN过程控制，严格控制终轧温度以及卷取温度。61板坯加热制度特点板坯的加热质量直接影响产品的性能。大梁钢是典型的微合金钢，提高加热温度有利于铌的碳氮化物更多的固溶到奥氏体中，并在随后的轧制过程中轧后冷却过程中析出，提高大梁钢的强度。但均热温度不能太高，以避免奥氐体晶粒显著长大，且要保证板坯的在炉时间一般控制在120140MIN。铌的碳氮化物和AL的氮化物均可以在不太高的温度即完全固溶于奥氏体，TIN的稳定性相当高，其溶解温度高于1400，在一般加热条件下，它很难固溶于奥氏体中。根据川威设备特点，和多次的试制经验，我们确定CW510L大梁钢的最高加热温度1270，选定加热温度为1250。表2含铌大梁钢钢坯再加热工艺62过程温度控制利用精轧机组的机架间冷却水、除鳞水、调整精轧终轧速度、调节层流冷却方式等手段，严格地把终轧温度、卷取温度控制在工艺要求的范围内，保证带钢的各项性能指标。含铌大梁钢精轧开始温度在1000CC左右，一般控制小于1050C，此时，塑性变形使奥氏体晶粒拉长，在晶粒内形成变形带，NB、TI碳氮化物应变诱导析出。变形奥氏体晶界被拉长，将阻碍铁素体晶粒的长大，随着累积变形量的增加，变形带的数量也增加，而且在晶体内分布得更加均匀，这些变形带也提供了相变时的形核地点，因而，相变后的铁素体晶粒也更加均匀细小，钢材的强度和韧性改善。第2期SICHUANMETALLURGY63增加总的压下量增加总的压下量可以改变产品的显微组织，减小板坯缺陷对产品性能的影响，提高产品的综合性能。总的变形程度就增大；在热加工过程中变形程度越大，三向压应力状态越强，越利于破碎板坯的枝晶偏析及碳化物，使组织致密，碳化物分布均匀，即有利于改善其铸态组织，又利于改善热轧带钢的组织和性能。同时总的变形程度增大，在轧制过程中晶粒进一步被拉长，晶界面积增加，形核率增大，有利于细化晶粒，改善带钢的综合性能。小于70MM的钢材适当增加粗轧压下量适当提高精轧负荷，特别是增加了机架F6、F7的负荷，F7的变形量达到了14以上；在轧制70MM以上规格时采用了六机架轧制工艺，这样在奥氏题未再结晶区保证必要的变形量，在这个区间多道次的变形积累使奥氏体晶粒得到破碎，晶粒被拉长，有利于奥氏体等轴晶粒的形成，可得到细的铁素体和珠光体的弥散分布的组织，很好地满足了产品对性能的要求。64终轧和卷取温度终轧和卷取温度参数的控制终轧温度直接影响到板材的组织和性能，随终轧温度的降低，铁素体晶粒细化。前期生产显示，当终轧温度低于840时，容易产生带状组织和混晶，据我们经验测算，此温度有可能是两相区的临界温度，因次我们制定了终轧温度控制在880夏季控制在87O左右，避免大梁钢在生产时在两相区轧制。卷取温度对铁素体晶粒尺寸、珠光体数量和性能及显微组织都有影响，随卷取温度的降低钢的塑性和韧性下降，根据生产情况对卷取温度进行了调整，经过不断试制生产，发现卷取温度控制在640左右，产品的各项性能达到较理想的状态。终轧温度和卷取温度调整后，产品的抗拉强度在550615MPA范围内的炉数达到了90，冷弯合格率也得到了大幅度的提高，正常情况下单批轧制在线取样冷弯合格率在95以上。65层流冷却对产品性能控制冷却方式和冷却强度直接影响到产品的性能和显微组织。对于NB、TI微合金高强度大梁钢，采用控制冷却工艺可以细化晶粒，获得相变强化的效果。通过一次冷却轧后空冷来控制热轧变形后的奥氏体状态，阻止奥氏体晶粒长大，固定由于变形而引起的位错，控制NB、TI等相变产物的形态和性能，在二次冷却阶段即奥氏体向铁素体转变的阶段，在这个阶段控制好冷却速度。在试制过程中采用的冷却方式有前段后段冷水冷，中间空冷；后段冷却；调节层流水量后段弱冷。生产实践发现采用后段弱冷方式对产品的冷弩陛能提高比较大，在线取样冷弯合格率由83提高到94以上。冷却方式的调整和改进对提高大梁钢产品冷弩陛能起到了很好作用。表3含铌CW510L终轧温度、卷取温度和层流冷却控制7含铌与含钒大梁钢成分、性能及晶粒度的比较从表4统计情况可以看出，含铌钢加入的铌比含钒钢加入的钒少的多铌不到钒的13，而含铌钢的强度要高得多，塑性也较好，晶粒也较细。这充分体现了含铌钢的经济性。表4含铌及含钒大梁钢的比较厚度均为40