攀钢汽车轮辐用SAPH440热轧钢板开发

攀 钢 技 术 27 攀钢汽车轮辐用 吴菊环 （ 攀钢钢铁研究院 ） 摘 要： 攀钢开发的汽车结构用 普通 汽车 结构钢的基础上， 通过 降低钢中 碳、 硫含量 ，利用 钙处理控制 并 添加微量钛合金和控制卷取温度等措施 ，提高钢的综合性能 。结果表明： 拉伸凸缘性 优良、冲压合格率高、性能波动小、成分简单及成本低等特点。 关键词： 汽车结构用钢 ； 夹杂物 ； 冷成型性 ；拉 伸凸缘性 0 引 言 随着 我国汽 车工业的发展，对钢板需求发生了变化。一方面 对 高强度板的需 求比例加大；另一方面，对钢板的质量和性能提出了更高的要求。针对用户不同车型的需要，攀钢在 钢板的质量和性能得到改善 的同时 ， 努力使汽 车 车轮结构用 钢板 进一步向 低成本 、 系列化、高强化方向发展，与国际接轨。在这种情况下，如何通过钢的化学成分和工艺条件的匹配来降低 生产 成本，是各个厂家研究的课题。 对于制造乘用车轮辐用的热轧钢板，除要求强度高，延伸率高外，还要求材料具有良好的冷成型性、焊接性、优良的扩孔翻边性能和高的抗疲劳性能等。通常，钢的强度越高，同时满足上述所有要求就越困难，强塑性匹配成为车轮钢 产的限 制环节。 一种低碳含钛的热轧钢板作为低合金高强度钢的 新品种，在国内外获得了很大发展，并在汽车制造工业中得到了广泛应用。钛作为一种微合金元素加入到低碳低合金钢中，可起到脱氧、固定氮、细化晶粒和析出强化的作用，由于细的碳化钛颗粒的析出和铁素体晶粒的细化，提高了钢的力学性能，使钢具有强度高，塑韧性好，加工成形性和焊接性良好等优点 1 1 技术要求 与 成分设计 技术要求 板的力学及工艺性能要求见表 1。钢板 公差为：厚度小于 5.0 钢板，用户希望公差在 议公差为 表 1 不同厚度 （ 钢板 力学性能及工艺性能要求 牌号 A/% 弯心直径 440 305 295 275 29 30 32 33 34 22 a 注： 1）为钢板 00 0 测定的 A 值，其余为 0 5 的测定值。 成分设计 攀钢生产的 是以普碳钢为基础，为确保钢板具有足够的强度及良好的冷成型性能，降低 了 钢中的 C 含量 ，并添加了微量的 金 ；非碳化物形成元素，它以固溶体的形态存在于铁素体中，虽可起到固溶强化的作用，但由于其强烈缩小 区的作用，使钢中的铁 素 体晶粒粗化，增加脆性，对冷成型不利，另外 对热轧钢板的表面质量有一定影响，故对其含量应控 制在一定范围之内 3； 固溶强化元素，可起到强化作用，此外， 冶炼时可起到脱氧作用，具有净化钢质的效果；钢中的 S 和 P 是有害元素， P 在低温时使钢韧性降低，高温时也使钢的塑性变差； S 在钢中易形成 杂物，这种夹杂物的强度低，在变 28 2009 年第 32 卷第 3 期 2 形时起应力集中的作用， S 还会降低钢的塑性和冲击韧性，因此在生产条件允许的情况下尽量降低钢 中 P、 S 含量。 结合上述原理，最终 设计的 攀钢 。 表 2 攀钢 学成分要求 % 类别 C n P S 2003 量加入 生产工艺 生产工艺流程 铁水 脱硫 预处理 120 合金化 钢包吹氩等 炉外精炼 加热（钙处理） 板坯连铸 板坯加热 高压水除鳞 热连轧控轧、控冷 卷取 质量和性能检验 包 装标志 入库。 炼 及连铸工艺 20 入 炉铁水全部经脱硫预处理，使铁水中 钢时采用中碳锰铁和钛铁合金化；采用挡渣出钢技术，降低钢包渣量；炉后吹氩搅拌，以均匀化学成分，使夹杂物充分上浮，定氧喂铝线，确保钢的纯净度，电加热继续吹氩并补 喂铝线和钙处理，对钢中 理 ，以达到控制钢中夹杂物形态的目的。 连铸时 中包目标温度 要求 1 545 1 565 ； 目标 拉速 为 .2 m/生产时 可根据现场情况 作 适当调整 。 图 1为 2009年 7月 29日连铸试验钢拉速和中包温度的变化情况。 可以看出，试验钢的拉速及中包温度总体较平稳。 表 3列出 的是 可以看出， 钢中夹杂物含量都控制在较好水平。 钢中气体控制在： O3310 6， N2510 6。热轧工艺 板坯加热温度 板坯加热温度和粗轧制度采用攀钢低合金钢的常规生产工艺。 热轧加热温度制度要求及实际控制情况见表 4。 图 1 试验钢拉速及温度变化情况 00 . 20 . 40 . 60 . 811 . 220086200812008820083200802008420081153015401550156015701流 2流 温度304962 205246304963604245205244 3049651 流， 2 流， 温度 16:46 17:21 17:58 18:33 19:10 19:44 20:21 时间 /（ h: 570 1560 1550 1540 1530 温度/拉速/m 攀 钢 技 术 29 表 3 杂物含量 % 总量 2 2 1 6 3 表 4 加热温度控制 各段温度 预热段 / 加热段 / 均热段 / 出炉温度 / 试验要求 1 120 1 250 1 270 1 350 1 250 1 330 1 200 1 250 实际控制 1 150 1 250 1 280 1 350 1 250 1 330 1 200 1 250 终轧和卷取温度 终轧温度和卷取温度是热轧带钢控制轧制和控制冷却的主要参数，为获得理想的组织和晶粒大小，使材料具有优良的综合性能，满足冷成型性能要求，终轧温度应在略高于 试验表明 ， 在一定的卷取温度条件下，随着终轧温度的降低，铁索体晶粒细化，终轧温度越低，铁素体晶粒尺寸越细小 ， 铁素体晶粒度在 12 级，金相组织为铁素体 +少量珠光体，从而使钢具有良好的强韧性；在一定的终轧温度下，随着卷取温度提高，热轧钢板的强度降低，伸长率提高。设定合理的终轧温度和卷取温度必须考虑厚度规 格对性能的影响。当成分和轧制条件固定不变时，随着钢 板厚度的增加，强度将随之降低。这是因为： 随钢板厚度的增加，热轧时总压下量变小，即累积应变量变小，减少了铁素体形核条件； 随钢板厚度的增加，冷却速度降低，减小了 铁素体晶粒变粗。为使钢板的强塑性得到最佳匹配，根据化学成分和轧制规格的不同，制定出合适的终轧和卷取温度。 3 实物质量及分析 实际冶炼化学成分 表 5列出了 2008年冶炼 的 36炉 由表 5可 见， 所冶炼 36炉钢的化学成分均控制在有关 标准要求范围之内。 表 5 试验钢化学成分控制情况 % C n P S i 目标要求 钢 ：分子为波动范围，分母为平均值，下同。 金相组织 ,金相组织为细小的铁索体 +少量的珠光体 ， 无明显的带状 图 2 组织， 见 图 3。 钢板的铁素体晶粒细小，晶粒度按 试验钢组织 检验 及有关 评级结果见表 6。 图 3 30 2009 年第 32 卷第 3 期 4 表 6 金相检验夹杂、晶粒度及带状评级 试样号 显微组织 带状组织 /级 晶粒度 /级 非金属夹杂物 /级 A B C D 铁素体 +珠光体（ 7） 铁素体 +珠光体（ 10） 铁素体 +珠光体（ 9） ：括号里数据为 显微组织 中 珠光体 的百分比例。 力学性能 对 2008年初 生产 36炉钢的屈服强度 (抗拉强度 ( 延伸率 (行统计分析，结果 见 表 。 由表 可 以看出 ，各项力学性能指标均符合标准要求，性能合格率达到 100%， 且 各项指标的 富裕量 均较大。表 力学性能控制水平（样本数 =72） m /50 /% 最小值 最大值 平均值 最小值 最大值 平均值 最小值 最大值 平均值 350 435 379 440 515 474 34 47 40 拉 伸凸缘性 能 拉 伸凸缘性能是评价车轮结构用钢的重要特征之一 ，通常进行扩孔试验。将试样加工成中心孔直径 6.5 100 00 正方形，用圆柱形冲头进行扩孔，测定 板厚贯穿 裂纹时孔的直径 d。 该试验在 用板材成形性试验机上进行。从表 可看出， 取 10 个 样进行扩孔试验， 扩孔率平均为 174%，表明试验钢具有优良的 拉 伸凸缘性能，有利于车轮轮辐中心孔的翻边成 形。 钙处理能部分或全部消除长条状硫化锰，改变夹杂物形态，改善延伸凸缘性能。对相同成分及工艺条件下，钙处理的效果进行了对比，结果见表 。 表 轮辐用试验钢扩孔率 % 试样号 扩孔率 试样号 扩孔率 试样号 扩孔率 试样号 扩孔率 1 153 4 151 7 159 10 178 2 211 5 196 8 180 3 145 6 166 9 196 平均值 174 表 试验钢 化学成分及力学 性能 类别 化 学 成 分 /% m/50/% C n S 钙处理 70 475 41 未处理 65 470 34 由 表 可 见 ，钙处理的试验钢在保持高强度的同时，延伸率较高，综合性能较好，说明通过采用钙处理对夹杂物进行变性，对提高钢板的 拉 伸凸缘性能及强塑性匹配有很好的效果。 冷弯性能 冷弯试验是评价汽车结构用钢的主要性能指标之一。 在 b=35 d=2a、 0等不同弯曲条件下，大量取样进行 180冷弯试验 。冷 弯 性能测试样品 均 未开裂， 冷弯合格率 100%， 表明试验钢具有良好的冷成型性能。 4 应用情况 迄今为止 ，攀钢 已 试制了 5 万 t 以上 板 ， 车轮制造厂制作车轮轮辐 、车架等复杂攀 钢 技 术 31 成型的 结构 件 ，产品供 汽车 生产 厂 配套， 较好地 解决了用户在使用普通 板 制作轮辐时，由于中心孔翻边开裂率高而需要增加退火工序的难题，满足了用户对 规格的需求，见图 4。 图 4 攀钢 作的车轮 使用结果表明：攀钢 织均匀、晶粒适中，适用于制造复杂的冷冲压成型 加工件，具有优良的综合性能，完全满足用户的使用要求，是一种比较理想的新型车架、车轮制造材料，广泛用于国内外多种车型，深受用户好评。 5 结论 (1)攀钢开发的 的化学成分设计合理，工艺可行，生产成本低；试验钢各项性能指标完全满足技术标准要求，且质量稳定 。 (2)通过降碳、 采用钙线对夹杂物变性处理工艺 控制夹杂物形态， 对提高该钢的冷成型性及综合性能起到了较好的