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高强汽车大梁用钢开发pdf
发表于:2019-09-21 15:18 来源:阿诚 分享至:

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  第36卷第3期 四川I冶金 V01.36NO.3 2014年6月 Sichuan Metallurgy JurL,2014 文章编号:1001--5108(2014)03--0029--07 1 高强汽车大梁用钢60L的开发 肖丰强 (济钢集团有限公司技术中心,山东济南250101) 摘要:采用合理的成分设计、洁净钢生产技术及控轧控冷工艺,实现了610MPa级高强度汽车大 梁用钢的工业生产。结果表明,610L具备优良的微观组织,稳定的力学性能,良好的低温冲击韧 性,优异的冷成型性能,能够满足载重车车身轻量化要求。 关键词:高强汽车大梁用钢;610L;宽冷弯 中图分类号:TG335 文献标识码:A of610L SteelPlateforAutomobileFrame Development Hi曲Strength ’ XIA0 Feng-qiang centerof IronandSteel (TechnologyJinan GroupCorporation,Jinan250101,Shandong,China) reasonablechemical steel and TMCP Abstract:Adopting compositiondesign,cleantechnology of610MPa steelPlateforautomobileframe process,industryproductions gradehighstrength hadbeen that610L meetthe realize&Testresultsshowed could demandof plate bodywork truckswith various sound mechanical weight-cuttingby microstructure,steadyproperties,good 10w andexcellentcold temperatureimpacttoughness formability. steel forautomobile cold words:high plate frame;610L;wide Key strength bending 钢得到越来越多的应用,开发和生产610L高 1 引言 强汽车大梁用钢不仅可以满足行业需求,还 随着载重汽车产量的迅速增加,带来了 可以促进载重汽车制造行业轻量化发展 能耗、环境和安全三大问题,而解决这三大问 进程。 题最有效、最直接的方法是汽车轻量化。有 2 610L的主要技术指标 关研究数据表明,若汽车整车质量降低 10%,燃油效率可提高6%8%。汽车车身 610L汽车大梁用钢板的化学成分和力 约占汽车总质量的30%,空载情况下,约 学性能指标见表1、表2所示。表1中,各元 70%的油耗用在车身质量上。因此,载重汽 素为熔炼成分分析。表2中,当无明显屈服 车轻量化已成为汽车产业发展中的一项关键 点时,可测量R∞.:代替RH。 性研究课题。高强度高质量载重汽车大梁用 作者简介:肖丰强,工程师,主要从事中厚板新品种研发方面的工作。 万方数据 四川冶金 第36卷 由于汽车大梁多为冷冲压成型,且主要 表1 610L化学成分(质量分数)(%) 牌号 C Si Mn P S 承受较大的静载荷和一定的冲击、振动载荷, 610L ≤0.20 ≤1.0 ≤1.80 ≤0.025≤O.030因此钢板必须具有良好的强韧性、焊接性及 冷成形性等综合性能。 Si能显著提高钢的弹性和强度,Mn元 素能提供钢的强度,并使钢具有足够的韧性。 3生产工艺控制与分析 Ti能使钢的内部组织致密,Nb和V能细化 3.1工艺路线 钢的晶粒,不仅能提高钢的强度和韧性,而且 能改善钢的焊接性能。以C、Si、Mn等元素 一连铸一堆垛缓冷一板坯加热一除鳞一粗轧 为基础,通过微合金元素Nb、V、Ti复合添 斗空冷待温÷精轧一矫直斗切割斗取样斗钢 加,综合利用晶粒细化、析出强化、固溶强化 板检查斗喷号打印◆标记入库。 和相变强化等手段,生产出高强轻量化汽车 大梁用钢。 表2 610L力学性能 3.2 冶炼工艺 稳定连铸拉速,避免拉速波动过大,选用中碳 高的抗拉强度使材料对基体由内部缺陷 低合金钢保护渣和二冷配水模式,过热度按 和夹杂产生弯裂更加敏感,因此应严格控制 照10一25℃控制,避免中心疏松、中心偏析 钢质的纯净度、夹杂物形貌及含量,这样才能 及带状组织的产生。 有效避免大梁钢610L冷弯裂纹问题。 3.3控轧控冷工艺 3.2.1铁水预处理 3.3.1加热工艺 入炉铁水必须经过KR处理,处理后铁 Nb、V的微合金化效果均是通过碳化物 水Es3≤o.010%,使用优质废钢。 的溶解和析出来实现的,合理的加热温度是 3.2.2精炼 保证Nb、V碳化物的溶解而且不能使奥氏体 进行深脱硫和钙处理,严格控制夹杂物 的晶粒过分粗大。由于VC的奥氏体溶解温 的成分、数量和形态分布。LF精炼造白渣深 度较低,而NbC的奥氏体溶解温度很高,制 脱硫,将钢中S含量降低至0.008%以下。定加热工艺时应主要考虑NbC的溶解温度, RH精炼保线rain以上,喂钙铁线, 保证NbC全部溶解才能充分发挥Nb微合金 对非金属夹杂物进行变性处理,使簇状 的强化作用。如果加热温度较低,NbC未能 Alz 03变性为钙铝酸盐。软吹时间≥8min, 完全溶解,而未溶解的NbC颗粒比较粗大, 促进上浮去除或以球形夹杂形式均匀分布于 在轧制过程中不能起到钉轧晶界的作用,达 钢中。 不到预期强化效果。Nb的碳化物固溶度方 3.2.3连铸 程可以由下式表示[1]: 严格全程保护浇注,保持中包液面稳定, 万方数据 第3期 Sichuan Metallurgy (1369/T--0.899)LMn] (如贝氏体),从而提高产品综合性能。 将610L的化学成分C、Nb、Mn含量分 3.3.4板型控制工艺 别代人上式,可以得到NbC的完全固溶温度 在精轧机轧后配备了5辊预矫机,提高 约1180℃。 了钢板的板型控制水平和冷却均匀性。配置 3.3.2控制轧制工艺 了当今最先进的MULPIC冷却技术,具备动 粗轧阶段为再结晶奥氏体区域轧制,轧 态水幕、头尾遮蔽、边部遮蔽、上下水比控制 制温度在奥氏体未再结晶临界温度Tnr以 等功能保证了钢板在长度、宽度方向的良好 上,通过高温大变形轧制,使奥氏体发生动态 板型及力学性能均匀性。精整线辊 再结晶,将因加热而粗化的奥氏体晶粒经反 热矫直机、11辊冷矫直机等设备,保证了高 复轧制一再结晶进行细化,产生细小奥氏体 强度级别宽薄规格钢板对板型的要求。 晶粒。 4实物质量及性能测试分析 精轧为未再结晶奥氏体区域轧制,轧制 4.1成品力学性能检验 温度在Tnr和Ar3之间,随着轧制温度的下 降,奥氏体再结晶被抑制,仍保持加工硬化状 为了检测整张钢板性能的均匀性,选取 态。随着压下量的增加,奥氏体晶粒伸长,同 批号为12138的钢板,分别在钢板切边后的 时晶粒内有大量形变带,使组织具有高位错 的头部、中部和尾部取样进行了力学性能检 密度结构和亚晶结构。7斗a相变时,在7晶 查,每个部位取两个试样,取平均值。检测结 粒界和形变带上都同等地产生a核,使a的 果如表3、表4所示,钢板均匀性良好。 形核点增多,a晶粒进一步细化。因此,精轧 4.2金相组织 时尽可能提高累积应变[2。 从图3、4可以看出,基体组织主要是铁 3.3.3控制冷却工艺 素体珠光体组织,晶粒均匀细小,晶粒尺寸为 在控制冷却过程中,加速冷却使7斗a相 4~8弘m,晶粒度为11级。此次试制工艺控 变的驱动力增大,形核密度增加,最终得到细 制较好,得到的组织比较理想。 小的铁素体晶粒或转变成其他形态的组织 ;懑黟??≈ 图1精轧后610I。钢板宏观热成像图 图2 610L钢板在冷床上的实物照片 万方数据 ·32· 四川冶金 第36卷 图3 610L金相组织(表面,500X) 图4 610I。金相组织(中心,500X) 4.3低温冲击韧性 对12mm厚度规格的成品进行了系列冲 击试验,得到的韧脆转变温度曲线 所示,冲击试样尺寸为7.5×10×55mm。由 图5可以看出,610L的低温冲击韧性优良, 在常温至--60oC的范围内,冲击韧性没有出 现明显的降低,产品的韧脆转变温度在一 60℃以下。表明由610L制造的载重汽车大 图5 610L的韧脆温度转变曲线 梁可以在较寒冷的地区安全运行。 对不同温度下的冲击试样断口进行扫 610L主要应用在载重汽车的车架纵梁等受 描,如图6所示,断口均为韧性断裂,随着温 力承重关键部位。试验测试采用升降法测定 度的下降,韧窝变得越来越浅平粗大。 4.4疲劳性能 劳试验机上进行,试验过程共使用14根试 汽车在行驶过程中,由于道路颠簸的原 件。试验环境为室温,选取应力比R一0.1, 因,汽车大梁的受力比较复杂,要求汽车大梁 载荷频率为140Hz。疲劳试验结果表明:在 具有高的疲劳强度和长的疲劳寿命,尤其 万方数据 Sichuan 第3期 Metallurgy 疲劳寿命达107周次时的疲劳极限为547MPa,说明钢板的疲劳性能优良。 (b)一20。C (c)--40‘C 图6 610I。的冲击断口SEM形貌 对疲劳试验试样的断VI微观形貌进行分 析,塑性断裂的宏观特征为纤维状的断口,其 微观形态为韧窝。一般情况下,韧窝尺寸可 以反映材料断裂之前的微区塑性变形的大 小,韧窝的平均直径愈大、深度愈深,表明材 料的塑性愈大。如图7、8所示,呈现韧窝聚 集型断裂的特征,表明其塑韧性较好。此外, 在微观形貌中,也存在解理断裂,解理断裂是 金属于正应力作用下,因原子结合键的破坏 图8疲劳成长区(韧窝) 而造成的。解理断裂属于脆性断裂,其微观 形态为河流花纹、舌状花纹,如图9所示。 图9疲劳瞬间断裂区(舌状) 图7疲劳成长区(韧窝) 有关,因此分析钢中的夹杂十分必要。对试 4.5夹杂物分析 样进行非金属夹杂物评级,夹杂物级别均在 夹杂物会使钢的力学性能下降,其与夹 1.5级以下,夹杂物总和小于3.0级。具体 杂物数量的多少、类型、形状、大小、分布情况 如表5所示。 万方数据 四川冶金 第36卷 表5试制的610L夹杂物评级 形貌有助于进一步提高抗疲劳性能。 炉号 韭垒星壅鲞塑 4.6冷弯性能 1# A1.0。B1.0,D1.0 2# A0.5,B1.5,D1.0 冷弯试验能反映材料的冷冲压成型性, 是评价汽车大梁钢的主要性能指标之一。通 对疲劳试验试样断口的夹杂物微观形貌 进行分析,如图10所示。由图可见,夹杂物 边宽冷弯,结果表明冷弯性能全部合格,如图 形状不规则,其最长方向的长度约为25tzm, 最宽处约为15tzm。通过能谱分析,如图11 180。双边宽冷弯试验,也全部合格,见图13。 所示,其成分为硅铝酸盐,夹杂物的存在会使 由此可见,610L高强汽车大梁钢具有优异的 钢铁基体的连续性受到严重的影响,裂纹一 冷弯性能。 般会在此处产生,所以控制夹杂物的大小和 图10夹杂微观形貌图 图11夹杂物能谱分析 图12610L单边宽冷弯试验(B=35mm,d—o)图13610I。双边宽冷弯试验(B=50mm,d—o) 万方数据 第3期 Sichuan ·35· Metallurgy 净;单边宽冷弯和双边宽冷弯试验证明,钢板 5结论 具有优异的冷成型性能。实物质量达到了国 通过对化学成分的科学设计及生产工艺 内同类产品的先进水平,是一种理想的车架 的合理控制,实现了610L高强汽车大梁用钢制造材料,可用于加工载重汽车车架纵梁、横 的全部技术指标要求。结果表明:其显微组 梁、车厢横梁,且可以在较寒冷的地区安全 织主要为F+P组织,部分产品中也有很少运行。 的粒状贝氏体,铁素体平均晶粒度11级,晶 参考文献: 粒尺寸为4—8Fm;韧脆转变温度在--60C以 下,低温冲击韧性优良;在应力比R=0.1,载Eli雍岐龙.钢铁材料中的第二相(第三章)EM]. 荷频率为140Hz,疲劳寿命达107周次时的疲北京:冶金工业出版社,2006:28—30. E2]王有铭,李曼云,韦光.钢材的控制轧制与控 劳极限为547MPa,疲劳性能优良;夹杂物均 制冷却EM].北京:冶金工业出版社,1995. 在1.5级以下,且总和小于3.0级,钢质纯 信息 鄂钢超厚海洋平台钢一次试制成功 近日,鄂钢公司完成超厚海洋平台钢首轮试制,检验结果表明,钢板性能良好,心部性能明显提高,完全满足“海洋平台钢 采办技术要求”,达到了认证条件。 超厚海洋平台钢是指用于海洋平台建造的超厚高强度船板,钢板厚度在50ram以上。目前市场50ram以上的超厚船板需 求量占海洋平台钢总量的50%以上,并且每吨价格比一般规格要高出2000元以上,效益前景十分广阔。 超厚海洋平台钢技术要求远远高于普通船板,采用的钢板必须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性以 及耐海水腐蚀等特性,生产制造的难度很大,国内仅舞钢、湘钢等少数钢厂可以生产。 今年以来,鄂钢公司技术中心项目组加大了超厚海洋平台钢的技术攻关力度,深入生产一线调研,同生产单位的相关技术 人员合作攻关,并重新设计了试制计划,改进生产工艺,确定了最佳试制方案。此次首轮试制冶炼了1炉钢,轧制了3块超厚 钢板,钢板性能全部合格,试制即获成功。 (来源:武钢) 特殊钢出铁放渣精炼法 随着对降低特殊钢磷含量要求越来越高,对夹杂物的要求越来越严格,多功能转炉精炼法的脱磷能力显得不足,不能完全 省略鱼雷罐车铁水预处理。 由此开发出使残渣回磷最小化的出铁放渣精炼法。转炉精炼法的中间放渣率为70N,而出铁放渣精炼法将脱硫、脱磷后 的铁水全部出完后,再将残渣完全放出,然后将脱磷铁水再装炉,使渣和铁水彻底分离,降低了脱碳期铁水的磷含量。 采用出铁放渣精炼法大大提高了脱磷能力,即使铁水碳O.50N,脱碳后的终点磷也可达到≤O.010N,因此完全省略了 鱼雷罐车铁水预处理。 (来源:四川省金属学会) 万方数据