钒强化CZ440传动轴套管用热轧卷板的开发

2017-09-28薛启河张科登乔艳斌温世林张志华

山西冶金 2017年4期

薛启河，张科登，乔艳斌，温世林，张志华

（1.河北省钒钛工程技术研究中心，河北承德 067002； 2.河钢承钢公司钒钛工程技术研究中心，河北承德 067002； 3.河钢承钢公司板带事业部，河北承德 067002）

薛启河1,2，张科登3，乔艳斌3，温世林3，张志华1,2

详细介绍了传动轴套管用钢CZ440的技术要求，探讨了其控制工艺、加热工艺、轧制工艺和冷却工艺。通过制定合理的冶炼、连铸、轧制工艺参数，在1780生产线成功研制汽车传动轴套管用钢CZ440钢。该产品的综合性能完全满足客户的使用要求，冷成型性能良好，具有较高的屈服和抗拉强度，具备优良的焊接性能和均匀的显微组织，目前已经实现了批量生产。

汽车转动轴套管热轧卷板开发

汽车用管属于高级的机械结构用管，主要是无缝管和焊接钢管。随着汽车工业的发展，汽车的生产量不断增加，汽车的结构件的需求量也在不断上升，尤其是传动轴套管为功能性结构件，因此对钢管的性能、质量、加工经济性等多方面的要求较高。承钢公司在产品升级中充分利用资源优势并将其转化为产品优势，采用钒强化机制和控轧控冷工艺，开发综合性能优良的屈服强度在450 MPa以上的汽车传动轴套管用钢——CZ440产品。

1 技术要求

1.1 组织性能

参照客户技术要求，结合相关标准规定，制定了传动轴套管用钢CZ440力学组织性能、板型要求和工艺要求（见表1）。

表1 CZ440钢力学组

1.2 厚度允许偏差范围（见表2）

表2 CZ440卷板厚度允许偏差 mm

1.3 化学成分

充分利用承德钒钛磁铁矿的资源优势，利用钒微合金化工艺开发具有自主创新的钒强化汽车传动轴用钢，发挥钒在钢中的沉淀强化作用，以便获得较高的强度和良好的韧性，同时控制钢中磷、硫、氧的含量，改善钢材的冷弯性能和纯净度，化学成分设计见表3。

表3 CZ440钢的熔炼化学成分 %

钢中合金元素强化机理：碳含量低提高了钢材的韧性，改善钢的焊接性能和焊接热影响区的性能；锰是固溶强化元素，在钢中起固溶强化作用，能消除或减弱由于硫引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能；钒在奥氏体中有较高的溶解度，在钢中与碳和氮形成极为稳定的化合物，在奥氏体向铁素体转变过程中相间析出沉淀，并在轧制过程中抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大，从而细化铁素体晶粒，提高钢的强度和韧性，改善钢的焊接性能。

2 工业试制

根据CZ440钢的强化原理，分别对纯净钢控制技术、加热控制技术、轧制控制技术、冷却控制技术进行了科学的设定和严格的控制，材料的各项机械性能和材料的冷加工性能等综合性能均达到用户要求的水平。

2.1 洁净钢的控制技术

钢中非金属夹杂的数量和大小是材料纯净度的主要表现，而钢材的纯净度一般用钢中全氧（T[O]）的含量来衡量钢的纯净度。因此控制钢中的全氧含量和改变夹杂物形态是生产洁净钢的最佳控制手段。

转炉终点氧含量直接影响材料的纯净度，碳高氧低，控制转炉终点是控制质量的关键所在。因此需要控制转炉终点的碳、氧浓度积，同时转炉终点氧含量的多少与钢中的碳和温度有直接的关系。转炉吹炼过程底吹强度控制在200～300 m3/h。转炉终点钢水碳质量分数控制在0.04%～0.06%，钢水氧温度及氧含量控制达到最理想控制目标。

在控制钢中夹杂物含量时主要通过以下三条措施加以控制。

1）转炉出钢采用台铝脱氧，脱氧后钢水中w[O]＜20×10-6，采用滑板挡渣使下渣量小于50 mm。出钢过程加入2.5 kg/t的小粒灰，利用出钢良好的动力学条件进行精炼处理初渣。

2）根据精炼进站炉渣情况对炉渣的脱氧程度、碱度以及黏度进行调整，促使前期脱氧产物上浮被吸附。精炼渣成白渣后进行钙处理，将不易上浮小颗粒Al2O3变形成低熔点的夹杂物，使其在后续弱吹氩过程进行上浮。

3）连铸全程采用保护浇注，大包至中间包采用长水口加密封垫加氩气密封保护浇注，中间包采用高碱度覆盖剂，中间包到结晶器采用浸入式水口加氩气密封保护，确保浇注过程在无氧状态进行浇注。

2.2 加热工艺

采用微合金强化方式，板坯在加热过程中要考虑的问题：一是原始奥氏体晶粒度的控制，二是第二相溶解。在实际生产过程中，采用预热段充分、加热段高温快加、均热段适当延长在炉时间等方式，使板坯内钒充分固溶；同时保证板坯加热均匀性，且要达到规定加热时间和出钢温度。

2.3 轧制工艺

采用奥氏体再结晶区和未再结晶器区两阶段控制轧制，主要技术特点包括以下两方面。

1）强化粗轧阶段最后3道次的变形工艺，使轧制变形渗透到钢坯芯部，使奥氏体进行完全再结晶，达到细化晶粒的目的。

2）为了保证成品板坯并减少轧机负荷等，精轧机组采用压下量平滑过渡逐步递减。

2.4 冷却工艺

通过轧后快速冷却工艺，能够更好地利用钒析出第二相对强度做出贡献，考虑钢种的用途不宜将终冷温度控制过低。经过几轮试验摸索，将卷取温度控制在580～620℃，不仅能够使钢板的强度达到预期水平，同时使钢板达到很好的塑性指标。

3 结果分析

3.1 力学性能

各项力学性能的差异是影响钢板成形性能的重要因素。为了保证出厂后产品质量，在CZ440成品钢板上分别进行拉伸、弯曲力学性能检验和金相组织性能检验，检验结果见表4。

表4 CZ440成品钢板性能检验结果

3.2 金相组织

CZ440热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体，珠光体约占5%，带状组织为0～1.0级，晶粒度为10.5级，非金属夹杂物D类为0.5～1.0级，完全满足客户技术协议要求。金相组织照片见下页图1。

4 实际使用情况

现场跟踪客户实际使用情况，产品综合性能完全满足客户使用要求，焊接性能良好，未发现任何质量问题，检验效果见图2。

图1 CZ440金相组织图

图2 检验效果图

5 结论

1）根据客户提供出的关于汽车传动轴套管用CZ440钢的技术要求和承钢1780卷板生产线的设备能力，采用低碳、低硫磷、高锰、适量钒的复合成分设计，辅以优化的加热工艺制度和控轧控冷工艺，成功地研发了汽车传动用CZ440钢。

2）CZ440钢成品综合性能完全满足用户使用要求，具有较高的屈服和抗拉强度，以及优良的焊接性能和均匀的显微组织。

[1] 王全利.C600BL汽车边梁用热轧卷板的开发[J].河北冶金，2014（6）：19-21.

[2] 姜周华，战东平.洁净特殊钢生产技术[C]//河北省炼钢连铸生产技术与学术交流会论文集.石家庄：河北省冶金学会，2011.

（编辑：王瑾）

Development of Hot Rolling Plate for Vanadium Intensified CZ440 Transmission Shaft Sleeve

Xue Qihe1,2,Zhang Kedeng3,Qiao Yanbin3,Wen Shilin3,Zhang Zhihua1,2
(1.Hebei Vanadium Titanium Engineering Research Center,Chengde Hebei 067002;2.HBIS Group ChengSteel Company Vanadium Titanium Engineering Technology Research Center,Chengde Hebei 067002;3.HBIS Group ChengSteel Company Strip Department,Chengde Hebei 067002)

The technical requirements of steel CZ440 for transmission shaft sleeve are introduced in detail.The control process,heating process,rolling process and cooling process of it are discussed.By making reasonable smelting,continuous casting and rolling technological parameters,steel CZ440 for automobile transmission shaft sleeve is successfully developed on1780 production line.The comprehensive performance of the products fully meets the requirements of customers,and cold forming performance is good,which has high tensile strength and yield strength,excellent welding performance and uniform microstructure.Mass production has been realized at present.

automobile rotating shaft sleeve,hot rolling plate,development

TG333.7+1

1672-1152（2017）04-0012-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.05

2017-06-01

薛启河（1981—），男，本科，毕业于山西工程职业技术学院，工程师，现在河钢承钢公司钒钛工程技术研究中心从事新产品开发工作。