热轧酸洗钢卷SAPH440的工艺优化

供稿|于立伟，王旭生，康海军，杨得草 /

热轧酸洗板以其较高的性价比、优良的表面质量和稳定的性能替代了很多冷轧和热轧产品，热轧酸洗板已逐渐为广大汽车用户所认可。SAPH440热轧酸洗板为440 MPa抗拉强度级汽车结构钢板，一般用于汽车底盘成形结构件，如横梁、纵梁等，该产品在国内外汽车制造行业已经得到了广泛应用[1]。热轧酸洗板主要以厚度≤4.0 mm的薄规格产品为主，其中厚度≤2.0 mm的产品最受欢迎。

目前，本钢具有成熟的SAPH440热轧酸洗产品的表面控制措施，可以生产表面质量优良的SAPH440热轧酸洗产品。随着汽车制造业的发展，汽车零部件对原材料产品性能的要求不断提高，低屈服强度和高扩孔率等个性化需求打破了原有工艺的单一格局，常规产品的工艺定位无法满足个性化需求，促使本钢对SAPH440热轧酸洗钢卷的生产工艺进行优化，以满足个性化需求的组织性能。

本文主要介绍了本钢SAPH440热轧酸洗钢卷为满足个性化需求而进行工艺优化的过程，以及优化前后组织和性能情况。

SAPH440主要指标

SAPH440是日标JIS G3113中的牌号，主要指标来源于该标准，但为适应本钢实际和用户需求，部分指标更加严格。主要化学成分要求如表1所示。表2是钢板厚度为6.0 mm以下的热轧酸洗板的力学性能要求。

表1 SAPH440化学成分要求(质量分数，%)

优化前生产工艺

工艺路径

工艺流程：炉外精炼→连铸→加热→热连轧→层流冷却→卷取→性能检测→平整→酸洗→包装出厂。

炉外精炼的主要作用是精调化学成分、深度脱硫、净化钢水等。层流冷却主要控制带钢的冷却速度和卷取温度，卷取温度设定为600～680℃，以获得所需的组织，从而达到所需的性能。从连铸到酸洗，所有工序都要严格控制表面质量的措施，以获得优良的表面质量。

成分设计

常规SAPH440采用C-Mn-Nb的成分设计，如表3所示。按该化学成分设计方案生产的SAPH440为多边形铁素体+珠光体组织，碳氮化铌在铁素体中析出，强化铁素体，生产的钢卷具有生产稳定性强、性能稳定性好的特点。

表2 力学性能要求

表3 常规SAPH440化学成分(质量分数，%)

组织和性能

常规SAPH440典型组织如图1所示，为多边形铁素体+珠光体组织，铁素体平均晶粒度12级左右，细小均匀；板厚中心位置组织常呈带状分布，不高于3级，但对常规的成形使用影响不大；非金属夹杂物等级低于1.5级。

常规SAPH440的典型性能如表4所示，屈服强度高于400 MPa，铌的析出强化作用对屈服强度的提高更为明显。

低屈服强度SAPH440工艺优化

常规工艺生产的SAPH440屈服强度较高，不利于加工成形，因此客户提出降低屈服强度来提高成形性能的需求。根据SAPH440标准和客户需求，低屈服强度SAPH440的不添加铌、钛等合金元素，避免铌、钛等元素的析出强化铁素体，并采用适当提高碳含量，从而获得较低的屈服强度和屈强比。产品组织依然为铁素体+珠光体，因此卷取温度设定不变。

优化成分设计

低屈服强度SAPH440需在保障较低的屈服强度的同时满足抗拉强度的要求，不添加铌合金后，抗拉强度会明显降低，需提高锰含量和碳含量来提高抗拉强度。碳和锰均为固溶强化，不会大幅提高屈服强度，并且碳对抗拉强度的贡献大于屈服强度，有利于获得较低的屈服强度。低屈服强度SAPH440化学成分优化如表5所示。

图1 常规SAPH440组织

表4 常规SAPH440力学性能

典型组织和性能

低屈服强度SAPH440典型组织如图2所示，为多边形铁素体+珠光体组织，铁素体平均晶粒度为12级左右；板厚中心位置带状组织较重，评定等级为3级左右；非金属夹杂物等级低于1.5级。由于碳含量的增加，导致奥氏体在组织转变过程中形成了更多的珠光体。

表5 低屈服强度SAPH440化学成分优化(质量分数，%)

图2 低屈服强度SAPH440典型组织

表6 低屈服强度SAPH440力学性能

高扩孔率SAPH440工艺优化

扩孔性能作为一项成形性能指标，反映的是在扩孔过程中钢板抵抗因孔缘局部伸长变形过大而在垂直于孔缘方向上引起局部开裂的能力。高扩孔率SAPH440主要用于有内凹翻边成形要求的零部件，钢板扩孔性能主要代表的就是钢板内凹翻边成形的能力[2]。常规SAPH440扩孔率为60%左右，在实际应用中，开孔部位翻边过程中易开裂。而扩孔率≥80%的钢不易开裂。铁素体单一相具有高延伸率和高延伸凸缘性能的特点，日本某公司[3]利用此特点成功开发出780 MPa级的铁素体和纳米级碳化物的高扩孔率钢。目前高扩孔钢多采用铁素体+贝氏体双相组织，一般称为FB高扩孔钢[4]。

单一铁素体相需要较低的碳含量和大量合金来避免珠光体的生成，合金成本很高，主要应用于高强钢。对于SAPH440产品，不宜采用此种工艺方案。铁素体+贝氏体双相组织虽然合金成本较低，但也存在诸多弊端：①贝氏体转变温度低，生产工艺难度较大；②由于SAPH440强度相对较低，应控制铁素体和贝氏体组织的含量，以免出现强度过高的问题，进一步加大生产控制难度；③由于铁素体+贝氏体双相钢采用高硅的化学成分设计，对热轧酸洗板来说，高硅形成的氧化铁皮难于去除，酸洗后钢板表面条带状氧化铁皮痕迹严重，影响表面质量。

本钢高扩孔率SAPH440采用较低的碳含量、较低的卷取温度等工艺，减少珠光体的形成、弥散珠光体分布，细化铁素体晶粒提高扩孔率[5]。

主要成分优化

高扩孔率SAPH440采用低碳工艺，化学成分优化如表7所示。

典型组织和性能

高扩孔率SAPH440典型组织如图3所示，为多边形铁素体+珠光体组织，铁素体平均晶粒度12.5级，珠光体弥散分布；板厚中心位置无带状组织；非金属夹杂物等级低于1.5级。

高扩孔率SAPH440的力学性能如表8所示，扩孔率大于110%。

结束语

(1) 采用适当的碳含量，配合热轧工艺，生产出

低屈服强度SAPH440的典型性能如表6所示，屈服强度一般低于370 MPa，屈强比0.75。质量合格的低屈服强度SAPH440热轧酸洗钢卷，屈服强度在350 MPa左右，屈强比为0.75。

表7 高扩孔率SAPH440化学成分优化(质量分数，%)

表8 高扩孔率SAPH440力学性能

图3 高扩孔率SAPH440典型组织

(2) 采用较低的碳含量、较低的卷取温度等工艺，获得细小均匀的铁素体+珠光体组织，生产出扩孔率大于110%的高扩孔率SAPH440热轧酸洗钢卷。

[1] 吴菊环. 汽车结构用SAPH440热轧钢板的试制. 轧钢，2011，28(1)：63

[2] 张建苏. 热轧高强度高扩孔钢研究在宝钢的发展// 第八届中国钢铁年会. 中国金属学会，北京，2011：5

[3] Funakawa Y，Shiozai T，Tomita K，et al. Development of high strength hot rolled sheet steel consisting of ferrite and nanometersized cabides. ISIJ International，2004，44 (11)：1945

[4] Koh-ichi S，Nakano K，Sung-moo S，et al. Retained austenite characteristics and stretch-flangeability of high-strength low-alloy TRIP type bainitic sheet steels. ISIJ International，2002，42 (4)：450

[5] Zhang J S，Chen Z P. The effect of finishing temperatures of fb steel on hole expansion ratio// Proceeding of The 3rdInternational Conference on Advanced Structural Steel. Gyeongju，Korea，2006：904