热轧酸洗板QStE340TM的生产工艺及组织性能

2019-03-12供稿王溪刚WANGXigang

金属世界 2019年1期

供稿|王溪刚 / WANG Xi-gang

内容导读

热轧酸洗板QStE340TM属于冷成形用高屈服强度汽车结构钢。本钢热轧酸洗板QStE340TM综合运用铌、钛复合微合金化，热轧控轧控冷工艺，合适的拉矫延伸率、酸温、酸值及酸洗工艺段速度等手段，获得了表面粗糙度范围1.1～1.3 μm、显微组织细小均匀、晶粒度12.6～13.0级的成品带钢。其拉伸性能良好，钢卷头中尾及边中边性能差异较小，屈服强度差值不超过18 MPa，抗拉强度差值不超过15 MPa，三个方向性能差异较小，屈服强度差值不超过25 MPa，抗拉强度差值不超过16 MPa，冷弯性能及翻遍成型能力优良，扩孔率达到76.78%的良好水平。

热轧酸洗板QStE340TM属于冷成形用高屈服强度汽车结构钢，广泛用于对成型加工性能和强度有较高要求的汽车构架、大梁等汽车结构件，其牌号中的340指的是屈服强度下限，单位是MPa。除热轧板要求的强度性能、成型性能外，热轧酸洗板QStE340TM还要求具有良好的表面质量，本文重点介绍本钢生产的热轧酸洗板QStE340TM的成分、工艺、组织、性能，有利于用户的正确选材和该牌号的推广应用。

技术要求

热轧酸洗板QStE340TM均属于铌、钛微合金强化钢种，其成分要求如表1所示。热轧酸洗板QStE340TM力学性能要求如表2所示。

成分和工艺

热轧酸洗板QStE340TM通过铌、钛微合金强化并结合热轧、合适的控轧控冷工艺来保证其性能。微合金元素在钢中与碳、氮形成化合物粒子起析出强化作用，同时微合金元素还可以起到细化晶粒的作用。

成分设计

C是钢中最基本的强化元素，主要起固溶强化和析出强化作用，C含量过高对钢的成形性能、韧性和焊接性能有负面影响[1]，本设计C含量控制在0.06%～0.08%；Si在钢中起固溶强化作用，在提高强度的同时提高钢板的延伸率，改善钢板的成形性，但Si含量过高容易使钢板表面产生红铁皮等表面缺陷，所以QStE340TM中Si含量控制在0.10%以下；Mn是固溶强化元素，Mn含量过低会造成钢的强度不足，过高将增加珠光体比例，珠光体比例增加是钢板带状组织的主要原因之一，为此根据QStE340TM强度级别将Mn含量控制在0.55%～0.75%；P是钢中的杂质元素，含量应越低越好；S是钢中的杂质元素，钢中硫化物数量和形态直接影响钢板的成形性；Al是脱氧元素，少量的Al可细化晶粒，消除N的有害作用，有利于提高钢板的成形性能，但是过高易产生夹杂物，Al含量控制范围为0.015%～0.070%；Nb、Ti的添加可抑制奥氏体的再结晶，大量存在的晶界、位错、变形带提高了铁素体的形核率和长大速率，加速了铁素体相变，实现细化晶粒的目的[2]。综上，本钢热轧酸洗板QStE340TM的成分设计如表3所示。

表1 化学成分要求(质量分数，%)

表2 力学性能要求

表3 化学成分(质量分数，%)

热轧工艺

结合成分设计，并且为了保证足够的合金元素固溶于奥氏体中，采用的热轧加热温度为1230～1270℃，同时要控制加热时间，以免生成严重的氧化铁皮。为保证轧制在奥氏体再结晶区进行，精轧时终轧温度应高于Ar3，根据成分计算出其理论CCT曲线如图1所示。Ar3点温度为840℃，实际终轧温度设定应高于Ar3点40℃左右，则终轧温度设定目标值880℃，带钢出F7后，采用前段连续冷却模式，达到较高的冷却速度以利于细化铁素体晶粒，卷取温度控制目标为640℃。

酸洗工艺

本钢热轧酸洗机组采用连续式浅槽紊流酸洗技术，同时配备了带钢表面质量检测系统Parsytec，实现了对带钢全长无间断表面质量检测。对酸洗产品表面质量而言，拉矫延伸率、酸温、酸值及带钢在工艺段速度是关键影响因素。拉矫机通过小辊径的弯曲作用使热轧板产生一定的塑性变形，同时通过一定延伸变形改善板形。通过上述变形，可以使带钢外表面的裂缝和接触面更加松散，内侧的氧化铁皮断裂，酸洗更容易。通过不断优化最终确定了1.4%的延伸率。此外，氧化铁皮溶解过程中产生的氢气鼓泡可以加速氧化铁皮的脱落[3]。

酸洗速率有随着酸液浓度增大及温度升高而增大。其中，温度对酸洗速率的影响远大于浓度。但提高盐酸溶液的温度会挥发和析出更多的酸雾，不利于操作人员和设备工作条件的改善。因此，对盐酸酸洗而言，通常是通过增加酸液的浓度来提高酸洗效率的。综上所述，采取如表4所示的酸值和酸温。

在酸洗工艺段可以通过降低酸洗速度、延长酸洗时间来保证酸洗效果，但酸洗速度过低会严重影响产能，也会给机组正常组织生产带来困难。酸洗速度过高也有可能欠酸洗，故必须结合酸温及酸值寻找合适的酸洗速度。通过实践，采用80～100 m/min的酸洗速度。

图1 CCT曲线

表4 工艺段各槽工艺参数

性能与组织

选取大生产数据中的任意1卷，该卷厚度为2.5 mm，对其进行了拉伸性能、冷弯性能、扩孔性能、表面粗糙度及金相组织检测，并进行了全面分析。

拉伸性能

拉伸性能检测采用标距为80 mm的板状拉伸试样，在Zwick拉伸实验机上进行拉伸实验，对带钢的头、中、尾及边、中、边取拉伸样进行性能测试，按照0°、45°、90°三个方向分析力学性能，每个方向3根拉伸样，则共计81根拉伸样。实验结果取相同方向3根试样的平均值，详细检测结果见表5。

从表5可以看出，头、中、尾及边、中、边性能差异较小，屈服强度差值不超过18 MPa、抗拉强度差值不超过15 MPa，延伸率差异不超过8%。

表5 拉伸性能

三个方向性能差异较小，屈服强度差值不超过25 MPa、抗拉强度差值不超过16 MPa，延伸率差异不超过7%。

冷弯性能

弯曲实验采用尺寸为25 mm×220 mm的长方形试样，长度方向垂直于轧制方向，在RIST BW-500弯曲实验机上进行180°弯曲实验，弯心直径d=0.5a，弯曲角度α=180°，弯曲脊线与轧制方向平行，6根试样在弯曲后外表面上没有发现表面裂纹，实验结果达到A1完好级别(见图2)，冷弯性能优良。

图2 冷弯性能

扩孔性能

在板材成形过程中，翻边成形工艺是一种常见的成形工艺，这种工艺具有增加成形件的刚性、连接焊接搭头和延长管颈深度的作用，因此被普遍采用。大多数板材的检测指标只能进行间接的评价，而扩孔实验是一种模拟实验，它能直接表征汽车专用板材在扩孔时孔边的翻边成形能力[4]。为了评估QStE340TM的翻边成形能力，进行了扩孔性能检测，取样位置在热轧钢卷的头部，试样采用的是边长100 mm的方片，预制圆孔初始直径d0=10.7 mm，扩孔率达到了76.78%的良好水平，详见表6。