屈服强度700Mpa级轻量型汽车厢体钢的开发

李 斌，王文录，李红俊，张继永

（河钢邯钢技术中心，河北 邯郸 056000）

国内市场商用车保有量占汽车总保有量的20%-25%，但油耗却占到了汽车总油耗的50%-70%，商用车轻量化对降低能源消耗和尾气排放显得尤为紧迫。目前许多厂商开始倾向于使用规格薄、强度高的汽车用钢，在保证汽车安全性能的基础上，更大程度的做到节能减排。河钢邯钢根据市场需求，采用铌钛微合金强化，通过合理的生产工艺，在邯宝2250热轧生产线成功开发了屈服强度700Mpa级汽车厢体钢热轧卷，其综合性能良好、表面和板形合格，用户加工使用正常，满足汽车轻量化设计和使用需要。

1 成分设计

1.1 技术要求

汽车厢体钢主要用于制造汽车的车厢，包括厢式货车的车厢、自卸车的翻斗等。材料的加工和服役过程不仅要求其具有较高的强度，还需要具有良好的韧性和塑形。产品的性能指标符合技术要求。具体见表1。

表1 700XT力学性能和工艺性能要求

1.2 成分设计

成分采用C+Mn+Ti+Nb成分体系，发挥C、Mn元素的固溶强化作用，同时添加少量的Ti，以及微量的Nb元素，发挥Ti、Nb元素的沉淀强化和细晶强化作用，提升产品的强度和低温韧性。同时严格控制钢种的P、S、N元素含量，保证钢材的冷弯和冲击韧性。化学成分设计见表2。

表2 700XT熔炼成分设计（wt%）

钢中主要元素的作用机理如下：

（1）C 是很强的间隙固溶强化元素，能强烈提高钢的强度。但是，C含量增加会使钢中珠光体或脆性碳化物的比例增加，这既不利于钢的韧塑性提高，还会恶化其焊接性能。成分设计时C≤0.10%，同时考虑了其两方面作用。

（2）Mn是固溶强化元素，但含量过高会弱化钢材焊接性能。另外，MnS夹杂会造成钢板的各向异性增加，因此在成分设计时，保持高 Mn 含量的同时应该严格控制S的含量，以降低 MnS对韧塑性的恶化。

2 生产工艺

2.1 工艺流程

700XT汽车厢体钢生产工艺流程如下:高炉铁水→铁水预脱硫→250吨转炉冶炼→LF 精炼炉精炼→双流板坯连铸机浇铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→7架精轧→层流冷却→卷取→利用隔热挡板库内缓冷→性能检验→矫直+平整→包装标识入库准发。

2.2 炼钢工序

（1）铁水预脱硫。通过对高炉铁水进行预脱硫，能够大幅减少铁水中的S含量。（2）转炉冶炼。通过合适的供氧制度，将终点P控制在0.014%以下，终点温度控制在1635±25℃，保证炉后取样化验钢中Al含量大于0.020%，弱化钢渣氧化性。（3）LF炉精炼。LF全程采用微正压控制，前期进行快速造渣脱硫和温度调节，加入Mn、Nb等的合金物料合金化后，保证钢渣为还原性渣的同时促进夹杂物充分上浮。（4）连铸保护浇铸。连铸采用保护浇铸工艺，中包过热度控制在10-25℃，根据断面拉速控制在0.9-1.4m/min，过程采用动态轻压下技术。

2.3 轧钢工序

根据钛、铌等强化元素在不同阶段回溶、析出行为的特点，设计出适用于所开发700XT成分体系的板坯加热、轧制制度、入库存放等过程工艺，使得最终产品的各项性能良好稳定。

（1）板坯加热。为保证Ti、Nb充分回溶，在炉时间设定为150-250分钟，出炉温度设定为1230±20℃。

（2）轧制制度。采用粗轧+精轧的两阶段轧制方式和控制冷却工艺。粗轧阶段为奥氏体再结晶区轧制，在R1和R2两个四辊粗轧机上进行3+3道次可逆轧制，各道次压下率在16%～30%，累计圧下率75%～80%。

（3）钢卷下线后集中堆放至隔热挡板包围区域进行缓冷。进一步释放钢卷残余应力，改善钢卷边部板形。

（4）针对2.0-4.0mm薄规格700XT板形容易出线边浪、弓背等问题，采用“矫直+平整”工艺，并根据来料具体板形特点。

3 生产情况及产品检验

河钢邯钢于2018年初开始进行了屈服强度700MPa汽车厢体钢700XT的开发试制，目前完成生产3.5万吨，规格已下探至2.0mm，且通卷性能稳定均匀，板形质量良好，轧制规格覆盖（2.0～16.0）×（1250-2150）mm。产品的各项指标的检化验结果如下。

3.1 熔炼成分及气体O、N含量

邯钢700XT生产时，炼钢工序各合金成分均按窄范围控制，同时采用洁净钢生产工艺，严格控制有害元素P、S以及气体O、N含量，保证钢种有效Ti稳定在合理范围，为最终产品的各项性能合格稳定创造条件。具体熔炼成分和气体O、N控制情况

3.2 各项性能检验

轧钢工序通过严格的TMCP控轧空冷工艺，而且钢卷下线后集中堆垛缓冷，材料通卷性能稳定性得到提升，各向性能差异明显降低。

同时考虑到用户的加工使用 ，强度富余量控制在30MPa左右，保证了产品强度和塑形的良好匹配。具体拉速性能情况见下表3。

表3 邯钢700XT拉伸性能情况

对 700XT 取样进行了 180°冷弯试验，弯曲压头直径 d =2a，试验结果全部合格。在实验条件为d=0.5a时，也表现出良好的冷弯性能。

3.3 金相组织和夹杂物

邯钢700XT产品的金相组织主要是由多边形或准多边铁素体和TiC、Ti（CN）、NbC等纳米级弥散析出物组成，还可能出现少量的退化珠光体，晶粒度在11-13.5级。产品的非金属夹杂物含量很少，主要表现在连铸液析产生的大颗粒TiN存在，尺寸在2-8um，评级D类0.5级。

3.4 板形和表面

邯钢700XT产品的表面质量良好稳定，合格率在99.2%以上。针对薄规格高强钢板形控制难的特点，进行了产线升级改造，一方面在库内设立铌钛微合金化高强钢专用堆垛缓冷区域，一方面新建了2#平整线，提升了设备的平整矫直能力，平整后的板形质量良好，不平度控制在10mm以下。

4 用户加工和使用

邯钢700XT产品目前已应用于山东、河南、陕西等省份商用车加工厂家的汽车厢体生产，加工的主要车型有自卸车、半挂车、罐体车等，客户反映产品的板形良好、易于加工成型。采用邯钢700XT钢板替代Q345等普通钢材加工厢体，各车型的减重在1.0-3.5吨左右，单辆车每年节省油费约3-6万元。

图1 用邯钢700XT产品加工的汽车车厢

5 总结

（1）利用C、Mn元素的固溶强化，并添加微量的Nb、Ti成分，通过合适的TMCP控轧空冷工艺，充分发挥Nb、Ti的细晶强化和析出强化作用，河钢邯钢实现了屈服强度700MPa级厢体钢700XT的批量生产，产品的强度富余量适中，材料塑韧性良好。

（2）钢卷下线后放入缓冷区域进行集中堆垛，使得析出强化物充分析出，并释放部分残余应力，通卷的性能和板形趋于稳定。然后通过适当的“矫直+平整”工艺，最终出厂产品的板形质量更加优良，便于后续用户加工成型。

（3）产品在多家商用车加工厂的车厢生产上得到推广应用，车体减重效果明显，在保证车辆使用安全的前提下，实现了节能减排的目的，满足了国内商用车轻量化设计需求。