普阳钢铁汽车大梁钢700L的研制开发

郑 磊，刘 柱，李占强

（河北普阳钢铁有限公司，河北 邯郸 056305）

普阳钢铁为了满足汽车大梁用钢的市场需求，利用1380机组，成功研制开发了汽车大梁钢700L。采用低碳含量并加铌、钒、钛等合金的路线，选用合理的控轧控冷工艺等技术保证了产品强度和成型性能的有效匹配.达到了较高的强度、冷弯性能、良好的冲压性能和焊接性能。

1 工艺流程及成分设计

1.1 工艺流程

铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→连铸-→铸坯检查-→热送→加热→控轧→控冷→卷曲-→板卷检查-→打包出厂。

1.2 成分设计

由于汽车大梁形状复杂，除要求较高的强度和冷弯性能外，还要求有良好的冲压性能和焊接性能。结合国内外生产汽车大梁钢的经验数据，工艺设计采用低碳含量并加铌、钒、钛等合金的路线，选用精准的控轧控冷工艺技术来保证强度和成型性能的有效匹配。其关键成分控制如下。

1.2.1 碳

碳主要作用是保证钢的强度、硬度与韧性。但是，过高的碳含量会导致钢的塑性下降，降低钢的冷成型性和焊接性，将造成回弹过大等问题。

1.2.2 锰

锰是低合金高强度钢的基础元素，可起到固溶强化的作用。其冶金作用主要是消除硫的热脆倾向，改变硫化物的形态和分布以提高钢材品质。它可稳定并扩大奥氏体区，提高钢的耐磨性。

1.2.3 硅

硅作为钢中的合金元素，以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中，能够缩小奥氏体相区。显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比，并提高疲劳强度，提高钢材的有效使用寿命。

1.2.4 铌

铌可以改变钢的纤维结构，对钢的强化作用主要是细晶强化和弥散强化，能和钢中的碳氮生成稳定的碳化物和氮化物，而且可以使碳化物分散并形成具有细晶化的钢。通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布。提高钢的强度、韧性、抗高温氧化性和耐蚀性，降低钢脆性转变温度，获得汽车大梁钢好的焊接性能和成型性能。

1.2.5 钒

钒能使钢的弹性、强度增强，抗磨损和抗爆裂性，耐高温、耐寒。从而提高汽车大梁钢的耐候性。

1.2.6 钛

钛和氮、氧、碳都有极强的亲和力，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮、碳的有效元素。 钛和碳的化合物(TiC)结合力极强，微粒有阻止钢晶粒长大粗化的作用钛的质量分数在0.03%～0.1%之间时可使屈服强度有所提高，对钢的韧性有改善作用。

根据上述元素的作用并结合汽车大梁钢的性能组织要求，参考国内外主要生产厂家的生产经验，结合普阳钢铁的生产设备条件，自主设计了汽车大梁钢的化学成分，见表1。

2 生产工艺及控制

2.1 冶炼与连铸工艺

铁水脱硫预处理环节使[S]低于0.040%，提供优质铁水，保证铁水中P、S含量低于0.040%方便炼钢的正常生产。

（1）铁水预处理。尽可能降低铁水硫含量，铁水硫控制在0.005%以下。扒净脱硫渣，兑入转炉的铁水要求带渣量不得超过0.5%。

（2）强化转炉冶炼。炼钢工艺要求采用低C低Si高Mn加Ti和Nb成分，为了保证低Si要求在提Mn时把常用的硅锰合金改为加入金属锰，同时采用炉后精炼工艺。操作，提高转炉的脱S、脱P率。出钢前向钢包底加入适量的合成渣，利用合成渣与钢水在钢包内混合达到去除杂质、提高钢水质量的效果。

表1 普阳钢铁汽车大梁钢设计成分

（3）根据进站炉渣情况和S含量，LF精炼造白渣深脱硫，将钢中S含量降低至0.01%以下。

（4）钙处理。对非金属夹杂物进行变性处理，使簇状Al2O3变性为钙铝酸盐，易于上浮去除或以球形夹杂形式均匀分布于钢中。

（5）精炼出站后，进行软吹氩操作，促进钢中夹杂物充分上浮去除和钢水温度的均匀，提高钢水纯净度。

（6）浇注过程采用全程氩封保护浇注，减少钢液的二次氧化。

连铸采用两套拉矫机两支铸坯，各拉1支坯子的两机两流浇铸模式。从大包至中包到结晶器采用全保护浇铸，水口处采用氩封防止钢水吸气而增氮增氢，结晶器保护渣采用机器人加入，防止人为操作的误操作和加入不均匀，从而影响铸坯质量。扇形段采用二冷电磁搅拌，可有效控制铸坯的中心偏析和夹杂物聚集，铸机液芯采用动态轻压下技术，目的也是为了减少中心偏析。

2.2 轧制与控制冷却工艺控制

控轧控冷即控制轧制和控制冷却，也称TMCP(热机械变形轧制)。适合于低碳微合金钢，特别是Nb、V 、Ti复合的金属材料。该技术的核心是在轧制过程中通过控制加热温度、轧制过程、冷却条件等工艺参数,改善钢材的强度、韧性、焊接性能。

2.2.1 加热工艺

普钢汽车大梁钢700L的加热过程是钢坯奥氏体化的过程，也是合金元素固溶的过程，消除或减轻钢坯内部组织缺陷。同时要控制钢坯在高温长时间加热会变成粗大的结晶组织。

1250热卷厂为保证成品表面质量，加热炉加热不能超过1280℃，精轧开轧温度1060℃，终轧温度860±10℃，卷曲温度580±10℃，精轧采用两道除磷。

2.2.2 控轧控冷工艺

控制轧制和控制冷却技术结合起来，进一步提高了钢材的强韧性和获得合理的综合性能，并降低了合金元素含量和碳含量，节约贵重的合金元素，降低生产成本。与普通生产工艺相比，通过控轧控冷生产工艺可以使钢板的抗拉强度和屈服强度平均提高约40～60MPa，在低温韧性、焊接性能、节能、降低碳当量、节省合金元素以及冷却均匀性、保持良好板形方面都有无可比拟的优越性。

表2 普钢汽车大梁钢700L温度制度

3 金相组织与性能

3.1 金相组织

金相组织表明，普钢汽车大梁钢700L组织结构为铁素体加珠光体。其晶粒度为14级。夹杂物控制水平（在夹杂物控制上，通过精炼炉精炼和氩气底吹来控制钢水的纯净度，减少有害夹杂物的产生和大颗粒装的夹杂物快速上浮。

图1 金相组织

图2 金相组织

3.2 性能检验

经检验，普钢汽车大梁钢700Lxxx、xxx各项性能指标满足技术要求。普钢汽车大梁钢700L各项性能见表3。

表3 普钢汽车大梁钢700L各项性能

4 结语

普阳钢铁汽车大梁钢700L采用国内首创的成份合金设计，将传统以C、Mn、Nb、V、Ti组合添加的复杂体系，简化为Nb、V、Ti为主的体系，通过成份优化，及控轧调质工艺的改进，实现了强度和塑韧性的最佳组合，抗拉强度平均富余量在70-100Mpa，具有较高的使用推广价值。