周 浩

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司，河北 唐山 063105）

隨著汽車市場對(duì)節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適等要求的提高，汽車車身輕量化成為當(dāng)今汽車技術(shù)發(fā)展的重要發(fā)展方向。由于高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼在減輕車身質(zhì)量的同時(shí)，還能提高汽車車身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及能量吸收能力，因此高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼仍然是最經(jīng)濟(jì)、最有效的輕量化途徑之一。

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)商用車輕量化發(fā)展，越來越多商用車為了減輕質(zhì)量，其結(jié)構(gòu)采用屈服強(qiáng)度700 MPa以上，抗拉強(qiáng)度900 MPa級(jí)1.2～2.0 mm薄壁冷彎型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)替代熱軋厚規(guī)格高強(qiáng)鋼及冷軋退火薄規(guī)格高強(qiáng)鋼。以客車骨架為例，采用了高強(qiáng)鋼方矩形焊管，在焊管冷彎成型過程中，強(qiáng)度有所升高，而延伸率大幅度下降，為保證高強(qiáng)鋼方矩形焊管達(dá)到客車廠延伸率≥10%的要求，超高強(qiáng)軋硬鋼帶的延伸率應(yīng)不低于12%，強(qiáng)塑積不低于12 GPa·%。一般低合金高強(qiáng)鋼冷軋退火鋼帶延伸率很低，平均為5%～10%，強(qiáng)塑積只有10GPa%左右。例如寶鋼的2 mm厚度汽車大梁用高強(qiáng)鋼，冷軋退火產(chǎn)品延伸率6.7%；通常厚度小于2 mm的產(chǎn)品延伸率還要低一些。目前技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品很難滿足上述要求。

由于高強(qiáng)度熱軋鋼帶薄規(guī)格軋制比較困難，同時(shí)存在厚度加價(jià)，而退火鋼帶因?yàn)橥嘶鸸ば蛲瑯訒?huì)增加成本，相比之下，軋硬鋼帶價(jià)格更低、成型更方便，在提高車身強(qiáng)度的同時(shí)，能降低使用鋼板厚度，減輕整車重量，減少車輛燃油消耗，所以超高強(qiáng)硬質(zhì)鋼帶成為生產(chǎn)客車骨架鋼管及貨車邊梁、貫穿梁的主要材料。本文所研究屈服強(qiáng)度700 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼TS700S借鑒不銹鋼冷軋鋼板中采用不同冷作硬化狀態(tài)，采用16%～25%冷軋壓下率獲得滿足要求的超高強(qiáng)鋼，以替代冷軋退火薄規(guī)格高強(qiáng)鋼CR700/900MS，產(chǎn)品在提高車身強(qiáng)度的同時(shí)，能降低使用鋼板的厚度，減輕整車質(zhì)量，減少車輛燃油消耗，具有重要的開發(fā)價(jià)值。

1 基本技術(shù)要求

1.1 化學(xué)成分

目前所開發(fā)的超高強(qiáng)半硬鋼帶TS700S尚無統(tǒng)一產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)成分范圍參照國標(biāo)GB/T 1591低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q690M的成分要求進(jìn)行設(shè)計(jì)限定，如表1所示。

表1 TS700S化學(xué)成分范圍 %

1.2 力學(xué)性能

TS700S主要用以替代冷軋退火薄規(guī)格高強(qiáng)鋼CR700/900MS，其力學(xué)性能范圍參照國標(biāo)GB/T20564.7冷軋馬氏體鋼CR700/900MS的性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)限定，由于貨車邊梁用700 MPa高強(qiáng)鋼用材輕量化設(shè)計(jì)要求，材料厚度主要集中在2.0 mm及以下，不要求做沖擊功，如表2所示。

表2 TS700S性能要求

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

對(duì)于屈服強(qiáng)度700 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼TS700S，設(shè)計(jì)借鑒不銹鋼冷軋鋼板中采用不同冷作硬化狀態(tài)，采用16%～25%冷軋壓下率獲得滿足要求的超高強(qiáng)鋼，需要充分利用C-Mn相變強(qiáng)化及冷作加工強(qiáng)化手段提高強(qiáng)度，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。通過熱軋控軋控冷及設(shè)定合理的冷軋壓下率，在保證產(chǎn)品強(qiáng)度的同時(shí)，使產(chǎn)品具備較低成本、較高的使用性能[2]。

2.1 成分設(shè)計(jì)

TS700H產(chǎn)品成分設(shè)計(jì)范圍見表3。

表3 化學(xué)成分設(shè)計(jì) %

TS700S產(chǎn)品采用低碳、常規(guī)錳成分設(shè)計(jì)，與微合金鋼相比可大幅度降低生產(chǎn)成本。通過成本測算，TS700S成本比常規(guī)Nb+Ti復(fù)合強(qiáng)化同強(qiáng)度產(chǎn)品低約350元/t。

2.2 工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)1580產(chǎn)線設(shè)備特點(diǎn)及控制能力，基于本產(chǎn)品的目標(biāo)性能，設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝流程為：BOF→LF→CC→1580熱軋→冷軋。

煉鋼生產(chǎn)采用自動(dòng)化煉鋼，提高成分、溫度的命中水平，保證產(chǎn)品成分的精準(zhǔn)控制。通過優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏，從而保證拉速的穩(wěn)定控制，生產(chǎn)時(shí)保持恒拉速控制。連鑄采用低過熱度控制，減少中心偏析對(duì)產(chǎn)品均勻性的影響，采用保護(hù)澆注，避免澆注過程產(chǎn)生氧化物夾雜。

為保證產(chǎn)品機(jī)械性能及工藝性能，結(jié)合產(chǎn)品CCT曲線，熱軋采用TMCP控軋控冷技術(shù)，優(yōu)化層流冷卻溫度制度，采用兩段冷卻、低溫卷曲以獲得F+B組織。冷卻路徑見圖1。

圖1 CCT曲線及冷卻路徑

冷軋工序采用較低的壓下率生產(chǎn)半硬鋼帶，1.5～2.5 mm厚的熱軋鋼帶經(jīng)過冷軋得到厚度1.2～2.0 mm成品鋼帶，冷軋壓下率16%～25%。

3 實(shí)物及性能

3.1 成分控制（見表4）

表4 化學(xué)成分實(shí)際控制 %

TS700S實(shí)際成分控制滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 力學(xué)性能（見表5）

表5 實(shí)際物理性能控制

TS700S產(chǎn)品物理性能滿足目標(biāo)要求。

3.3 組織與析出（見圖3和圖4）

圖3 成品卷組織控制情況（500×）

圖4 產(chǎn)品夾雜物與帶狀組織控制情況（100×）

TS700S組織為多邊形鐵素體F+珠光體P+粒狀貝氏體GB，晶粒度均為12級(jí)，帶狀組織1級(jí)，無中心偏析，未發(fā)現(xiàn)明顯夾雜物。

3.5 折彎性能（見圖5）

圖5 180°冷彎實(shí)驗(yàn)

橫縱向D=0a折彎性能良好。

4 結(jié)論

1）采用低碳、常規(guī)錳成分設(shè)計(jì)，通過控制熱軋雙相鋼層冷模式、低溫溫卷取，控制得到塑性較好的F+B組織，冷軋采用16%~25%的低冷軋壓下率，最終獲得具備較高的強(qiáng)度、良好的延伸率和較高的n值及K值的屈服強(qiáng)度700 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

2）屈服強(qiáng)度700 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼TS700S力學(xué)性能滿足屈服強(qiáng)度Rp0.2≥900MPa，抗拉強(qiáng)度Rm≥700 MPa，斷后伸長率A80≥12%，強(qiáng)塑積≥12 GPa·%，顯微組織為多邊形鐵素體F+珠光體P+粒狀貝氏體GB復(fù)合組織，平均晶粒度12級(jí)。

3）屈服強(qiáng)度700 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼TS700S具有更好的冷成形性能，適合生產(chǎn)客車骨架、貨車邊梁、貫穿梁等冷彎成型薄壁型鋼，在省去酸洗化學(xué)除銹和機(jī)械除銹工序情況下滿足其力學(xué)性能和涂裝表面質(zhì)量要求，目標(biāo)為用來替代熱軋厚規(guī)格高強(qiáng)鋼及冷軋退火薄規(guī)格高強(qiáng)鋼，滿足低成本需求。

4）屈服強(qiáng)度700 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼TS700S高性能超高強(qiáng)半硬鋼帶有利于減輕車身質(zhì)量，降低燃油消耗，減少汽車尾氣排放，在下游加工過程中省去酸洗化學(xué)除銹和機(jī)械除銹工序環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的綠色制造。