挂车专用结构钢生产实践

杨志宁

（天津天铁冶金集团技术中心，河北涉县056404）

挂车专用结构钢生产实践

杨志宁

（天津天铁冶金集团技术中心，河北涉县056404）

为满足用户需求，天铁集团采用微合金化技术，发挥固溶强化、析出强化以及细晶强化作用，生产出780 MPa级挂车结构钢。经检验钢的组织由铁素体和珠光体组成，晶粒度达到11级，性能能够满足设计要求。

挂车；结构钢；微合金化；生产

1 引言

在汽车领域，汽车车身的减重已经成为发展趋势。目前要达到车身减重，可以采用以下2种方法：一是在保持同样或更高刚度的前提下，降低零件单位面积的重量；二是采用提高零件用材料的强度，重新设计零件的结构，在不降低零件使用功能的前提下使零件简化或者减少材料使用量。天铁在对下游客户充分调研后，按照汽车结构件生产的实际需要进行产品研发，建立了友好的合作模式，充分满足用户需求，使高强挂车结构钢研发取得圆满成功。

2 成分设计

根据天铁公司现有的技术装备水平，通过对汽车生产企业的走访，充分了解汽车生产企业的实际需要，决定开发抗拉强度500、700、780 MPa 3个强度级别的挂车专用结构钢。3个级别中，780 MPa级挂车钢生产难度最大。为保证该级钢达到设计强度，决定采用铌钛微合金化技术，以固溶强化、析出强化以及细晶强化作用生产高强钢。

汽车结构件多以冷弯和焊接而成，在780 MPa挂车结构钢成分设计时，既要满足强度需求，又要有一定的韧性和可焊接性。其中，碳作为钢中主要的强化元素，过高则会影响成形性能和焊接性能，因此将C含量控制在0．10%以下。硅是置换固溶强化铁素体的元素，影响钢板的成型性能，因此Si含量控制在0．25%以下。锰是重要的强韧性元素，主要作用是细化铁素体晶粒和增加珠光体含量，因此将Mn含量控制在1．60%～1．90%。铌钛微合金元素根据钢的强度级别进行添加，并充分考虑成本因素[1]。依据成分组织对力学性能的影响公式——Pickering公式，合理确定C、Si、Mn的含量。

有害元素S、P含量对产品的止裂性能和成形性能有很大影响，制定标准时严格设计S、P和夹杂物含量。由上述分析，最终确定了780 MPa级挂车结构钢成分及性能要求，见表1。

3 工艺简介

天铁生产780 MPa级挂车结构钢工艺路线为：铁水预处理→180 t氧气顶底复吹转炉→LF精炼炉→R12 m直弧型双流板坯连铸机→铸坯检验→蓄热步进梁式加热炉→1 750 mm半连续式热带钢轧机轧制→板卷检验→包装出厂。

3．1 转炉冶炼

冶炼前期操作以化渣、成渣为主，充分利用强氧化性、高碱度炉渣降低钢水P含量。终渣碱度R控制3．2～3．8，渣中（FeO）控制在15%左右。出钢温度控制在1 655～1 675℃，出钢时间大于5 min。采用挡渣帽、挡渣标双挡渣出钢，挡渣球补充挡渣，严格控制出钢下渣量，渣层厚度小于等于80 mm。采用铝饼（铝铁）、中碳锰铁、低碳锰铁脱氧合金化，出钢1/3时加入，保证合金一次配加到位。

LF要求全程微正压操作，防止空气吸入，保证还原气氛。钢包到位给电升温，同时加电石、铝粒脱氧，并观察根据埋弧效果加入适量精炼埋弧渣，以便尽快形成黄白渣（精炼白渣时间要求大于20 min）且保证良好的埋弧效果。为保证钙处理效果，使Al2O3夹杂物变性为易于去除的12C·7A，当钢水中Als为0．035%时钙铁线喂入量2．5 m/t，并保证喂线速度在240～260 m/min，钢水中Als每增加0．010%，喂钙铁线量增加113 m/炉。钙处理后加高碱度大包无碳覆盖剂，为保证夹杂物有充分的上浮时间且不卷渣，渣面以微动且不裸露钢液面为准无裸漏然后进行软吹，软吹时间8～15 min以上。

3．2 连铸工序

连铸开浇前用氩气将中包内空气置换，连铸要控制好中间包液面，严禁低液面浇钢，连铸大包到站至开浇时间不大于10 min。连铸要根据钢水成分，使用中碳高锰保护渣。大包、中包保护浇铸及氩封良好，钢包长水口密封圈确保密封完好，保证每炉开浇时套好水口情况下操作，避免钢水二次氧化。

3．3 轧钢工序

板坯入炉前要认真检查表面质量，修整板坯表面的火切机毛刺、边角部的细小裂纹。为了保证Nb、Ti等元素的固溶强化作用，加热炉温度控制在1 250℃。严格控制板坯的加热时间、同板差，上下表面温差，芯表温度差，保证钢坯温度均匀。

表1 780 MPa挂车结构钢化学成分及性能要求

粗轧轧制阶段位于奥氏体再结晶区，采用高温大压的轧制工艺可以促进奥氏体的反复再结晶，使奥氏体再结晶完全，细化晶粒。因此在轧机能力允许的前提下，道次压下率应该保证在15%以上。为保证精轧工序工艺要求，调整轧机轧制速度，在980℃结束粗轧。

精轧阶段的轧制过程属于奥氏体的未再结晶区，轧制温度必须保证低于奥氏体再结晶温度。Nb系钢[2]的未再结晶温度一般在在950℃左右。随意第二阶段的开轧温度必须保证950℃之下。在精轧区域轧制时，要保证累计压下率不低于50%，并且后三道次的压下率不小于10%，充分利于精轧区域轧制压力大，变形速度快，累积变形量大的特点，可以有效改善表面和芯部变形的差异，促进晶粒的细化和均匀性，提高钢板的强韧性指标，因此，在轧机能力允许的前提下，要根据不同的成品规格确定合理的中间坯尺寸，保证精轧区域的压下率。

钢板的性能受终轧温度影响较大，主要表现在对细化晶粒的控制上：过高的终轧温度，起不到细晶作用；过低的终轧温度，钢板的强度有所增加，但对钢板的延伸性能造成影响。

根据上述要求，通过控制道次变形量调整中间坯尺寸。严格控制进精轧温度950℃，终轧820℃，卷曲500℃，充分发挥控轧控冷工艺改善钢材性能的作用。轧制过程中全长、全数除鳞，保温罩全部投入使用。

3．4 生产过程中遇到的问题和改进措施

3．4．1 浪形的控制

由于用户裁剪时使用的是等离子切割方法，且是不对称加热，在裁剪后钢板出现弯曲影响使用。而在板卷生产、检验过程中均未发现超出标准的浪形存在。针对用户的意见反馈，加大对辊型的控制，成功解决了用户下料过程中弯曲的问题。

3．4．2 塔形的控制

受卷取机能力限制，在生产780 MPa级挂车结构钢时，板卷的塔形虽在国标控制范围内，但给用户开平时带来诸多不便。为此在后期生产时放宽了卷取机夹送辊电机电流控制，塔形问题得到有效控制。

4 结果分析

4．1 成分分析

天铁生产的780 MPa级挂车结构钢平均化学成分见表2。

表2 挂车结构钢化学成分 /%

由表2可见钢水成分符合设计要求，P含量均控制在0．015%以下，S控制在0．005%以下。钢水质量能够满足钢的性能要求。

4．2 力学性能

780 MPa挂车结构钢平均屈服强度730 MPa，抗拉强度790 MPa，延伸率19%，均达到了设计要求。180°弯曲试验，试样表面无裂纹。

4．3 金相组织

780 MPa挂车结构钢金相组织图，见图1。

通过金相分析，780 MPa挂车结构钢的组织由铁素体和珠光体组成，晶粒度达到11级，带状组织1A。钢板主要靠细晶强化、固溶强化2种方式提高强度，这与产品的设计初衷相吻合。

5 结语

天铁采用微合金化技术生产780 MPa级挂车结构钢，产品性能达到了设计要求。微合金化技术得到应用，细晶强化和固容强化作用机理得到印证，为其它高强钢种研发提供参考。

通过780 MPa级挂车结构钢的生产实践，解决了高强钢生产过程中浪形和塔形的控制问题。780 MPa级别挂车结构钢的开发，充分发挥了装备的潜力，通过与汽车生产企业联合研发机制，使得挂车专用结构钢的开发取得圆满成功。

图1 晶粒度、带状组织图×100

[1]赵阳，陈礼清，王贵桥，等．Nb+V和V微合金非调质钢疲劳性能[J]．机械工程学报，2010（16）：131-135．

[2]许峰云，白秉哲，方鸿生．低合金高强度钢钛微合金化进展[J]．金属热处理，2007（12）：29-34．

Production Practice of Structure Steel Dedicated for Trailer

YANG Zhi-ning
(Technology Center of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

Adopting micro alloying technology,Tiantie Group,with the functions of solution strengthening,precipitation strengthening and grain refining strengthening,produces 780 MPa graded structure steel for trailer application in order to meet the requirement by the customer．Inspection shows the product,with the structure of ferrite and pearlite and grain size up to level 11,can meet the design requirement on properties．

trailer;structure steel;micro alloying;production

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．002

2015-01-10

2015-02-04

杨志宁（1981—），男，工程师，主要从事专业技术管理和产品研发工作。