01前言
随着我国汽车产量的逐年增加,汽车大梁用热轧钢板及钢带的市场需求量也在日益上升,具有巨大的市场开发潜力。
汽车大梁用钢主要用于制造汽车纵梁、横梁、保险杠等结构件,需要承受一定的载荷,要求钢板在有较高强度的同时,具有良好的冷成型性和焊接性能。
近年来,随着微合金化技术和控轧控冷技术的进一步发展,国内外普遍采用微合金化技术生产汽车大梁用钢。
本钢从年开始研制新一代汽车大梁用钢BGL,采用Nb、Ti复合微合金化技术。经过两年的研制,试制工艺已经成熟,产品质量稳定,经钢铁研究总院综合性能评定,通过北汽、金杯集团等用户进行汽车纵梁、横梁、加强梁、保险杠、桥壳等结构件的生产试制,合格率达到99%以上,证明本钢开发研制的汽车大梁用BGL热轧钢板及钢带各项技术指标完全能够满足用户使用要求。
02工艺路线
为满足汽车大梁用钢的要求,开发研制过程中,首先是以提高钢质的纯净度、控制夹杂物形态和满足机能要求来确定合理的化学成分,然后选择正确的工艺制度,寻求强韧性的最佳匹配,以满足汽车大梁用钢主要技术指标要求。
采用铁水预处理降低硫含量,t氧气顶吹转炉冶炼,LF或AHF炉外精炼,大板坯连铸,铸坯热装热送,mm热连轧机采用控轧控冷工艺,两段层流冷却,以达到细化晶粒和析出强化的目的,从而获得良好的综合性能。
03Nb、Ti含量确定
根据BGL钢的技术指标,采用低C-Mn钢复合添加Nb、Ti微合金化元素和控轧控冷工艺,对钢的化学成分进行综合分析,确定Nb、Ti含量范围。
[Nb]：铌的细化晶粒和析出强化作用是最突出的,是强烈的碳、氮化物形成元素,在钢中主要以Nb[C、N]形式存在,阻止奥氏体晶粒长大。
对于汽车大梁用钢,添加0.%-0.05%的[Nb]就可起到细化晶粒和析出强化的作用,是弥补钢中降碳所损失强度的最为经济有效的手段。
[Ti]：在钢中除了和碳、氮结合形成Ti[C、N]化物细化铁素体晶粒达到强韧性目的外,Ti与钢中的氧、硫也有极强的亲和力,改善硫化物形态,形成不易塑性变形的球状Ti4C2S2显著地提高钢的韧性,改善焊接热影响区性能和疲劳性能,在汽车大梁用钢中按Ti/S比值2~4及最经济的原则确定其在钢中的含量。实际冶炼化学成分见表1。
04
Nb、Ti含量对BGL钢组织性能的影响4.1Nb含量对BGL钢显微组织的影响
Nb含量对BGL钢显微组织的影响。随着Nb含量的增加,铁素体晶粒尺寸变小,组织变细,这是因为Nb在钢中与C、N结合形成细小弥散的Nb[C、N]化物阻止奥氏体晶粒长大,Nb[C、N]化物在控轧中具有强烈的抑制再结晶和细化作用,同时随着钢中析出的Nb[C、N]化物数量的增加,也有效地阻止了晶粒的长大。
4.2Nb含量对BGL钢机械性能的影响
Nb含量为0.02%~0.04%的BGL钢经控轧控冷后,力学性能全部达到技术指标要求,说明Nb在钢中的作用机理主要是通过细晶强化和沉淀强化来提高钢的强度。实际检验性能见表2。
4.3Ti含量对BGL钢硫化物夹杂的影响
大量的试验结果已经证明,影响汽车大梁热轧钢板冷成型性的关键因素在于钢中长条MnS夹杂,因为沿轧制方向伸长的MnS夹杂严重影响钢板的横向冷弯性能,Ti对硫化物形态的改善起着不可忽视作用。
当Ti含量很少时,钢中夹杂物主要是MnS随着Ti含量的增加,长条状的MnS数量减少,而出现不连续的复合夹杂物,以至见不到MnS。这是因为Ti与S结合形成坚硬的球状Ti4(CS)2颗粒,Ti含量达到0.03%时,钢中硫化物已经球化。
因此，为改善BGL钢中硫化物形态,Ti含量应控制在0.02%~0.05%范围内。
4.4Ti/S比对BCL钢冷弯性能的影响
横向冷弯性能的优劣是评价汽车大梁用钢的一个重要指标,含Ti0.01%~0.03%,含S0.%~0.%范围的9炉BGL试验钢,宽冷弯一次检验合格,说明Ti/S比在2~3的范围,硫化物已基本得到球化,冷弯合格;而Ti/S比低于2时,硫化物在没有完全球化的情况下,冷弯合格,主要是终轧温度和卷取温度较高,钢的塑性得以提高所致。
基于上述分析,S含量在0.%~0.%需添加0.02%~0.05%的Ti,以使硫化物球化;Ti/S比低于2时,在保证强度的同时,适当控制终轧及卷取温度,尽可能提高钢的塑性,来保证横向冷弯性能。
4.5Ti/S比对BGL钢延伸凸缘性能的影响
延伸凸缘性是评价汽车用钢的一个重要特性之一,通常进行扩孔试验。Ti/S比在2~3左右的范围内时,扩孔率出现高降值,即有最好的延伸凸缘性能,这是因为TS比值小,钢中长条状MnS夹杂物得不到充分改善,从而使扩孔率降低;而Ti/S比过高,钢的强度增加,同时钢中多余的粗大TiC颗粒增加,从而使扩孔率降低,因此对平均S含量为0.%的BGL钢,需添加0.02%0.05%之间的Ti含量。
4.6Nb、Ti复合对BGL钢焊接性能的影响
过去的研究表明,以Nb、V、Ti为主的微合金化钢,由于钢中Nb[C、N]和V[C、N]化合物微细颗粒析出良好,使钢材获得细晶组织,但焊接热影响区的韧性不足,主要原因是抑制粗晶区晶粒长大作用的Nb[C、N]在高温下大部分固溶,削弱了对晶界的钉扎作用,因而丧失了对晶粒粗化的控制,钢中复合添加Nb、Ti后,对焊接t(8/5)的敏感性较小(见图2)。
研究认为,由于钢中含Ti,以TiN的形式弥散析出,在较高温度下,TiN不溶解,可以成为相转变的中心,抑制焊接时热影响区晶粒长大而韧性降低的效果。
05结论
(1)Nb在钢中的作用机理主要是通过细晶强化和沉淀强化来提高钢的强度。随着铌含量的增加,铁素体晶粒尺寸变小,组织变细,其在钢中主要以Nb[C、N]形式存在,阻止奥氏体晶粒长大。Nb含量应控制在0.02%~0.04%之间。
2)Ti在钢中除了和C、N结合形成Ti[C、N]化物细化铁素体品粒达到强韧性目的外,Ti与钢中的O、S也有极强的亲和力,改善硫化物形态,形成不易塑性变形的球状Ti4C2S2显著地提高钢的韧性,改善焊接热影响区性能和疲劳性能。Ti含量应控制在0.02%~0.05%范围内。
(3)经钢铁研究总院对BGL热轧钢板及钢带进行全面综合性能检测表明,该钢具有高强度,优良的冷成型性能,良好的低温冲击韧性,良好的疲劳性能和焊接性能,其综合性能相当于国内外同类产品的水平。BGL钢板的抗拉强度平均值达到MPa,延伸率达28%,宽冷弯合格,在40℃时的冲击平均值达到49J。
(4)经北汽、一汽金杯等用户试用后认为,本钢开发研制的汽车大梁用BCL热轧钢板各项技术指标能够满足汽车大梁制造要求,是制造汽车大梁及其他结构件用钢的理想钢种。
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