0 前言

汽车大梁钢主要用于各类汽车车架的纵梁、横梁等结构。随着汽车工业的发展, 汽车制造厂家对汽车用钢的需求量大大增加, 根据汽车轻量化的要求, 对汽车大梁钢综合性能的要求也越来越高, 不仅要求大梁钢具有更高的强度, 还要有良好的塑性、韧性以及优良的冷弯性能。为此, 新钢试制并成功开发了汽车大梁钢610L。

1 炼钢成分设计

炼钢设计成分见表 1。

试制钢采用低含量的碳、锰、硅加铌、钛微合金元素。Ti和N在液态钢水中会部分结合而析出, 为后续Nb C的析出提供形核质点, 使Nb C析出更加弥散, 能够有效阻止奥氏体晶粒长大, 扩大奥氏体未结晶区, 为铁素体相变提供更多的形核点, 从而使晶粒更加细化, 达到提高强度和获得良好延伸率的目的。^[1]

2 轧制

根据Nb, Ti微合金化机理, 利用新钢1 580 mm热轧生产线的设备条件, 采用控轧控冷工艺, 得到了高强度汽车大梁用钢所需的强度和韧性。

2.1 加热温度

考虑到微合金元素要溶入奥氏体中及得到较小原始奥氏体晶粒的要求, 确定610L板坯的最高加热温度为1 290℃, 出钢温度(1220±30) ℃, 实际在炉时间达到200 min。这种加热制度可以使板坯温度均匀, 让合金元素充分扩散, 同时还可减小轧制时的变形抗力。

2.2 轧制工艺

为了获得细小的铁素体和弥散分布的珠光体, 提高钢的强度和韧性, 确定当成品厚度为4.0 mm和4.8 mm时, 要求粗轧板坯厚度为38 mm; 当成品厚度为5.8 mm时, 要求粗轧板坯厚度为42 mm; 当成品厚度为8 mm和9.8 mm时, 要求粗轧板坯厚度为48 mm。采用在未再结晶区轧制, 试轧成品厚度小于6 mm时, 终轧温度定为880℃, 卷取温度定为620℃; 试轧成品厚度不小于6 mm时, 终轧温度定为860℃, 卷取温度为600℃。层流冷却速度确定为15~25℃/s。

板坯轧制工艺图见图 1。

3 力学性能

610L力学性能要求见表 2。

3.1 拉伸性能

新钢试制的不同厚度610L钢卷的力学性能见图 2和图 3。可见，610L的屈服强度在539 ~ 586 MPa，不同厚度610L的屈服强度在50 MPa内波动，说明轧制工艺还有优化空间; 抗拉强度为631 ~ 660 MPa，不同厚度610L的抗拉强度在30 MPa内波动，抗拉强度主要与成分有关，说明钢板的成分比较均匀; 610L的最低延伸率为23. 5%，满足标准要求，其中厚规格钢卷的延伸率相对差一些，这与厚规格钢卷的金相组织有关。

3.2 金相组织

轧制的610L金相组织图见图 4(a), (b)和图 5(a), (b)。可见, 610L的金相组织以铁素体和珠光体为主, 晶粒度为12.0级以上。其中, 厚度为4.0 mm的成品金相组织达到13级, 厚度为8.0 mm的成品金相组织为12.5级, 说明微合金对晶粒细化效果显著。厚度为4.0 mm的成品带状组织为1.5级, 8.0 mm厚的成品为2.0级。主要原因是厚规格的成品精轧累计压下量相对较小, 因而晶粒相对较大。为使厚规格的钢卷获得更细的晶粒, 确定其终轧温度为相变临界点860℃, 此时, 碳、锰容易聚集在奥氏体稳定区, 产生贫碳、锰奥氏体带, 也就是奥氏体不稳定带容易首先转化为铁素体, 奥氏体稳定带(富碳、锰奥氏体区)容易生成珠光体, 导致带状组织会更加明显, 从而使延伸率偏低。

3.3 冷弯性能

轧制的610L卷板冷弯性能优良，在较小的弯心直径下，冷弯全部合格，试样没有裂纹痕迹，可保证客户在冷弯加工过程中不出现开裂。图 6为d = 1. 5 a，d = a和d = 0. 5 a时的横向宽冷弯试样，其中d为弯心直径，a为试样厚度。此次冷弯试样的宽度b为35 mm，厚度为6 mm。

3.4 冲击试验

尺寸5 mm × 10 mm × 55 mm的试样横向冲击吸收功随温度转变曲线见图 7。从图 7可见，610L卷板0 ℃冲击功平均达到70. 5 J，即使在－ 60 ℃寒冷的条件下也达到48. 2 J。根据脆性转变温度能量准则法: Ak _max × 0. 4时的冲击吸收功下的温度为脆性转变温度，此时的冲击吸收功为70. 5 × 0. 4 = 28. 2 J，也就是说试样在－ 60 ℃条件下冲击功达到48. 2 J，高于脆性转变温度下的吸收功20 J。由此可见，新钢生产的610L卷板在－ 60 ℃的条件下，也没有发生明显脆性转变，能够满足在极端气候条件下的撞击。

4 结论

1) 采用低碳微合金成分设计，添加Nb，Ti微合金元素对610L金相组织细化效果比较明显，晶粒度都达到12级以上，为汽车大梁用钢610L获得良好的强度和韧性打下了基石。

2) 轧制时针对不同的厚度采取不一样的控轧控冷工艺并保证在未再结晶区终轧，进一步促进了晶粒细化，为获得良好的冲击性能提供了条件。

3) 新钢利用1 580 mm热连轧生产线的设备条件，成功开发出高强度大梁用钢610L，为进一步开发更高强度的汽车用钢热轧卷板积累了宝贵经验。