汽车大梁钢610L的研究

中国冶金China M etallurg y

Vo l.21,N o.6

June 2011

汽车大梁钢610L 的研究

马正伟, 王俊海, 亓俊鸿, 谷国华

(山东泰山钢铁集团新材料研究所,山东莱芜271100)

摘 要:利用真空中频感应熔炼炉按照设计的化学成分冶炼出汽车大梁钢610L 铸锭,将铸锭锻造成厚度为130mm 方坯后,用最大轧制力为3500kN 的试验轧机根据制定的试轧方案经过12道次轧制成厚度度为10mm 的钢板,并将钢板进行解剖分析。分析结果表明:钢板的化学成分符合预先设定的低碳高锰微合金的原则;钢板的抗拉强度达到610M Pa 以上,伸长率低于24%;钢中出现贝氏体组织,晶粒度达到11级。从而确定研发钢种的成分,确定了轧钢过程中的控制要点。

关键词:汽车大梁钢610L ;研发;层流冷却;贝氏体

中图分类号:T F 777.2 文献标志码:A 文章编号:1006 9356(2011)06 0001 04

Research on Automobile Beam Steel 610L

M A Zheng w ei, WANG Jun hai, QI Jun ho ng , GU Guo hua

(N ew M aterial Research Institute o f Shandong T a ishan Steel G roup,L aiw u 271100,Shandong,China)Abstract:A n automo bile frames steel 610L w as melt in vacuum inter mediate frequency inductio n w ith t he pre set chemical co mpo sitio n,for ged into a billet in 130mm thickness,using r olled into g aug e 10mm of steel plate w ith 12pass according to the pro gr am develo ped o n ex per imental ro lling mill w ith the maximum ro lling for ce 3500kN.T he results fro m the plate test show that the chemical composit ion of steel plat e co nforms t o the pr inciples that pre set low carbon hig h mang anese micro alloy s;the tensile strength of steel reaches mor e than 610M Pa;the elongation is less than 24%;there are bainite micro st ructur e and t he index 11of g rain size.T he com position of the steel and key po int of r olling pr ocess w ere affirmed by cur rent trial.

Key words:auto mobile beam steel 610L ;research and dev elo pment;laminar coo ling ;bainite

作者简介:马正伟(1982 ),男,硕士,工程师; E mail :zh iqiuo@163.com; 收稿日期:2010 06 09

随着中国汽车工业的飞速发展,各汽车制造厂对汽车用钢的需求量大大增加,对产品综合性能的要求也越来越高。汽车生产厂对车架服役要求更加苛刻,不仅要求汽车大梁钢具有更高的强度,而且还需要良好的塑性、韧性以及优良的冷弯性能。大梁钢作为汽车主要的专用钢材品种之一,其用量需求较大。大梁板的规格为(4~16)mm (1400~2000)m m;强度要求越来越高,进一步提高强度是

大梁钢板的一个发展方向。因此研发汽车大梁钢610L 可以满足行业需求,促进汽车制造行业的轻量化发展。

1 钢锭的冶炼

利用最高加热温度为1700 、坩埚容积为50kg 、中频频率为1500~2500H z 的真空中频感应熔炼炉按照表1的成分进行冶炼。

表1 试验钢的化学成分范围(质量分数)

Table 1 C hemical composition range of tested steel plate

%

化学成分C Si M n P S Nb Al s

目标值

0.10~0.12

0.35~0.45

1.50~1.65

0.01

0.006

0.03~0.05

0.030~0.045

冶炼过程中注意: 控制化学成分在表1范围内; 进行夹杂物的变质处理(添加Si Ca 线),夹杂

物级别要求为A 、B 、C 类夹杂物 1.5级,D 类

2 0级,Ds 类 1 0级; 钢质要尽量均匀; 保证总氧质量分数不大于35 10

-6

,氢质量分数暂不

计。

2 钢坯的轧制

将冶炼的试验钢锭锻造成厚度为130m m方坯后,放入最大加热温度为1350 的加热炉中加热到1240 ,驻炉200m in后,利用最大轧制力为3500kN、轧制速度0~1 5m/s的试验轧机按照表2工艺进行轧制。轧制12道次至10m m,在自制水幕冷却设备上进行控制冷却,冷却后将试样放在石棉中缓冷模拟卷取温度。检测温度采用便携式红外测温仪。

表2 轧钢工艺参数表Table2 Rolling process parameters

粗轧精轧

开轧温度/ 终轧温度/ 道次辊缝/mm开轧温度/ 终轧温度/ 道次辊缝/mm 层流冷却/

( s-1)

冷后温度/

118010501110

290

375

460

550

0

730

930~950800~820

124

218

314

412

510

5~8580

3 钢板的解剖分析

3 1 化学成分

从钢板上截取试样,利用SPECRTOLAB M10型直读光谱仪进行化学成分检测。

由表3可以看出试验钢的化学成分符合目标值的要求。

表3 钢板的化学成分(质量分数)

Table3 Chemical composition of steel%化学成分C Si M n P S Nb Al s

实测值0.100.39 1.660.0080.0060.0430.042

目标值0.10~0.120.35~0.45 1.50~1.65 0.01 0.0060.03~0.050.030~0.045 3.2 气体分析

制备标准气体试样后,利用ON 900氧氮联测仪分析O、N质量分数。

表4 钢板的气体质量分数

Table4 Gas content of steel

气体种类O/ 10-6N/ 10-6

实测值32.675.8

由表4可以看出钢板的氧质量分数符合试验钢冶炼过程中的注意事项中提出的总氧质量分数不大于35 10-6。

3.3 力学性能

从钢板上截取纵向试样按照非比例要求做成15mm 10mm 170mm拉伸试样3个和冷弯试样3个,在钢板上截取横向试样做成标准尺寸的拉伸试样和冷弯试样分别3个,分别在微机控制电液伺服万能试验机上进行试验。

表5 钢板力学性能

Table5 Mechanical properties of steel 编号R eL/M Pa R m/M Pa A/%冷弯(d=a)横向 151063519合格

横向 251565020合格

横向 3510521合格

纵向 152061023合格

纵向 2525025合格

纵向 352562525合格

由表5可以看出汽车大梁钢610L的屈服强度范围为510~525MPa;抗拉强度范围为610~ 650M Pa;横向试样伸长率在19%~21%,而纵向试样的伸长率在23%~25%之间;冷弯均无裂纹。3.4 冲击功

从钢板上截取6个纵向试样做标准试样测量横向冲击功,制备成5mm 10mm 55m m的标准冲击试样后,分为2组(各3个)分别在0 、-20 并

2

第6期马正伟等:汽车大梁钢610L 的研究保持一定时间后,在冲击试验机上进行冲击功检测。

表6 钢板的冲击功

Table 6 Impact energy of the steel plate

试验温度/

冲击功/J 0117-20

145

由表6看出汽车大梁钢610L 在2个温度下的冲击功都较高,其中0 下平均值为117J,-20 下平均值为145J 。

3.5 金相检验

3.5.1 夹杂物

由表7和图1可以明显地看出试制钢带的夹杂物主要以氧化铝类(B)和硅酸盐类(C)为主,级别均达到了3级,其中C 类为粗系3级。

表7 夹杂物评级Table 7 Inclusions index

钢牌号A B C(粗)D Ds 610L 0.5 3.0 3.00.50试制要求

1.5

1.5

1.5

1.5

1.

5

图1 夹杂物形貌Fig.1 Inclusions morphology

3.5.2 金相组织

在钢的基体上存在贝氏体条带,如图2所示(该处组织对应于图5孔洞底部位置);图3是条带内贝氏体组织的金相图片;图4是带外针状铁素体+珠光体的金相图片,晶粒度达到11

级。

图2 钢中的贝氏体条带Fig.2 Bainite band in

steel

图3 带内贝氏体Fig.3 Bainite in the band

3.6 显微硬度

表8 钢的显微硬度Table 8 Microhardness of steel

位置硬度值/H V 0.2

贝氏体条带内225条带外针状F+P 238等轴铁素体

154

3

图4 钢基体上的针状F+P Fig.4 F+P in steel matrix

3.7 断口分析

由图5拉伸断口的宏观形貌可以看出,在断口上存在着一些孔洞,并且这些孔洞底部和壁上的颜

色较其他部位的亮。

图5 拉伸断口宏观形貌

Fig.5 Fracture morphology in tension specimen

图6是孔洞底部夹杂物的形貌及利用能谱仪测得的夹杂物的成分,根据成分看出夹杂物主要为Al 2O 3;图7是孔洞底部非夹杂物部分的形貌,可以看出为脆性断口,无塑性变形;图8是正常部位的断

口形貌均为韧窝状断口。

元素质量分数/%

O 36.16N a 8.98M g 2.50A l 40.35Si 4.98T i 1.24M n 2.65Fe 3.15

图6 孔洞底部夹杂物及微区成分Fig.6 Inclusions and micro area composition

in the bottom of the

holes

4 讨论

1)通过试验得到的钢板化学成分符合目标值要求,氧质量分数达到炼钢过程注意事项中提出的总氧质量分数不大于35 10-6的要求,钢板具有:强度高,最低抗拉强度为610MPa,最高达到650M Pa;塑性较低,纵向伸长率最高为25%,而横向伸长率最高仅为19%。

2)钢板强度高的主要原因是得到针状铁素体+珠光体+少量贝氏体的组织。根据显微硬度的测量结果,针状铁素体+珠光体的硬度较等轴铁素体的硬度高出84H V 0.2。可以确定针状铁素体固溶的C

较多,主要是在轧后冷却速度较快,C 未完全扩散。另外,晶粒度达到11级,细晶强化对基体强度也有重要的贡献。

通过金相分析和断口分析,可以确定钢板塑性低的主要原因为基体组织中存在贝氏体。由于贝氏体塑性低,在拉伸过程中首先从贝氏体部分开裂,一旦产生开裂,贝氏体片断裂具有不可扼制性,因此直接完全断裂,塑性变形很小。

(下转第14页)

2002:146.

[4] 仲伟国,纪福忠.关于软熔带形态测试方法的研究[J].包钢

科技,1983(4):44.

[5] 陈世超,李文忠,杜荣山,等.高炉软熔带气体力学模型试验研

究[J].钢铁,1981,16(7):62.

[6] 武文华,宋建成,贾阴隆.高炉软熔带气体力学冷模拟研究

[J].钢铁研究,1993(6):38.

[7] 入田俊幸,磯山正,原義明,等. 実験 融着帯形

成挙動 研究[J].鐵 鋼,1982,68(15):2295.

[8] 田村健二,一田守政,斧勝也,等.二次元模型 高炉下

部充填降下挙動 研究[J].鐵 鋼,1984,70(10):A141.[9] 福岛勤,大野阳太郎,名雪利夫,等.擬熱間 !∀#高

炉溶融帯 研究[J].鐵 鋼,1982,68(4):S112.

[10] T akahashi H,Komatsu N.C old M odel Study on Burden Be

haviou r in the Low er Part of Blast Furnace[J].ISIJ Interna

tion al,1993,33(6):655.

[11] Takahashi H,Tanno M,Kataya J.Bu rden Descending Be

haviou r With Renew al of Deadman in a T w o Dim ensional C old

M odel of Blast Furn ace[J].IS IJ International,1996,36

(11):1354.

[12] 郭娟,王广阔.灰度图像的最佳阈值分割算法[J].济宁师范

专科学校学报,2005,26(3):6.

(上接第4页)

3)通过夹杂物评级看出夹杂物主要以氧化铝和硅酸盐类为主,且级别均达到3.0级,原因之一是没有对夹杂物进行变质处理。Ca线的加入会将硫化物类夹杂物球化、对氧化铝类夹杂物溶解效果明显。而对于硅酸盐类夹杂物仅是在适当降低氧质量分数的前提下降低夹杂物含量,效果不明显。因此,在工业生产汽车大梁钢610L的时候,要在降低氧质量分数的前提下进行Si Ca线变质处理。

5 结论

1)采用试验确定的化学成分可以实现低碳微合金汽车大梁钢610L的强度要求 610M Pa。

2)冶炼过程中夹杂物含量高,对钢板性能带来不良影响。工业生产应在此基础上加强夹杂物的控制,在降低氧质量分数的前提下进行Si Ca线变质处理。 3)工业轧钢过程中应注意适当降低粗轧开轧温度、粗轧终轧温度、精轧开轧温度,尤其注意降低精轧终轧温度和控制层流冷却强度以得到针状铁素体+珠光体的组织状态为宜,避免出现贝氏体组织,影响钢板的塑性。

参考文献:

[1] 李维娟,杜林秀,张红梅,等.应变诱发铁素体相变对低碳钢晶

粒细化的影响[J].钢铁研究学报,2000,5(12):36.

[2] 王祖滨.低合金高强度钢[M].北京:原子能出版社出版,1996.

[3] 徐仰善.汽车大梁板生产工艺的探讨[J].鞍钢技术,l986(6):

27.

[4] 姚泽雄.微合金化低碳高强度钢[M].北京:冶金工业出版社,

1982.

[5] FENG Guanghong.Effect of Accelerated Cooling Process After

Large Redu ction in Nonrecrystallazation Zone on Banded Structu re of S teel Plate[J].Journal of Iron and Steel Research, 1999,11(6):14.