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分享:汽车用冷轧低合金高强钢的生产过程能力分析

冷轧低合金高强钢(HSLA钢)具有高屈服强度及屈强比、良好的成形及焊接性能等特点,比碳素结构钢具有更高的屈服强度,而较双相钢等先进高强钢具有更低的成本,因此备受市场青睐,广泛应用于汽车、家电、建筑等行业的结构件中,其中在汽车轻量化应用中最为突出,特别是在国产自主品牌汽车和新能源汽车快速发展下,高性价比(低成本高性能)的冷轧低合金高强钢发挥着重要的作用[1]

汽车用HSLA钢是在低碳钢中添加Nb、Ti等微合金元素,利用细晶强化、析出强化等强化机理,提高其屈服强度、屈强比,同时兼备良好的抗变形能力[2]。260~420 MPa级别HSLA钢的牌号为HC260LA、HC300LA、HC340LA、HC380LA、HC420LA等,其中HC340LA与HC420LA市场最常见,广泛应用于汽车的A柱上部加强件、内侧B柱、车门槛加长件、左右纵梁外板和底盘座椅部件等领域,发展前景广阔[3]


1. 工艺流程

结合HSLA钢种成分特点,对C、P、S、N等元素的控制与钢水的洁净度要求,以及LF与RH精炼设备能力,同时考虑经济高效性,对不同强度级别的HSLA钢采取不同的工艺路线。

(1)对于HC260LA、HC300LA和HC340LA牌号:KR脱硫→转炉冶炼→LF精炼→连铸→板坯检验→加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→平整(根据需要)→热卷检验→酸轧→连退→重卷/拉矫(根据需要)→冷卷检验→包装→入库。

(2)对于HC380LA和HC420LA牌号:KR脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→板坯检验→加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→平整(根据需要)→热卷检验→酸轧→连退→重卷/拉矫(根据需要)→冷卷检验→包装→入库。

2. 成分设计

成分配比和合金元素的含量是影响其组织性能的关键因素[4]。通过查阅资料,理论研究化学成分对HSLA钢生产与性能的影响机理,并充分借鉴国内外同类产线钢厂的生产实际情况,在保证产品质量前提前,综合考虑低成本高效生产,以低C控制、适当加P提Mn、加Nb不加Ti为主要思路,保证各强度级别的性能要求,HSLA主要钢种成分设计如表1所示。

3. 生产工艺控制

对冶炼连铸的HSLA钢坯,再经过热轧、冷轧与连续退火生产工序,获得最终的成品HSLA钢带。热轧卷取温度对后续成品性能和组织有一定的影响,热轧的层流冷却时存在一段空冷区,由于Nb元素对温度的敏感性高,在空冷区时,含Nb析出物粗大,根据遗传效应,后续随着退火温度的提高,含Nb析出物粗大化,降低了析出强化效果,对屈服强度效果影响明显[5]。冷轧过程中产生大量的变形组织,在热处理过程中,铁素体经过回复并在形变带发生形核再结晶和晶粒长大[6]。随着冷轧压下率增大,晶粒拉长使晶界面增加、晶格畸变程度增大,变形晶格间储存的能量增大,晶格间及晶界上的变形缺陷增多。轧制过程中材料承受的轧制力越大,要求轧机的负荷能力越高。退火是晶粒再结晶的过程,随着退火温度的升高或保温时间的延长,相同厚度规格钢的晶粒尺寸明显增大,主要是因为随着温度升高,晶粒长大速率增大,从而导致强度下降[7];另外随着退火速度的提高,γ→P相变过冷度增加,使得奥氏体分解珠光体形核加速且共析反应温度降低,根据相变动力学和热力学原理,这将导致先共析铁素体含量减少,珠光体转变量增加[8]。通过对HSLA钢的热轧、冷轧及连续退火工序的关键工艺参数进行优化,形成标准化工艺控制参数,如表2所示。

4. 生产过程能力分析

通过对工业化生产的HSLA主要钢种HC260LA、HC340LA与HC420LA力学性能实绩值进行统计,如表3所示。

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