总第１８９期 河北冶金 Ｔｏｔａｌ １８９ ２０１１年第９期 ２０１１，Ｎｕｍｂｅｒ ９ 汽车结构用ＳＡＰＨ４００ 和ＳＡＰＨ４４０热轧板卷的研制 李钧正，贾改风，豆成，赵林林 （河北钢铁集团邯钢公司技术中心，河北邯郸０５６０１５） 摘要：通过合理的化学成分和冶炼、控轧控冷工艺参数设计，邯钢ＣＳＰ生产线试生产的汽车结构用 ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷的各项性能指标完全满足相关标准要求，邯钢已经具备这两种热轧板卷的 批量生产能力。 关键词：汽车；结构；热轧板卷；研制 中图分类号：ＴＦ１４２．４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—５００８（２０１１）０９—００２１—０３ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＳＡＰＨ４ＯＯ ＡＮＤ ＳＡＰＨ４４０ ＨＯＴ—ＲＯＬＬＥＤ ＣＯＩＬＥＤ ＳＨＥＥＴ ＦＯＲ ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ Ｌｉ Ｊｕｎｚｈｅｎｇ，Ｊｉａ Ｇａｉｆｅｎｇ，Ｄｏｕ Ｃｈｅｎｇ，Ｚｈａｏ Ｌｉｎｌｉｎ （Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈａｎｄａｎ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｅｂｅｉ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ，Ｈａｎｄａｎ，Ｈｅｂｅｉ， ０５６０１５） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｓｍｅｌｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ—ｒｏｌｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ— ｃｏｏｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｔｒｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ＳＡＰＨ４００ ＡＮＤ ＳＡＰＨ４４０ ｈｏｔ—ｒｏｌｌｅｄ ｃｏｉｌｅｄ ｓｈｅｅｔｓ ｗｉｔｈ ＣＳＰ ｌｉｎｅ ｆｏｒ ａｕ— ｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｃａｎ ｆｕｌｌｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｅｘｅｓ．Ｗｅ ｈａｖｅ ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ ｔｈｅ ｂａｔｃｈ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｒｏｄｕｃｔｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｈｏｔ—ｒｏｌｌｅｄ ｃｏｉｌｅｄ ｓｈｅｅｔ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ １ 前言 ２．１技术要求 随着我国经济的快速发展，汽车需求量不断增 汽车结构用ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷主要 加。汽车制造业对汽车结构用钢需求量越来越大； 用于生产汽车结构件，要求材料具有较高的强度、良 同时汽车制造商对钢板质量和性能提出的要求也越 好的冲压性能和焊接性能。参照《ＪＩＳ Ｇ ３１１３— 来越高。过去汽车制造商多采用Ｑ２３５、ＳＳ４００等钢 ２００６汽车结构用热轧钢板及钢带》标准要求，制定 种制造汽车结构件，由于这两种钢种的成型性和焊 了本次开发试制产品性能目标，ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０ 接性能较差，在冷成型过程中经常出现严重开裂现 热轧板卷的力学性能和工艺性能要求如表１所示。 象，为保证安全只能增加钢材厚度，不仅造成材料浪 表ｌ 两种热轧板卷的力学性能及工艺性能要求 费，也严重影响了车体质量和外形美观。邯钢汽车 Ｔａｂ．１ Ｄｅｍａｎｄｓ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ 结构用ＳＡＰＨ４００和ＳＡＰＨ４４０热轧板卷的研制很好 ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｈｏｔ—ｒｏｌｌｅｄ ｃｏｉｌｅｄ ｓｈｅｅｔ 地解决了上述质量问题，在满足使用要求的情况下 降低了车体重量，节约了生产成本。 ２ 化学成分设计 注：ｄ为试样宽度，ａ为卷板厚度。 收稿日期：２０１ｌ一０７—２４ ２．２成分设计 作者简介：李钧正（１９８２一），男，工程师，２００７年毕业于太原理工大 学金属材料工程专业，现在河北钢铁集团邯钢公司技术中心从事新 邯钢ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷采用低ｃ＋ 产品研发工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｊｕｎｚｈｅｎｇ＠ｍａｉｌ．ｈｇｊｔ．ｃｎ Ｍｎ＋Ｎｂ成分设计，通过Ｃ、Ｍｎ元素的固溶强化， ２１ Ｎｂ元素的晶粒细化与沉淀强化作用，获得较高的强 岌干¨良好的韧性。钢中主要元素的强韧化机理如 下。 计和生产经验，Ｘ４２管线钢的力学性能及工艺性能 见表２。由表２可以看出，邯钢Ｘ４２管线钢的力学 性能和工艺性能基本可以满足ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０ 标准要求。 表２邯钢ｘ４２管线钢的力学性能及工艺性能 Ｔａｂ ２ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｘ４２ ｐｉｐｅ ｌｉｎｅ ｓ￣ｅｅｌ （１）Ｃ：较低的Ｃ含量不仅有助于提高钢材的韧 性，而Ｅ１＿叮以改善其焊接性能和焊接热影响区 （ＨＡＺ）的性能。 （２）Ｍｎ：Ｍｎ具有固溶强化作用，还可降低 — 相变温度，进而细化铁素体晶粒。高Ｍｎ／Ｃ可提高 钢材的屈服强度和冲击韧性，降低韧脆转变温度，细 化碳氮化物析出尺寸，促进沉淀强化效果。 因此，邯钢ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷成分 设计在Ｘ４２管线钢的化学成分的基础Ｌ，适量调 （３）Ｎｂ：Ｎｂ可延迟奥氏体再结晶，降低相变温 度，通过固熔强化、相变强化、析出强化等机制来获 得高强度、高韧性性能。 考虑到ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷性能与 整Ｍｎ、Ｎｂ元素含量，可使其性能完全达到标准要 求。ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷的化学成分设 计‘见表３。 Ｘ４２管线钢性能相近，其成分参考了Ｘ４２的成分设 表３ ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０的化学成分设计 Ｔａｂ．３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ＳＡＰＨ４００ ａｎｄ ＳＡＰＨ４４０ ％ ％ ３ 工业试验 定目标以下；选取合适的合金、钢包耐材、恰 的精 ３ １ 工艺流程 炼工艺，叮达到钢水合理的Ｃ含量控制 外，ＬＦ 铁水一转炉初炼一ＬＦ精炼一ｃｓＰ连铸机一加 热炉 粗轧一均热炉一精轧一卷取一入库 ３ ２冶炼与连铸工艺 精炼还按照钢水增Ｎ、夹杂物、温度等控 要求，形 成ｒ高效精炼技术，使ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０稍 Ｎ、 ０、Ｓ、Ｐ、央杂、合金成分、温度邯得到较好的控制 在ＬＦ精炼末期向钢ｒ 喂入硅钙线，对钢中残余必 杂物进行变性处理，提高了板卷的横Ｉ 韧性币¨抗 ＨＩＣ性能。 在冶炼、连铸过程中，为提高钢水纯净度，减少 夹杂物，改善板坯表面质量，邯钢主要采用了以下 ］ 艺措施保证产品质量 （１）铁水预处理技术。冶炼生产中，首先进行 铁水预处理，这是获得低Ｓ汽车结构用钢的重要保 通过喷吹Ｍｇ粉，铁水预处理可将来料铁水中 的Ｓ降低到２０×１０ 以下，既为超低ｓ生产提供了 保证，也为转炉少渣精炼、夹杂物控制等提供了良好 壤础 （４）连铸。在连铸过程中，采用Ａｒ 、巾叫 包净化等技术防止钢水从钢包剑中间包、Ｌ１１ 包到 结晶器的二次氧化；在１ ３００ ｏＣ以 时，避免连铸坯 快速喷水冷却，以免产生表面裂纹。同时，住连铸过 程中采用电磁搅拌、轻压下技术以及防止液相八内 富集溶质母液的流动等技术降低合金冗素的偏析， 不仅改善了连铸坯的成分偏析，也提高了板卷的止 裂性能和抗Ｈ，Ｓ腐蚀性能。 ３．３轧钢工艺 （２）转炉冶炼技术。转炉冶炼时，邯钢要求顶 憾复吹少渣冶炼，脱ｃ升温。采用合理造渣工艺、 温度控制、终点控制等技术，使转炉冶炼终点钢水的 Ｃ含量稳定在０．０２５％～０．０３５％，Ｐ含量降至≤ ０．００８％，Ｓ控制在≤０．００８％，钢中０控制在 根据ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷的性能特 点，分别从加热制度、轧制温度和冷却制度等万商逃 ０．０７％～０．１１％，钢水过氧化得到较好控制。 （３）ＬＦ精炼工艺。通过ＬＦ炉精炼，使钢水脱 Ｓ，同时控制钢水刚Ｐ，使钢中Ｐ、Ｓ的含量控制在既 １ 行了，工艺参数设计，采取细晶强化的方法提高ｆ板 卷的强度、塑性和冲击韧性，使产品达到１ｒ标准要 求 河北冶金 ２０１１年第９期 （１）加热制度。铸坯加热温度既要保证Ｎｂ的 （１）力学性能及工艺性能检验。由ＳＡＰＨ４００、 ＳＡＰＨ４４０热轧板卷的检验数据统计结果（表４、表５） 可以看出：邯钢ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷的屈服 充分固溶，又不能使奥氏体晶粒过分长大。根据以 上要求，确定铸坯出炉温度为１ １００～１ １５０ ｏＣ。 （２）轧制制度。在奥氏体再结晶温度区间进行 粗轧，根据成品厚度变化，适当加大粗轧道次压下 强度、抗拉强度和延伸率波动较小，力学性能稳定，冷 弯检验合格，各项性能指标完全达到了标准要求。 表４ ＳＡＰＨ４００力学性能和工艺性能统计 Ｔａｂ．４ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ ＳＡＰＨ４００ 量，可以消除或减轻带状组织 。使用均热炉对中 间坯进行保温和均热，以减少中间坯头尾的温度差， 使成品长度方向的力学性能保持在较小的波动范围 内。考虑到后续提高冷却速度能够减轻甚至消除板 卷带状组织，可以适当提高终轧温度。通过开闭机 架问冷却水和调节轧制速度等方法，控制精轧末机 架出口温度在８７０ ｏＣ左右。 （３）冷却制度。由于ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０钢种 要求强度较高，同时为消除带状组织，应采用较低的 卷取温度。资料［２］显示，在轧后的相转变过程中， 快速冷却抑制碳氮化物在奥氏体中析出，促使其在 轧后卷取时析出，有助于细小沉淀相在铁素体中的 表５ ＳＡＰＨ４４０力学性能和工艺性能统计 Ｔａｂ．５ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ ＳＡＰＨ４４０ 析出，从而起到细晶强化及沉淀强化作用，使铁素体 晶粒最终细化，也可避免出现带状珠光体组织。但 卷取温度也不能过低，否则会产生贝氏体。考虑各 种因素的影响，将ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０钢的卷取温 度分别设定为６００ ｏＣ和５９０℃。 ４ 试生产结果 按照上述工艺进行了ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０小批 量工业试生产，产品规格为（３／４／６）ｍｍ×１ ５００ ｍｍ。 （２）金相组织及夹杂物检验。试制ＳＡＰＨ４００、 ＳＡＰＨ４４０热轧板卷的基体金相组织为铁素体和少 量的珠光体，带状组织不明显，夹杂物含量在可控范 围之内。检验结果见表６、图１。 表６ ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０ 热轧板卷的金相组织及夹杂物评级 Ｔａｂ．６ Ｇｒａｄｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｍｅ【ａｌ１０ｇｆａｐｈｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｏｆ ＳＡＰＨ４００ ａｎｄ ＳＡＰＨ４４０ ｈｏｔ—ｒｏｌｌｅｄ ｃｏｉｌｅｄ ｓｈｅｅｔｓ 本次试生产完全按照操作要点执行，生产过程顺利， 各工艺参数控制良好。经厂内实际检验和用户使用 反馈，产品各项性能完全达到了标准要求，表面质 量、卷型良好。 ４．１ 厂内检验情况 ＳＡＰＨ４００热轧板卷 ＳＡＰＨ４４０热轧板卷 图１ ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷的金相组织 Ｆｉｇ．１ Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＳＡＰＨ４００ ａｎｄ ＳＡＰＨ４４０ ｈｏｔ—ｒｏｌｌｅｄ ｃｏｉｌｅｄ ｓｈｅｅｔｓ Ｉ下转第４２页） ２３ 总第１８９期 液温度过低时，钢、渣的粘度增大，流动性变差，Ａｌ （６）中间包钢水温度的控制：合适的中间包钢 线进入钢、渣时阻力增大，Ａｌ线进入钢水后在熔池 水过热度３０±１０℃。 较浅的部位融化，随着底吹Ａｒ的作用，Ａｌ的收得率 （７）钢水纯净度的控制：降低钢水中［０］、［ｓ］， 降低了；另外，当钢水粘度大时，Ａ１在钢液内的扩散 要求钢中［ｓ］＜０．００８％。保证Ａｌｔ／Ａｌｓ≥０．８，Ｃａ／ 速度降低，会造成Ａｌ在钢水内局部集中的现象，使 Ａｌｓ＞０．９，Ｃａ处理后净吹时间５～８ ｍｉｎ，使夹杂物 钢水成分不均匀，一旦与渣或大气接触，便会发生氧 有充分的上浮去除时间。 化反应。所以，要想提高Ａｌ的收得率，必须保持顶 ５．３提高钢包白开率 渣有较好的流动性，还要保持一定的温度。 提高钢包的自开率有利于减少因烧眼造成的钢 ５ 工序控制 水二次氧化，降低钢水成品酸溶铝的烧损，避免因钢 从ＣＳＰ钢水的冶炼工艺及验收标准来看，对于 水二次污染造成的质量和生产事故。 低碳铝镇静钢系列（Ｃ≤０．０７％），为使钢中的ｃ含 ６ 效果 量满足工艺要求，转炉冶炼的钢水过氧化就会难以 经过十个月的生产实践，ＣＳＰ低碳铝镇静钢过 避免，但是为了防止钢水终点过氧化，减少Ａｌ的消 程酸溶铝含量控制稳定，成品［Ａｌｓ］由０．０２９ ９％降 耗才有可能。针对当前ＣＳＰ生产线铝制品消耗的 至０．０２５ ８％以下，如图３所示。 构成，通过现场试验和理论分析，可考虑从几个关键 ４００ 工序节约Ａｌ的消耗。 ３００ ０ ５．１ 转炉工序 ×２００ （１）冶炼终点的控制：冶炼终点Ｃ控制在 《１００ ０．０３５％～０．０４５％，避免后吹和过吹，提高一次倒炉 Ｏ 命中率。 （２）脱氧程度的控制：出钢后合适的氧位应该 月份 控制在８ Ｘ １０“以下，相应钢中［Ａｌｓ］＞１０～。 图３ ２０１０年１～ｌ０月份ＣＳＰ低碳铝镇静钢板的［Ａｌｓ］比较 （３）下渣量的控制：出钢钢流保持圆整、不分 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ＣＳＰ ｌｏｗ——ｃａｒｂｏｎ 散，力求下渣量控制在５ ｋｇ／ｔ钢以下。 ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｋｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｊａｎｕａｒｙ ｔｏ Ｏｃｔｏｂｅｒ ｏｆ ２０１０ ５．２精炼工序 ７ 结语 （１）造渣的控制：快速造高碱度流动性良好的 邯钢三炼钢厂结合自身的生产条件，经过十个 顶渣。 月的工艺研究和实践，转炉出钢脱氧铝收得率及稳 （２）温度的控制：目标温度±１５℃。 定性明显提高，精炼工序负担减轻，成品Ａｌｓ控制水 （３）喂丝工艺的优化：根据进站钢水［Ａｌｓ］，参 平明显提高，综合铝制品成本降低。在不影响热轧 考各钢种酸溶铝平均损耗，确定合理的Ａｌ线加入量 板性能的基础上，ＣＳＰ低碳铝镇静钢板的［Ａｌｓ］由 和加入时间。 ０．０２９ ９％降至０．０２６ ０％以下，取得了良好的效果。 （４）精炼过程酸溶铝的控制：Ａｌｓ≤５×１０～。 参考文献 （５）中间包钢水成分的控制：达到钢种目标成 ［１］胡文豪，袁永，等．酸溶铝在钢中行为的探讨［Ｊ］钢铁，２００３， （７）：４２～４４． 分要求，相邻炉次的［Ａｌｓ］差值≤５×１０～。 ［２］周刚薄板钢中酸溶铝的控制［Ｊ］湖南冶金，２００６，（１）：２５ ２９． （上接第２３页） ４．２用户反馈意见 ＳＡＰＨ４４０热轧板卷的化学成分设计合理，冶炼、轧 某汽车零部件生产厂对邯钢汽车结构用 制工艺可行，产品各项性能均达到了标准要求，表面 ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷进行了小批量试用， 质量、板型良好。目前，邯钢已经具备汽车结构用 反馈意见为：邯钢产品表面质量、板型良好，尺寸控 ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０热轧板卷批量生产能力。 制精确，各项性能指标完全满足标准要求。 参考文献 ５ 结语 ［１］王有铭，李曼云，韦光．钢材的控制轧制和控制冷却［Ｍ］．北京： 邯钢ＣＳＰ生产线试生产的汽车结构用ＳＡＰＨ４￣、 北京科技大学．１９９０ ４２