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熱軋汽車用鋼的研發現狀分析

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摘要:總結分析某鋼廠車輪鋼、大梁鋼、車廂鋼、橋殼鋼和汽車結構鋼的生產現狀和產品特點,并進行展望。

關鍵詞:汽車用鋼;產品;現狀;展望

1前言

中國汽車工業協會數據顯示,2017年中國汽車銷量2887.89萬輛,其中乘用車占比85.59%,商用車占比14.41%,連續多年中國汽車產銷量位居世界第一位。隨著我國汽車行業的高速發展,汽車用鋼已經成為各大鋼鐵企業發展重點,在一定程度上也是鋼鐵企業產品研發能力的試金石。為滿足汽車工業的需求,提高熱軋產品的市場競爭力,某鋼廠在2032和1450熱連軋生產線及2800中厚板生產線,研究開發了車輪鋼、大梁鋼、車廂鋼、橋殼鋼和汽車結構鋼等系列熱軋汽車用鋼,產品廣泛應用于各類商用車及乘用車。本文總結分析該廠汽車用鋼研發現狀,并進行展望。

2主要工藝設備和工藝路徑

2.1軋鋼生產線介紹某鋼廠熱軋板帶廠具有2條熱連軋鋼帶生產線,其中2032mm生產線于2005年投產,1450mm生產線于2010年投產,主要設備為進步進式加熱爐、粗軋機、精軋機組、全自動層流控制冷卻線、在線表檢儀、板形儀、自動卷取機等。熱軋寬帶鋼生產線采用了多項軋鋼新技術,如:粗軋加強型立輥和寬度自由控制(AWC)、精軋厚度控制(AGC)等,保證產品尺寸精度高、板形好、性能穩定。2條生產線的產能達700萬噸/年。中板廠2800生產線主要設備是帶液壓AGC功能和平面形狀控制系統的2800mm四輥可逆式粗軋機、連續推鋼式加熱爐、在線矯直機,配備雙邊剪(或圓盤剪)的2條精整線,先進的步進式冷床、可逆式翻板機、矯直厚度達100mm的厚板矯直機,年軋鋼能力達160萬噸,2011年又投入年熱處理能力為17萬噸的常化爐。

2.2熱軋汽車用鋼生產工藝路線板坯生產流程:鐵水預處理—頂底復吹轉爐冶煉—LF精煉/RH精煉—板坯連鑄。熱連軋鋼帶生產流程:板坯加熱—高壓水除鱗—粗軋—熱卷箱—精軋除鱗—精軋—層流冷卻—卷曲—(平整/橫切開平)—檢驗取樣—包裝標識及入庫。熱軋鋼板生產流程:板坯加熱—高壓水除鱗—粗軋—精軋—熱矯直—精整定尺—檢驗及取樣—噴印標識及入庫。

3某鋼廠熱軋汽車結構用鋼研發現狀

3.1車輪鋼鋼制車輪一般由輪輻和輪輞焊接組成,輪輻主要通過旋壓或沖壓而成,輪輞需要先焊接再沖壓,輪輻和輪輞焊接成車輪后還需要表面涂裝。車輪不僅是汽車重要的安全結構件,且屬于外觀件,因此,要求鋼板具有嚴格的尺寸公差、高的表面質量、良好的成型性、良好的耐疲勞和焊接等性能,且要求力學性能穩定和均勻[1]。車輪鋼加工后的宏觀實物及微觀組織見圖1。該鋼廠已經開發了抗拉強度300MPa、370(380)MPa和470MPa等3個級別的商用車車輪鋼,產品厚度為5~16mm,主要銷往當地及其周邊的鋼圈廠。根據產品特點,生產過程重點是進行夾雜物和組織均勻性的控制,強度主要來源于碳和錳的固溶強化,470MPa級車輪鋼強度較高,還添加了少量的鈮,組織均為均勻細小的鐵素體和珠光體,表1為該廠典型的車輪鋼及力學性能。

3.2大梁鋼大梁鋼主要是用來制作商用車底盤車架,其車架總成包括橫梁、縱梁、加強件等,汽車大梁屬于商用車的承重件和安全件。汽車大梁主要采用沖壓和滾壓成型,再進行鉚接裝配及后續的涂裝。隨著國家相繼出臺商用車排放、裝載量、能耗等方面的政策和法律法規,大梁鋼的強度逐漸由常規的510MPa過渡到600MPa,甚至部分商用車底盤直接采用700~800MPa級超高強度大梁板。汽車大梁鋼對夾雜物、沖擊韌性、帶狀組織、成形性、板形、耐疲勞性等要求非常高,是目前熱軋汽車用鋼中生產難度最大的鋼種系列之一。大梁鋼加工后的宏觀實物及微觀組織見圖2。該鋼廠已經開發了抗拉強度510MPa、590MPa、610MPa和750MPa等4個級別的大梁板,產品主要銷往柳州、十堰和成都等地的汽車廠。根據產品特點,主要采用低碳、高錳、鈮鈦復合的成分設計,軋制過程重點進行板形和組織性能的控制,組織為細小的鐵素體、珠光體及少量貝氏體的復合組織,帶狀組織2.0級以下[2],表2為某鋼廠典型的大梁鋼及其力學性能。

3.3車廂鋼汽車車廂用鋼主要用于制造商用車車廂廂體,隨著我國對治理超載工作的加大以及高速公路計重收費工作的開展,公共物流領域車輛對降低自重的要求也越來越強烈。常規車廂通常采用Q235B和Q345B這類普通結構鋼,隨著商用車輕量化的發展,車廂用鋼迅速提高至500MPa強度級別。該鋼廠也根據市場需求,先后開發出厚度2~20mm的LG600XT和LG750XT高強度車廂板,相對Q235B,鋼板減薄量達到約30%,車廂整體重量降低明顯。目前某鋼廠車廂板主要銷往柳州和十堰地區的改裝車廠,目前正在拓展成都市場,2010年至今累計市場投放量超過12萬噸,2017年又在2800中厚板生產線開發出薄規格超寬LG600XT鋼板。車廂鋼加工后的宏觀實物及微觀組織見圖3。車廂板不僅要求鋼板強度高,還要求鋼板平直。某鋼廠生產的高強度車廂鋼,主要采用鈦微合金化的低成本成分設計,通過細晶強化和析出強化獲得超高的強度,轉爐過程嚴格控制氧、氮、硫的含量,軋鋼過程精準控制軋制溫度和冷卻速度,以保證鋼中的碳氮化物能均勻細小析出并獲得細小的鐵素體,表3為某鋼廠典型的車廂鋼及其力學性能。

3.4橋殼鋼汽車橋殼橋殼,是安裝主減速器、差速器、半軸、輪裝配基體,其主要作用是支承并保護主減速器、差速器和半軸等,它是汽車行駛系統的主要構件之一。微型車車橋一般采用SAPH400之類的汽車結構鋼冷沖而成,載重汽車車橋大多采用10~14mm的鋼板冷沖或者熱沖后再焊接處理,受到環保及成本等因素影響,目前橋殼逐步轉為冷沖成形。因此,要求鋼板具有良好的沖壓成形性能,即要求鋼質純凈、延伸率高、組織均勻、焊接性能好。橋殼鋼加工后的宏觀實物及微觀組織見圖4。該鋼廠與某車橋公司聯合開發LQK510橋殼鋼,通過鈮鈦復合成分設計,煉鋼工序采用LF精煉控制夾雜物,中板軋制過程通過適當延長加熱時間和低溫大壓下工藝,使鋼板獲得均勻細小的鐵素體和珠光體組織,帶狀組織控制在3級以內,鋼板具有良好的延伸率,能滿足冷沖壓成形,表4為某鋼廠典型的橋殼鋼及其力學性能。

3.5汽車結構用鋼熱軋汽車結構鋼種類繁多,一般多為小的結構件,主要包括日標及德標的SAPH、QSTEM、SPFH系列汽車結構用鋼,因為加工的零件復雜多樣,且涉及到焊接,往往需要有較好的冷沖壓成形性,碳質量分數不超過0.12%。目前越來越多的汽配廠希望使用表面質量好,酸洗狀態交貨的汽車結構用鋼,這也制約某鋼廠汽車結構用鋼的市場開拓。汽車結構鋼加工后的宏觀實物及微觀組織見圖5。該鋼廠目前主要生產SAPH系列的汽車結構用鋼,該系列鋼種屬于普碳系列,轉爐工序通過嚴格控制P、S、Si等元素及夾雜物,熱軋工序通過控軋控冷獲得高的延伸率和低的屈強比,使鋼板獲得良好的成形性和焊接性能。2013年該鋼廠又與廣東某汽配公司合作,開發適合折彎的SS400-L和Q345B-L熱卷,表5為某鋼廠典型的汽車結構鋼及其力學性能。

4展望

近十年來,某鋼廠成功開發車輪、車廂、大梁、橋殼和汽車結構件共5大系列19個牌號的熱軋汽車用鋼,部分牌號產品順利通過IATF16949汽車質量體系認證,產品成功應用于廣西、湖北、四川等地的多家整車及零部件生產企業。通過生產熱軋汽車用鋼,某鋼廠煉鋼和軋鋼工藝技術水平得到大幅提升,產品結構進一步優化。該廠正在進行熱連軋工藝裝備的升級改造以及沿海項目的推進,未來在熱軋汽車用鋼的研發、生產和應用上將開展以下幾個方面的工作,以滿足我國汽車工業輕量化的發展需要。(1)重點開發屈服強度700MPa以上的第三代熱軋汽車結構用鋼[3],另外,根據未來發展考慮開發汽車結構用酸洗板。(2)重點開展熱軋高強度汽車板組織性能均勻性控制、低殘余應力控制、高精度板形尺寸控制、表面質量綜合控制、成形性控制等方面的研究。(3)重點進行熱軋汽車用鋼的市場推廣,通過EVI模式,充分了解汽車廠家對產品的技術要求,為用戶新產品開發及選材提供更優的產品和個性化服務。

參考文獻

1梅蓉俊,陳凌峰,梅冰.寶鋼熱軋汽車用鋼生產現狀及發展趨勢.軋鋼,2004,(4):29

2樊雷,鄧深,袁勤攀.柳鋼750MPa超高強度汽車大梁板試制開發.柳鋼科技,2014,(1):10~13

3王新江,韋弦,萬國喜.安鋼商用汽車輕量化用鋼研究進展.河南冶金,2015,(4):2

作者:袁勤攀 鄧深 樊雷 楊躍標 單位:技術中心

柳鋼科技雜志責任編輯:張雨    閱讀:人次
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