重型汽車(chē)橋殼用高強(qiáng)度鋼板ZQS345QK的試制開(kāi)發(fā)

蔣雪軍

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南250101）

1 前言

橋殼是汽車(chē)行駛系統(tǒng)的主要構(gòu)件之一，它支撐車(chē)架及車(chē)架以后的各總成重量，同時(shí)它保持傳動(dòng)系統(tǒng)中的各部件。在使用方面，橋殼的形狀及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了橋殼件對(duì)其所用材料要求強(qiáng)度高，冷彎及拉延成形性好并具有優(yōu)良的焊接性能。橋殼鋼除了對(duì)表面質(zhì)量、尺寸公差和板形有特殊的要求外，還必須具有良好的綜合性能，如具有足夠的強(qiáng)韌性、良好的耐疲勞性、沖壓成型性和焊接性能，同時(shí)各向異性要小。國(guó)內(nèi)橋殼專用鋼種開(kāi)發(fā)較少，橋殼制造多采用鑄造方式或用大梁鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行沖焊等替代。為了進(jìn)一步擴(kuò)大高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用，設(shè)計(jì)試制重型汽車(chē)橋殼用ZQS345QK鋼，以獲得最佳材料選擇到高強(qiáng)度鋼板應(yīng)用技術(shù)的解決方案。

2 ZQS345QK鋼試制生產(chǎn)

2.1 成分設(shè)計(jì)

考慮到橋殼鋼除了要具有良好的表面質(zhì)量，還必須具有良好的綜合性能，要具備足夠的強(qiáng)韌性、耐疲勞性、沖壓成型性和焊接性能，并且各向異性要小，ZQS345QK鋼的成分控制范圍見(jiàn)表1。

表1 ZQS345QK鋼熔煉化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2.2 工藝路線

KR→轉(zhuǎn)爐→LF→連鑄機(jī)→鋼坯下線精整→加熱爐→除鱗→粗軋→精軋→矯直→切割→取樣→檢驗(yàn)。

2.3 連鑄工藝

由于ZQS345QK鋼含有微合金化元素Nb，Nb是強(qiáng)碳氮化物形成元素，連鑄過(guò)程中，鑄坯中微細(xì)的NbCN沿奧氏體晶界析出，使鋼的延塑性變差，導(dǎo)致鑄坯表面容易產(chǎn)生橫裂紋。為防止ZQS345QK鋼在連鑄過(guò)程中出現(xiàn)表面裂紋，采取的主要措施包括：1）按規(guī)定選取專用結(jié)晶器保護(hù)渣。為了改善結(jié)晶器內(nèi)坯殼的傳熱條件，促進(jìn)坯殼均勻生長(zhǎng)，適當(dāng)提高保護(hù)渣結(jié)晶溫度，降低保護(hù)渣黏度。2）對(duì)結(jié)晶器液面進(jìn)行控制，使其不超過(guò)±5 mm。穩(wěn)定的結(jié)晶器液面可以保證拉速穩(wěn)定，鑄坯表面溫度均勻，有利于防止表面裂紋的發(fā)生。3）采用弱而均勻的二冷制度，保持水量分布均勻，使拉坯矯直點(diǎn)鑄坯表面溫度達(dá)到950℃以上，避開(kāi)第Ⅲ脆性敏感區(qū)，以防止橫裂紋產(chǎn)生。

2.4 軋制工藝

ZQS345QK鋼軋制的精髓在于細(xì)化奧氏體晶粒和最終組織的晶粒，試制時(shí)，ZQS345QK鋼厚板坯在加熱爐加熱2.5 h，加熱溫度1 120～1 200℃，保證絕大部分微合金元素溶解，粗軋盡量采用大壓下量，中間坯厚度為成品厚度的2.0倍以上。中間坯游動(dòng)空冷，不用水冷。精軋階段進(jìn)行控軋，加大再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)的變形程度，未再結(jié)晶區(qū)的累計(jì)壓下率在50%以上。精軋機(jī)開(kāi)軋溫度≤960℃；終軋溫度890～850℃。

3 試制結(jié)果分析

3.1 實(shí)際熔煉成分

統(tǒng)計(jì)525爐的化學(xué)成分見(jiàn)表2。由表2結(jié)果可以看出，所有ZQS345QK鋼的化學(xué)成分均控制在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，成分合格率100%。

3.2 拉伸性能

對(duì)相應(yīng)爐次所軋制的ZQS345QK鋼板的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率分別進(jìn)行測(cè)試，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布。由此可以得出，ZQS345QK鋼的各項(xiàng)性能指標(biāo)的實(shí)物力學(xué)性能穩(wěn)定，性能合格率為98%，達(dá)到了較高的水平。對(duì)期間生產(chǎn)的3.8萬(wàn)t ZQS345QK鋼進(jìn)行冷彎試驗(yàn)（d=2a、180°）結(jié)果得出，冷彎合格率100%。

表2 實(shí)際冶煉化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

3.3 沖擊韌性

從圖1可以看出，測(cè)試對(duì)應(yīng)爐次ZQS345QK鋼的沖擊功值均在100 J以上，鋼板韌性良好。

圖1 ZQS345QK沖擊值分布

3.4 焊接性能

為測(cè)試ZQS345QK鋼板的焊接性能，進(jìn)行了16 mm厚ZQS345QK陶瓷襯墊CO2焊打底＋埋弧焊填充、蓋面的焊接工藝應(yīng)用于ZQS345QK焊接試驗(yàn)，觀察焊接后接頭的融合情況，焊縫背面及正面余高和熔寬都均勻合適，無(wú)成形缺陷。按照GB/T 11345標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行超聲波探傷，結(jié)果為I級(jí)。焊接接頭力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果為：屈服強(qiáng)度370 MPa，抗拉強(qiáng)度525 MPa，伸長(zhǎng)率5%，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足ZQS345QK鋼的要求。

3.5 金相組織

試制ZQS345QK鋼的金相組織如圖2所示。金相組織觀察表明鐵素體和珠光體晶粒細(xì)小，呈現(xiàn)隱約的帶狀。晶粒內(nèi)部和晶界出現(xiàn)了的攣晶和變形帶，在相變時(shí)成為形核點(diǎn)，由于形核點(diǎn)密度非常之大，相變時(shí)晶粒形核速度遠(yuǎn)大于晶粒長(zhǎng)大速度，因此最終金相組織鐵素體晶粒十分細(xì)小。

圖2 ZQS345QK鋼金相組織 600×

3.6 沖壓成形性能

為測(cè)試ZQS345QK橋殼鋼沖壓成形性能，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)沖壓2塊鋼板。殼體加工工藝流程：下料（數(shù)控氣割）→中頻感應(yīng)加熱→壓型→整型→冷卻。加工參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 殼體加工工藝參數(shù)

試壓的2塊試件都沒(méi)有出現(xiàn)裂紋或開(kāi)裂情況。冷卻后經(jīng)測(cè)量，殼體兩頭無(wú)翹頭現(xiàn)象，外形、尺寸達(dá)標(biāo)，ZQS345QK鋼具有較好的沖壓成形性能。

4 結(jié)語(yǔ)

所研制的ZQS345QK鋼是在中碳錳鋼基礎(chǔ)上，添加少量微合金化Nb、Ti，主要利用固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化機(jī)制進(jìn)行強(qiáng)化的橋殼專用鋼，適用于制造汽車(chē)橋殼。ZQS345QK鋼化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)合理、鋼質(zhì)純凈、組織均勻、晶粒適中，具有優(yōu)良的綜合性能，是一種比較理想的汽車(chē)橋殼鋼材料。