TMCP技術(shù)在QSTE系列汽車用鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

丁進(jìn)明 張春一

(上海梅山鋼鐵股份有限公司 制造管理部，江蘇 南京 210039)

近年來,為了提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本，汽車零部件沖壓工藝從原來的單工序沖壓不斷優(yōu)化升級為連續(xù)模沖壓，對冷成形熱軋汽車結(jié)構(gòu)鋼板(QSTE)系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼的加工成形性、整卷性能波動等方面都提出了更高的要求[1- 2]。目前，國內(nèi)對QSTE系列汽車用鋼的研究主要集中在生產(chǎn)工藝、組織性能以及產(chǎn)品開發(fā)等方面[3- 11]。趙中昱等[3]、韓丹等[4]采用疲勞試驗(yàn)機(jī)研究了QSTE550TM、QSTE340TM汽車用高強(qiáng)鋼的應(yīng)力應(yīng)變遲滯曲線；崔宇軒[5]、孫超等[6]、吳漢科等[7]研究了熱軋工藝對QSTE650TM、QStE420TM鋼氧化鐵皮的影響以及氧化鐵皮控制技術(shù)；王溪剛[8]、李文遠(yuǎn)等[9]研究了微合金化、熱軋控軋控冷工藝、拉矯工藝及酸洗工藝對QStE340TM、QStE500TM組織和力學(xué)性能的影響；朱陽林等[10]、楊得草等[11]分別采用鈮微合金化和鈮、鈦復(fù)合微合金化工藝開發(fā)出了QStE420、QStE420TM汽車結(jié)構(gòu)用熱軋酸洗板。TMCP技術(shù)是采用超快速冷卻技術(shù)在短時間內(nèi)使經(jīng)熱軋的變形帶鋼處于硬化的奧氏體狀態(tài)，相比常規(guī)層流冷卻技術(shù)，能夠減少對帶鋼韌性的影響，保證鋼的力學(xué)性能[12- 15]。近年來，國內(nèi)利用新一代TMCP技術(shù)提升帶鋼熱軋后力學(xué)性能的研究較多。段爭濤等[16]對比了常規(guī)TMCP技術(shù)與高溫軋制+超快冷工藝對工程機(jī)械用鋼組織和力學(xué)性能的影響；侯蕾等[17]基于超快速冷卻裝置研究了新一代TMCP技術(shù)對中厚板強(qiáng)度、韌性及焊接性能的影響。為充分發(fā)揮梅鋼1780熱軋產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，本文利用新一代TMCP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了QSTE系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼的柔性軋制，更好地滿足了汽車零部件的加工要求。

1 QSTE系列汽車用鋼

QSTE系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼主要用于汽車底盤零部件，其力學(xué)性能在符合標(biāo)準(zhǔn)要求的同時應(yīng)具有良好的冷成形性能。QSTE系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼的化學(xué)成分和拉伸性能滿足Q/BQB 310—2019《汽車結(jié)構(gòu)用熱連軋鋼板及鋼帶》要求，具體如表1所示。

表1 QSTE系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能要求

2 試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)材料選用梅鋼1780熱軋生產(chǎn)線的成熟產(chǎn)品QSTE380TM帶鋼，其工藝流程為脫硫鐵水→扒渣→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF→連鑄，化學(xué)成分如表2所示。

表2 QSTE380TM帶鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

根據(jù)生產(chǎn)條件，通過改變終軋溫度、卷取溫度與冷卻方式，設(shè)計兩種不同熱軋工藝方案，具體參數(shù)如表3所示。

表3 熱軋工藝方案

在3 mm厚的熱軋帶鋼尾部切取金相試樣，經(jīng)磨制、拋光和腐蝕后，采用Axio Imager A2m型金相顯微鏡觀察其微觀組織。根據(jù)GB/T 228—2002《金屬材料 室溫拉伸試驗(yàn)方法》分別在3、4、5 mm厚的熱軋帶鋼尾部切取標(biāo)距為50 mm的拉伸試樣，采用SHT5605型電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸速率為3 mm/min。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 顯微組織

如圖1所示，采用兩種不同熱軋冷卻工藝生產(chǎn)的QSTE380TM帶鋼的組織主要為鐵素體和珠光體。根據(jù)GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定方法》，對采用前段冷卻和前段超快冷工藝生產(chǎn)的試樣晶粒度進(jìn)行評級，結(jié)果分別為9級和9.5級。比較顯微組織和晶粒度級別可以看出，采用前段超快冷工藝生產(chǎn)的帶鋼組織較常規(guī)工藝明顯細(xì)化。

圖1 采用兩種熱軋冷卻工藝生產(chǎn)的QSTE380TM帶鋼的顯微組織

3.2 力學(xué)性能

采用兩種熱軋冷卻工藝生產(chǎn)的不同厚度QSTE380TM帶鋼的縱向力學(xué)性能如表4所示?？梢钥闯?，采用前段超快冷工藝生產(chǎn)的帶鋼的屈服、抗拉強(qiáng)度比常規(guī)工藝生產(chǎn)的帶鋼高20 MPa左右，其力學(xué)性能同時滿足表1中QSTE380TM和QSTE420TM鋼的力學(xué)性能要求。此外，對比表1與表2可以看出，QSTE380TM鋼中合金元素的含量低于標(biāo)準(zhǔn)，因此在滿足性能要求的前提下，一定程度上降低了帶鋼的成本。

表4 采用兩種熱軋冷卻工藝生產(chǎn)的不同厚度QSTE380TM帶鋼的縱向力學(xué)性能

對厚度≤4 mm的QSTE380TM鋼采用兩種方案進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)，其力學(xué)性能如圖2所示?？梢钥闯?，方案2帶鋼的強(qiáng)度明顯高于方案1帶鋼，并且方案2帶鋼的性能滿足QSTE420TM鋼的標(biāo)準(zhǔn)要求。可見采用新一代TMCP技術(shù)可以在成分不變的情況下實(shí)現(xiàn)帶鋼性能的明顯提升，從而為實(shí)現(xiàn)QSTE系列帶鋼的柔性軋制提供可能。

圖2 采用兩種熱軋冷卻工藝生產(chǎn)的QSTE380TM帶鋼的力學(xué)性能

4 現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用以前段超快冷為核心的新一代TMCP技術(shù)生產(chǎn)的同一規(guī)格、相同成分帶鋼的晶粒度和力學(xué)性能均提高；進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)場軋制工況，對QSTE系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼的化學(xué)成分進(jìn)行設(shè)計，如表5所示。同時，制定了相應(yīng)的柔性化軋制方案，即采用相同的成分設(shè)計，通過調(diào)整熱軋工藝參數(shù)，使不同牌號熱軋帶鋼的力學(xué)性能滿足要求，如表6所示。

表5 QSTE系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

表6 QSTE系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼的柔性化軋制方案

利用Minitab軟件計算采用常規(guī)工藝和柔性化軋制工藝生產(chǎn)的QSTE系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼屈服強(qiáng)度的I- MR控制圖，即單值- 移動極差控制圖，結(jié)果如圖3所示?？梢姴捎萌嵝曰堉乒に嚿a(chǎn)的帶鋼屈服強(qiáng)度的I- MR控制圖中的UCL和LCL值均小于常規(guī)工藝生產(chǎn)的帶鋼，表明其屈服強(qiáng)度波動范圍較小，性能穩(wěn)定性提高。因此采用新一代TMCP技術(shù)制定的QSTE系列汽車用鋼的柔性化軋制方案，不僅提高了帶鋼性能的穩(wěn)定性，滿足了用戶端連續(xù)模沖壓對帶鋼性能穩(wěn)定性的要求，同時降低了成本。

圖3 采用柔性化軋制方案前后QSTE系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼性能的穩(wěn)定性對比

5 結(jié)論

(1)采用前段超快冷工藝的QSTE380TM帶鋼晶粒明顯細(xì)化，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高。

(2)在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用以前段超快冷為核心的新一代TMCP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了QSTE系列汽車結(jié)構(gòu)用鋼的柔性化軋制，提高了帶鋼力學(xué)性能的穩(wěn)定性，降低了成本。