屈服強度700 MPa級超高強鋼的開發

周 浩

（唐山不銹鋼有限責任公司，河北 唐山 063105）

隨著汽車市場對節能、環保、安全、舒適等要求的提高，汽車車身輕量化成為當今汽車技術發展的重要發展方向。由于高強鋼和超高強鋼在減輕車身質量的同時，還能提高汽車車身的結構強度及能量吸收能力，因此高強鋼和超高強鋼仍然是最經濟、最有效的輕量化途徑之一。

隨著汽車行業的發展，國內商用車輕量化發展，越來越多商用車為了減輕質量，其結構采用屈服強度700 MPa以上，抗拉強度900 MPa級1.2～2.0 mm薄壁冷彎型鋼結構設計替代熱軋厚規格高強鋼及冷軋退火薄規格高強鋼。以客車骨架為例，采用了高強鋼方矩形焊管，在焊管冷彎成型過程中，強度有所升高，而延伸率大幅度下降，為保證高強鋼方矩形焊管達到客車廠延伸率≥10%的要求，超高強軋硬鋼帶的延伸率應不低于12%，強塑積不低于12 GPa·%。一般低合金高強鋼冷軋退火鋼帶延伸率很低，平均為5%～10%，強塑積只有10GPa%左右。例如寶鋼的2 mm厚度汽車大梁用高強鋼，冷軋退火產品延伸率6.7%；通常厚度小于2 mm的產品延伸率還要低一些。目前技術生產的產品很難滿足上述要求。

由于高強度熱軋鋼帶薄規格軋制比較困難，同時存在厚度加價，而退火鋼帶因為退火工序同樣會增加成本，相比之下，軋硬鋼帶價格更低、成型更方便，在提高車身強度的同時，能降低使用鋼板厚度，減輕整車重量，減少車輛燃油消耗，所以超高強硬質鋼帶成為生產客車骨架鋼管及貨車邊梁、貫穿梁的主要材料。本文所研究屈服強度700 MPa級超高強鋼TS700S借鑒不銹鋼冷軋鋼板中采用不同冷作硬化狀態，采用16%～25%冷軋壓下率獲得滿足要求的超高強鋼，以替代冷軋退火薄規格高強鋼CR700/900MS，產品在提高車身強度的同時，能降低使用鋼板的厚度，減輕整車質量，減少車輛燃油消耗，具有重要的開發價值。

1 基本技術要求

1.1 化學成分

目前所開發的超高強半硬鋼帶TS700S尚無統一產品標準，化學成分范圍參照國標GB/T 1591低合金高強度結構鋼Q690M的成分要求進行設計限定，如表1所示。

表1 TS700S化學成分范圍 %

1.2 力學性能

TS700S主要用以替代冷軋退火薄規格高強鋼CR700/900MS，其力學性能范圍參照國標GB/T20564.7冷軋馬氏體鋼CR700/900MS的性能要求進行設計限定，由于貨車邊梁用700 MPa高強鋼用材輕量化設計要求，材料厚度主要集中在2.0 mm及以下，不要求做沖擊功，如表2所示。

表2 TS700S性能要求

2 產品設計

對于屈服強度700 MPa級超高強鋼TS700S，設計借鑒不銹鋼冷軋鋼板中采用不同冷作硬化狀態，采用16%～25%冷軋壓下率獲得滿足要求的超高強鋼，需要充分利用C-Mn相變強化及冷作加工強化手段提高強度，同時降低生產成本。通過熱軋控軋控冷及設定合理的冷軋壓下率，在保證產品強度的同時，使產品具備較低成本、較高的使用性能[2]。

2.1 成分設計

TS700H產品成分設計范圍見表3。

表3 化學成分設計 %

TS700S產品采用低碳、常規錳成分設計，與微合金鋼相比可大幅度降低生產成本。通過成本測算，TS700S成本比常規Nb+Ti復合強化同強度產品低約350元/t。

2.2 工藝設計

根據1580產線設備特點及控制能力，基于本產品的目標性能，設計生產工藝流程為：BOF→LF→CC→1580熱軋→冷軋。

煉鋼生產采用自動化煉鋼，提高成分、溫度的命中水平，保證產品成分的精準控制。通過優化生產節奏，從而保證拉速的穩定控制，生產時保持恒拉速控制。連鑄采用低過熱度控制，減少中心偏析對產品均勻性的影響，采用保護澆注，避免澆注過程產生氧化物夾雜。

為保證產品機械性能及工藝性能，結合產品CCT曲線，熱軋采用TMCP控軋控冷技術，優化層流冷卻溫度制度，采用兩段冷卻、低溫卷曲以獲得F+B組織。冷卻路徑見圖1。

圖1 CCT曲線及冷卻路徑

冷軋工序采用較低的壓下率生產半硬鋼帶，1.5～2.5 mm厚的熱軋鋼帶經過冷軋得到厚度1.2～2.0 mm成品鋼帶，冷軋壓下率16%～25%。

3 實物及性能

3.1 成分控制（見表4）

表4 化學成分實際控制 %

TS700S實際成分控制滿足設計要求。

3.2 力學性能（見表5）

表5 實際物理性能控制

TS700S產品物理性能滿足目標要求。

3.3 組織與析出（見圖3和圖4）

圖3 成品卷組織控制情況（500×）

圖4 產品夾雜物與帶狀組織控制情況（100×）

TS700S組織為多邊形鐵素體F+珠光體P+粒狀貝氏體GB，晶粒度均為12級，帶狀組織1級，無中心偏析，未發現明顯夾雜物。

3.5 折彎性能（見圖5）

圖5 180°冷彎實驗

橫縱向D=0a折彎性能良好。

4 結論

1）采用低碳、常規錳成分設計，通過控制熱軋雙相鋼層冷模式、低溫溫卷取，控制得到塑性較好的F+B組織，冷軋采用16%~25%的低冷軋壓下率，最終獲得具備較高的強度、良好的延伸率和較高的n值及K值的屈服強度700 MPa級超高強鋼，滿足設計目標要求。

2）屈服強度700 MPa級超高強鋼TS700S力學性能滿足屈服強度Rp0.2≥900MPa，抗拉強度Rm≥700 MPa，斷后伸長率A80≥12%，強塑積≥12 GPa·%，顯微組織為多邊形鐵素體F+珠光體P+粒狀貝氏體GB復合組織，平均晶粒度12級。

3）屈服強度700 MPa級超高強鋼TS700S具有更好的冷成形性能，適合生產客車骨架、貨車邊梁、貫穿梁等冷彎成型薄壁型鋼，在省去酸洗化學除銹和機械除銹工序情況下滿足其力學性能和涂裝表面質量要求，目標為用來替代熱軋厚規格高強鋼及冷軋退火薄規格高強鋼，滿足低成本需求。

4）屈服強度700 MPa級超高強鋼TS700S高性能超高強半硬鋼帶有利于減輕車身質量，降低燃油消耗，減少汽車尾氣排放，在下游加工過程中省去酸洗化學除銹和機械除銹工序環境污染，實現產品的綠色制造。