挂车车梁用高强钢板的开发

挂车车梁用高强钢板的开发刘宝喜王云阁尹绍江邵伟唐钢技术中心摘要：本文检验简要介绍了唐钢高强度挂车车梁用钢Q420B研制开发，进行了合理的成分设计和控轧控冷工艺研究，并进行了性能分析，表明该研制钢种具有各向异性小、性能波动小，完全满足用户要求。关键词：挂车车梁、Q420B、高强钢前言挂车车梁是汽车承载的主要部件，在整个挂车结构中起着重要作用。挂车车梁专用钢板，主要用来制作挂车车梁，经过市场调查该类车梁加工工艺简单，只是切割后进行焊接。目前市场上主流产品为Q345B，强度级别较低，经过与用户协商存在强度升级的可能性。其主体思路是通过钢板强度升级，最终对产品规格进行减薄，或提高挂车的载重量。因此，唐钢技术中心设计开发了Q420B钢种代替Q345B生产挂车专用车架。1、钢板的性能要求表1为GB1591低合金高强度结构钢中对Q420B性能的要求。表1GB1591低合金高强度结构钢中对Q420B性能的要求牌号屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）断后延伸率A（％）冲击功,AkV,J纵向，+20℃180°弯曲试验d=弯心直径a=试样厚度Q420B≥420520－680≥18≥34d＝2a2、钢板的化学成分设计由于挂车车梁制作工艺简单，综合考虑使用工艺和生产工艺，开发钢种拟采用中碳V微合金化生产。C：C是决定钢强度的主要元素，是形成珠光体的主要物质，碳化物在钢中的形态和多少决定钢的强度，即随着C含量的增加钢的强度增加，而钢的塑性和韧性下降。但在实际设计成分时还从连铸工艺、焊接性等方面考虑，首先当C含量在0.09％～0.15％时，钢的相变在包晶反应区，铸坯易产生裂纹，甚至造成裂纹漏钢；从成品的焊接性能要求，C含量不宜太高；因此，将C含量目标值控制在0.14～0.21％范围内。Mn：Mn具有固溶强化和细晶强化的作用，但其含量过多时，会大大降低相变临界点，工艺控制不当，组织中会出现贝氏体，强度升高，韧性下降。另外，从成品的焊接性方面考虑（碳当量），Mn含量也不宜太高。因此，实际Mn含量目标值控制在1.0～1.5范围内。V：钒在以下几方面显著改善钢的性能。①V(C，N)在奥氏体中溶度积高，钒在钢中具有较强的沉淀强化作用。②钒加入到钢中通过阻止加热时奥氏体晶粒的长大、抑制形变奥氏体再结晶、强化γ→α相变细化晶粒作用等途径，达到细化钢的晶粒的作用。③钒对过冷奥氏体转变具有明显影响，研究表明，与大多数合金元素不同，钒不延迟铁素体转变而推迟贝氏体和珠光体转变。④钒在焊接高强钢中，促进热影响区中铁素体的形成，从而提高焊件的韧性。在中、高碳钢中采用钒微合金化，将明显推迟珠光体转变，在同样冷却速度条件下可获得更细的珠光体，即提高了索氏体化的程度。表2为。表2Q420B的化学成分牌号化学成分％CMnS≤P≤SiVAlsQ420B0.17-0.201.15-1.350.0100.0200.15-0.300.03-0.050.010-0.0303、钢板的工业性试制工艺3.1工艺路线唐钢Q420B高强钢板的试制工艺路线如下：铁水预脱硫→150t顶底复吹转炉冶炼→LF炉外精炼→150/180mm厚板坯连铸→蓄热式加热炉板坯再加热→控制轧制控制冷却→卷取→包装入库。３.2冶炼冶炼Q420B钢板的时主要采取如下措施：1）铁水进行深脱硫处理，脱硫铁水硫含量≤0.01%。2）采用挡渣球进行挡渣出钢，避免下渣回磷。3）采用LF炉精炼处理，将化学成分控制在较窄的范围内，并对钢水进行Ca处理，使硫化物变性，均匀钢质。3.3连铸1）严格执行中间包烘烤工艺，保证中间包烘烤时间与烘烤温度。2）钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水，结晶器采用中碳钢专用保护渣进行保护浇铸。3）采用低过热度浇铸。4）严格执行二冷水冷却工艺，保证铸坯矫直温度≥950℃。3.4轧制工艺控制1）温度制度试产钢种主要采用V(C,N)的析出强化达到强度升高，在轧制加热时应保证V全部固溶，因此板坯的加热温度的设定为：1100～1150℃；终轧温度的设定为：860～890℃；为了保证V(C,N)在轧后析出，同时保证钢板具有较好的韧塑性，钢板的卷取温度设定为：600～630℃（头尾温度补偿不大于20℃）；2）轧制工艺为了保证产品良好的表面质量和平整度，使用立辊和ORG功能；建立张力自动控制系统，合理设定张力控制参数；3）控冷工艺采用前段冷却工艺，并保证冷却过程中喷嘴无堵塞。4、试验结果及分析根据以上工艺，2007年1月23日，由技术中心组织在唐钢一钢轧厂1700生产线进行了Q420B试生产，轧制规格分别为7.5、5.8、7.75X1500mm。4.1产品的力学性能。Q420B产品的力学性能见表3。由表3可以看出，不同规格的Q420B钢板均达到协议要求，而且不同规格、不同批量间性能波动较小。Q420B钢板头、中、尾的性能见表4。由表4可知，Q420B钢卷的头、中、尾的性能波动很小，同卷性能控制稳定。Q420B钢板纵向、横向、斜向力学性能见表5。由表5可知，Q420B钢的各向异性较小。表3Q420B钢种力学性能钢号规格，mm力学性能Rm，MPaRel，MPaA5，%Q420B5.87.57.75455475440605635590262224协议要求≥420520－680≥18表4Q420B钢种头、中、尾力学性能部位Rm，MPaRel，MPaA5，%冷弯头中尾470455460640590625202422合格协议要求≥420520－680≥18d＝2a表5Q420B横、纵、斜力学性能钢号方向Rm，MPaRel，MPaA5，%Q420B横纵斜455475460615620615212422协议要求≥420520－680≥184.2冲击性能汽车大梁板主要用来制造汽车车架。由于汽车在行使过程中受到各种冲击、扭转等复杂应力的作用，加之，国内汽车超载现象非常普遍，因而对生产用料不仅需要较高的强度，而且还要良好的塑性、韧性，因此，钢板要在力学性能及工艺性能满足了标准或工艺要求的基础上，还要达到一定的韧性要求。因此对开发钢种进行了冲击韧性检验。结果见表6。表6Q420B钢种的冲击韧性钢号温度冲击值Q420B20℃0℃12595127106123103协议要求20℃34从表6可知，Q420B钢种的冲击韧性较好，而且有一定的低温韧性，完全满足要求。4.3金相组织对试生产的Q420B钢板取样做金相显微组织分析，其组织为均匀铁素体+珠光体+魏氏组织2级，晶粒度为8级，带状为1.0级，见图1。对式样进行夹杂物分析，结果见图2。图1Q420金相图2Q420夹杂物5、应用情况唐钢首批试制Q420B高强大梁钢全部发往山东梁山地区，经梁山华宇挂车制造有限公司，远东交通设备制造有限公司，通亚汽车制造有限公司三家挂车制造企业进行挂车车梁生产，完全满足其性能和工艺要求，得到了用户的认可。图3为用户用Q420B制造的汽车大梁。图3Q420高强大梁钢制作的车梁6、结论1)唐钢开发的高强挂车大梁板Q420B内控成分及生产工艺合理可行，产品各项性能指标达到要求，具备批量供货能力。2)Q420B高强挂车大梁板具有各向异性小、性能波动小，完全满足用户要求。3)Q420B高强挂车大梁板的开发成功,对企业提高市场竞争力和经济效益具有重要意义。