摘 要：八钢热轧汽车用钢广泛用于汽车结构件的制造，其中以商用车纵梁、横梁最多，其次是乘用车扭转梁、车轮。近年还开发了桥壳用钢、离合器摩擦片用钢。本文介绍了八钢公司热轧汽车用钢的研发历程、产品特点，并对未来研发方向进行了说明。
关键词：热轧 汽车 结构
1 引言
进入21世纪，中国汽车制造业进入快车道，随着基础建设的展开和人们生活水平的提高，汽车的需求量逐年增长。随着量变到质变，我国的汽车制造水平也在稳步提升，能源、环保要求的不断加严，轻量化结构设计成为应对这一要求的重要手段之一。
在汽车工业上，减小材料厚度是减小汽车自重的一种有效方法，不仅可以提高燃料的经济性，同时也可以提高汽车的有效载荷，在环保方面讲，可以节约能源，减少CO2的排量，另一方面也可以提高运输效率。
随着汽车结构件原料厚度的减薄，普碳钢板的强度及加工性能已经不能满足汽车的安全性需求了。利用高强度热轧汽车用钢就可以弥补由于材料厚度减小而引起的强度损失。和其它常规钢铁结构件一样，热轧汽车用钢除了对材料的强度有要求外，对成形性、焊接性等综合力学性能也有较高要求。
八钢公司根据汽车结构用钢的技术要求，通过多年的技术研发、积累，已经能够生产出多种系列的热轧汽车用钢产品，被多个主机厂配套使用，取得了良好的社会经济效益。
2 八钢热轧汽车用钢研发历程
八钢1750热轧机组正式投产于2006年7月，属于常规半连轧机组，粗轧机组是一架带立辊的四辊可逆式粗轧机构成，精轧机组为六连轧，在粗轧与精轧机之间有一台热卷箱，层流冷却经改造具备密集冷却功能。整条产线设计紧凑，工艺先进，具备通过控制控冷工艺生产高强度汽车用钢的技术条件。
八钢公司于2007年并入宝钢集团。得益于宝钢集团的技术支撑，八钢公司从2008年开始研发热轧汽车用钢，并形成系列化生产。其中采用日标研发生产的SAPH340、370、400、440系列主要用于乘用车车轮组件的制造，采用欧标研发生产的QStE340、380、420、460TM系列产品主要用于乘用车扭转梁、座椅滑轨等的制作，采用宝钢企业标准研发生产的B510、550、590、610L系列产品主要用于商用车纵、横梁的制作。
随着用户需求的不断变化，八钢公司针对特定用户还开发了水泥搅拌罐车的罐体用钢，重型矿山用车的上装用钢，商用车传动系统用钢等。
3 八钢热轧汽车用钢的综合技术性能控制
3.1 热轧汽车用钢的特点
为了满足热轧汽车用钢具备良好的综合加工、使用性能，产品必须具备以下特点：
（1）产品具有较高的表面质量、厚度尺寸精度；
（2）产品焊接性能优异，便于焊接加工；
（3）产品力学性能稳定，有足够的强度，延伸率较高，适宜冲压成型；
（4）产品内部质量优异，组织均匀，夹杂物、带状组织可控，确保弯折不开裂。
技术人员运用一贯制技术开展了热轧汽车用钢的质量设计工作，通过对炼铁、炼钢、连铸、热轧等工序的关键过程、参数进行设计、要求，利用APQP技术对整个研发过程进行管控，确保产品能够完全满足用户需求。
3.2 八钢热轧汽车用钢的质量控制
热轧汽车用钢的质量取决于合理的成分设计，并通过炼钢、热轧工序的过程控制，实现产品内部组织均匀、性能稳定。
3.2.1 八钢热轧汽车用钢的成分设计及控制
一般情况下，用来强化钢的各种合金元素可以分为两类，一类是固溶强化元素，较为典型的是P、Si和Mn，钢可以通过其溶质原子得到强化；另一类是析出强化元素，由析出相实现强化，常用的析出强化元素是Nb、V、Ti。由于汽车用钢不仅需要足够的强度，同时也需要良好的表面质量及成型性能、焊接性能等，所以在各类热轧汽车用钢的成分设计中，对于C、Mn、Si的含量要适中，例如对于表面质量、成型性能、焊接性能需求较高的QStE系列用钢时，其C、Si元素的含量必须得到严格控制。当需要强度较高的汽车用钢时，仅靠固溶强化无法满足，则需要适量添加Nb、V、Ti其中的一种或几种，利用其析出强化相提高强度，原则上屈服强度要求350MPa以上的汽车用钢都会采用这种合金添加方案。表1是八钢典型热轧汽车用钢的成分设计及控制要求。
表1 典型热轧汽车用钢的成分设计及控制要求
牌号C（%）Si（%）Mn（%）P（%）S（%）Nb+V+Ti（%）备注
SAPH440≤0.10≤0.30≤1.60≤0.030≤0.025-车轮
QStE460≤0.10≤0.10≤1.60≤0.025≤0.020≤0.22表面质量高
SQ590L≤0.10≤0.30≤1.60≤0.020≤0.015≤0.25大梁
BQK580≤0.10≤0.30≤1.60≤0.015≤0.010≤0.25车桥
3.2.2 八钢热轧汽车用钢的热轧工艺设计及控制
热轧工艺设计的重点在温度、压下制度，这是通过控轧控冷实现产品最终性能的关键。八钢热轧汽车用钢的产品系列较多，产品的物理性能要求各异，有要求抗拉强度的，有要求屈服强度的，还有要求屈强比的。另外，由于产品最终会通过冲压、滚压等工艺成型，对延伸率的要求也很高。因此，不同用途汽车用钢的热轧工艺设计也有差异，遵循的原则如下：
（1）对采用微合金析出强化的产品，要求在炉时间、温度足够以确保合金析出；
（2）粗轧终轧温度尽可能低，以确保精轧在非再结晶区域轧制；
（3）对屈服强度及延伸率要求高的产品，中间坯要人工设定；
（4）为确保晶粒细化，精轧终轧温度尽可能降低。
表2是八钢典型热轧汽车用钢的热轧工艺设计及控制要求。
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表2 典型热轧汽车用钢的热轧工艺及控制要求
牌号加热温度
（℃）在炉时间
（min）粗轧温度
（℃）中间坯厚度终轧温度
（℃）冷却方式
SAPH4401150~1210≥1301040L2设定860常规冷却
QStE4601170~1230≥160980L2设定860常规冷却
SQ590L1170~1230≥160980人工设定840密集冷却
BQK5801170~1230≥160980人工设定840密集冷却
3.3八钢热轧汽车用钢的性能与显微结构
八钢热轧汽车用钢的种类及用途较为广泛，对性能及显微结构的要求也有所不同。通过合理的成分设计及热轧过程控制，保证了系列热轧汽车用钢的综合性能。
八钢热轧汽车用钢多用于商用车结构件的生产制造，车轮、大梁、桥壳等，零件由于加工工艺及使用载荷不同，对力学性能的要求也不同，相应的对热轧原料卷的性能要求也也存在差异，如车轮、大梁只要求常规的横向力学性能，而桥壳用钢还需要冲击、纵向及45度角的力学性能，要求材料的各项异性。表3是桥壳用钢BQK580的典型规格的力学性能。
表3 BQK580的力学性能
牌号
（钢级）方向屈服
强度
（MPa）抗拉
强度（MPa）屈强比断后
伸长率（%）夏比V型缺口冲击试验
（-20℃）
冲击吸收能量/J断面纤维率（%）
BQK580横向5466420.8522.6154、154、15995、95、95
纵向5036240.8124.8149、161、16395、95、95
45度5126170.8324.3168、179、15895、95、95
八钢热轧汽车用钢是卷状交货的，用户开平后使用，这就要求产品沿长度方向的性能都是合格的，而且波动较小。为了控制产品通卷性能的稳定，一般通过控制热轧工序的温度精度是最为有效的方式。八钢1750热轧机组在精轧机前有热卷箱，该设备的作用之一就是可以将粗轧中间坯头尾转置，改善中间坯的头尾温差，避免粗轧温度的不均匀性遗传至精轧过程。此外，通过提高卷取温度的精度，可以持续改善带钢通卷温度的均匀性，从而确保产品性能的均匀稳定。根据数据统计，热轧汽车用钢的卷取温度精度可以达到93%左右，实测钢卷沿长度方向的力学性能，力学性能波动小于目标值的8%，完全满足用户需求。
为了提高热轧汽车用钢的抗疲劳性、韧塑性等使用效果，必须对产品的夹杂物、金相组织等内质进行要求和控制。
经过多年生产实践经验，除了对硫、磷、氮等有害杂质进行控制，板坯的连铸过程是控制内部夹杂物的重要环节，因此八钢热轧汽车用钢的连铸过程均采取全程氩气保护，投入板坯动态轻压下，连铸开浇炉过热度不大于30℃,稳态生产过热度控制在10-30℃之间，拉速控制在0.9m/min~1.3m/min，较少拉速波动，通过这样的控制，可有效改善板坯的中心偏析。表4是典型热轧汽车用钢的夹杂物评级情况。
表4 典型热轧汽车用钢的夹杂物评级
序号牌号夹杂物评级
1SAPH440D0.5
2B510LD0.5
3SQ590LD0.5
4BQK580D0.5
金相组织决定了产品的物理性能。八钢热轧汽车用钢在设计时就根据其用途对组织进行了设计，对于强度级别较低的钢种，晶粒度要求不高，组织设计为“珠光体+铁素体”；强度级别高且延伸率要求高的钢种，晶粒度要求高，组织设计为“珠光体+铁素体+少量贝氏体”，然后通过热轧的控制控冷工艺予以实现。表5是典型热轧汽车用钢的金相组织情况。
表5 典型热轧汽车用钢的金相组织
序号牌号晶粒度组织
1SAPH4409.5珠光体+铁素体
2B510L10珠光体+铁素体
3SQ590L12珠光体+铁素体+少量贝氏体
4BQK58012珠光体+铁素体+少量贝氏体
4 八钢热轧汽车用钢的应用
八钢公司通过和陕西商用车、东风新汽、汉德车桥、陵川常友等商用车主机、配套厂的多年合作，根据市场需求的不断升级以及用户加工及设备能力的改变，使热轧汽车用钢的钢种、级别得到极大的发展。截止2016年，八钢热轧汽车用钢已生产了60余万吨，产品涉及6个种类、19个牌号，极大满足了用户需求的提升。2016年根据陕汽商用车的产品升级需求，共同研制开发了SQ590L，产品的力学性能的稳定性及外形尺寸的精度与常规B590L有较大提升，通过优化的工艺设计及严格的过程控制，该产品完全符合陕汽现有设备加工能力以及终端用户的使用需求，成为这一牌号产品的首选供应商。
5 结论
通过多年的技术积累和生产实践，八钢公司已具备按照各类标准、用户需求生产热轧汽车用钢的能力，其中生产的510L和610L已经属于国内的主流产品，可充分参与市场竞争。
当前，国内热轧汽车用钢已经出现了产能过剩，同质化竞争激烈。在此形势下，八钢公司应首先要瞄准市场需求量最大的510L和610L，满足市场需求；在生产技术上，优化产品设计，降低制造成本，提高竞争力；在市场开拓上，顺应轻量化节能降耗的趋势，逐步开发700MPa以上高级别的热轧汽车用钢，提高企业竞争实力。
论文作者:赵亮,张爱梅 吾塔
论文发表刊物:《科技中国》2017年8期
论文发表时间:2017/12/13
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