通钢TG510L铌钛微合金化汽车大梁钢工艺研发
李春雷王晓春李松波尚冰柴超于大海
新款高尔夫7（通化钢铁股份有限公司技术中心，通化  134003）
摘  要  通过在碳锰钢基础上添加铌钛微合金化元素和全流程TMCP（Thermo Mechanical Control Process，热机械控制工艺）在薄板坯连铸连轧线（FTSR）上成功生产出TG510L钢。检验结果表明：钢板组织为铁素体+珠光体，板卷各项力学性能均满足要求，扫描电镜析出物呈有规律排列。产品供给汽车企业进行冲压成型后，检查并未出现侧弯、开裂等质量缺陷，用户反映良好。
关键词  Nb-Ti微合金化  FTSR工艺汽车大梁用钢
Development on Nb-Ti Micro-alloy Auto Beam of TG510L by FTSR
Li Chunlei  Wang Xiaochun  Li Songbo  Shang Bing
Chai Chao  Yu Dahai
(Technology Center, Tonghua Iron & Steel Co., Ltd., Tonghua, 134003)
Abstract  TG510L hot rolled steel for auto beam using has been produced successfully by adding Nb,
Ti to C-Mn steel and thermo mechanical control process. The examination results show that the structure of plate consists of the ferrite + pearlite.
And the mechanical properties of the steel grade are in conformity to the standard requirements. By way of SEM observation it is found that is a regular arrangement of educt. After impacting briquetting, there is not quality defects of products, and user reflection to be good.
Key words Nb-Ti mirco-alloying, FTSR process, steel for auto beam
近年来随着能源供应的紧张，车身减重成为汽车工业发展的主要目标之一。采用高强度汽车大梁钢可有效降低车身自重，从而节约能源。因此汽车大梁用钢的强度级别越来越高，汽车大梁对整车的使用寿命与行车安全至关重要，它除了要求具备良好的成型性能、抗凹陷性能，还必须在结构刚度和焊接性能方面更胜一筹。利用薄板坯连铸连轧铌钛复合微合金化技术和薄板坯连铸连轧快速冷却特点，开发高强度汽车大梁用钢，既有利于车身减重，又有利于保证车身安全性。
1成分设计
在成分设计（见表1）中，通过降低碳含量以改善成型性能和焊接性能；通过添加Nb和Ti微合金元素，经过控轧控冷工艺，使金属组织转变为铁素体+珠光体组织，得到均衡的强度和韧性。铌通过钉轧作用
可以控制奥氏体的晶粒长大及扩大奥氏体区[1]。铌的氮化物和碳氮化物抑制奥低体晶粒的粗化，可以保证得到细小的组织。钛推迟了含铌钢在控制轧制过程中的再结晶，得到扁平的奥氏体晶粒，对晶粒细化有重要的意义。
李春雷, 助理工程师, 通化钢铁股份有限公司技术中心, 275387805@qq
汽车大梁
表1TG510L化学成分（wt%）
钢号  C Mn Si P S Als Nb Ti
TG510L ≤0.10% ≤1.30 ≤0.30 ≤0.025 ≤0.015 ≤0.025 ≤0.035 ≤0.030
2工艺控制
TG510L汽车大梁用热轧钢板生产的工艺流程为：铁水预处理→顶底复吹转炉→LF钢包精炼→FTSC连
铸机→加热炉→2机架粗轧+5机架精轧→层流冷却→卷取。
2.1 转炉冶炼工艺
通过合理的造渣制度和吹炼工艺，确保转炉终点的钢中碳、氧和氮含量控制在合理水平。转炉采用
80%N2+20%Ar的工艺，使钢中夹杂物充分上浮，出钢时要求终点氧含量控制在900ppm以内。转炉出钢时
加入含铝脱氧剂脱氧，熔渣碱度控制在2.6~3.0之间。出钢采用挡渣帽和挡渣锥双步挡渣，钢包渣厚50~70mm，
转炉终点钢水钢温度控制为1640~1690℃。Nb-Fe合金在转炉出钢时加入，铌对氧的亲和力比铝、硅低，在
转炉过程加入镇静钢中，可得到高达97%的回收率。
2.2LF精炼工艺
在精炼钙处理前加Ti-Fe合金，此时采用弱搅拌，钢包吹氩有利Nb、Ti微合金元素在钢水中的均匀分
布。钙处理的主要目的是改善钢水流动性，起到夹杂变性作用，把Al2O3-MnO夹杂物转变为球状的钙铝酸
盐夹杂，使其在轧制过程中呈球形不会被拉长，而不影响钢的性能。通过喂钙线的方式，使钢中w(Ca)/w(Al)
＞0.10，之后进入静搅时间，静吹8~10分钟；出站温度控制在(1580~1600)℃。通过合理的精炼工艺控制，
可以使钢水在连铸时：w(P)≤0.020%，w(S)≤0.010%，w(N)≤0.007%，w(O)≤0.003%，绝大部分夹杂物呈
球状，尺寸细小。
2.3连铸工艺
连铸过程防止钢水二次氧化和增氮，大包和中包用长水口保护，结晶器内用浸入式水口覆盖保护渣浇注。
钢包与长水口保持密封，通氩气保持水口内正压，防止增氮和二次氧化；浇铸过程中保持液位及容量的
稳定，防止中包卷渣，钢液的过热度控制在15~35℃；中间包的覆盖渣要求采用碱性无碳或低碳渣；采用4
孔式水口，保证水口的对中及适宜的浸入深度，确保浸入式水口与中包的密封到位；结晶器采用缓冷方式，
采用低碳专用保护渣，结晶器内熔渣层厚度最薄处不低于5mm；采用的保护渣性能见表2。敞篷跑车报价
表2  TG510L用保护渣性能
碱度R 黏度η/Pa·s 半球熔化温度T半球/℃
1.15±0.05 1±0.05 1080±30
针对铌钛微合金化汽车大梁钢的开发生产，连铸工序的核心任务是为轧钢工序提供高温、高质量铸坯。
经过理论研究和生产实践发现：碳氮化物在晶界析出会引起边裂，并且析出温度在900℃以下，为了抑制
碳氮化物的析出以控制板卷边裂的产生，需要确保连铸过程以及入均热炉之前，铸坯窄面温度控制在900℃
以上。
结晶器作为连铸机的核心装备，对生产顺行及铸坯表面质量具有重要影响。结晶器冶金任务是防止漏钢
事故的产生、提高铸坯冷却均匀性实现凝固壳的均匀生长、抑制坯壳裂纹缺陷的产生以及确保铸坯的规格及
形状。生产过程中，需严格控制结晶器与足辊段之间的对中，提高结晶器冷却均匀性，防止铸坯内部对角线
裂纹及表面中心纵裂的产生。
当振痕形成时，富集在枝晶间的杂质流入振痕的凹处，在结晶器内或结晶器下部，由于热应力、机械应力的作用，板坯表面受到拉伸，因此，深的振痕将成为裂纹的起始位置[2]，故应适当提高结晶器振动频率，缩短负滑动时间，降低振痕深度，从而防止铸坯表面横裂纹的产生。
2.4  轧制工艺
通钢TG510L 钢是Nb-Ti 微合金化钢，在精炼工序完成后，钢的化学成分基本趋于稳定，钢的再结晶停止温度Tnr 也已经基本确定。在钢液凝固过程、铸坯轧制变形过程中，第二相粒子的析出行为及钢的织构控制对钢带性能具有决定性的作用。宏观上来看，连铸连轧过程必须重点控制的因素包括：(1)铸坯及钢带温度的走势；(2)轧制各道次变形量及配比；(3)轧制速度及各道次冷却强度。
目前，广泛采用的NbC 、NbN 、Nb(C,N)在奥氏体中的固溶度积公式[3~5]为  lg([%][%])  2.807500/Nb
N T =−
（1）  lg([%][%])  2.967510/Nb C T =−
（2）
12
lg([%][%%])  2.266770/14
N b C N T +
×=−  （3）
式中，[%M]为处于固溶态的M 元素的质量分数；T 为绝对温度。
表3  析出温度计算结果
%M(wt%)
奥氏体析出温度/℃
C/% Nb/% N/% NbC NbN Nb(C,N)
0.07 0.030 0.0065 1059.1 879.1 1107.4
按TG510L 板卷成分计算，由表3中所示计算结果可知，Nb(C,N)奥氏体理论析出温度为1107.4℃，加热温度高于此温度即可保证Nb(C,N)在奥氏体充分固溶。由于此计算结果未考虑TiN 析出对NbN 析出量的影响，所以Nb(C,N)在奥氏体中的实际析出温度应比表3中所示温度更低。
为充分发挥低C-Mn 钢Nb 、Ti 复合微合金化钢的优势，发挥Nb 的碳氮化物在钢中沉淀析出抑制奥氏体形变再结晶，阻止奥氏体晶粒长大的作用，轧制时要采用控制轧制措施，实施低温终轧。Nb 、Ti 复合加入的效果要好于单纯加Nb ，Nb 和Ti 高温析出扩大了未再结晶区的范围，可实现严格的未再结晶区轧制，复合加入Nb 、Ti 提高了奥氏体再结晶激活能，从而有效地抑制了再结晶的发生，其阻滞作用比单独加入时大。
(1) 加热温度：在保证Nb 的碳氮化物全部固溶的前提下，控制加热温度不低于1120℃；
(2) 精轧时控制开轧温度、终轧温度不大于880℃，控制总压下量和道次压下量，增加形变带和形变诱导析出的效果。
3  理化性能和扫描电镜析出物
3.1  TG510L 的成品性能
通钢TG510L 的各个厚度规格成品性能都符合标准的要求（见表4），冷弯性良好（如图1）。
3.2  TG510L 的高倍组织
金相检测结果显示，TG510L 的组织为铁素体+珠光体，晶粒度为13级。
表4  TG510L板卷力学性能
卷号规格/mm×mm 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/MPa
冲击
韧性1/J
冲击
韧性2/J
冲击
韧性3/J
31H04201800 3.8×1500 520 595 31
31H04202200 3.8×1500 515 593 31
31H04201700 4.0×1500 517 598 32.5
31H04202600 4.0×1500 512 579 30.5
广东公安交通网
31H04203200 5.0×1500 519 590 27
31H04205700 5.0×1500 500 589 28
31H04200700 5.9×1500 502 585 25
31H042057A0 5.9×1500 505 570 26
31H04204200 6.9×1500 482 559 26 166 156 154 31H04204700 6.9×1500 486 560 25.5 176 188 164 31H04205000 7.8×1500 468 549 25.5 251 232 232 31H04205300 7.8×1500 484 557 25.5 231 219 219 检验标准≥355 510~630 ≥24
图1  TG510L冷弯试验（d=a,180°）
图2  TG510L高倍组织照片
(a) 160X横向组织；(b) 320X横向组织；(c) 160X纵向组织；(d) 320X纵向组织
3.3  TG510L的扫描电镜析出物
观察图4可以发现，析出物呈有规律排列。这是因为：热轧后的钢材在冷却过程将发生奥氏体向铁素体和珠光体的转变过程（A→F+P）。由于各种碳氮化物在奥氏体中的溶解度都远远大于在铁素体中的溶解度，因此当A→F相变发生后，微量元素立即达到高度过饱和，产生快速析出。而位错、界面和其他晶体缺陷处则是析出物最有利的位置。因为碳氮化物的析出是在A→F转变的相界面上，随着相变不断进行，F在不断长大，不断形成新的析出相。
图3  扫描电镜析出物，析出物为Nb(C,N)和Ti(C,N)
图4  扫描电镜析出物
高温轧制后（再结晶区轧制，如1050℃），Nb(C,N)颗粒的析出部位是沿奥氏体晶界析出，而在晶内析出量很少。低温轧制（未再结晶区轧制，如≤950℃）后，由于奥氏体未发生再结晶，具有较高畸变能，位错密度高，因而加速了C和Nb的扩散速度，Nb(C,N)颗粒的析出部位既在晶界上也在晶内和亚晶界上，且颗粒细小。
4生产应用
截至2013年3月份，通钢累计生产TG510L钢约12000t，产品供给汽车企业进行冲压成型后，检查并未出现侧弯、开裂等质量缺陷，用户反映良好。
本田是哪国的品牌5结论
速腾 1.4t(1) TG510L钢采用低碳及铌、钛复合微合金化的成分设计：以低碳成分为基础，保证成品均有良好的