重型汽车桥壳用高强度钢板ZQS345QK的试制开发

2020-07-03蒋雪军

山东冶金 2020年3期

蒋雪军

（济钢集团有限公司，山东济南250101）

1 前言

桥壳是汽车行驶系统的主要构件之一，它支撑车架及车架以后的各总成重量，同时它保持传动系统中的各部件。在使用方面，桥壳的形状及其结构特点决定了桥壳件对其所用材料要求强度高，冷弯及拉延成形性好并具有优良的焊接性能。桥壳钢除了对表面质量、尺寸公差和板形有特殊的要求外，还必须具有良好的综合性能，如具有足够的强韧性、良好的耐疲劳性、冲压成型性和焊接性能，同时各向异性要小。国内桥壳专用钢种开发较少，桥壳制造多采用铸造方式或用大梁钢、低合金高强度结构钢进行冲焊等替代。为了进一步扩大高强度钢板的应用，设计试制重型汽车桥壳用ZQS345QK钢，以获得最佳材料选择到高强度钢板应用技术的解决方案。

2 ZQS345QK钢试制生产

2.1 成分设计

考虑到桥壳钢除了要具有良好的表面质量，还必须具有良好的综合性能，要具备足够的强韧性、耐疲劳性、冲压成型性和焊接性能，并且各向异性要小，ZQS345QK钢的成分控制范围见表1。

表1 ZQS345QK钢熔炼化学成分（质量分数） %

2.2 工艺路线

KR→转炉→LF→连铸机→钢坯下线精整→加热炉→除鳞→粗轧→精轧→矫直→切割→取样→检验。

2.3 连铸工艺

由于ZQS345QK钢含有微合金化元素Nb，Nb是强碳氮化物形成元素，连铸过程中，铸坯中微细的NbCN沿奥氏体晶界析出，使钢的延塑性变差，导致铸坯表面容易产生横裂纹。为防止ZQS345QK钢在连铸过程中出现表面裂纹，采取的主要措施包括：1）按规定选取专用结晶器保护渣。为了改善结晶器内坯壳的传热条件，促进坯壳均匀生长，适当提高保护渣结晶温度，降低保护渣黏度。2）对结晶器液面进行控制，使其不超过±5 mm。稳定的结晶器液面可以保证拉速稳定，铸坯表面温度均匀，有利于防止表面裂纹的发生。3）采用弱而均匀的二冷制度，保持水量分布均匀，使拉坯矫直点铸坯表面温度达到950℃以上，避开第Ⅲ脆性敏感区，以防止横裂纹产生。

2.4 轧制工艺

ZQS345QK钢轧制的精髓在于细化奥氏体晶粒和最终组织的晶粒，试制时，ZQS345QK钢厚板坯在加热炉加热2.5 h，加热温度1 120～1 200℃，保证绝大部分微合金元素溶解，粗轧尽量采用大压下量，中间坯厚度为成品厚度的2.0倍以上。中间坯游动空冷，不用水冷。精轧阶段进行控轧，加大再结晶区和未再结晶区的变形程度，未再结晶区的累计压下率在50%以上。精轧机开轧温度≤960℃；终轧温度890～850℃。

3 试制结果分析

3.1 实际熔炼成分

统计525炉的化学成分见表2。由表2结果可以看出，所有ZQS345QK钢的化学成分均控制在有关标准要求范围之内，成分合格率100%。

3.2 拉伸性能

对相应炉次所轧制的ZQS345QK钢板的屈服强度、抗拉强度、伸长率分别进行测试，各项数据均服从正态分布。由此可以得出，ZQS345QK钢的各项性能指标的实物力学性能稳定，性能合格率为98%，达到了较高的水平。对期间生产的3.8万t ZQS345QK钢进行冷弯试验（d=2a、180°）结果得出，冷弯合格率100%。

表2 实际冶炼化学成分（质量分数） %

3.3 冲击韧性

从图1可以看出，测试对应炉次ZQS345QK钢的冲击功值均在100 J以上，钢板韧性良好。

图1 ZQS345QK冲击值分布

3.4 焊接性能

为测试ZQS345QK钢板的焊接性能，进行了16 mm厚ZQS345QK陶瓷衬垫CO2焊打底＋埋弧焊填充、盖面的焊接工艺应用于ZQS345QK焊接试验，观察焊接后接头的融合情况，焊缝背面及正面余高和熔宽都均匀合适，无成形缺陷。按照GB/T 11345标准规定进行超声波探伤，结果为I级。焊接接头力学试验结果为：屈服强度370 MPa，抗拉强度525 MPa，伸长率5%，各项指标均满足ZQS345QK钢的要求。