冷轧低合金高强钢的工艺流程及发展前景

冷轧低合金高强度钢（HSLA钢）具有屈服强度和屈强比高、成形性能和焊接性能良好等特点，比碳素结构钢具有更高的屈服强度，并具有更高的屈服强度和屈服强度比。屈服强度高于双相钢和其他先进高强度钢。 由于成本较低，受到市场青睐，广泛应用于汽车、家电、建筑等行业的结构件。 其中以汽车轻量化应用最为突出，尤其是随着国内自主品牌汽车和新能源汽车的快速发展。 、高性价比（低成本、高性能）冷轧低合金高强度钢发挥着重要作用[1]。

汽车用高强度低合金钢在低碳钢中添加Nb、Ti等微合金元素，采用细晶强化、沉淀强化等强化机制，提高其屈服强度和屈强比，同时还具有良好的变形抗力[2]。 260~420兆帕级HSLA钢的牌号有HC260LA、HC300LA、HC340LA、HC380LA、HC420LA等，其中HC340LA和HC420LA是市场上最常见的，广泛应用于上A柱加强件、内B柱加强件等。 -立柱、门槛延伸件、汽车左右纵梁外板、底盘座椅部件等领域具有广阔的发展前景[3]。

1、工艺流程

结合HSLA钢的成分特点，C、P、S、N等元素的控制和钢水洁净度要求，以及LF和RH精炼设备的能力，并考虑经济效益，不同采用HSLA钢的强度等级。 路由。

(1) HC260LA、HC300LA、HC340LA牌号：KR脱硫→转炉冶炼→LF精炼→连铸→板坯检验→加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→平整(根据需要)→热卷检验→酸处理轧制→连续开卷→收卷/强化（根据需要）→冷卷检验→包装→入库。

(2) HC380LA、HC420LA牌号：KR脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→板坯检验→加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→平整(根据需要)→热卷检验→酸轧→连续开卷→收卷/拉伸矫直（根据需要）→冷卷检验→包装→入库。

2. 配料设计

合金元素的成分比和含量是影响其结构性能的关键因素[4]。 通过查阅资料，从理论上研究了化学成分对高强度低合金钢生产和性能的影响机理，并充分借鉴了国内外同类生产线钢厂的实际生产情况。 在保证产品质量之前，我们综合考虑低成本、高效生产，实现低C，主要思路是控制并适当添加P，增加Mn，添加Nb，不添加Ti，保证各强度等级的性能要求。 主要HSLA钢种的成分设计如表1所示。

3、生产过程控制

经过熔炼和连铸的高强度低合金钢坯，然后经过热轧、冷轧和连续退火生产工艺，得到最终的高强度低合金钢成品带。 热轧和卷取温度对后续成品的性能和组织有一定的影响。 热轧层流冷却时存在空冷区。 由于Nb元素对温度的敏感性较高，在空冷区，含Nb析出物较粗大。 根据遗传效应，随着退火温度升高，含Nb析出相粗化，降低了析出强化效果，对屈服强度效应有显着影响[5]。 冷轧过程中会产生大量的变形组织。 在热处理过程中，铁素体在变形区发生回复、形核、再结晶和晶粒长大[6]。 随着冷轧压下率的增大，晶粒伸长导致晶粒界面增大，晶格畸变程度增大，变形晶格间储存的能量增大，晶格与晶界之间的变形缺陷增多。 材料在轧制过程中承受的轧制力越大，要求轧机的负载能力就越高。 退火是晶粒再结晶的过程。 随着退火温度升高或保温时间增加，相同厚度规格钢材的晶粒尺寸明显增大，主要是因为随着温度升高，晶粒长大速率增大。 ，导致强度下降[7]； 另外，随着退火速度的增加，γ→P相变过冷度增大，加速奥氏体分解、珠光体形核，降低共析反应温度。 根据相变动力学和热力学原理，这会导致先共析铁素体含量减少，珠光体转变量增加[8]。 通过优化高强度低合金钢热轧、冷轧和连续退火工艺的关键工艺参数，形成标准化的工艺控制参数，如表2所示。

4、生产过程能力分析

工业生产的主要HSLA钢种HC260LA、HC340LA和HC420LA的实际力学性能统计见表3。

工艺能力指数Cpk是判断钢材力学性能稳定性的有效手段。 可以用定量数据来说明其稳定性，这对于汽车厂和钢铁厂都具有重要意义[9]。 Cpk是指过程能力指数。 值越高，产品质量特征值的离散度越小，表明生产越稳定。 通过随机选取工业生产的主要HSLA钢种HC260LA、HC340LA和HC420LA的100组力学性能性能值，利用Minitab软件进行数据分析处理，得到其屈服强度、抗拉强度、断裂后的工艺能力分析伸长率A80。 图形分析，如图1所示。

图1 HSLA钢的工艺能力分析图：(a、b、c)HC260LA屈服强度、抗拉强度、延伸率； (d、e、f) HC340LA 屈服强度、拉伸强度和伸长率； (g, h , i) HC420LA 屈服强度、拉伸强度、伸长率

从图1的生产工艺能力图来看，HC260LA、HC340LA和HC420LA的力学性能较好。 屈服强度、抗拉强度、断后伸长率A80的工艺能力指标Cpk值统计见表4，其中HC420LA屈服强度控制方式因用户要求而采用下限值，其Cpk较低，只有1.11。 其他品牌及指标的Cpk值均大于1.33，表明工艺能力稳定，数据波动较小，能够更好地满足汽车主机厂的需求。 加工要求，避免因性能波动而调整冲压模具参数对废品率和生产节奏造成的影响，提高用户满意度。

5. 结论

通过汽车用高强度低合金钢的研发，制定了汽车用高强度低合金钢标准化的产品控制方案和工艺方案，形成了完整、稳定、高效的生产工艺，并实现了屈服强度钢种的批量验收。 260~420 MPa。 工艺窗口单一，工艺窗口可控性强，生产工艺能力稳定。 该产品已成功应用于国内外知名汽车厂，对工业生产具有重要的参考和指导意义。

参考

[1]钱坤华. 冷轧结构用低合金高强钢工艺研究及产品开发[学位论文]. 沉阳：东北大学，2018

[2] 康永林. 现代汽车板材的质量控制和成型性。 北京：冶金工业出版社，1999

[3]尹翠兰. 汽车用冷轧低合金高强钢HC340LA的研发应用山东冶金，2012(8):47

[4] 李霞，李春城，童铁印，等。 低合金高强钢HC340LA工艺优化生产实践金属世界, 2016(2):67doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2016.02.17

[5]于庆波，孙颖，刘向华，等。 热轧后停留时间对带钢屈强比影响的研究钢铁，2006 年，41(1):66doi: 10.3321/j.issn:0449-749X。 2006.01.016

[6] 吴浩，柴立涛，徐柳。 退火温度对冷轧低碳钢再结晶行为的影响金属热处理, 2020, 45(4):181doi: 10.13251/j.issn.0254-6051.2020.04.038

[7] 康华伟. 340 MPa级冷轧低合金高强钢罩式退火工艺金属世界，2020(3):45doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2020.03.012

[8] 王磊. 410 MPa低合金高强钢性能稳定性分析及解决方案安徽冶金，2017(3):53

[9]郭靖，赵广东，李志伟。 质量统计在汽车覆盖件性能波动控制中的应用金属世界, 2017, 193(5): 39doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2017.05.10