武钢汽车用热轧低合金高强钢的开发进展

武钢汽车用热轧低合金高强钢的开发进展

彭 涛 刘永前 赵江涛 刘 斌 梁 文 （武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北武汉 430080）

摘 要：回顾了汽车用热轧低合金高强钢在武钢研制开发的历史进程，随着武钢冶炼和轧钢装备水平的提高，推动了高性能热轧汽车板的品种研发。介绍了武钢热轧汽车大梁钢、车轮钢、车桥用钢、车厢钢等系列产品的研究应用情况。为应对汽车工业高强减薄的发展趋势，武钢将于2014年底完成2250热连轧生产线的升级改造，因此对武钢未来热轧汽车板的品种研发、生产与应用需求进行了展望。 关键词：低合金高强钢 热轧汽车板 品种研发

随着我国汽车工业的快速发展，中国已连续5年占据世界汽车产量第一大国位置，汽车保有量快速增长，汽车排放对环境污染的影响日益严重，节能减排已刻不容缓。汽车轻量化是汽车节能减排的有效手段，研究结果表明[1]：汽车质量每减轻10%，油耗下降6%～8%，排放量下降4%。使用高强钢是实现车身轻量化并保持安全性的重要途径，为此，各汽车制造厂和钢材生产厂纷纷合作，高强钢的研发、生产及在汽车工业中的应用速度不断加快，其中热轧及热轧酸洗低合金高强钢在包括卡车、客车、乘用车等领域应用越来越广泛。回顾武钢热轧低合金高强汽车板的研发、生产历史进程，总结武钢热轧汽车板不断进步和发展的成功经验，为今后不断开展热轧低合金高强汽车板品种的研究和开发、提高企业竞争能力具有重要意义。

1 历史回顾

上世纪70年代末，国内首条成套引进的“一米七”轧机工程在武钢的建成投产，为热轧低合金汽车板的研制开发创造了有利条件。武钢结合1700mm 热连轧技术和设备优势，将形变强化、固溶强化和析出强化等强化机理与微合金化技术进行有效结合，在低碳钢的基础上加入Ti 元素，通过细晶强化和析出强化的复合强化作用，研制开发了T52L 、T52、T42等汽车大梁用钢，在一汽、东风和南京汽车制造厂等用户成功应用，解决了传统汽车大梁用结构钢的冲压开裂问题。随着武钢二炼钢和三炼钢转炉系统的新建，武钢冶炼工艺进入转炉全连铸时

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代，钢中P 、S 等残余元素可得到有效控制，为武钢低合金热轧汽车板的研发提供了更好的设备保障[2]，产品系列进一步扩大。在此期间，武钢承担了国家计委、国家科委和原冶金工业部组织的多项汽车用钢技术攻关，重点研究了热轧汽车车架梁用钢、热轧冲压桥壳用钢、滚型车轮轮辋与轮辐用钢等产品系列。利用控制轧制、控制冷却技术和Nb 、Ti 微合金强化等技术的有效结合，开发出综合性能优异的系列热轧汽车用钢产品[3]，包括大梁钢WL440、WL510、WL540，汽车滚型车轮用钢RCL330、RCL370、RCL420和热轧双相钢RS50、RS55等等，产品经原冶金工业部组织鉴定，其实物质量均达到国际先进水平，其中直接热轧双相钢RS50获得国家科技进步奖，汽车大梁用钢WL510被国家经贸委认定为2002年度国家重点新产品、并获冶金产品实物质量金杯奖。

进入21世纪，随着汽车行业的蓬勃发展和高强减薄的发展趋势，对高性能热轧汽车板的需求进一步增加，与此同时高性能产品对生产装备工艺要求提出更高需求，武钢在对1700mm 热轧机组进行技术改造的同时，新建了当时世界上技术水平最高的2250mm 热连轧机组，该机组先进的板形、尺寸控制系统及除磷系统为生产高表面质量和高尺寸精度的热轧汽车板提供了基础，高精度层流冷却控制系统和大功率卷取机为生产高强度热轧汽车板以及先进高强钢提供了有力保障。在此期间，武钢将微合金化技术、洁净钢生产技术以及相变强化等进行了有机的结合，在热轧汽车板的开发上实现了新的突破。大梁钢WL590[4]、W610L 、WL650、WL700和WL750获得大批量生产，450~650MPa级车轮钢成功研发并批量应用，510MPa 和590MPa 级热冲压及冷冲压汽车桥壳用钢开发成功，铁素体马氏体型热轧双相钢DP600和铁素体贝氏体型高扩孔钢FB45、FB60作为热轧先进高强钢研制成功，并在汽车行业获得批量应用[5]。武钢CSP 连铸连轧机组的投产还为生产薄规格高强度热轧汽车板提供了有利条件，目前已在CSP 机组开发了最薄厚度为1.2mm 的高强度汽车车厢板等汽车结构钢系列品种。

2 研制与应用

低合金热轧汽车板在武钢经过30多年自主研发，逐步形成了汽车用大梁、车轮、车桥、车厢、结构钢以及双相钢、高扩孔钢等产品系列，为我国汽车工业的发展做出积极贡献。本文将介绍这几个系列品种在武钢的研制和应用概况。 2.1 汽车大梁钢

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汽车大梁是客货车的承重件，也是汽车行驶过程中的安全件。热轧汽车大梁钢用来制作载重汽车和大型客货车底盘的车架，其车架总成分为大梁（即纵梁）、衬梁、横梁、以及加强件等，各零部件是采用冷冲压成形或滚压成形方式，其装配主要采用铆接方式。载重汽车和大型客货车大梁一般采用6~12mm的热轧钢板制造。随着载重车、大型客货车不断的更新换代，对汽车大梁钢板的强度要求也愈来愈高，国内大多汽车厂正在积极推进使用更高强度的汽车钢板。

2002年，武钢与东风汽车联合开发590MPa 级大梁钢WL590，成功应用于重卡纵梁、车厢边板中支柱等零部件的制造，使用效果良好。2009年武钢开发出700MPa 级大梁钢WL700，批量应用于东风商用车、江淮汽车等厂家制造重卡纵梁。

为应对未来的高强化发展趋势，武钢成功开发出更高级别大梁钢WL750和WL800。但是，受到汽车厂加工设备的限制，750MPa 和800MPa 级大梁钢暂未得到大批量应用。

至此，武钢已形成完整的高强度汽车大梁系列钢供货能力，强度级别从440MPa 到800MPa ，目前年供货量达40余万吨，汽车大梁系列钢主要力学性能详见表1。

表1 武钢典型汽车大梁系列用钢力学性能

厚度

mm 2.5～

WL440

≥6.0～8.0 >8.0～12.0 3.0～6.5

WL510 WL550 WL590 W610L WL650 WL700 WL750 WL800

>6.5～8.0 >8.0～16.0 2.5～8.0 2.5～8.0 2.5～

屈服强度 R eL (MPa) ≥320 ≥295 ≥355 ≥355 ≥400 ≥450 ≥500 ≥550 ≥650 ≥700 ≥750

510～610 510～630 510～630 540～650 ≥590 550～700 ≥650 ≥700 750～950 800～1000 抗拉强度 R m (MPa)

延伸率 A (%) ≥28

440～540

≥26 ≥24 ≥24 ≥23 ≥22 ≥23 ≥20 ≥18 ≥13 ≥12 ≥12 ≥12

180°弯曲试验 b ＝35 mm d 弯曲压头直径 a 试样厚度

d=0.5a d=a d=0.5a d=a d=a d=a d=a d=a d=2a d=2a d=2a d=2a

牌号

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汽车钢质车轮一般由轮辐和轮辋合成焊接而成，而轮辐和轮辋由于加工方式的不同对材料的成分、组织和性能有较大的区别。轮辐一般采取冲压成形，对材料成形性要求很高，由于零件形状复杂，越来越多的生产厂采用低屈强比、良好成形性的铁素体＋马氏体双相钢或铁素体＋贝氏体双相钢制造；轮辋一般采取闪光对焊后扩涨成形，因此要求材料的焊接性能好、焊缝和母材性能一致性好，因此一般采用铁素体＋珠光体组织的低合金高强钢制造。

武钢自上世纪90年代成功开发RCL330、RCL370和RCL420以来，通过采取Nb 微合金化技术开发了具有高强度、高韧性和良好焊接性的系列低合金车轮用钢，形成抗拉强度330～650MPa 级完整的热轧汽车车轮用钢系列。武钢还通过精确的工艺控制，可在产品中实现不同的组织结构而达到不同的使用市场需求。2008年，为满足车轮制造商冲压复杂形状轮辐的需求，武钢成功开发出铁素体＋马氏体组织的车轮用热轧双相钢DP600，产品在长春、柳州等地的车轮厂得到大批量应用，替代进口材料，获得良好的效果。2012年开发出铁素体＋贝氏体组织的高扩孔钢FB45和FB60，在要求高翻边高扩孔性能的车轮轮辐和部分乘用车底盘件上得到了应用。

目前，武钢已形成完整的热轧汽车车轮系列钢供货能力，强度级别从330MPa 到650MPa ，年供货量达10余万吨，热轧汽车车轮系列用钢主要力学性能详见表2。

表2 武钢典型汽车车轮用系列钢力学性能

牌号 RCL330 RCL380 RCL420 RCL450 RCL490 RCL540 RCL590 RCL650 DP600 FB45 FB60 38

厚度

mm 1.8～16.0 1.8～16.0 1.8～16.0 1.8～16.0 1.8～16.0 1.8～16.0 1.8～16.0 2.0～10.0 2.0～6.0 2.0～6.0 2.0～6.0

屈服强度 R eL (MPa) ≥225 ≥235 ≥260 ≥290 ≥325 ≥355 ≥420 ≥500 330～470 310～410 460～580

抗拉强度 R m (MPa) 330～430 380～480 420～520 450～560 490～600 540～650 590～700 650～780 580～680 ≥460 ≥580

延伸率 A (%) ≥34 ≥30 ≥28 ≥27 ≥25 ≥23 ≥21 ≥18 ≥24 ≥24 ≥16

180°弯曲试验 b ＝35 mm d 弯曲压头直径 a 试样厚度 d=0.5a

d=1a d=1a d=1a d=1.5a d=1.5a d=1.5a d=1.5a d=0.5a 扩孔率≥100％ 扩孔率≥75％

汽车车厢用钢主要用于载重车上装车厢厢体的制造，随着我国对治理超载工作的加大以及高速公路计重收费工作的开展，公共物流领域车辆对降低自重的要求也越来越强烈。车厢厢体用钢也由最初的Q235、Q345级别提高至Q500强度级别，少量车型上对更高强度级别的车厢用钢也有需求。在这种市场需求下，并随着武钢CSP 产线的投产，武钢车厢用钢于2011年逐步投放市场。从最开始的WXT460、WXT500，到如今的WXT600、WXT700，其中厚度规格＜1.5mm 产品国内独家供货，而1.2mm 厚度、抗拉强度达800MPa 级的WXT700更是刷新了热轧超薄高强钢的国际记录。产品已供东风、中集车辆、史密斯卡歌福、宇通客车等企业，并出口至中东、欧洲等地区。

研发至今，武钢车厢用钢供货量已达数万吨，在国内高端汽车用钢市场应用广泛。典型车厢用钢力学性能如表3所示。

表3 武钢典型车厢用钢主要力学性能

厚度

mm 1.2～4.0 1.2～4.0 1.2～4.0 1.2～4.0

屈服强度 R eL (MPa) ≥460 ≥500 ≥600 ≥700

抗拉强度 R m (MPa) 520～670 550～700 650～820 750～950

延伸率 A (%) ≥18 ≥15 ≥14 ≥13

180°弯曲试验 b ＝35 mm d 弯曲压头直径 a 试样厚度 d=0合格 d=0.5a合格 d=a合格 d=1.5a合格

牌号

WXT460 WXT500 WXT600 WXT700

2.4 汽车车桥用钢

汽车驱动桥是汽车行驶系统的主要构件之一，既是承载零件，又是传力部件，同时还保护主减速器、差速器等传动系统中的各部件。载重汽车车桥大多采用钢板经冷冲压或热冲压成形后焊接处理，因此要求钢板具有良好的冲压成形性能和较高的延伸率的同时还需要具有良好的焊接性能。武钢与东风汽车合作开发抗拉强度为510MPa 级汽车桥壳用钢WQK510，成形性能良好，既适用于冷冲压又适用于热冲压成形，工艺适用性良好。开发的590MPa 级汽车桥壳用钢WQK590应用于载重汽车车轴和工程车支腿等高强零部件的制造，冲压成形及焊接性能良好。典型车桥用钢的力学性能见表4。

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表 4 武钢典型车桥用钢力学性能

牌号

厚度 mm 4.0～8.0 5.0～16.0 4.0～16.0 4.0～16.0

屈服强度 R eL (MPa) ≥295 ≥345 ≥460 ≥460

抗拉强度 R m (MPa) 440 510~610 550～720 ≥590

延伸率 A(%) ≥25 ≥24 ≥17 A 50mm ≥20

180°弯曲试验 b ＝35 mm d 弯曲压头直径 a 试样厚度

d=0.5a d=1a d=2a d=2a

WQK440 WQK510 WQK550 WQK590

2.5 汽车结构用钢

为了满足汽车用户引进车型或设计时对国外标准中汽车结构件用钢的需求，武钢还对标开发了欧标、德标、日标热轧汽车结构钢牌号，形成了完整体系。开发的系列品种在江淮汽车、三一重工等用户获得了批量应用，年生产量数万吨。典型汽车结构钢力学性能如表5所示。

表5 武钢典型汽车结构用钢力学性能

牌号 德标

欧标

厚度

（mm ） 2.0～12.0 2.0～12.0 2.0～12.0 2.0～12.0 2.5～12.0 2.0～12.0 3.0～12.0 3.0～12.0 3.0～12.0

断后伸长率(%)

180°弯曲试验 屈服强度 抗拉强度

A 80mm A

R eL Rm d —弯心直径

公称厚度(mm)

a —试样厚度 （MPa ） （MPa ）

420～540 450～590 480～620 520～670 550～700 600～760 650～820 700～880 750～950

≥19 ≥18 ≥16 ≥14 ≥12 ≥12 ≥11 ≥10 ≥10

≥25 ≥23 ≥21 ≥19 ≥17 ≥15 ≥13 ≥12 ≥12

d=1a d=1.5a d=2a d=0.5a

QStE340TM S355MC QStE380TM

－

QStE420TM S420MC QStE460TM S460MC QStE500TM S500MC QStE550TM S550MC QStE600TM S600MC QStE650TM S650MC QStE700TM S700MC

3 展望

随着汽车工业的进一步发展，对热轧汽车用钢提出更高性能要求，武钢将结合生产装备的逐步改造升级，在热轧汽车用钢的研发、生产和应用上将开展以下几个方面的工作，以满足我国汽车工业轻量化的发展需要。

（1）结合汽车厂生产设备及生产工艺的升级改造，武钢配合做好汽车用钢高强化的品种研发与应用研究工作，推进700～800MPa 级大梁钢、结构钢和车厢板等产品的广泛应用。

（2）结合武钢2250mm 轧线超快冷项目改造，优化现有品种成分，开发符

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合使用要求的经济型大梁钢和车轮钢产品。同时开发800MPa 热轧双相钢、高扩孔钢等更高强度级别的新品种，满足汽车行业用钢高强化的需求。

（3）开展热轧QP 钢、复相钢、TRIP 钢和热成形钢等先进高强钢的研制，努力为汽车行业的发展提供高性能产品。

参考文献

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