汽车安全带卷簧用热轧钢带的开发生产

路　峰

（山钢股份莱芜分公司 技术中心，山东 莱芜271104）

1　前言

随着国民经济的发展，中国汽车产销量已经连续多年蝉联世界第一。2017年全年汽车产销量突破2 900万辆，从而带动了汽车用钢及配件行业的快速发展。安全带作为目前汽车的强制安装和配置之一，其市场需求越来越大［1］。安全带卷簧作为汽车安全带上的重要零件，安全带卷收器性能好坏的重要影响因素，其性能和质量直接影响到驾乘人员的安全。根据加工工艺的不同，材质主要有碳素弹簧钢和合金弹簧钢［2］。

山钢股份莱芜分公司通过对冶炼、连铸、轧制等工艺参数的分析，成功开发了汽车安全带卷簧用碳素弹簧钢，产品组织性能良好，满足使用要求。

2　技术要求

影响汽车安全带卷簧用钢的两个最主要因素是抗疲劳和抗弹性减退，这两个因素除了跟钢种本身的成分以及热处理工艺等有关外，还与热轧原料的非金属夹杂物、表面脱碳层深度及组织的均匀性有关。热轧钢带化学成分及非金属夹杂物要求见表1、表2。厚度规格≤3.2 mm，要求单面总脱碳层≤0.08 mm；厚度规格＞3.2 mm，要求单面总脱碳层小于实际厚度的2.5%。

表1　卷簧用钢化学成分（质量分数）%

表2　卷簧用钢非金属夹杂物 级

3　关键生产工艺控制

3.1　生产工艺流程

配料（热装50%以上铁水）→50 t电炉→LF炉精炼+VD真空脱气处理→连铸→缓冷→加热→粗轧→中轧→精轧→运输链冷却→卷取→入库。

3.2　冶炼过程中主要控制要点

3.2.1电炉冶炼

入炉原料采用自产优质废钢，热装铁水比例≮60%，As含量≤0.025%；冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，减少吸氮，必要可进行换渣，加强脱P操作；钢包烘烤温度≥800℃，全熔分析温度≥1 540℃；出钢条件：终点C≥0.10%，P≤0.010%，残余元素含量符合标准要求，出钢温度1 620～1 680℃；电炉出钢过程中随钢流加入钢芯铝1.0～2.0 kg/t，钢包合金化时按照成分下限配入合金调整，电炉出钢过程严禁下渣。

3.2.2LF精炼

出钢过程随钢流采用硅铁和铝脱氧，添加合成渣预精炼，入LF后及时喂铝线脱氧，向渣面加硅铁粉、碳化硅、电石、铝粒等进行扩散脱氧，碱性炉渣精炼，控制精炼炉渣碱度＞3.0，控制最佳炉渣成分、渣量、白渣保持时间等，保持白渣≥20 min，以进一步降低钢液中的氧含量及夹杂物，并对夹杂物进行变性处理，降低其对钢材的危害。

3.2.3VD真空处理

确保真空（≤76 Pa）处理时间在12 min以上，控制最佳吹氩流量，软吹氩时间≮15 min，软吹氩时严禁钢水裸露和大氩气量搅拌降温。

3.2.4连铸过程

采用低过热度浇铸，选择合适、稳定的拉速，二冷采用弱冷及多级电磁搅拌技术，提高连铸坯的等轴晶率，减轻或消除铸坯中心偏析和缩孔；做好全程保护浇注，中间包液面≥700 mm，结晶器液面波动±2 mm；钢种液相线温度按1 467℃，中包过热度按20～30℃控制，中包第1炉温度1 507～1 517℃（热换炉次减5℃），第2炉以后1 487～1 497℃；结晶器和末端电磁搅拌正常使用。

3.3　热轧过程中主要控制要点

3.3.1钢坯加热

加热炉内的气氛按弱还原性控制，空燃比控制在0.9以内；注意控制预热段的温度，钢坯在低温阶段（700℃以下）时，放慢加热速度。钢坯加热制度见表3，要求长度方向加热温差≤35℃。

表3　卷簧用钢坯加热制度

3.3.2轧制过程

安全带卷簧用钢变形抗力大，粗轧阶段充分考虑高温和塑性的有利条件，实现较大压下，减轻精轧机组的负荷；粗轧、精轧过程轧辊用切水板挡水，实行避水轧制；终轧温度控制890～960℃；卷取温度控制630～710℃。

4　产品实物质量分析

4.1　化学成分控制情况

对工业批量生产的35炉汽车安全带卷簧用钢进行了化学成分检测，钢的成分控制情况见表4。

表4　卷簧钢化学成分控制情况（质量分数）%

由表4可以看出，所生产的钢带化学成分控制较好，C含量偏差控制在0.04%以内，S、P控制较低，钢质纯净度较高。

4.2　非金属夹杂物

连铸坯中夹杂物形貌见图1，可以看出，连铸坯中夹杂相对较少，而且尺寸小。夹杂物整体不影响钢的综合性能。

4.3　微观组织及脱碳层

图1　卷簧钢连铸坯夹杂物

卷簧钢热轧态金相组织见图2，SEM形貌见图3。由图2可以看出，热轧钢带的组织为珠光体，无网状渗碳体，边部无全脱碳层。由图3可以看出，热轧钢带的珠光体片层较细且较为均匀，片层间距在300～450 nm范围内。

图2　卷簧钢热轧态金相组织

图3　卷簧钢SEM形貌

5　结语

通过对冶炼、连铸及轧制工艺的合理控制，实现了汽车安全带卷簧用热轧钢带的批量生产；冶炼过程采用洁净钢冶炼技术，有效地控制了钢中夹杂物含量及形态分布，降低了夹杂物对产品性能的影响；热轧过程严格控制轧制工艺，钢带的组织及表面脱碳情况良好，完全满足用户的使用要求。