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* 汽车大梁用热轧黑皮表面钢355L的研制 鞍钢股份热轧带钢厂 1.前言 随着汽车行业的不断发展，对钢铁材料的要求也越来越高。要求钢板在保证良好的综合机械性能的同时，具有优良的表面质量，以满足直接冲压工序的要求。 热轧钢板表面在热轧后产生的铁锈由Fe3O4 、Fe2O3、 FeO构成。在冲压汽车用结构件时，一般用酸洗方法去除。汽车厂家应用普通热轧钢板在不经酸洗直接冲压汽车大梁等零件时，会出现氧化铁皮脱落并变成粉尘等现象，造成环境污染，同时影响冲压模具的使用寿命且不经济，严重影响汽车零件的下步工序生产。随着环保及节能的需求，汽车厂家需要钢厂提供免酸洗的可直接冲压钢板。这就要求钢板表面氧化层与基体结合良好，在冲压成形时铁皮不脱落。 ≥0.015 ≥0.015 ≤0.010 ≤0.020 ≥0.80 ≤0.30 ≥0.05 355L Als Nb S P Mn Si C 元素 钢质 表1 汽车大梁用热轧黑皮表面钢板355L化学成分 wt% 2. 试验过程 2.1 成分选择 2.2 热轧试制 在1780热轧机组进行8.0mm厚的355L汽车大梁钢进行试制。为保证高压除鳞水的道次及钢坯除鳞温度，加热温度1180～1250℃；钢坯的除鳞道次在3次以上，除鳞水压大于15MPa，以保证低熔点的FeO/Fe2SiO4共晶化合物的去除；轧制时控制终轧和卷取温度，终轧温度大于Ar3，卷取温度小于600℃，为避免Fe2O3的生成量增多，层流冷却采取前部快速冷却方式。 24 570 485 10 24.5 560 480 9 30.5 570 490 8 24.5 565 480 7 24.5 560 480 6 29.5 550 485 5 28.5 545 465 4 28 560 495 3 27 550 480 2 24.5 540 460 1 A,% Rm,N/mm2 Rel,N/mm2 试样号 3. 试验结果 3.1 力学性能 测试10批带钢的力学性能，全部满足汽车大梁用钢板的标准。 3.2 金相组织 应用光学显微镜观察钢板金相组织，晶粒细小，均为铁素体及珠光体组织。 图1 汽车大梁用热轧黑皮表面钢板355L的金相组织 500× 图2 汽车大梁用热轧黑皮表面钢板355L的氧化层形貌 3.3氧化层形貌 采用扫描电镜（SEM）分析氧化层与基体钢的结合形貌及氧化层的厚度，钢板氧化铁皮与基体钢结合良好。 图3 汽车大梁用热轧黑皮表面钢板355L的衍射分析结果 3.4 氧化层结构 采用X-射线衍射仪分析氧化层的结构组成，衍射分析表明，钢板氧化层的主要组成为Fe3O4、Fe2O3，而且Fe3O4为主要成分，所占比例均大于85%。 表3 氧化层厚度及组成 5 — — 94 10 5 8 — 5 85 10 4 6 — 4 88 9 3 6 5 — 88 9 2 3 — 8 86 8 1 Fe FeO Fe2O3 Fe3O4 表面氧化铁皮物相，% 氧化层厚度mm 试样号 4. 分析与讨论 纯铁的氧化较为复杂，铁与氧反应生成多相多层氧化膜。当温度较低时，不易生成浮氏体FeO，只生成磁性氧化铁Fe3O4与Fe2O3两相。温度较高时，才能生成含氧低的FeO层和中间层Fe3O4以及最外层含氧最高的Fe2O3层。三者厚度比为95：4：1。 ⑴温度≤200℃时，缓慢地生成γ- Fe2O3薄氧化膜，继而生成双层氧化膜Fe3O4 -γ- Fe2O3，氧化动力学服从对数速度定律，属于低温氧化阶段。 ⑵温度在200～400℃，发生了相变，γ- Fe2O3→α- Fe2O3，形成Fe3O4 -α- Fe2O3两层结构。 ⑶温度在400～600℃，在α- Fe2O3层之下，Fe3O4层长大为较厚膜层。 ⑷温度＞600℃，在Fe3O4层之下，开始生成FeO。氧化膜由FeO- Fe3O4 - Fe2O3三层组成。 另外，静态氧化试验说明，低碳钢的三种类型氧化铁的形成温度情况为：α- Fe2O3的形成温度较低，小于450℃；Fe3O4形成温度在450℃—600℃之间；FeO形成温度高于600℃。 5. 实际应用效果 汽车制造厂用这种钢直接冲压大梁，氧化层脱落较少，完全满足无酸洗工序直接冲压大梁件的要求。试验钢与原大梁钢板的冲制大梁件的比较，可以看出，黑皮表面钢板冲制的大梁明显优于普通钢板冲制的大梁。 a-普通钢板 b-黑皮表面钢板 图4 冲压成型的汽车大梁 6. 结论 6.1 汽车大梁用热轧黑皮表面355L钢板轧制时，粗轧除鳞高压水应大于1