專利名稱：：一種高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼及其生產(chǎn)方法，屬低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：汽車技術(shù)的發(fā)展對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)性能要求越來(lái)越高，車輪是汽車行駛的主要安全部件，同時(shí)也是影響整車性能的重要因素。車輪的結(jié)構(gòu)分為兩類一是用軋制成的輪輞型鋼卷圈后與沖壓成形的輪輻焊接成車輪；二是用鋼板滾壓成型的輪輞與沖壓成形的輪輻焊接成的車輪即滾型車輪，它無(wú)需內(nèi)胎，具有精度高、質(zhì)量輕、良好的動(dòng)平衡性、高的疲勞壽命等優(yōu)點(diǎn)。隨著國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的發(fā)展，特別是轎車工業(yè)的興起，高質(zhì)量要求的滾型車輪用鋼板的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用勢(shì)在必行。目前，轎車、輕型客車、小噸位輕型載貨車都采用滾型車輪。滾型車輪的生產(chǎn)必須解決成形、焊接等工藝難題，形狀復(fù)雜和高疲勞壽命的輪輻成形、輪輞滾壓及焊接、輪輻與輪輞的焊接等工藝，都依賴于鋼板的合適成份與良好的性能，特別是車輪的疲勞壽命主要取決于車輪結(jié)構(gòu)、材料及制造工藝，對(duì)于引進(jìn)車型的車輪，材料和工藝是影響車輪質(zhì)量的關(guān)健。由以上可知，車輪的性能不僅影響汽車行駛的安全性和操縱的穩(wěn)定性，而且自身重量對(duì)燃油消耗有很大影響。目前國(guó)內(nèi)車輪用鋼普遍強(qiáng)度偏低、鋼板較厚，比國(guó)外重10%20%，所以降低成本、減少油耗、降低車輪重量迫在眉捷。本發(fā)明之前，專利CN90103577.7“一種汽車滾型車輪用鋼”，鋼中[Si]含量控制在0.170.60%，并且需要添加一定量的稀土元素，含量控制在0.003%左右，鋼坯的加熱溫度控制在12901310°C，材料的屈服強(qiáng)度為340MPa，沖擊韌性值未列出；而本發(fā)明鋼中[Si]含量不大于0.06%，不需要添加稀土元素，鋼坯的加熱溫度控制在1190-1250°c，材料的屈服強(qiáng)度大于420MPa，6mm厚的板卷_20°CV型沖擊功達(dá)到了192J。從以上對(duì)比可以看出，不但本發(fā)明材料的強(qiáng)度和韌性優(yōu)于對(duì)比材料，而且由于合金元素和鋼坯加熱溫度的降低，降低了生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容為了滿足轎車車輪的制造工藝和使用要求，必須使車輪用鋼的強(qiáng)度與塑性有良好的匹配，同時(shí)還要有良好的焊接性，因此對(duì)鋼的化學(xué)成份必須進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以保證材料具有良好的綜合性能。鑒于以上目的，本發(fā)明采用低碳微合金化處理技術(shù)，夾雜物形態(tài)控制技術(shù)和控制軋制、控制冷卻技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，從而保證材料具有較高強(qiáng)度的同時(shí)具有良好的沖擊韌性。本發(fā)明的目的是提供一種屈服強(qiáng)度為420MPa級(jí)別的高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼及其生產(chǎn)方法。主要解決現(xiàn)有汽車車輪用鋼強(qiáng)度和韌性偏低，且強(qiáng)度和塑性不能良好匹配的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的思路是材料的成分采用低碳、低硅，用錳作為強(qiáng)化元素，用鋁進(jìn)行脫氧，并采用鈮、鈦微合金強(qiáng)化處理，采用夾雜物形態(tài)控制技術(shù)和控制軋制控制冷卻技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，不必進(jìn)行熱處理，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，材料的生產(chǎn)成本較低。該材料除具有高強(qiáng)度、高耐疲勞性能外，還具有良好的常溫及低溫沖擊韌性和良好的焊接、成型、冷彎等加工性能。該材料可用于汽車車輪及汽車其它部位結(jié)構(gòu)件。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼，其特征在于化學(xué)成分(重量百分?jǐn)?shù))如表1所示。表1設(shè)計(jì)化學(xué)成分<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明所述屈服強(qiáng)度為420MPa級(jí)別的高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼鋼中各元素的作用如下[碳]提高碳含量，對(duì)提高鋼的室溫強(qiáng)度和中溫強(qiáng)度有利，但大于0.09%對(duì)鋼的塑性、韌性、成型性、可焊性均不利，故碳含量控制不宜過(guò)高。[錳]提高鋼中錳含量，能擴(kuò)大Y區(qū)，降低Y—α轉(zhuǎn)變溫度，擴(kuò)大軋制范圍，使鐵素體晶粒的長(zhǎng)大機(jī)會(huì)大大減少，因而促進(jìn)了晶粒細(xì)化，增加鋼的強(qiáng)韌性，但錳含量高于1.2%，會(huì)相應(yīng)增加鋼的成本，也會(huì)增加碳當(dāng)量，不利于焊接。[硅]降低硅含量，對(duì)提高鋼的成型性、焊接性、韌性和塑性有利。[硫、磷]硫在鋼中形成硫化物夾雜，使其延展性和韌性降低。鋼軋制時(shí)，由于MnS夾雜隨著軋制方向延伸，使鋼的各向異性加重，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鋼板分層。同時(shí)含硫量高的鋼抗腐蝕能力大為降低，對(duì)鋼的焊接亦不利。磷高增加鋼的冷脆性，使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度上升，使鋼的沖擊韌性顯著下降，因此磷在鋼中的含量也愈少愈好。[鋁]:A1固溶在鋼中，對(duì)強(qiáng)度和韌性幾乎沒(méi)有影響，但以AlN形式存在時(shí)可以細(xì)化晶粒，使鋼的韌性得以改善。[鈦]鋼中加入微量鈦，不僅有利于鋼的脫氧，而且由于鋼中鈦的氮化物或碳化物的存在，可起著延遲奧氏體晶粒的再結(jié)晶和長(zhǎng)大的傾向，從而改善鋼的性能，尤其是沖擊韌性。[鈮]在鋼中形成氮化物或碳化物，有利于細(xì)化晶粒組織，發(fā)揮析出強(qiáng)化的作用。另外，鈮和鈦的復(fù)合加入，比各自單獨(dú)加入效果更加顯著，大大提高了本汽車車輪用鋼的強(qiáng)度和韌性。本發(fā)明還提供了一種高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼的生產(chǎn)方法，采用鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，吹A(chǔ)r站(或LF爐)保證底吹A(chǔ)r攪拌時(shí)間大于5分鐘，RH爐進(jìn)行成分微調(diào)、真空循環(huán)脫氣處理，連鑄采用低碳鋼保護(hù)渣，全程吹A(chǔ)r保護(hù)澆鑄，獲得鋼的化學(xué)成分(重量百分?jǐn)?shù))如表2所示。表2板坯化學(xué)成分<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。鋼坯在連續(xù)爐內(nèi)加熱，在爐時(shí)間150170分鐘，加熱溫度控制在1190_1250°C，采用兩階段控制軋制，粗軋出口溫度1000-1100°c，在930°C以上開(kāi)始精軋，累計(jì)壓下率^80%，精軋終軋溫度<880°C，并且隨著成品板卷厚度的增加精軋終軋溫度應(yīng)相應(yīng)降低，然后層流冷卻至550-650°C進(jìn)行卷取，隨著成品板卷厚度的增加應(yīng)相應(yīng)降低卷取溫度，然后再空冷至室溫。本發(fā)明鋼種軋后不需要進(jìn)行熱處理，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明在一般C-Mn鋼成分的基礎(chǔ)上，通過(guò)降低C、Si含量，復(fù)合添加強(qiáng)化元素Nb、Ti等微合金元素，采用低溫終軋，快速冷卻等生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)，使板卷的屈服強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到420MPa以上，具有以下特點(diǎn)1本發(fā)明材料具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到420MPa以上，比以往汽車車輪用鋼的強(qiáng)度大大提高，增加了承重能力，適合鋼板減薄設(shè)計(jì)，從而降低汽車的生產(chǎn)成本；而且該材料還具有良好的低溫沖擊韌性，適合各種環(huán)境條件下使用，特別是提高了汽車在冬季的安全運(yùn)行。2本發(fā)明材料具有優(yōu)良的耐疲勞性能，能確保汽車在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中處于安全狀態(tài)，減少事故的發(fā)生。3本發(fā)明材料具有優(yōu)良的焊接性能，通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)和焊接材料選取，可以有效提高焊接效率，獲得良好的焊接接頭性能。4本發(fā)明材料采用控軋控冷工藝生產(chǎn)，以熱軋狀態(tài)交貨，無(wú)需進(jìn)行熱處理，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低，該技術(shù)可以較方便地推廣到其他相關(guān)企業(yè)。具體實(shí)施例方式通過(guò)合理的合金配方，按照本發(fā)明材料成分設(shè)計(jì)的要求，采用鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，吹A(chǔ)r站(或LF爐)保證底吹A(chǔ)r攪拌時(shí)間大于5分鐘，RH爐進(jìn)行成分微調(diào)、真空循環(huán)脫氣處理，同時(shí)喂適量的鐵_鈣線，連鑄采用低碳鋼保護(hù)渣，全程吹A(chǔ)r保護(hù)澆鑄，澆鑄成210mm厚的連鑄板坯。連鑄板坯再加熱后，通過(guò)粗軋軋機(jī)和精軋連軋機(jī)組在再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)控制軋制后，進(jìn)行控制冷卻，然后進(jìn)行卷取，生產(chǎn)出合格的汽車車輪用熱軋板卷。實(shí)施例1成品規(guī)格4·OX1250XCmm其化學(xué)成分為(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>板坯加熱溫度1230°C;粗軋結(jié)束溫度1080°C;精軋開(kāi)始溫度1006°C；精軋壓縮比87·5%;精軋結(jié)束溫度873°C；卷取溫度620°C;其性能指標(biāo)為180°彎曲試驗(yàn)下屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa斷后伸長(zhǎng)率/%<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注1.拉伸試驗(yàn)取縱向試樣。2.彎曲試驗(yàn)規(guī)定值適用于橫向試樣，彎曲試樣寬度b=25miri。實(shí)施例2成品規(guī)格5·0X1250XCmm其化學(xué)成分為(wt%)C%Si%Mn%P%S%Nb%Ti%Alt%0.07590.0350.9750.0150.00720.0510.Oil0.0341板坯加熱溫度1210°C;粗軋結(jié)束溫度1030°C;精軋開(kāi)始溫度980°C；精軋壓縮比87%；精軋結(jié)束溫度868°C；卷取溫度580°C；其性能指標(biāo)為<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例3成品規(guī)格6·OX1250XCmm其化學(xué)成分為(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>板坯加熱溫度1200°C;粗軋結(jié)束溫度1000°C;精軋開(kāi)始溫度950°C；精軋壓縮比85%；精軋結(jié)束溫度850°C；卷取溫度560°C；其性能指標(biāo)為<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求一種高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼，其特征在于化學(xué)成分重量百分?jǐn)?shù)為C％0.05～0.09，Si％≤0.060，Mn％0.90～1.20，P％≤0.022，S％≤0.010，Nb％0.040～0.060，Ti％0.010～0.025，Alt％0.015～0.045，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。2.—種生產(chǎn)權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼的方法，其特征在于包括以下步驟采用鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，吹A(chǔ)r站或LF爐，保證底吹A(chǔ)r攪拌時(shí)間大于5分鐘，RH爐進(jìn)行成分微調(diào)、真空循環(huán)脫氣處理，連鑄采用低碳鋼保護(hù)渣，全程吹A(chǔ)r保護(hù)澆鑄，獲得鋼坯滿足權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼的化學(xué)成分，鋼坯在連續(xù)爐內(nèi)加熱，在爐時(shí)間150170分鐘，加熱溫度控制在1190-1250°C，采用兩階段控制軋制，粗軋出口溫度1000-1100°C，在930°C以上開(kāi)始精軋，累計(jì)壓下率彡80%，精軋終軋溫度彡880°C,并且隨著成品板卷厚度的增加精軋終軋溫度應(yīng)相應(yīng)降低，然后層流冷卻至550-650°C進(jìn)行卷取，隨著成品板卷厚度的增加應(yīng)相應(yīng)降低卷取溫度，然后再空冷至室溫。全文摘要本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼及其生產(chǎn)方法，主要解決現(xiàn)有汽車車輪用鋼強(qiáng)度和韌性偏低，且強(qiáng)度和塑性不能良好匹配的技術(shù)問(wèn)題。其技術(shù)方案一種高強(qiáng)度高韌性汽車車輪用鋼，其特征在于化學(xué)成分重量百分?jǐn)?shù)為C％0.05～0.09，Si％≤0.060，Mn％0.90～1.20，P％≤0.022，S％≤0.010，Nb％0.040～0.060，Ti％0.010～0.025，Alt％0.015～0.045，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。采用兩階段控制軋制，粗軋出口溫度1000-1100℃，在930℃以上開(kāi)始精軋，累計(jì)壓下率≥80％，精軋終軋溫度≤880℃，然后層流冷卻至550-650℃進(jìn)行卷取。本發(fā)明主要用于生產(chǎn)汽車車輪用鋼。文檔編號(hào)C22C33/04GK101812637SQ200910024508公開(kāi)日2010年8月25日申請(qǐng)日期2009年2月19日優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日發(fā)明者萬(wàn)蘭鳳,吳浩方,殷勝,韓孝永申請(qǐng)人:上海梅山鋼鐵股份有限公司