CN101812637A - 一种高强度高韧性汽车车轮用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度高韧性汽车车轮用钢及其生产方法，主要解决现有汽车车轮用钢强度和韧性偏低，且强度和塑性不能良好匹配的技术问题。其技术方案：一种高强度高韧性汽车车轮用钢，其特征在于化学成分重量百分数为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，余量为Fe及不可避免的杂质元素。采用两阶段控制轧制，粗轧出口温度1000-1100℃，在930℃以上开始精轧，累计压下率≥80％，精轧终轧温度≤880℃，然后层流冷却至550-650℃进行卷取。本发明主要用于生产汽车车轮用钢。

Description

一种高强度高韧性汽车车轮用钢及其生产方法

技术领域：

本发明涉及一种高强度高韧性汽车车轮用钢及其生产方法，属低合金高强度结构钢制造领域。

背景技术：

汽车技术的发展对零部件的结构性能要求越来越高，车轮是汽车行驶的主要安全部件，同时也是影响整车性能的重要因素。车轮的结构分为两类：一是用轧制成的轮辋型钢卷圈后与冲压成形的轮辐焊接成车轮；二是用钢板滚压成型的轮辋与冲压成形的轮辐焊接成的车轮即滚型车轮，它无需内胎，具有精度高、质量轻、良好的动平衡性、高的疲劳寿命等优点。随着国内汽车工业的发展，特别是轿车工业的兴起，高质量要求的滚型车轮用钢板的开发与应用势在必行。目前，轿车、轻型客车、小吨位轻型载货车都采用滚型车轮。

滚型车轮的生产必须解决成形、焊接等工艺难题，形状复杂和高疲劳寿命的轮辐成形、轮辋滚压及焊接、轮辐与轮辋的焊接等工艺，都依赖于钢板的合适成份与良好的性能，特别是车轮的疲劳寿命主要取决于车轮结构、材料及制造工艺，对于引进车型的车轮，材料和工艺是影响车轮质量的关健。

由以上可知，车轮的性能不仅影响汽车行驶的安全性和操纵的稳定性，而且自身重量对燃油消耗有很大影响。目前国内车轮用钢普遍强度偏低、钢板较厚，比国外重10％～20％，所以降低成本、减少油耗、降低车轮重量迫在眉捷。

本发明之前，专利CN90103577.7“一种汽车滚型车轮用钢”，钢中[Si]含量控制在0.17～0.60％，并且需要添加一定量的稀土元素，含量控制在0.003％左右，钢坯的加热温度控制在1290～1310℃，材料的屈服强度为340MPa，冲击韧性值未列出；而本发明钢中[Si]含量不大于0.06％，不需要添加稀土元素，钢坯的加热温度控制在1190-1250℃，材料的屈服强度大于420MPa，6mm厚的板卷-20℃V型冲击功达到了192J。从以上对比可以看出，不但本发明材料的强度和韧性优于对比材料，而且由于合金元素和钢坯加热温度的降低，降低了生产成本。

发明内容：

为了满足轿车车轮的制造工艺和使用要求，必须使车轮用钢的强度与塑性有良好的匹配，同时还要有良好的焊接性，因此对钢的化学成份必须进行严格的控制，以保证材料具有良好的综合性能。

鉴于以上目的，本发明采用低碳微合金化处理技术，夹杂物形态控制技术和控制轧制、控制冷却技术进行生产，从而保证材料具有较高强度的同时具有良好的冲击韧性。

本发明的目的是提供一种屈服强度为420MPa级别的高强度高韧性汽车车轮用钢及其生产方法。主要解决现有汽车车轮用钢强度和韧性偏低，且强度和塑性不能良好匹配的技术问题。本发明的思路是材料的成分采用低碳、低硅，用锰作为强化元素，用铝进行脱氧，并采用铌、钛微合金强化处理，采用夹杂物形态控制技术和控制轧制控制冷却技术进行生产，不必进行热处理，生产周期短，生产方法简单，材料的生产成本较低。该材料除具有高强度、高耐疲劳性能外，还具有良好的常温及低温冲击韧性和良好的焊接、成型、冷弯等加工性能。该材料可用于汽车车轮及汽车其它部位结构件。

为达到上述目的，本发明设计了一种高强度高韧性汽车车轮用钢，其特征在于化学成分(重量百分数)如表1所示。

表1设计化学成分

C％	Si％	Mn％	P％	S％	Nb％	Ti％	Alt％
								0.05～0.09	≤0.060	0.90～1.20	≤0.022	≤0.010	0.040～0.060	0.010～0.025	0.015～0.045

余量为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明所述屈服强度为420MPa级别的高强度高韧性汽车车轮用钢钢中各元素的作用如下：

[碳]：提高碳含量，对提高钢的室温强度和中温强度有利，但大于0.09％对钢的塑性、韧性、成型性、可焊性均不利，故碳含量控制不宜过高。

[锰]：提高钢中锰含量，能扩大γ区，降低γ→α转变温度，扩大轧制范围，使铁素体晶粒的长大机会大大减少，因而促进了晶粒细化，增加钢的强韧性，但锰含量高于1.2％，会相应增加钢的成本，也会增加碳当量，不利于焊接。

[硅]：降低硅含量，对提高钢的成型性、焊接性、韧性和塑性有利。

[硫、磷]：硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。钢轧制时，由于MnS夹杂随着轧制方向延伸，使钢的各向异性加重，严重时导致钢板分层。同时含硫量高的钢抗腐蚀能力大为降低，对钢的焊接亦不利。磷高增加钢的冷脆性，使钢的脆性转变温度上升，使钢的冲击韧性显著下降，因此磷在钢中的含量也愈少愈好。

[铝]：Al固溶在钢中，对强度和韧性几乎没有影响，但以AlN形式存在时可以细化晶粒，使钢的韧性得以改善。

[钛]：钢中加入微量钛，不仅有利于钢的脱氧，而且由于钢中钛的氮化物或碳化物的存在，可起着延迟奥氏体晶粒的再结晶和长大的倾向，从而改善钢的性能，尤其是冲击韧性。

[铌]：在钢中形成氮化物或碳化物，有利于细化晶粒组织，发挥析出强化的作用。另外，铌和钛的复合加入，比各自单独加入效果更加显著，大大提高了本汽车车轮用钢的强度和韧性。

本发明还提供了一种高强度高韧性汽车车轮用钢的生产方法，采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar站(或LF炉)保证底吹Ar搅拌时间大于5分钟，RH炉进行成分微调、真空循环脱气处理，连铸采用低碳钢保护渣，全程吹Ar保护浇铸，获得钢的化学成分(重量百分数)如表2所示。

表2板坯化学成分

C％	Si％	Mn％	P％	S％	Nb％	Ti％	Alt％
								0.05～0.09	≤0.060	0.90～1.20	≤0.022	≤0.010	0.040～0.060	0.010～0.025	0.015～0.045

余量为Fe及不可避免的杂质元素。

钢坯在连续炉内加热，在炉时间150～170分钟，加热温度控制在1190-1250℃，采用两阶段控制轧制，粗轧出口温度1000-1100℃，在930℃以上开始精轧，累计压下率≥80％，精轧终轧温度≤880℃，并且随着成品板卷厚度的增加精轧终轧温度应相应降低，然后层流冷却至550-650℃进行卷取，随着成品板卷厚度的增加应相应降低卷取温度，然后再空冷至室温。本发明钢种轧后不需要进行热处理，生产工艺简单，降低了生产成本。

本发明具有以下优点：本发明在一般C-Mn钢成分的基础上，通过降低C、Si含量，复合添加强化元素Nb、Ti等微合金元素，采用低温终轧，快速冷却等生产工艺进行生产，使板卷的屈服强度指标达到420MPa以上，具有以下特点：

1本发明材料具有优良的综合力学性能，屈服强度指标达到420MPa以上，比以往汽车车轮用钢的强度大大提高，增加了承重能力，适合钢板减薄设计，从而降低汽车的生产成本；而且该材料还具有良好的低温冲击韧性，适合各种环境条件下使用，特别是提高了汽车在冬季的安全运行。

2本发明材料具有优良的耐疲劳性能，能确保汽车在长期运行过程中处于安全状态，减少事故的发生。

3本发明材料具有优良的焊接性能，通过合理的成分设计和焊接材料选取，可以有效提高焊接效率，获得良好的焊接接头性能。

4本发明材料采用控轧控冷工艺生产，以热轧状态交货，无需进行热处理，生产工艺简单，生产成本较低，该技术可以较方便地推广到其他相关企业。

具体实施方式：

通过合理的合金配方，按照本发明材料成分设计的要求，采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar站(或LF炉)保证底吹Ar搅拌时间大于5分钟，RH炉进行成分微调、真空循环脱气处理，同时喂适量的铁-钙线，连铸采用低碳钢保护渣，全程吹Ar保护浇铸，浇铸成210mm厚的连铸板坯。连铸板坯再加热后，通过粗轧轧机和精轧连轧机组在再结晶区和未再结晶区控制轧制后，进行控制冷却，然后进行卷取，生产出合格的汽车车轮用热轧板卷。

实施例1：

成品规格：4.0×1250×Cmm

其化学成分为(wt％)：

C％	Si％	Mn％	P％	S％	Nb％	Ti％	Alt％
								0.0663	0.026	1.142	0.015	0.0037	0.042	0.013	0.022

板坯加热温度：1230℃；

粗轧结束温度：1080℃；

精轧开始温度：1006℃；

精轧压缩比：87.5％；

精轧结束温度：873℃；

卷取温度：620℃；

其性能指标为：

实施例2：

成品规格：5.0×1250×C mm

其化学成分为(wt％)：

C％	Si％	Mn％	P％	S％	Nb％	Ti％	Alt％
								0.0759	0.035	0.975	0.015	0.0072	0.051	0.011	0.0341

板坯加热温度：1210℃；

粗轧结束温度：1030℃；

精轧开始温度：980℃；

精轧压缩比：87％；

精轧结束温度：868℃；

卷取温度：580℃；

其性能指标为：

实施例3：

成品规格：6.0×1250×C mm

其化学成分为(wt％)：

C％	Si％	Mn％	P％	S％	Nb％	Ti％	Alt％
								0.0598	0.031	1.099	0.017	0.0066	0.055	0.016	0.039

板坯加热温度：1200℃；

粗轧结束温度：1000℃；

精轧开始温度：950℃；

精轧压缩比：85％；

精轧结束温度：850℃；

卷取温度：560℃；

其性能指标为：

Claims (2)

1.一种高强度高韧性汽车车轮用钢，其特征在于化学成分重量百分数为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，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.一种生产权利要求1所述高强度高韧性汽车车轮用钢的方法，其特征在于包括以下步骤：采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar站或LF炉，保证底吹Ar搅拌时间大于5分钟，RH炉进行成分微调、真空循环脱气处理，连铸采用低碳钢保护渣，全程吹Ar保护浇铸，获得钢坯满足权利要求1所述高强度高韧性汽车车轮用钢的化学成分，钢坯在连续炉内加热，在炉时间150～170分钟，加热温度控制在1190-1250℃，采用两阶段控制轧制，粗轧出口温度1000-1100℃，在930℃以上开始精轧，累计压下率≥80％，精轧终轧温度≤880℃，并且随着成品板卷厚度的增加精轧终轧温度应相应降低，然后层流冷却至550-650℃进行卷取，随着成品板卷厚度的增加应相应降低卷取温度，然后再空冷至室温。