CN101831585A

CN101831585A - 一种高强汽车车轮用钢及其制造方法

Info

Publication number: CN101831585A
Application number: CN 201010183475
Authority: CN
Inventors: 周志伟; 赵林; 崔阳; 张鹏程; 徐海卫; 李飞; 李明; 朱国森; 武军宽; 包春林; 周德光
Original assignee: Shougang Corp; Hebei Shougang Qianan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shougang Co Ltd; Shougang Corp; Hebei Shougang Qianan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2010-09-15

Abstract

一种高强汽车车轮用钢及其制造方法，属于高强冲压用钢技术领域。车轮钢的成分为：C：0.07～0.12％，Si：0.01～0.1％，Mn：1.0～1.2％，P：0.008～0.015％，S：≤0.006％，Al：0.020～0.040％，余量为Fe及其它杂质元素；均为重量百分比。制造工艺为：铁水预处理脱硫→顶底复吹转炉→LF炉精炼处理→板坯连铸→热轧→成品。优点在于，采用该发明，与以前的车轮用钢相比，在不添加贵金属Nb等强化元素的条件下抗拉强度可达到380～480MPa，延伸率在26.0～43.0％。其合金化成本低，可获得高强度、高疲劳性能和高冲压性能钢板，有效地降低了车身自重，减少了油耗，是用于生产汽车轮辋、轮辐的理想板材。

Description

一种高强汽车车轮用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于高强冲压用钢技术领域，特别是提供了一种高强度汽车车轮用钢的制造方法。

背景技术

近几年随着国内汽车工业的大力发展，汽车车轮行业也在材质和结构上迅猛发展。为使我国汽车工业独立自主地发展，减少国外进口钢材的数量，在保证钢材强度、刚度，减轻车重的基础上，对车轮用钢进行系列性、专用化的研究，以满足汽车工业的急需，是当前的紧迫任务。

目前国内车轮用钢普遍使用Q235B等热轧板卷，强度偏低、疲劳性能差，钢板厚而重。但是近几年随着汽车工业的发展以及对高强车轮钢需求的增加，国内钢厂开始重视汽车车轮专用钢材的开发。车轮用钢不仅仅要求高强度，而且对钢板的成形性、焊接性能、扩孔性能和疲劳性能等都有很高的要求。

“钛在汽车轮钢中的作用及合金化工艺探讨”(《钢铁》，Vol.36(2001)，p.48)介绍在制造汽车车轮用钢时加入Ti( )，含量为0.014-0.100％。“鞍钢ASP线汽车车轮用钢的研制”(《汽车工艺与材料》，Vo1.6(2004)，p.57)叙述在制造汽车车轮用钢时加入Nb，加入量≤0.030％，热轧后抗拉强度为460MPa。但是Nb和Ti都属于贵重元素，显然增加了制造成本。因此，低成本、高强度车轮用钢的开发迫在眉捷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度汽车车轮用钢的制造方法，解决了目前国内车轮用钢普遍强度偏低、钢板较厚和疲劳性能差、生产成本偏高的问题，使车身减重、减少油耗、节约能源。

本发明的技术方案是：

1、一种高强汽车车轮用钢，其特征在于：其化学成分重量百分比：C：0.07～0.12％，Si：0.01～0.1％，Mn：1.0～1.2％，P：0.008～0.015％，S：≤0.006％，Al_t：0.020～0.040％，余量为Fe及其它杂质元素。

2、一种高强汽车车轮用钢的生产方法，该车轮用钢的成分为：C：0.07～0.12％，Si：0.01～0.1％，Mn：1.0～1.2％，P：0.008～0.015％，S：≤0.006％，Al_t：0.020～0.040％，余量为Fe及其它杂质元素；均为重量百分比，其特征在于：(1)铁水预处理阶段脱硫至≤0.015％；(2)转炉冶炼阶段控制钢中终点P≤0.015％，终点S≤0.020％；(3)LF炉精炼阶段控制终点P在0.008～0.015％，终点S≤0.006％；(4)连铸阶段采用氩气全保护浇铸；板坯进入加热炉，加热温度控制在1210～1290℃，加热时间控制在2.8～3.5小时，经粗轧后出口温度控制在1000～1080℃，精轧后终轧温度控制在800～860℃，最后经层流冷却至卷取温度540～640℃。

本发明在满足强度、延伸率条件下，为了获得更好的疲劳性和冲压性，对车轮钢进行了成分调整，通过调节C、Si、Mn的含量和生产工艺，使强度级别在380～480MPa变化，延伸率在26.0～43.0％，其合金成分如表1所示。

表1 高强汽车车轮用钢的合金成分(Wt.％)

C	Si	Mn	P	S	Alt
C	Si	Mn	P	S	Alt	0.07～0.12	0.01～0.1	1.0～1.2	0.008～0.015	≤0.006	0.020～0.040

下面对于本发明要求范围给予说明：碳元素能够显著提高钢材的抗拉强度本发明要求钢中C含量为0.07～0.12％，C含量大于0.12％会影响钢板的成形性和焊接性能，C含量小于0.07％会导致抗拉强度和疲劳寿命降低；钢中Si含量要求在0.01～0.1％，Si含量大于0.3％会导致钢中SiO₂·MnO·Al₂O₃体系夹杂物过多，从而影响钢板的焊接性能；钢中Mn含量要求为1.0～1.2％，Mn元素能够改善钢材的力学性能，Mn含量大于1.50％不仅仅能够引起上述夹杂物问题，而且可能会导致钢中层状马氏体生成，影响了钢板的扩孔性能，Mn含量小于1.0％可能会导致力学性能不合；钢中P含量要求在0.008～0.015％，P含量大于0.030％会导致钢板塑性及韧性下降；钢中S元素要求小于0.006％，S含量大于0.006％会影响钢板焊接性能和扩孔性能；钢中全铝Al_t要求为0.020～0.040％，Al_t大于0.040％不仅仅会导致连铸水口堵塞，而且会导致钢中夹杂物超标，影响了成型性能和焊接性能等，Al_t小于0.020％会导致钢中氧难以控制在低含量；钢板中氧含量过高会导致夹杂物超标和车轮成品的疲劳寿命降低，氮含量过高会降低钢的塑性、韧性和冲击性能，因此本发明要求在连铸阶段实施氩气全保护浇铸，以防止二次氧化和钢水增氮。铁水预处理阶段要求脱硫至≤0.015％，脱硫效果不好会增加LF炉精炼负担，导致成本增加；转炉冶炼阶段要求钢中终点P≤0.015％和终点S≤0.020％，以防止钢板中P和S元素带来的影响；LF炉精炼阶段要求终点P在0.008～0.015％，终点S≤0.006％，以防止钢板中P和S元素带来的影响。

轧制时加热温度不应过高，加热时间不应太长，避免表面过热过烧和严重氧化铁皮的产生，选择1210～1290℃之间较合适；对各轧制温度点要严格控制，选择合理的粗轧出口温度，保证后期轧制温降在一个合适范围，故此温度不应低于1000℃，控制在1000～1080℃；终轧温度不应太低，避免组织中产生混晶，在800℃以上终轧合适，控制在800～860℃；卷取温度应控制在合理范围，过高会使强度太低，而过低的卷取温度会使得塑性变差，故选择540～640℃作为一个合理的卷取温度区间。

本发明的技术效果：采用该发明，与以前的车轮用钢相比，高强车轮钢的抗拉强度可达到380～480MPa，延伸率在26.0～43.0％。其合金化成本低，可获得高强度、高疲劳性能和高冲压性能钢板，有效地降低了车身自重，减少了油耗，是用于生产汽车轮辋、轮辐的理想板材。

具体实施方式：

高强汽车车轮用钢的生产工艺如下：

(1)炼钢工艺：首先进行铁水预处理脱硫，脱硫后终点硫含量≤0.005％；然后进行转炉冶炼，钢水终点目标温度1610-1680℃，终点碳含量为0.03～0.05％，终点硫含量≤0.010％，终点磷含量≤0.012％，转炉出钢过程采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为1.2～2.2kg/t，采用Mn-Fe合金调整Mn含量，可以调整Mn含量至1.0～1.2％，也可以调整至接近1.0％，转炉出钢后加铝粒进行渣脱氧，Al加入量为0.09～0.20kg/t，保证渣脱氧后渣中全铁含量≤5％，钢中其它成分含量几乎不变；在LF炉精炼处理过程，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫，终点硫含量≤0.006％，采用Mn-Fe调整Mn含量至1.0～1.2％，，采用Si-Fe调整硅含量至0.01～0.1％，精炼结束温度控制在1540～1590℃，钢中LF炉精炼终点各成分含量达到表1要求；最后是连铸阶段，为防止钢水二次氧化和增氮，采用氩气全保护浇铸，为防止卷渣，结晶器液面波动在±3mm；

(2)热轧工艺：板坯进入加热炉，加热温度控制在1210～1290℃，加热时间2.8～3.5小时，经粗轧后出口温度控制在1000～1080℃，经6机架精轧后终轧温度控制在800～860℃，最后经层流冷却至卷取温度540～640℃。轧件出精轧机后，尽可能快冷却速度冷却到目标卷取温度。

实施例1：

按照高强汽车车轮用钢的生产工艺在现场试制生产车轮钢1号。

冶炼工艺如下：首先进行铁水预处理脱硫，然后进行转炉冶炼，终点目标温度1660℃，采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为2kg/t，采用Mn-Fe合金配Mn，出钢后加铝粒进行渣脱氧，Al加入量为1.2kg/t；接下来是LF炉精炼处理，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫，采用Mn-Fe调Mn，采用Si-Fe调Si，精炼结束温度控制在1560℃，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫；最后是连铸阶段，采用氩气全保护浇铸，结晶器液面波动在±3mm。按表2所示工艺严格控制炼钢终点，表3为板坯熔炼成分。

对于表3的成分，配以合适的轧钢工艺如下：板坯进入加热炉，加热温度控制在1240℃，加热时间3.5h，经粗轧后出口温度控制在1020℃，经6机架精轧后终轧温度控制在830℃，最后经层流冷却至卷取温度580℃，如表4所示。

成品车轮钢板经检测力学性能如表5所示。

对于本发明的车轮钢热轧板卷，已经大批量供给国内两家车轮厂进行制造车轮钢的轮辐和轮辋，表面质量、成形性、力学性能和焊接性能都达到了用户的要求。特别是钢号1的产品，国内某车轮厂制成轮辐后进行了弯曲疲劳试验，在加载系数为1.5的条件下循环次数达到了31万次，远高于国标GB/T5909-1995的要求。

表2 炼钢工艺控制(Wt.％)

钢号	预处理终点S	转炉终点P	转炉终点S	LF炉终点P	LF炉终点S
钢号	预处理终点S	转炉终点P	转炉终点S	LF炉终点P	LF炉终点S	1	0.005	0.006	0.008	0.010	0.006

表3 板坯熔炼成分(Wt.％)

钢号	C	Si	Mn	P	S	Alt	O	N
钢号	C	Si	Mn	P	S	Alt	O	N	1	0.07	0.01	1.02	0.010	0.006	0.023	-	-

表4 轧钢工艺控制

钢号	成品厚度/mm	加热温度/℃	加热时间/h	粗轧出口温度/℃	精轧终轧温度/℃	卷取温度/℃
钢号	成品厚度/mm	加热温度/℃	加热时间/h	粗轧出口温度/℃	精轧终轧温度/℃	卷取温度/℃	1	14	1240	3.5	1020	830	580

表5 力学性能

钢号	厚度/mm	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/％
钢号	厚度/mm	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/％	1	14	300	380	26.0

实施例2

按照高强汽车车轮用钢的生产工艺在现场试制生产车轮钢2号。

冶炼工艺如下：首先进行铁水预处理脱硫，然后进行转炉冶炼，终点目标温度1670℃，采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为2kg/t，采用Mn-Fe合金配Mn，出钢后加铝粒进行渣脱氧，Al加入量为1.2kg/t；接下来是LF炉精炼处理，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫，采用Mn-Fe调Mn，采用Si-Fe调Si，精炼结束温度控制在1570℃，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫；最后是连铸阶段，采用氩气全保护浇铸，结晶器液面波动在±3mm。按表6所示工艺严格控制炼钢终点，表7为板坯熔炼成分。

对于表7的成分，配以合适的轧钢工艺如下：板坯进入加热炉，加热温度控制在1240℃，加热时间3.5h，经粗轧后出口温度控制在1020℃，经6机架精轧后终轧温度控制在830℃，最后经层流冷却至卷取温度580℃，如表8所示。

成品车轮钢板经检测力学性能如表9所示。

表6 炼钢工艺控制(Wt.％)

钢号	预处理终点S	转炉终点P	转炉终点S	LF炉终点P	LF炉终点S
钢号	预处理终点S	转炉终点P	转炉终点S	LF炉终点P	LF炉终点S	2	0.005	0.005	0.011	0.012	0.004

表7 板坯熔炼成分(Wt.％)

钢号	C	Si	Mn	P	S	Al_t	O	N
钢号	C	Si	Mn	P	S	Al_t	O	N	2	0.09	0.09	1.13	0.011	0.004	0.034	0.0021	0.0035

表8 轧钢工艺控制

钢号	成品厚度/mm	加热温度/℃	加热时间/h	粗轧出口温度/℃	精轧终轧温度/℃	卷取温度/℃
钢号	成品厚度/mm	加热温度/℃	加热时间/h	粗轧出口温度/℃	精轧终轧温度/℃	卷取温度/℃	2	6.8	1240	3.5	1020	830	580

表9 力学性能

钢号	厚度/mm	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/％
钢号	厚度/mm	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/％	2	6.8	350	460	33.5

实例3

按照高强汽车车轮用钢的生产工艺在现场试制生产车轮钢3号。

冶炼工艺如下：首先进行铁水预处理脱硫，然后进行转炉冶炼，终点目标温度1680℃，采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为2kg/t，采用Mn-Fe合金配Mn，出钢后加铝粒进行渣脱氧，Al加入量为1.2kg/t；接下来是LF炉精炼处理，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫，采用Mn-Fe调Mn，采用Si-Fe调Si，精炼结束温度控制在1580℃，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫；最后是连铸阶段，采用氩气全保护浇铸，结晶器液面波动在±3mm。按表10所示工艺严格控制炼钢终点，表11为板坯熔炼成分。

对于表11的成分，配以合适的轧钢工艺如下：板坯进入加热炉，加热温度控制在1260℃，加热时间3.5h，经粗轧后出口温度控制在1010℃，经6机架精轧后终轧温度控制在830℃，最后经层流冷却至卷取温度580℃，如表12所示。

成品车轮钢板经检测力学性能如表13所示。

表10 炼钢工艺控制(Wt.％)

钢号	预处理终点S	转炉终点P	转炉终点S	LF炉终点P	LF炉终点S
钢号	预处理终点S	转炉终点P	转炉终点S	LF炉终点P	LF炉终点S	3	0.005	0.009	0.013	0.013	0.003

表11 板坯熔炼成分(Wt.％)

钢号	C	Si	Mn	P	S	Al_t	O	N
钢号	C	Si	Mn	P	S	Al_t	O	N	3	0.12	0.10	1.17	0.013	0.003	0.036	-	-

表12 轧钢工艺控制

钢号	成品厚度/mm	加热温度/℃	加热时间/h	粗轧出口温度/℃	精轧终轧温度/℃	卷取温度/℃
钢号	成品厚度/mm	加热温度/℃	加热时间/h	粗轧出口温度/℃	精轧终轧温度/℃	卷取温度/℃	3	13	1260	3.5	1010	830	580

表13 力学性能

钢号	厚度/mm	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/％
钢号	厚度/mm	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/％	3	13	340	475	28.0

Claims

1.一种高强汽车车轮用钢，其特征在于：其化学成分重量百分比：C：0.07～0.12％，Si：0.01～0.1％，Mn：1.0～1.2％，P：0.008～0.015％，S：≤0.006％，Al_t：0.020～0.040％，余量为Fe及其它杂质元素。

2.一种高强汽车车轮用钢的生产方法，该车轮用钢的成分为：C：0.07～0.12％，Si：0.01～0.1％，Mn：1.0～1.2％，P：0.008～0.015％，S：≤0.006％，Al_t：0.020～0.040％，余量为Fe及其它杂质元素；均为重量百分比，其特征在于：(1)铁水预处理阶段脱硫至≤0.015％；(2)转炉冶炼阶段控制钢中终点P≤0.015％，终点S≤0.020％；(3)LF炉精炼阶段控制终点P在0.008～0.015％，终点S≤0.006％；(4)连铸阶段采用氩气全保护浇铸；板坯进入加热炉，加热温度控制在1210～1290℃，加热时间控制在2.8～3.5小时，经粗轧后出口温度控制在1000～1080℃，精轧后终轧温度控制在800～860℃，最后经层流冷却至卷取温度540～640℃。