CN102127706A

CN102127706A - 一种高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢及其制造方法

Info

Publication number: CN102127706A
Application number: CN 201010622948
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; 尹娜
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Co Ltd; Shougang Corp
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-07-20

Abstract

一种高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢及其制造方法，属于高强冲压重卡汽车车轮用钢技术领域。车轮钢的成分为：C：0.12～0.14％，Si：≤0.05％，Mn：1.1～1.3％，P：0.008～0.015％，S：≤0.003％，Al_t：0.030～0.060％，Nb：0.015～0.025％，Ti：0.01～0.02％，0：≤23ppm，N：≤33ppm，余量为Fe及不可避免的杂质。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，与以前的车轮用钢相比，抗拉强度可达到500MPa以上，延伸率在30％以上，其制成的钢圈弯曲疲劳寿命到达50万次以上，径向疲劳寿命达到145万次以上，车轮减重12～15％。有效地降低了车身自重，减少了油耗，是用于生产重卡汽车轮辋、轮辐的理想板材。

Description

一种高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢及其制造方法

技术领域

本发明属于高强冲压重卡汽车车轮用钢技术领域，特别是提供了一种高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢及其制造方法。

背景技术

目前，国内重卡汽车市场主要以380CL为车轮钢圈主要制造材料，但其强度和疲劳寿命较低，在重卡行使过程中非常容易出现疲劳断裂而发生车祸危险，且其制成的钢圈规格较厚，增加了车身自重，不利于节能环保。

为使我国汽车工业特别是重卡领域的独立自主发展，降低对国外进口钢材的依赖性，在保证钢材塑性、韧性、刚度、减轻车重的基础上，对车轮用钢进行高强化和高疲劳性能化的研究，以满足重卡汽车工业的急需。近几年，随着重卡汽车工业的发展以及对高强度高疲劳寿命车轮钢需求的增加，国内钢厂开始重视重卡汽车车轮专用钢材的开发。高疲劳寿命一般都伴随着强度的提高，故保证一定的强度富余量是提高疲劳寿命的必要条件之一。车轮用钢不仅仅要求高强度，而且对钢板的塑性、成形性、焊接性能、扩孔性能，特别是疲劳寿命都有着很高的要求。

汽车减重和节能是今后的发展趋势，随着国家相关政策的日趋严格和终端用户意识的提高，需要开发研制高强度高疲劳寿命的车轮钢，以满足日益发展的市场需求。采用高强度高疲劳寿命钢材，与传统的材料和工艺相比，能使车轮减重10％以上，节约燃油的经济性及环保不容小视；此外，高的疲劳寿命提高了汽车的行驶里程，大大增加了行驶中的安全性。因此，急需研发高强度高疲劳寿命车轮用钢。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢的制造方法，解决了目前国内重卡汽车车轮用钢普遍强度偏低、钢板较厚和疲劳寿命较差的问题，使车身减重、减少油耗、节约能源得以实现。

本发明在满足强度、延伸率条件下，为了获得更好的疲劳寿命，对于原来的车轮钢进行成分调整，严格控制S、N、O的含量，通过Nb、Ti微合金化，使抗拉强度级别在500MPa以上，延伸率在30％以上，其制成的钢圈弯曲疲劳寿命到达50万次以上，径向疲劳寿命达到145万次以上，车轮减重12～15％。合金成分如表1所示。

表1车轮钢的合金成分(Wt.％)余量为Fe及不可避免的杂质

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0.12～0.14％，C含量过大会影响钢板的成形性和焊接性能，而C含量过小会导致抗拉强度和疲劳寿命降低；钢中Si含量要求小于0.05％，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，且Si含量过高会影响钢卷的表面质量，从而影响其疲劳寿命；钢中Mn含量要求为1.1～1.3％，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；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0.003％，大于0.006％会影响钢板焊接性能和扩孔性能，且控制S含量在一个较低的水平也是保证高疲劳寿命的一个重要因素；钢中全铝Al_t要求为0.030～0.060％，Al₁含量过大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，而Al_t含量小于0.020％会导致钢中氧难以控制在低含量；钢中加入少量的Nb、Ti微合金化，添加Nb能够细化晶粒和提高抗拉强度，从而提高疲劳寿命，添加Ti还可以提高可焊性，尤其是制造轮辋，焊接方式为闪光对焊，对可焊性要求更高，要求LF炉精炼阶段终点Nb控制在0.015～0.025％，Ti控制在0.01～0.02％；铸坯中要求氧含量控制在23ppm以下，氮含量控制在33ppm以下，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≤0.005％，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≤0.008％，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≤0.003％，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1200～1250℃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，故此温度控制在1010～1050℃；终轧温度不应太低，避免组织中产生混晶，在820℃以上终轧合适；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560～600℃作为一个合理的卷取温度区间。

本发明的生产工艺为：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。在工艺中控制如下技术参数：

(1)炼钢工艺：

首先进行铁水预处理脱硫，要求脱硫至≤0.005％；

然后进行顶底复吹转炉冶炼，终点目标温度1630-1650℃，采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为3～5kg/t，采用Mn-Fe合金配Mn，用Nb-Fe合金配Nb(参考吸收率Mn：92％、Nb：95％)；钢中终点P≤0.015％，终点S≤0.008％；

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合金调Mn，用Ti-Fe合金调Ti(参考吸收率Mn：98％、Ti：85％)，精炼结束温度控制在1555～1565℃，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫；终点P：0.008～0.015％，S≤0.003％，Nb：0.015～0.025％，Ti：0.01～0.02％；

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；铸坯中要求氧含量控制在23ppm以下，氮含量控制在33ppm以下。

(2)热轧工艺：板坯进入加热炉，加热温度控制在1200～1250℃，加热时间2.8～3.5h，经粗轧后出口温度控制在1010～1050℃，经6机架精轧后终轧温度控制在820～860℃，最后经层流冷却至卷取温度560～600℃，轧件出精轧机后，采取前部冷却模式(是指层流冷却共20组冷却集管的情况下，开前6组为前部冷却模式)并以冷速25～35℃/s冷却到目标卷取温度560～600℃。

采用该发明，与以前的车轮钢相比，抗拉强度可达到500MPa以上，延伸率在30％以上，其制成的钢圈弯曲疲劳寿命到达50万次以上，径向疲劳寿命达到145万次以上，车轮减重12～15％。其合金化成本低，规格厚度较薄，有效地降低了车身自重，减少了油耗，是用于生产重卡汽车轮辋、轮辐的理想板材。

具体实施方式

按照高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢的生产工艺在现场试制生产车轮钢。

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1640℃，采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为4kg/t，采用Mn-Fe合金配Mn，用Nb-Fe合金配Nb；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合金调Mn，用Ti-Fe合金调Ti，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1030℃，经6机架精轧后终轧温度控制在840℃，最后经层流冷却至卷取温度580℃，轧件出精轧机后，采取前部冷却模式并尽可能快冷却速度冷却到目标卷取温度。表4为轧钢工艺温度控制点。

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各车轮厂进行制造重卡汽车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。特别要提到的是产品的疲劳寿命，国内某车轮厂制成车轮后进行了疲劳试验，其制成的钢圈弯曲疲劳寿命到达50万次以上，径向疲劳寿命达到145万次以上，远高于国标GB/T5909-1995的要求，且相对于厚度规格8～14mm380CL制成的车轮减重了12～15％。

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
						1	0.005	0.006	0.008	0.013	0.003
2	0.005	0.005	0.008	0.012	0.002
						3	0.005	0.005	0.008	0.010	0.002

表3板坯熔炼成分(Wt.％)，余量为Fe及不可避免的杂质

钢号	C	Si	Mn	P	S	Al_t	Nb	Ti	O	N
											1	0.13	0.04	1.21	0.013	0.003	0.043	0.020	0.015	0.0016	0.0028
2	0.13	0.04	1.19	0.012	0.002	0.046	0.021	0.013	0.0018	0.0031
											3	0.13	0.03	1.20	0.010	0.002	0.047	0.022	0.015	0.0016	0.0030

表4轧钢工艺控制

表5力学性能

钢号	厚度/mm	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/％
					1	6.75	440	545	32
2	6.5	455	540	32.5
					3	6.0	430	520	32

Claims

1.一种高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢，其特征在于，成分为：C：0.12～0.14％，Si：≤0.05％，Mn：1.1～1.3％，P：0.008～0.015％，S：≤0.003％，Alt：0.030～0.060％，Nb：0.015～0.025％，Ti：0.01～0.02％，O：23ppm，N：≤33ppm，余量为Fe及不可避免的杂质；均为重量百分比。

2.一种权利要求1所述高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢的制备方法，其特征在于：

(1)炼钢工艺：

首先进行铁水预处理脱硫，要求脱硫至≤0.005％；

然后进行转炉冶炼，终点目标温度1630-1650℃，采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为3～5kg/t，采用Mn-Fe合金配Mn，用Nb-Fe合金配Nb(参考吸收率Mn：92％、Nb：95％)；钢中终点P≤0.015％，终点S≤0.008％；

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；铸坯中要求氧含量控制在23ppm以下，氮含量控制在33ppm以下；

(2)热轧工艺：板坯进入加热炉，加热温度控制在1200～1250℃，加热时间2.8～3.5h，经粗轧后出口温度控制在1010～1050℃，经6机架精轧后终轧温度控制在820～860℃，最后经层流冷却至卷取温度560～600℃，轧件出精轧机后，采取前部冷却模式并以冷速25～35℃/s冷却到目标卷取温度560～600℃。

3.根据权利要求2所述高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢的制备方法，其特征在于，所述的前部冷却模式是指层流冷却共20组冷却集管的情况下，开前6组为前部冷却模式。