CN103469057A - 一种汽车车轮用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽车车轮用钢及其生产方法，其化学成分wt%：C0.07%～0.1%、Si0.15%～0.3%、Mn1.3%～1.6%、P＜0.02%、S＜0.005%。转炉底吹Ar搅拌时间＞5min，RH炉成分微调、真空循环脱气处理，连铸全程吹Ar保护浇铸。将连铸坯加热炉加热至1200～1300℃，粗轧开轧温度1100～1250℃，终轧温度＞1000℃；精轧机入口温度950～990℃，终轧温度780～820℃，未再结晶阶段压下率＞60%；以25～30℃/s层流冷却，卷取温度450～500℃。本发明生产成本低廉，可节省贵重金属资源；钢板强度高，焊接性能好，扩孔率高，成型性好，扩孔率达到140%以上，延伸率达到28%以上。
Description
技术领域
本发明属于冶金工艺技术领域，尤其涉及一种540MPa级扩孔性优异的汽车车轮用钢及其生产方法。
背景技术
近几年，随着国内汽车工业的高速发展，载重汽车也正向着大吨位的方向改进，因此对汽车车轮的承载强度亦提出了更高的要求。而强度的提高必然对其成形性造成一定影响，促使汽车车轮行业在钢板的材质要求上也越来越苛刻。所以如何能够在提高钢板强度的前提下，既不损害其成形性，同时能够进一步降低成本，减减轻重量，降低油耗便成为目前亟待解决的重要课题。
车轮成形的关键工序是三次正反拉延，因此，要求钢板具有良好的延伸凸缘性，它是评价车轮钢成形性的重要特征，通常采用扩孔率λ进行评价。扩孔率λ采用平底凸模法测定，即在尺寸为100×100×3mm板材中心冲出φ10mm圆孔，凸、凹模相互压紧，凹模圆角为4.5mm，用顶角为60°的锥形冲头冲压，直至预制孔边缘有明显的穿透裂纹为止。
扩孔率计算公式为：λ=（Df—Di）*100%/Di
公式中，λ为扩孔率，Di为原始孔径，Df为实验终止时中心孔径。
“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0.05～0.12%，抗拉强度为430～470MPa。“鞍钢ASP线汽车车轮用钢的研制”（《汽车工艺与材料》,Vol.6(2004),p.57）记述，在制造汽车车轮用钢时加入≤0.03%Nb，热轧后抗拉强度为460MPa。申请号200810026023.4的专利中提到，加入Nb、Ti等贵重元素，不仅其合金成本高，而且其强度级别相对较低，另外加入Nb、Ti等合金元素会降低钢板的扩孔率，导致成形性下降。
专利公开号CN101490295A公开了一种“拉伸凸缘性和疲劳性能优异的高强度钢板”，同样未解决钢种机械性能较低的问题，需要添加稀土、Nb、Ti等贵金属元素，不仅增加了生产成本，同时存在扩孔率较低的缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种强度高，成本低，扩孔成型性优异，可减轻车身重量，降低汽车油耗的540MPa级汽车车轮用钢及其生产方法。
为此，本发明所采取的解决方案是：
一种汽车车轮用钢，其特征在于，540MPa级汽车车轮用钢化学成分wt%为：C0.07%～0.1%、Si0.15%～0.3%、Mn1.3%～1.6%、P＜0.02%、S＜0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种汽车车轮用钢的生产方法，其具体步骤为：
1、采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，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。
2、将连铸坯经加热炉加热至1200～1300℃，并保温2～3小时。
3、粗轧开轧温度1100～1250℃，终轧温度＞1000℃。
4、精轧机入口温度950～990℃，终轧温度780～820℃，未再结晶阶段压下率＞60%。
5、采用层流冷却工艺，以25～30℃/s冷却速度快速冷却，终冷至450～500℃进行卷取。
本发明高强车轮用钢的成分设计说明：
C：为保证具有较大的铁素体析出量，碳含量要低。如果碳含量高时由于铁素体相变温度低，铁素体转变被抑制，不利于奥氏体和铁素体两相分离，同时影响钢板的成形性和焊接性能。而当碳含量过低时，会导致强度和疲劳寿命降低。因此，选在0.07%～0.1%之间。
Si：作为铁素体的稳定元素，它在高温下增加了碳在奥氏体中的活度，有利于铁素体中的碳向奥氏体内部扩散，增加了奥氏体向铁素体转变的驱动力，促进了铁素体转变，增加了组织中铁素体的体积分数；同时Si是低碳钢中铁素体的主要强化元素之一，通过固溶强化提高铁素体基体的强度，从而缩小铁素体与贝氏体两相之间的硬度差，因此适当提高Si含量，可使两相硬度差减小，使两相在塑性变形阶段表现出一定的相容性，即在裂纹扩展过程中，铁素体产生较大塑性变形的同时，贝氏体也可能产生屈服，改善了钢的塑性和韧性，此外，Si作为非碳化物的形成元素，也促进性了渗碳体颗粒的再细化，有利于获得强度和成形性能的优良组织；另外，若Si量过剩，则上述作用饱和，产生热脆性等问题发生。因此，选在0.15～0.3%之间。
Mn：随着Mn含量增加，铁素体相变温度Ar3明显降低，碳原子的扩散过程变得缓慢，导致形核的铁素体来不及充分长大，而变成高度不规则形状的准多边铁素体以及少量针状铁素体，由于准多边形铁素体是由扩散控制的相变产物，其组织内部位错密度较低，塑性较好，能起到优化基体塑性的作用；而针状铁素体组织不但塑性比贝氏体好，同时还可分割原奥氏体晶粒，阻断板条贝氏体生长，细化晶粒尺寸，提高钢板的抗裂纹扩展能力，改善钢板强度和成形性能；若过剩的添加Mn时，则会出现铸坯裂纹等不利影响，故选在1.3%～1.6%之间。
P：若P过多的添加，则成形性劣化，因此将其上限限定在0.02%，含量越少越好。故选在<0.02%P。
S：是形成MnS等的硫化物系夹杂物，成为裂纹的起点而使成形性劣化的有害元素，故将其控制在<0.005%。
本发明的有益效果为：
本发明以低碳Si-Mn为基础进行成分设计，采用适当的控轧控冷技术，开发抗拉强度为540MPa级别的高强车轮用钢，平均晶粒直径为4～5μm，其组织主要有铁素体和贝氏体组成，同时还有少量珠光体，其中铁素体含量为70～76%，贝氏体含量为22～28%，其余为少量珠光体。因此，本发明具备了以下特点：
1、生产成本低廉，不添加Nb、Ti等贵重金属，节省资源；
2、强度高，焊接性能好，采用低碳设计，不添加Mo、Cr等微合金化元素；
3、扩孔率高，成型性好，扩孔率达到140%以上，延伸率达到28%以上。
具体实施方式
表1实施例车轮用钢熔炼成分wt%含量表
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S |
| 1 | 0.082 | 0.2 | 1.53 | 0.01 | 0.005 |
| 2 | 0.085 | 0.25 | 1.42 | 0.005 | 0.003 |
| 3 | 0.078 | 0.28 | 1.38 | 0.008 | 0.003 |
| 4 | 0.095 | 0.17 | 1.47 | 0.012 | 0.004 |
| 5 | 0.089 | 0.18 | 1.45 | 0.017 | 0.003 |
采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，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。将连铸坯（规格200×1500mm）按表2加热、轧制制度进行控制。
表2实施例车轮用钢加热、轧制制度表
钢板的成品厚度4.5mm，钢板的性能指标见表3。
表3实施例车轮用钢的机械性能及扩孔率检测结果表
| 实施例 | Rel N/mm2 | Rm N/mm2 | A% | 扩孔率% |
| 1 | 460 | 600 | 29 | 150 |
| 2 | 440 | 585 | 30 | 160 |
| 3 | 430 | 575 | 32 | 176 |
| 4 | 435 | 580 | 30.5 | 168 |
| 5 | 450 | 585 | 29.5 | 148 |
其铁素体含量为70～76%，贝氏体含量为22～28%，其余为少量珠光体。不同组织的百分含量见表4。
表4实施例车轮用钢的不同组织含量及平均晶粒直径
| 实施例 | 铁素体F | 贝氏体B | 珠光体P | 平均晶粒直径μm |
| 1 | 70 | 27 | 3 | 4.3 |
| 2 | 73 | 25 | 2 | 4.5 |
| 3 | 77 | 22 | 1 | 4.5 |
| 4 | 73 | 24 | 3 | 4.7 |
| 5 | 73 | 25 | 2 | 4.6 |
Claims (2)
1.一种汽车车轮用钢，其特征在于，540MPa级汽车车轮用钢化学成分wt%为：C 0.07%～0.1%、Si 0.15%～0.3%、Mn 1.3%～1.6%、P＜0.02%、S＜0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述汽车车轮用钢的生产方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）、采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，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；
（2）、将连铸坯经加热炉加热至1200～1300℃，并保温2～3小时；
（3）、粗轧开轧温度1100～1250℃，终轧温度＞1000℃；
（4）、精轧机入口温度950～990℃，终轧温度780～820℃，未再结晶阶段压下率＞60%；
（5）、采用层流冷却工艺，以25～30℃/s冷却速度快速冷却，终冷至450～500℃进行卷取。
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