CN104294144A - 一种抗拉强度≥380MPa级汽车轮辋用钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种抗拉强度≥380MPa级汽车轮辋用钢，其化学成分及wt%为：C：0.045～0.075%，Si≤0.05%，Mn：0.45～0.75%，P≤0.010%，S≤0.008%，Als：0.015～0.050%，N≤0.005%；生产步骤：转炉冶炼；在LF炉中处理；连铸成坯并对铸坯加热；热轧；快速冷却；卷取；精整及后工序。本发明在成分简单的情况下，既能保证下屈服强度≥240MPa、抗拉强度不低于380MPa，并能使延伸率A由现有的30%提高为不低于40%；扩孔率由现有的不超过150%提高到≥165%，更有益于良好的成型性能。

Description

一种抗拉强度≥380MPa级汽车轮辋用钢及生产方法

技术领域

本发明涉及汽车用钢及其生产方法，具体属于一种抗拉强度≥380MPa级汽车轮辋用钢及生产方法。

背景技术

随着我国汽车行业的迅猛发展，作为汽车主要构件之一的车轮，其设计和制造水平也随之不断升级。现代化的汽车车轮不仅要求坚固耐用，外形美观，同时出于节能降耗的考虑，越来越采用复杂化的设计，其加工工艺流程长，钢材变形道次多，因此要求制造车轮用的钢材具有良好的成型性能，能够满足轮辋在滚压成型变形过程中复杂变形的要求。轮辋制造工艺中，钢板圈圆对焊后，再经过扩口和滚压成型，要求轮辋钢具用良好的延伸凸缘性能，评价延伸凸缘性能的一个重要指标是扩孔率。扩孔率的优劣经试验证明是与是否含元素Nb有着直接的关系，其虽然会使钢板的强度增加，但是扩孔率显著降低，而不利于延伸凸缘性能。

经初步检索，中国专利申请号为：200710158965.3的文献，其公开了一种车轮钢及其冶炼方法。其成分含量为：C为0.09〜0.12％，Si为0.10〜0.15％，Mn为0.85〜1.00％，Nb为0.005〜0.05％，P≤0.012％，O≤0.005%，S≤0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。其工艺特征是，通过铁水预处理、转炉冶炼和炉外精炼及常规轧制步骤冶炼成该车轮钢。根据分析，该申请由于添加了合金元素Nb，其对钢板的延伸率和扩孔率有不利影响；并在钢中添加了硅元素，硅元素对表面质量不利。

中国专利申请号为CN90103577.7的文献，由于添加了Nb、Ti及稀土，不仅使生产成本大幅增加，更主要是对钢板的延伸率和扩孔率有非常不利影响。

中国专利申请号为CN201110402359.8的文献，添加了贵合金元素Nb，对延伸率和扩孔率有不利的影响，同时增加工生产成本，添加了Si元素，对表面质量不利。

中国专利申请号为CN200910304129.0的文献，添加了高达0.1%的Nb和0.35%的硅元素，对扩孔率和表面质量均有不利影响，这种钢板不适宜制造对成形性要求很高的车轮。

中国专利申请号为CN200910088965.X的文献，添加了Cr、Nb等合金元素，同时硅元素高达0.6%，延伸率低至22%，对扩孔率和表面质量均有不利影响，这种钢板不适宜制造对成形性要求很的车轮。

中国专利申请号为CN201310179777.4的文献，同时添加了合金元素Nb和Ti，对钢板的延伸率和扩孔率有非常不利的影响，其延伸率低至25%。

从以上检索的情况分析获知，现有技术中均是从如何提高钢的强度而添加了Nb，未对钢板的延伸率和扩孔率予以关注，故在用户的使用中，即轮辋在滚压成型变形过程的复杂变形中难以满足成型性、成型精准度、成型合格率的要求；且添加合金元素较多，还会导致成本增加。目前也有在轮辋在滚压成型变形过程的复杂变形中提出用扩孔率来描述成型性的问题，但扩孔率不超过150%，因而仍难以满足成型性、成型精准度、成型合格率的要求

本发明为了解决现有技术中存在的上述不足，在保证车轮钢的强度的前提下，为满足轮辋在滚压成型变形过程的复杂变形的要求，将扩孔率提高到165%以上，且合金元素少。

发明内容

本发明主要的目的在于克服现有技术存在的不能满足汽车工业发展的要求，即成型性差，仅采用延伸率反映钢板成型性的优劣的不足，提供一种具有在保证下屈服强度≥240MPa、抗拉强度不低于380MPa的前提下，并使延伸率A≥40%，扩孔率≥165%以上，成形性优良，且成分简单的抗拉强度≥380MPa级汽车轮辋用钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种抗拉强度≥380MPa级汽车轮辋用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.045~0.075%，Si≤0.05%，Mn：0.45~0.75%，P≤0.010%，S≤0.008%，Als：0.015~0.050%，N≤0.005%,余量为Fe及不可避免的杂质。

生产一种抗拉强度≥380MPa级汽车轮辋用钢的方法，其步骤：

1）进行转炉冶炼；

2） 在LF炉中进行处理，并按照0.65~0.75Kg/吨钢加入Si—Ca线，加入速度为250～300m/min；

3）连铸成坯并对铸坯加热，并控制：预加热段温度在350~450℃，一加热段温度在950~1050℃，二加热段温度在1190~1250℃，均热段温度在1180~1220℃；总加热时间控制在150~200min;

4）进行热轧：控制粗轧结束温度在1080~1120℃，控制精轧终轧温度在880~910℃；

5）进行快速冷却：按照冷却速度在25~50℃/s冷却至卷取温度；

6）进行卷取，控制卷取温度在600~660℃；

7）进行精整及后工序。

本发明中各组分及主要工艺的作用及控制的理由：

碳：碳是廉价的固溶强化元素。根据本钢种的应用范围，主要用于加工汽车车轮等零件，要求材料在满足强度要求的同时，具有良好的延伸率和成型性能。如果其含量小于0.045%，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.075%，则不能满足材料的良好成型性能。所以，将其含量限定在0.045～0.075%范围。

硅：在本发明中，如果其含量超过0.05%，由于硅在高温下会产生粘黏性很高的红色氧化皮黏附在钢板表面，与钢板基本强烈啮合，使除鳞水难以去除，故在轧钢过程中，氧化铁皮会被压入钢板基体，在钢板表面形成大面积红锈，酸洗后，氧化皮脱落，形成压坑而恶化热轧钢板的表面质量。车轮作为外观件，对此类缺陷是不可接受的。所以，将其含量限定在0.05%以下，且越低越好。

锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于0.45%，则不能满足材料强度要求；但是添加多量的锰，会增加钢的淬透性，由于焊接硬化层的出现而使裂纹敏感性增高，且增加钢材的合金成本。鉴于此，将其上限定为0.75%，所以，将其含量限定在0.45～0.75%范围。

磷：为了避免材料的焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，设定其含量上限为0.010%。所以将其含量控制在0.010%以下。

硫：硫是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。基于对钢板冲压成形工艺和制造成本的考虑，拟将钢中硫含量控制在0.008%以下。

铝：铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.015%时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定Als上限为0.050%。因此，Als含量限定在0.015～0.050%范围。

氮：氮元素会与其它元素形成夹杂物，影响钢板的成形性，同时对焊接性能有影响，所以，将其含量限定在0.005%以下。

关于加热温度，通过严格控制加热炉中预加热段、一加热段、二加热段和均热段的温度和总体加热时间，可以精确控制钢板的最终力学性能。

关于进行分段轧制，并控制粗轧结束温度在1080~1120℃，控制精轧终轧温度在870~900℃也是本发明的关键工序。这是因为如果粗轧结束温度低于1080℃，则无法保证精轧终轧温度达到设定值，增大轧制负荷，增加能耗；如高于1120℃，则会产生较多的氧化铁皮，影响钢材的表面质量。如果精轧终轧温度低于870℃，则会在材料的二相区内进行轧制，造成混晶等缺陷；如高于900℃，则钢材的原始奥氏体晶粒会过于粗大，降低钢材的强度。

本发明工艺采用中段快速冷却方式，按照冷却速度为25~50℃/秒进行冷却，冷却到600~660℃，通过快速冷却实现以水代合金的思想，达到以少量的Mn合金精确控制钢板力学性能。

本发明在本技术领域引入扩孔率这一指标，是因为测量扩孔率的试验过程可以很好的模拟车轮冲压过程中的翻边工艺，因此该指标能准确的评价车轮钢的延伸凸缘性能。

本发明与现有技术相比，在成分简单的情况下，既能保证下屈服强度≥240MPa、抗拉强度不低于380MPa，并能使延伸率A由现有的30%提高为不低于40%；扩孔率由现有的不超过150%提高到≥165%，更有益于良好的成型性能。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的成分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例的性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）进行转炉冶炼；

2） 在LF炉中进行处理，并按照0.65~0.75Kg/吨钢加入Si—Ca线，加入速度为250～300m/min；

3）连铸成坯并对铸坯加热，并控制：预加热段温度在350~450℃，一加热段温度在950~1050℃，二加热段温度在1190~1250℃，均热段温度在1180~1220℃；总加热时间控制在150~200min;

4）进行热轧：控制粗轧结束温度在1080~1120℃，控制精轧终轧温度在880~910℃；

5）进行快速冷却：按照冷却速度在25~50℃/s冷却至卷取温度；

6）进行卷取，控制卷取温度在600~660℃；

7）进行精整及后工序。

表1 本发明各实施例及对比例的成分取值列表（wt%）

表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

需要说明的是表1数据与表2数据并非对应关系，仅为例举而已。

表3 本发明各实施例及对比例力学性能检验结果列表

从表3可以看出，本发明在保证钢材的强度和延伸率达到技术要求外，钢材还具有较高的扩孔率，保证了钢材在冲压车轮等零件时的成型，具有良好的成型性能。

本发明的具体实施方式仅为最佳例举，并非对本技术方案的限制性实施。

Claims (2)

1.一种抗拉强度≥380MPa级汽车轮辋用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.045~0.075%，Si≤0.05%，Mn：0.45~0.75%，P≤0.010%，S≤0.008%，Als：0.015~0.050%，N≤0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.生产权利要求1所述的一种抗拉强度≥380MPa级汽车轮辋用钢的方法，其步骤：

1）进行转炉冶炼；

2） 在LF炉中进行处理，并按照0.65~0.75Kg/吨钢加入Si—Ca线，加入速度为250～300m/min；

3）连铸成坯并对铸坯加热，并控制：预加热段温度在350~450℃，一加热段温度在950~1050℃，二加热段温度在1190~1250℃，均热段温度在1180~1220℃；总加热时间控制在150~200min；

4）进行热轧：控制粗轧结束温度在1080~1120℃，控制精轧终轧温度在880~910℃；

5）进行快速冷却：按照冷却速度在25~50℃/s冷却至卷取温度；

6）进行卷取，控制卷取温度在600~660℃；

7）进行精整及后工序。