CN107675088A - 抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢及生产方法 - Google Patents

抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢，其化学成分及wt%为：C：0.08~0.10%，Si≤0.01%，Mn：1.00~1.20%，P≤0.008%，S≤0.002%，Als：0.020~0.060%，Nb：0.056~0.065%。生产方法：经转炉冶炼后进入RH真空炉进行真空处理；连铸成坯后对铸坯进行先低温后高温的方式加热；除鳞后进行分段轧制；快速冷却；卷取；精整及后工序。本发明厚度≥10mm，下屈服强度≥450 MPa、抗拉强度590~700MPa，延伸率A≥27%，‑40℃条件下冲击功Akv≥140J，钢材表面任意1000mm×1000mm面积内麻点及划痕缺陷数≤5个，金相组织为粒铁素体+珠光体+贝氏体组织，使轮辋用钢的电阻焊接性能得到显著提高。

Description

抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢及生产方法
技术领域
本发明涉及一种汽车用钢及生产方法，具体属于抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢及生产方法。
背景技术
随着国内钢铁行业的持续发展，对于铁矿石的需求不断增加，也使得矿山的开采量日益增加。采矿车辆在严寒地区的矿山作业时，由于恶劣的低温环境，通常需要在秋冬季节将钢制车轮更换为铝制车轮，在春夏季节再换回钢轮，这不仅增加了生产成本，还对生产节奏等造成严重的影响。因此急需开发出一种能在严寒地区使用的具有良好的低温冲击韧性的厚规格矿山车轮用钢，而关键的技术问题是如何在厚规格的轧制条件下获得细晶粒的钢材组织。同时矿山车轮用钢一般用于出口，零件成形后不允许对表面进行打磨处理，因此要求钢材具有高表面质量。
经初步检索，中国专利申请号为CN 201610392108.9的文献，其公开了一种厚规格载重汽车轮辐用钢及其制备方法。该发明轮辐用钢，由以下重量百分比成分组成：C：0.07～0.10％，Si：0.01～0.20％，Mn：0.85～1.00％，P：0.01％～0.025％，S：0.01％～0.015％，Als：0.010～0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质；其制备方法包括：板坯加热温度为1200～1240℃；粗轧采用5道次轧制，每道次变形量≥20％；精轧入口温度985～1050℃，终轧温度为830～870℃；采用分段冷却方式，卷取温度为530～580℃。该文献公布的实施例中冲击性能实验温度为20℃，无法满足低温环境使用。
中国专利申请号为CN201410786247.0的文献，公开了一种600MPa级的厚规格热轧轮辐用钢及其制造方法，采用C-Si-Mn-Cr体系和轧后常规冷却至350℃以下，由于常规冷却冷速较低，对轧后晶粒回复长大的抑制作用较低，不利于获得细晶粒组织，无法满足良好低温冲击韧性的要求。
中国专利申请号为CN200810016183.0的文献，采用C-Si-Mn体系和后段冷却方式，其后段冷却方式，使得轧制后的钢材需要先经过一段冷速极低的空冷，这段时间内钢材的晶粒将发生回复长大，使最终成品难以获得细晶粒组织，无法满足良好低温冲击韧性的要求。
中国专利申请号为CN200810176548.6的文献，采用C-Si-Mn-Ti体系，轧后冷却平均速度10.5～25.0℃/s，冷却速度较低难以获得细晶粒组织，无法满足良好低温冲击韧性的要求。
中国专利申请号为CN201310407739.X的文献，采用C-Si-Mn体系，采用冷速25～30℃/s的普通层流冷却，冷却速度较低难以获得细晶粒组织，无法满足良好低温冲击韧性的要求。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种厚度≥10mm，下屈服强度≥450MPa、抗拉强度590～700MPa，延伸率A≥27％，-40℃条件下冲击功Akv≥140J，钢材表面任意1000mm×1000mm面积内麻点及划痕缺陷数≤5个的抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢，其化学成分及重量百分比含量：C：0.08～0.10％，Si≤0.01％，Mn：1.00～1.20％，P≤0.008％，S≤0.002％，Als：0.020～0.060％，Nb：0.056～0.065％，余量为Fe及不可避免的杂质；力学性能：厚度≥10mm，下屈服强度≥450MPa、抗拉强度590～700MPa，延伸率A≥27％，-40℃条件下冲击功Akv≥140J，钢材表面任意1000mm×1000mm面积内麻点及划痕缺陷数≤5个。
优选地：Mn重量百分比含量在1.05～1.16％。
优选地：Als重量百分比含量在0.025～0.055％。
生产抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢的方法，其步骤：
1)经过转炉冶炼后进入RH真空炉进行真空处理，处理时间不低于15min；
2)经连铸成坯后对铸坯进行先低温后高温的方式加热，并控制低温段加热温度在1180～1230℃，低温段加热时间在60～70min；高温段加热温度控制在1290～1330℃加热时间20～30min；并控制总加热时间不低于150min；
3)经常规除鳞后进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1080～1110℃，粗轧除鳞不少于五道次；控制精轧终轧温度在820～860℃，精轧采用机架间除鳞，并控制精轧终轧温度在840～880℃；
5)对轧制后的钢卷进行快速冷却，在冷却速度不低于120℃/s下冷却至卷取温度；
6)进行卷取，控制卷取温度在590～630℃；
7)进行精整及后工序，并采用刷辊装置清除钢材表面剩余的疏松氧化铁皮。
优选地：步骤2)中加热温度在1186～1250℃，高温段加热温度在1295～1325℃。
优选地：步骤5)中快速冷却速度不低于130℃/s。
本发明中各元素及主要工序的作用及机理：
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，需要进行较大程度的冲压变形加工，因此要求材料在满足强度要求的同时，具有良好的冷成形性能。如果其含量小于0.08％，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.10％，则不能满足材料的良好成形性能。所以，将其含量限定在0.08～0.10％范围。优选地Mn重量百分比含量在1.05～1.16％。
锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于1.00％，则不能满足材料强度要求；但是添加多量的锰，会导致增加钢的淬透性，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1.20％，所以，将其含量限定在1.00～1.20％范围。
硅：硅在本发明中属于有害元素。Si元素在高温环境下经过氧化会产生Fe2SiO4，增加了氧化铁皮与钢基表面的附着力，降低了除鳞工序的效果，恶化钢板的表面质量。因此对于硅含量进行了严格控制，将其含量限定在0.01％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。因此，将钢中硫含量控制在0.002％以下。
铌：铌主要通过细化晶粒和析出强化来提高钢的强度，在钢中主要以Nb(C、N)形式存在，阻止奥氏体晶粒的长大，最终使铁素体晶粒尺寸变小，细化组织。当其含量低于0.056％时，不能满足材料高强度的要求；而加入的铌高于0.065％时，已能满足其强度与成型性能的要求，若再添加，合金成本会显著上升。所以，根据钢种的性能目标要求，将其含量限定在0.056～0.065％范围。
铝：铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.020％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0.060％。优选地Als重量百分比含量在0.025～0.055％。
在本发明的工艺中，对铸坯进行分段加热并保温，是本发明的关键技术点。先进行低温段加热，使低熔点的合金元素充分固溶，低温段加热温度控制在1180～1230℃，低温段加热时间60～70min；再进行高温段加热，使高熔点的合金元素充分固溶，高温段加热温度控制在1290～1330℃，高温段加热时间20～30min。采用快速高温加热方式，使合金充分溶解的同时降低钢坯表面氧化铁皮的数量，保证钢材具有良好的表面质量，同时提高板坯温度为后续全道次除鳞提供条件，使钢材在全道次除鳞后还能达到后续设计的粗轧结束温度和终轧温度。
本发明之所以进行除鳞和分段轧制，控制粗轧结束温度在1080～1110℃，粗轧除鳞不少于五道次；控制精轧终轧温度在820～860℃，精轧采用机架间除鳞。这是因为如果粗轧结束温度低于1040℃，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1080℃，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820℃，则会在材料的二相区内进行轧制，造成混晶等缺陷；如高于860℃，则钢材的原始奥氏体晶粒会过于粗大，降低钢材的强度。采用粗轧五道次除鳞和精轧机架间除鳞，是为了在轧制过程中及时的清除钢板表面氧化铁皮，避免轧制过程造成氧化铁皮压入钢材表面。
本发明之所以对轧制后钢卷进行前段超快速冷却：冷却速度≥120℃/s，冷却至590～630℃进行卷取。采用冷却速度≥120℃/s进行前端超快速冷却，是为了保证在钢材晶粒还未开始长大时及时进行冷却，避免粗大组织的产生，使材料获得细小的晶粒组织；冷却至590～630℃进行卷取，这样有利于钢材表面氧化铁皮形成疏松的FeO结构，便于后续平整作业时清除氧化铁皮。
本发明之所以对轧后钢卷进行精整作业，采用刷辊装置清除钢材表面剩余的氧化铁皮，目的是为了进一步清理钢板表面在冷却过程中产生的疏松氧化铁皮，避免其在精整过程被压入钢板表面，造成表面铁皮压入缺陷。
本发明与现有技术相比，所生产的厚度≥10mm，下屈服强度≥450MPa、抗拉强度590～700MPa，延伸率A≥27％，-40℃条件下冲击功Akv≥140J，钢材表面任意1000mm×1000mm面积内麻点及划痕缺陷数≤5个，金相组织为粒铁素体+珠光体+贝氏体组织，使轮辋用钢的电阻焊接性能得到显著提高。
附图说明
图1为本发明的金相组织图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施案例的化学成分列表；
表2为本发明各实施案例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施案例的性能检测列表。
本发明各实施案例均按照以下步骤进行生产：
1)经过转炉冶炼后进入RH真空炉进行真空处理，处理时间不低于15min；
2)经连铸成坯后对铸坯进行先低温后高温的方式加热，并控制低温段加热温度在1180～1230℃，低温段加热时间在60～70min；高温段加热温度控制在1290～1330℃加热时间20～30min；并控制总加热时间不低于150min；
3)经常规除鳞后进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1080～1110℃，粗轧除鳞不少于五道次；控制精轧终轧温度在820～860℃，精轧采用机架间除鳞，并控制精轧终轧温度在840～880℃；
5)对轧制后的钢卷进行快速冷却，在冷却速度不低于120℃/s下冷却至卷取温度；
6)进行卷取，控制卷取温度在590～630℃；
7)进行精整及后工序，并采用刷辊装置清除钢材表面剩余的疏松氧化铁皮。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表
表2本发明各实施例及对比例的的主要工艺参数列表
表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
从表3可以看出，采用本发明设计的成分和工艺制造的钢板，相对于对比钢板，其具有更细的晶粒组织，使得钢材在相同的抗拉强度下具有更高的屈服强度，从而获得优良的低温冲击性能。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (6)

1.抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢，其化学成分及重量百分比含量：C：0.08~0.10%，Si≤0.01%，Mn：1.00~1.20%，P≤0.008%，S≤0.002%，Als：0.020~0.060%，Nb：0.056~0.065%，余量为Fe及不可避免的杂质；力学性能：厚度≥10mm，下屈服强度≥450 MPa、抗拉强度590~700MPa，延伸率A≥27%， -40℃条件下冲击功Akv≥140J，钢材表面任意1000mm×1000mm面积内麻点及划痕缺陷数≤5个。
2.如权利要求1所述的抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢，其特征在于：Mn重量百分比含量在1.05~1.16%。
3.如权利要求1所述的抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢，其特征在于：Als重量百分比含量在0.025~0.055%。
4.生产如权利要求1所述的抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢的方法，其步骤：
1）经过转炉冶炼后进入RH真空炉进行真空处理，处理时间不低于15min；
2）经连铸成坯后对铸坯进行先低温后高温的方式加热，并控制低温段加热温度在1180~1230℃，低温段加热时间在60~70min；高温段加热温度控制在1290~1330℃加热时间20~30min；并控制总加热时间不低于150min；
3）经常规除鳞后进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1080~1110℃，粗轧除鳞不少于五道次；控制精轧终轧温度在820~860℃，精轧采用机架间除鳞，并控制精轧终轧温度在840~880℃；
5）对轧制后的钢卷进行快速冷却，在冷却速度不低于120℃/s下冷却至卷取温度；
6）进行卷取，控制卷取温度在590～630℃；
7）进行精整及后工序，并采用刷辊装置清除钢材表面剩余的疏松氧化铁皮。
5.如权利要求4所述的生产抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢的方法，其特征在于：步骤2）中加热温度在1186~1250℃，高温段加热温度在1295～1325℃。
6.如权利要求4所述的生产抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢的方法，其特征在于：步骤5）中快速冷却速度不低于130℃/s。
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