CN107815597A - 一种具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.05~0.07%，Si：0.15~0.30%，Mn：1.20~1.40%，P≤0.008%，S≤0.002%，Als：0.020~0.060%，Nb：0.035~0.045%。生产方法：经转炉冶炼后进入真空处理炉进行真空处理；连铸成坯后对铸坯分段加热；热轧；进行分段冷却；卷取；精整及后工序。本发明能有效的获得晶粒度为13级的细晶粒铁素体+珠光体组织，材料的下屈服强度≥450 MPa、抗拉强度540~650MPa，延伸率A≥31%，扩孔率120%以上，经焊接后侧弯延伸率≥30%，由此提高高强度轮辋用钢的焊接性能和翻边成形性能，满足更高端用户要求。

Description

一种具有良好翻边成形性的高强度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，具体属于高强度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。钢制车轮由轮辐和轮辋两部分组成，其中轮辋零件需要经过电阻焊接及其后续扩胀过程，对高强度的轮辋用钢电阻焊接性能要求日益提高。钢材的电阻焊接性能可用焊接后侧弯延伸率来进行表征，一般的钢材随着强度的提升，侧弯延伸率呈现下降趋势，限制了高强度轮辋用钢的应用。

经初步检索，中国专利申请号为CN201010622948.2的文献，其公开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。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％，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。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。从成分设计上看，该材料的碳含量较高，容易在板坯中形成带状组织，同时在钢中添加了一定量的P元素，容易在翻边成形时造成冷脆开裂等缺陷，从而影响材料的翻边扩孔成形性能。

中国专利申请号为CN200710158965.3的文献，其钢材碳元素较高，范围为0.09～0.12％，容易在生产过程中产生带状组织，从而影响材料的翻边扩孔性能。

中国专利申请号为CN201010183475.0的文献，添加了0.07～0.12％的碳元素，0.008～0.015％的磷元素，容易使钢材中出现带状组织和磷偏析，降低其翻边扩孔性能。

中国专利申请号为CN200810176548.6的文献，其添加了0.07～0.12％的碳元素，同时对杂质元素S控制较松，仅要求S≤0.015％，容易在钢中产生夹杂物，从而不利于钢材的翻边扩孔性能。

中国专利申请号为CN200810201495.9的文献，其对杂质元素P控制较松，仅要求P≤0.035％，容易使钢材组织中产生磷偏析，同时在在加工过程中产生“冷脆”危害，从而不利于钢材的翻边扩孔性能。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种在保证轮辋用钢高强度的前提下，将钢板的焊后侧弯延伸率提高到30％以上，以使具有良好的电阻焊接性能，并将扩孔率提高到120％以上的具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.05～0.07％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.20～1.40％，P≤0.008％，S≤0.002％，Als：0.020～0.060％，Nb：0.035～0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。

优选地：Si的重量百分比含量为0.17～0.285％。

优选地：Mn的重量百分比含量为1.25～1.35％。

优选地：Nb的重量百分比含量为0.036～0.040％。

生产一种具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢的方法，其步骤：

1)经过转炉冶炼后进入真空处理炉进行真空处理，真空处理时间不低于15min；

2)连铸成坯后对铸坯进行分段加热：首先进入低温段加热，低温段加热温度控制在1200～1240℃，低温段加热时间在60～70min；其后进入高温段加热，高温段加热温度控制在1260～1300℃，高温段加热时间在15～25min；

3)进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1070～1110℃，控制精轧终轧温度在850～890℃；

4)对轧制后钢卷进行分段冷却：第一段在冷却速度为100～150℃/s下冷却至730～780℃；第二段在冷却速度为6～10℃/s下冷却至600～640℃；

5)进行卷取，控制卷取温度在600～640℃；

6)进行精整及后工序。

优选地：步骤4)中：第一段冷却速度为115～145℃/s；第二段冷却速度为7～10℃/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0.05％，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.07％，则不能满足材料的良好成形性能。所以，将其含量限定在0.05～0.07％范围。

硅：硅在本发明中作为有益元素添加，是本发明的关键技术点。薄规格车轮钢中添加微量Si元素，在轮辋零件闪光焊接时，可降低氧化铝等杂质的熔点，使其快速形成焊渣，并在扒渣工序中去除，从而提高轮辋的焊缝质量，保证后续扩口、滚压的要求。但过高的硅含量会恶化热轧钢板的表面质量，因此将硅含量控制在0.15～0.30％。优选地Si的重量百分比含量为0.17～0.285％。

锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于1.20％，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1.40％，所以，将其含量限定在1.20～1.40％范围。优选地Mn的重量百分比含量为1.25～1.35％。

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0.008％。所以将其含量控制在0.008％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来提高钢的强度，在钢中主要以Nb(C、N)形式析出，阻止奥氏体晶粒的长大，最终使铁素体晶粒尺寸变小，细化组织从而提高钢材的翻边成形性能。当其含量低于0.035％时，不能满足材料翻边性能和强度的要求；而加入的铌高于0.045％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0.035～0.045％范围。优选地Nb的重量百分比含量为0.036～0.040％。

铝：铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.02％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0.06％。

本发明对铸坯进行分段加热并保温，其在与先进行低温段加热，使低熔点的合金元素充分固溶，低温段加热温度控制在1200～1240℃，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1260～1300℃，高温段加热时间15～25min。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。

本发明采取轧制后钢卷进行分段冷却，即第一段冷却速度为100～150℃/s，冷却至730～780℃，第二段冷却速度为6～10℃/s，冷却至600～640℃，优选地第一段冷却速度为115～145℃/s；第二段冷却速度为7～10℃/s。首先第一段冷却过程按照冷却速度为100～150℃/秒进行前端快速冷却，冷却到温度为730～780℃，是为了保证在钢材的再结晶晶粒还未开始长大时及时进行冷却，避免粗大组织的产生，使材料获得细小的原始奥氏体晶粒组织；第二段冷却过程按照冷却速度为6～10℃/秒进行冷却，冷却至600～640℃，这样有利于等到均匀的金相组织，使碳化物等析出物能够均匀弥散分布在钢基中，保证材料具备良好的成型性能。

本发明与现有技术相比，所生产的高强度轮辋用钢能有效的获得晶粒度为13级的细晶粒铁素体+珠光体组织，材料的下屈服强度≥450MPa、抗拉强度540～650MPa，延伸率能够达到A≥31％，扩孔率达到120％以上，同时钢材经焊接后侧弯延伸率≥30％，由此提高高强度轮辋用钢的焊接性能和翻边成形性能，满足更高端用户的关于轻量化要求的轮辋焊接及其后扩胀成形的加工要求。

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真空处理炉进行真空处理，真空处理时间不低于15min；

2)连铸成坯后对铸坯进行分段加热：首先进入低温段加热，低温段加热温度控制在1200～1240℃，低温段加热时间在60～70min；其后进入高温段加热，高温段加热温度控制在1260～1300℃，高温段加热时间在15～25min；

3)进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1070～1110℃，控制精轧终轧温度在850～890℃；

4)对轧制后钢卷进行分段冷却：第一段在冷却速度为100～150℃/s下冷却至730～780℃；第二段在冷却速度为6～10℃/s下冷却至600～640℃；

5)进行卷取，控制卷取温度在600～640℃；

6)进行精整及后工序。

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与工艺制造的轮辋钢，闪光焊接后的侧弯延伸率能达到30％以上，同时其扩孔率能达到120％以上，具有优良的翻边扩孔性能。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)

1.一种具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.05~0.07%，Si：0.15~0.30%，Mn：1.20~1.40%，P≤0.008%，S≤0.002%，Als：0.020~0.060%，Nb：0.035~0.045%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢，其特征在于：Si的重量百分比含量为0.17~0.285%。

3.如权利要求1所述的一种具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢，其特征在于：Mn的重量百分比含量为1.25~1.35%。

4.如权利要求1所述的一种具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢，其特征在于：Nb的重量百分比含量为0.036~0.040%。

5.生产如权利要求1所述的一种具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢的方法，其步骤：

1）经过转炉冶炼后进入真空处理炉进行真空处理，真空处理时间不低于15min；

2）连铸成坯后对铸坯进行分段加热：首先进入低温段加热，低温段加热温度控制在1200~1240℃，低温段加热时间在60~70min；其后进入高温段加热，高温段加热温度控制在1260~1300℃，高温段加热时间在15~25min；

3）进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1070~1110℃，控制精轧终轧温度在850~890℃；

4）对轧制后钢卷进行分段冷却：第一段在冷却速度为100～150℃/s下冷却至730～780℃；第二段在冷却速度为6～10℃/s下冷却至600～640℃；

5）进行卷取，控制卷取温度在600～640℃；

6）进行精整及后工序。

6.如权利要求5所述的生产一种具有良好翻边成形性的高强度轮辋用钢的方法，其特征在于：步骤4）中：第一段冷却速度为115～145℃/s；第二段冷却速度为7～10℃/s。