CN109112417A - 一种抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板，解决现有汽车车轮用热轧钢板的抗拉强度低、用其制成汽车车轮后车轮疲劳性能不足的技术问题。本发明提供的抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.07％～0.09％，Si：0.05％～0.10％，Mn：1.15％～1.35％，P≤0.012％，S≤0.003％、Nb：0.02％～0.03％，Ti：0.035％～0.055％，Mg：0.0005％～0.0015％，Alt:0.02％～0.05％，N≤0.0040％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明热轧钢板的抗拉强度≥590MPa，主要用于制作轿车轮辋和轮辐。

Description

一种抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板
技术领域
本发明涉及一种汽车车轮用钢，特别涉及一种抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板及其制造方法，该热轧钢板主要用于制造轿车车轮，属于铁基合金技术领域。
背景技术
随着汽车安全性能和排放法规的要求越来越高，使用高强钢来整车自重的降低成本是众多汽车制造企业满足排放法规要求的重要途径。作为车轮用热轧钢板，同样面临高强减薄的发展要求。目前专门针对汽车车轮用途的汽车结构钢大多强度级别较低，大部分车轮采用抗拉强度为380MPa或490MPa级别的车轮钢制造，抗拉强度强度最高不超过550MPa,无法满足高强减薄要求。
对于抗拉强度为590MPa级的非车轮专用汽车结构钢，制造成本高，而且无法满足热轧钢板的复杂成形要求和疲劳性能要求。
申请公布号为CN104611626A的中国专利申请文件公开了一种低成本高强度汽车热轧钢板及其生产方法，公开的热轧钢板的抗拉强度最高为498MPa，该申请中公开的高强热轧钢板抗拉强度已不能满足市场新的要求；另外该申请公开的成分设计中Si0.146％-0.246％，众所周知硅含量超过0.15％以后对韧性和表面质量不利影响明显增大，特别是使Si在板坯加热过程中生产铁橄榄石，钉扎到钢基体内部，高压除磷工艺无法全部去除，造成热轧钢板生成红铁皮缺陷，经续酸洗后在钢板表面留下麻点，成为车轮疲劳过程的裂纹源，不仅影响作为外观件车轮产品表面质量，更重要的是影响车轮疲劳测试中成为裂纹源而降低车轮疲劳寿命，影响车轮使用过程安全性。
申请公布号为CN106222549A的中国专利申请文件公开了一种钛强化汽车车轮钢及其生产方法，公开的技术方案中钢板的C、Mn、Nb、Ti与本发明相当，亦即合金成本相当的前提下，屈服强度最低325MPa，抗拉强度最低490MPa，实施例最高抗拉强度仅在550MPa，节能、减重效果低于本发明。另外该专利申请公开的卷取温度为460℃～520℃，属于非常规热轧卷取温度范围，属于低温卷取范围，对卷取设备能力要求严苛，设备投入成本高。
申请公布号为CN103469057A的中国专利申请文件公开了一种汽车热轧钢板及其生产方法，公开的技术方案C、Mn相当前提下，采用低温终轧(780℃～820℃)和低温卷取(450℃～500℃)工艺获得铁素体加贝氏体的金相组织，从而获得高扩孔性能；这种方式增加了对热轧轧制过程负荷和卷取负荷，不利于热轧整卷长度方向和宽度方向的组织均匀性、厚度均匀性；尤其是低温卷取，对于卷取设备冲击较大，容易引起助卷辊冲击痕，导致带钢表面挫伤，最终带钢报废。该发明强调扩孔性能来满足车轮制造过程扩孔要求，实际上随着成形工艺技术进步，目前钢材扩孔指标在车轮制造企业并不十分看重。为获得高扩孔性的组织该发明强调加入0.15％～0.30％的Si来强化铁素体，实际上随着汽车行业发展，对于车轮表面质量要求越来越高，众所周知硅含量超过0.15％以后对韧性和表面质量不利影响明显增大，特别是使Si在板坯加热过程中生产铁橄榄石，钉扎到钢基体内部，高压除磷工艺无法全部去除，造成热轧钢板生成红铁皮缺陷，经续酸洗后在钢板表面留下麻点，成为车轮疲劳过程的裂纹源，不仅影响作为外观件车轮产品表面质量，更重要的是影响车轮疲劳测试中成为裂纹源而降低车轮疲劳寿命，影响车轮使用过程安全性，而且该发明的材料抗拉强度为540MPa级，不能满足市场需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板及其制造方法，解决现有汽车车轮用热轧钢板的抗拉强度低、制造成本高、用其制成汽车车轮后车轮疲劳性能不足的技术问题。
本发明采用的技术方案是，一种抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.07％～0.09％，Si：0.05％～0.10％，Mn：1.15％～1.35％，P≤0.012％，S≤0.003％、Nb：0.02％～0.03％，Ti：0.035％～0.055％，Mg：0.0005％～0.0015％，Alt:0.02％～0.05％，N≤0.0040％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为11-12级；1.8mm～5.0mm厚热轧钢板的上屈服强度ReH为450MPa～630MPa，抗拉强度Rm≥590MPa，断后伸长率A≥22％。
本发明热轧钢板主要用于制作轿车轮辋和轮辐；用本发明热轧钢板制成的轿车车轮按照《GB/T5334—2005乘用车车轮性能要求-车轮动态弯曲疲劳试验最低循环次数》弯曲疲劳寿命大于等于16万次，加载力矩为3327N·m。
本发明热轧钢板，加工制成的汽车车轮，汽车车轮未发生扩孔、翻边开裂缺陷。
本发明所述的抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
碳：碳元素是影响高强度低合金高强度钢的强韧性的主要元素，碳增加可提高强度，但降低韧性；而且考虑到热轧钢板的焊接工艺要求，碳设计越低越好，综合考虑性能和成本平衡，本发明设定的C含量为0.07％～0.09％。
硅：硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，碳钢中每增加0.1％重量百分比的硅，可使热轧钢的抗拉强度提高7.8MPa～8.8MPa，屈服强度提高3.9MPa～4.9MPa。但是硅含量超过0.15％以后对韧性和表面质量不利影响明显增大，特别是使热轧钢板生成红铁皮，经续酸洗后在钢板表面留下麻点，成为车轮疲劳过程的裂纹源，因此本发明设定的Si含量为0.05％～0.10％。
锰：锰是高强度低合金高强度钢的基本合金化元素，通过固溶强化发挥作用，锰的添加可以减少碳的加入，从而使钢板具有高的强度，本发明设定的Mn含量为1.35％～1.55％。
磷、硫：磷在高强度低合金高强度钢中容易带来偏析和恶化韧性的不利影响，磷会导致钢材“冷脆”，本发明限定P≤0.012％。
硫易与锰形成硫化锰夹杂，降低钢的韧性，而且在车轮疲劳过程的成为裂纹源，因此高强度热轧钢板中尽量硫含量。本发明采用喂镁线处理，使硫化锰夹杂细化、分散，减少其不利对疲劳性能的影响。本发明限定S≤0.003％。
铌：铌是高强度低合金高强度钢的主要微合金化元素，主要起细晶强化作用。一方面Nb能显著提高钢的再结晶温度Tnr，使热轧过程的大变形得以在低于其再结晶温度Tnr以下进行，从而获得细小的、含有大量变形带的奥氏体组织，使相变前的奥氏体组织尽量细化；另一方面在控制冷却过程中细小的碳氮化铌在控轧控冷过程中析出，起到沉淀强化作用，提高钢的强度。由于Nb合金昂贵，本发明限定Nb含量为0.02％～0.03％。
钛：钛在低碳微合金钢中，加入钛可细化晶粒和析出强化，能提高钢的屈服强度和韧性。这种性能的改善主要与钛能提高奥氏体再结晶温度和奥氏体粗化温度，从而提高连铸和加热过程中奥氏体晶粒度有关；加入Ti的同时加入Nb钢中可以延长NbC的析出孕育期，使Nb-Ti复合钢中的碳化物的析出开始时间较Nb钢中晚，从而使析出物更加细小、弥散；由于钛在高温下，能与N形成TiN高温难熔质点，因此钛的加入还能提高焊接热影响区的晶粒度，从而改善车轮钢焊缝的焊接热影响区的韧性。由于Ti合金相当经济，本发明限定Ti含量为0.035％～0.055％。
镁：钢经过镁处理后，使钢中夹杂物由氧化铝转变为镁铝尖晶石或纯的氧化镁，尺寸从3～5μm降至1～2μm，大大降低了夹杂物的尺寸，减少防止热轧钢板在疲劳过程中在夹杂物处应力集中导致疲劳提前失效，大大提升热轧钢板的疲劳性能。本发明限定Mg含量为0.0005％～0.0015％。
铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al2O3在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al2O3夹杂，Al2O3夹杂对于热轧钢板疲劳性能损害极大，热轧钢板必须对Al2O3夹杂进行控制。本发明限定Alt含量为0.02％～0.05％。
一种抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板的制造方法，该方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.07％～0.09％，Si：0.05％～0.10％，Mn：1.15％～1.35％，P≤0.012％，S≤0.003％、Nb：0.02％～0.03％，Ti：0.035％～0.055％，Mg：0.0005％～0.0015％，Alt:0.02％～0.05％，N≤0.0040％，其余为Fe和不可避免的杂质；
连铸板坯于1220℃～1260℃，加热180min～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1010℃～1050℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为850℃～890℃；精轧后，控制钢板厚度为1.8～5.0mm，层流冷却采用前段冷却，层流冷却速度≥40℃/s，卷取温度为550℃～590℃时卷取得热轧钢卷。
本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：
1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定
连铸板坯出炉温度和时间的设定在于保证连铸坯中粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒的溶解，本发明技术方案Nb、Ti含量，在连铸板坯冷却过程中会析出Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒，此时析出的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子粗大，没有强化作用；需要在热轧前的板坯加热时，将粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物充分溶解，这样才能将化合态的Nb、Ti元素固溶入奥氏体中去，在随后的热轧和冷却过程的相变时形成相间析出，强化铁素体，这对于本发明技术方案非常重要；温度过低和加热时间过短，连铸板坯中原始粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子不能充分溶解，温度过高，加热时间过长，板坯表面氧化脱碳严重，不利于钢板最终性能和表面质量，同时也消耗能源。本发明以Ti强化为主，Ti的合金碳氮化物溶解温度相对Nb的碳氮化物高，因此本发明设定连铸板坯加热温度为1220℃～1260℃，加热时间为180min～240min。
2、粗轧结束温度设定
粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，确保奥氏体经过反复变形和再结晶，得到均匀细小的奥氏体晶粒。通过理论计算，本发明成分设计下再结晶温度为1000℃附近，故本发明设定粗轧结束温度为1010℃～1050℃。
3、精轧结束温度设定
本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，发挥细晶强化的作用。本发明晶粒细化很重要，细晶强化可以在不降低强度同时实现高韧性。另一方面精轧温度也不能过低，过低的精轧温度容易诱发Nb、Ti微合金碳、氮化物在轧制过程中的奥氏体状态析出，导致在后续的相变过程中没有足够的析出物，影响析出强化效果。本发明成分设计下Ar3温度为837℃，故精轧结束温度设定为850℃～890℃。
4、精轧后层流冷却方式和冷却速度的设定
本发明的热轧钢板，在精轧后的冷却目的是采用快的层流冷却速度来抑制晶粒的长大和Nb、Ti微合金碳氮化物在高温段的析出，因此冷却方式为前段冷却。通过快速冷却抑制Nb、Ti微合金碳氮化物粒子在奥氏体的析出，在形变奥氏体中保留固溶Nb、Ti元素，使得在较低温度下的铁素体区间析出细小弥散的Nb、Ti微合金碳氮化物成为可能；冷却速度过慢，无法抑制Nb、Ti微合金碳氮化物在高温变形奥氏体中的提前析出。因此本发明设定层流冷却阶段采用前段强冷，冷却速度≥40℃/S。
5、热轧卷取温度的设定
热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能。本发明中有Nb、Ti，根据铌钛微合金元素最佳析出温度，将卷取温度设计为550℃～590℃。若是卷取温度低于560℃，将会导致Nb、Ti微合金碳、氮化物析出受到抑制而强度不足；若是卷取温度高于600℃，将会导致Nb、Ti微合金碳、氮化物析出物粗化而导致韧性不足，后续用户折弯、冲压等过出现开裂问题。
本发明方法生产的热轧钢板，其金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为11-12级；1.8mm～5.0mm厚热轧钢板的上屈服强度ReH为450MPa～630MPa，抗拉强度Rm≥590MPa，断后伸长率A≥22％。
本发明方法生产的热轧钢板，加工制成的汽车车轮，汽车车轮未发生扩孔、翻边开裂缺陷。
用本发明方法生产的热轧钢板制成的轿车车轮按照《GB/T5334—2005乘用车车轮性能要求-车轮动态弯曲疲劳试验最低循环次数》弯曲疲劳寿命大于等于16万次，加载力矩为3327N·m。
本发明方法生产的热轧钢板的抗拉强度Rm≥590MPa，汽车车轮减薄效果明显。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过合适的成分设计和热轧工艺设计，本发明方法生产的热轧钢板在具有低成本、高强度的同时制成车轮后具有良好的疲劳性能和焊接性能，满足了车轮制造企业对热轧钢板板高强度减薄、高疲劳性和焊接性的需求。2、本发明成分设计采用低C、中Mn、低Nb、中Ti的成分体系，配合常规TMCP工艺，能够获得细晶粒铁素体+少量珠光体，保证获得高强度和伸长率。3、本发明成分设计采用低C、中Mn、低Nb、中Ti的成分体系，使钢板具备良好的焊接性能。4、本发明通过合适夹杂物处理工艺，使氧化铝夹杂和硫化锰夹杂，尺寸细小且弥散分布，减小了疲劳试验过程中裂纹从夹杂物起裂的可能性，大大提升钢板的疲劳性能。
附图说明
图1是本发明实施例1热轧钢板的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1～3对本发明做进一步说明，如表1～表3所示。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经LF钢包精炼炉精炼工序吹Ar处理，RH炉进行真空循环脱气处理和成分微调，后进行板坯连铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1600mm，长度为8500～11000mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采取前段冷却，产出合格热轧钢卷；热轧钢板的厚度为1.8～5.0mm。热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
利用上述方法得到的热轧钢板，参见图1，热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为11-12级，1.8mm～5.0mm厚热轧钢板的上屈服强度为450MPa～630MPa，抗拉强度Rm≥590MPa，断后伸长率A≥22％。
将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。
表3本发明实施例热轧钢板的力学性能
性能指标 钢板厚度/mm 上屈服强度/MPa 抗拉强度Rm/MPa 断后伸长率A/％
本发明 1.8～5.0 450-630 ≥590 ≥22
实施例1 2.0 530 630 34
实施例2 2.8 545 645 28
实施例3 4.5 560 660 27
用本发明方法生产的1.8mm～5.0mm厚制成的轿车车轮按照《GB/T5334—2005乘用车车轮性能要求-车轮动态弯曲疲劳试验最低循环次数》弯曲疲劳寿命大于等于16万次，加载力矩为3327N·m。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.07％～0.09％，Si：0.05％～0.10％，Mn：1.15％～1.35％，P≤0.012％，S≤0.003％、Nb：0.02％～0.03％，Ti：0.035％～0.055％，Mg：0.0005％～0.0015％，Alt:0.02％～0.05％，N≤0.0040％，其余为Fe和不可避免的杂质；热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为11-12级。
2.如权利要求1所述的抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板，其特征是，1.8mm～5.0mm厚热轧钢板的上屈服强度ReH为450MPa～630MPa，抗拉强度Rm≥590MPa，断后伸长率A≥22％。
3.如权利要求1或2所述的抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板，其特征是，所述热轧钢板制作的轿车车轮的弯曲疲劳寿命≥16万次，加载力矩为3327N·m。
4.一种抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板的制造方法，该方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.07％～0.09％，Si：0.05％～0.10％，Mn：1.15％～1.35％，P≤0.012％，S≤0.003％、Nb：0.02％～0.03％，Ti：0.035％～0.055％，Mg：0.0005％～0.0015％，Alt:0.02％～0.05％，N≤0.0040％，其余为Fe和不可避免的杂质；
连铸板坯于1220℃～1260℃，加热180min～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1010℃～1050℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为850℃～890℃；精轧后层流冷却采用前段冷却，层流冷却速度≥40℃/s，卷取温度为550℃～590℃时卷取得热轧钢卷。
5.如权利要求4所述的抗拉强度590MPa级汽车车轮用热轧钢板的制造方法，其特征是，精轧后，控制钢板厚度为1.8～5.0mm。
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