CN109881116A - 一种高疲劳性能的车轮用带钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高疲劳性能车轮用带钢及其制备方法，属于带钢生产技术领域；本发明提供的车轮用钢的化学成分为：C：0.05‑0.08％；Si：0.1‑0.3％；Mn：1.0‑1.5％；Nb：0.02‑0.04％；Ti：0.01‑0.03％；Re：0.002‑0.004％；S≤0.003％；N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质，所述车轮用钢的金相组织为细晶铁素体+球状珠光体；本发明提供的车轮用带钢，具有屈服强度≥477MPa，抗拉强度≥553MPa的优异力学性能，及具有均匀的细晶铁素体+球状珠光体金相组织。
Description
技术领域
本发明涉及一种高疲劳性能车轮用带钢及其制备方法，属于带钢生产技术领域。
背景技术
车轮是商用汽车上重要的承载构件，目前商用车车轮以钢制为主，车轮用带钢对于实现汽车的整体轻量化及保证行驶安全性方面具有重要意义。当前国内商用车需求量和生产量巨大，钢制商用车轮的需求量也巨大。
车轮在实际服役过程中，主要承受来自路面及车身传递的疲劳应力，疲劳性能是评价车轮服役水平的最为关键的性能指标之一。车轮的疲劳性能一般与制造用材、工艺方法有关。与普通强度车轮用带钢相比，高强度车轮用带钢的母材本身的细微缺陷对车轮疲劳性能的影响更为明显。因此，在提高车轮用带钢强度的同时减少缺陷对于保证车轮的疲劳性能至关重要。而目前国内提高车轮疲劳寿命的研究主要集中在带钢强度和车轮形状设计的匹配上，对车轮用带钢夹杂物类型控制和热轧制造技术研究涉及较少，未提出成熟的车轮用带钢制造方法，指导高疲劳性能、高强度车轮用带钢生产。
因此，探索基于钢质车轮疲劳性能提升的车轮用带钢制造方法是当前钢铁企业急需解决的关键技术问题之一。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种高疲劳性能的车轮用带钢，具有屈服强度≥477MPa，抗拉强度≥553MPa的优异力学性能，及具有均匀的细晶铁素体+球状珠光体金相组织；本发明的目的之二在于提供一种高疲劳性能的车轮用带钢的制备方法。
本发明提供一种高疲劳性能的车轮用带钢，按重量百分比计，所述车轮用带钢的化学成分为：C：0.05％-0.08％；Si：0.1％-0.3％；Mn：1.0％-1.5％；Nb：0.02-0.04％；Ti：0.01％-0.03％；Re：0.002-0.004；S≤0.003％；N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；所述车轮用带钢的金相组织为细晶铁素体+球状珠光体。
本发明还提供一种高疲劳性能的车轮用带钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将铁水脱硫，然后转炉冶炼，冶炼结束后，转炉出钢渣洗脱硫，制得脱硫钢水；
S2：将所述脱硫钢水进行RH精炼，然后浇铸，制得钢坯；所述RH精炼过程中，按所述化学成分对所述脱硫钢水进行成分调整；
S3：将所述钢坯经过加热、粗轧、精轧、水冷、卷曲工序，制得所述车轮用带钢。
进一步的，S1中，所述脱硫为KR脱硫，经过所述脱硫所得铁水中，S质量含量≤0.001％。
进一步的，S1中，所述渣洗脱硫为在钢包中加入脱硫渣，并开启钢包底吹增强搅拌；所述脱硫渣质量用量为6kg/吨·钢。
进一步的，S2中，所述RH精炼过程中，待所有合金成分调整完成后，从真空室内加入稀土合金，进行真空循环，然后进行钢包底吹弱搅拌；所述真空循环时间≥5min，所述搅拌时间≥10min；所述浇铸采用全保护浇铸。
进一步的，所述稀土合金为La-Ce合金，纯度≥99.99％。
进一步的，S3中，所述加热在加热炉中进行，所述加热炉中均热温度为1190-1270℃，均热时间＞30min。
进一步的，S3中，所述精轧的入口温度为980-1200℃，终轧温度为830-870℃。
进一步的，S3中，所述水冷采用轧后前段集中水冷，冷却速度为20-30℃/s，冷却至600-640℃。
进一步的，S3中，所述带钢采取自然冷却至常温，厚度为4.0-8.0mm。
本发明的技术原理为：KR铁水脱硫结合转炉出钢渣洗脱硫实现低硫控制，避免采取LF精炼脱硫，避免在LF精炼过程较多不利于疲劳性能的(CaO)12(Al2O3)7夹杂物生成；RH精炼过程真空室内加入稀土合金改性夹杂物并上浮去除，真空室内低氧、低硫环境避免稀土元素形成高熔点的RexSyOz；经过计算和实验确定钢坯加热温度和轧后冷却速度，充分溶解合金元素Nb，在后续的轧制过程中发挥其析出强化和细晶化的作用，并且在轧后冷却过程中控制适当冷速形成细晶铁素体+少量球状珠光体组织。
相比于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明通过脱硫进行低硫控制，RH真空精炼实现低氮控制和完成稀土夹杂物改性处理，适当的热轧工艺，制得了具有屈服强度≥477MPa，抗拉强度≥553MPa的优异力学性能，及具有均匀的细晶铁素体+球状珠光体金相组织的车轮用带钢。
附图说明
图1为本发明制得的热轧卷板的金相组织图。
图2为本发明制得的热轧卷板的SEM组织图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
一种高疲劳性能的车轮用带钢，按重量百分比计，所述车轮用带钢的化学成分为：C：0.05％-0.08％；Si：0.1％-0.3％；Mn：1.0％-1.5％；Nb：0.02-0.04％；Ti：0.01％-0.03％；Re：0.002-0.004；S≤0.003％；N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；所述车轮用带钢的金相组织为细晶铁素体+球状珠光体。
上述一种高疲劳性能的车轮用带钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：将铁水脱硫，然后转炉冶炼，冶炼结束后，转炉出钢渣洗脱硫，制得脱硫钢水；
S2：将所述脱硫钢水进行RH精炼，然后浇铸，制得钢坯；所述RH精炼过程中，按所述化学成分对所述脱硫钢水进行成分调整；
S3：将所述钢坯经过加热、粗轧、精轧、水冷、卷曲工序，制得所述车轮用带钢。
S1中，所述脱硫为KR脱硫，经过所述脱硫所得铁水中，S质量含量≤0.001％。
S1中，所述渣洗脱硫为在钢包中加入脱硫渣，并开启钢包底吹增强搅拌；所述脱硫渣质量用量为6kg/吨·钢；所述搅拌时间≥3min。
S2中，所述RH精炼过程中，待所有合金成分调整完成后，从真空室内加入稀土合金，进行真空循环，然后进行钢包底吹弱搅拌；所述真空循环时间≥5min，所述搅拌时间≥10min；所述浇铸采用全保护浇铸。
所述稀土合金为La-Ce合金，纯度≥99.99％。
S3中，所述加热在加热炉中进行，所述加热炉中均热温度为1190-1270℃，均热时间为＞30min。
S3中，所述精轧入口温度为980-1200℃，终轧温度为830-870℃
S3中，所述水冷采用轧后前段集中水冷，冷却速度为20-30℃/s，冷却至600-640℃。
S3中，所述带钢采取自然冷却至常温，厚度为4.0-8.0mm，优选为5mm。
下面结合具体实施例，对本发明做更进一步的阐述。
实施例1
一种高疲劳性能的车轮用带钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：将铁水脱硫，然后转炉冶炼，冶炼结束后，转炉出钢渣洗脱硫，制得脱硫钢水；
S2：将所述脱硫钢水进行RH精炼，然后浇铸，制得钢坯；
S3：将所述钢坯经过加热、粗轧、精轧、水冷、卷曲工序，制得所述车轮用带钢；所述精轧入口温度为980℃，终轧温度为830℃。
S1中，所述渣洗脱硫为在钢包中加入脱硫渣，并开启钢包底吹增强搅拌；所述脱硫渣质量用量为6kg/吨·钢，所述搅拌时间为3min。
S2中，所述RH精炼过程中，待所有合金成分调整完成后，从真空室内加入纯度为99.99％的La-Ce合金，进行真空循环，然后进行钢包底吹弱搅拌；所述真空循环时间为5min，所述搅拌时间为10min。
S2中，所述浇铸采用全保护浇铸。
S3中，所述加热在加热炉中进行，所述加热炉中均热温度为1190，均热时间为为30min。
S3中，所述水冷采用轧后前段集中水冷，冷却速度为20℃/s，冷却至600℃。
S3中，所述带钢采取自然冷却至常温，厚度为4.0mm。
实施例2
一种高疲劳性能的车轮用带钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：将铁水脱硫，然后转炉冶炼，冶炼结束后，转炉出钢渣洗脱硫，制得脱硫钢水；
S2：将所述脱硫钢水进行RH精炼，然后浇铸，制得钢坯；
S3：将所述钢坯经过加热、粗轧、精轧、水冷、卷曲工序，制得所述车轮用带钢；所述精轧入口温度为1200℃，终轧温度为870℃。
S1中，所述渣洗脱硫为在钢包中加入脱硫渣，并开启钢包底吹增强搅拌；所述脱硫渣质量用量为6kg/吨·钢，所述搅拌时间为5min。
S2中，所述RH精炼过程中，待所有合金成分调整完成后，从真空室内加入纯度为99.99％的La-Ce合金，进行真空循环，然后进行钢包底吹弱搅拌；所述真空循环时间为6min，所述搅拌时间为12。
S2中，所述浇铸采用全保护浇铸。
S3中，所述加热在加热炉中进行，所述加热炉中均热温度为1270℃，均热时间为35min。
S3中，所述水冷采用轧后前段集中水冷，冷却速度为30℃/s，冷却至640℃。
S3中，所述带钢采取自然冷却至常温，厚度为8.0mm，优选为5mm。
实施例3
一种高疲劳性能的车轮用带钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：将铁水脱硫，然后转炉冶炼，冶炼结束后，转炉出钢渣洗脱硫，制得脱硫钢水；
S2：将所述脱硫钢水进行RH精炼，然后浇铸，制得钢坯；
S3：将所述钢坯经过加热、粗轧、精轧、水冷、卷曲工序，制得所述车轮用带钢；所述精轧入口温度为1000℃，终轧温度为850℃。
S1中，所述渣洗脱硫为在钢包中加入脱硫渣，并开启钢包底吹增强搅拌；所述脱硫渣质量用量为6kg/吨·钢，所述搅拌时间为8min。
S2中，所述RH精炼过程中，待所有合金成分调整完成后，从真空室内加入纯度为99.99％的La-Ce合金，进行真空循环，然后进行钢包底吹弱搅拌；所述真空循环时间为8min，所述搅拌时为15min。
S2中，所述浇铸采用全保护浇铸。
S3中，所述加热在加热炉中进行，所述加热炉中均热温度为1230℃，均热时间为38min。
S3中，所述水冷采用轧后前段集中水冷，冷却速度为25℃/s，冷却至620℃。
S3中，所述带钢采取自然冷却至常温，厚度为6mm。
实施例4
一种高疲劳性能的车轮用带钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：将铁水脱硫，然后转炉冶炼，冶炼结束后，转炉出钢渣洗脱硫，制得脱硫钢水；
S2：将所述脱硫钢水进行RH精炼，然后浇铸，制得钢坯；
S3：将所述钢坯经过加热、粗轧、精轧、水冷、卷曲工序，制得所述车轮用带钢；所述精轧入口温度为1000℃，终轧温度为850℃。
S1中，所述渣洗脱硫为在钢包中加入脱硫渣，并开启钢包底吹增强搅拌；所述脱硫渣质量用量为6kg/吨·钢，所述搅拌时间为10min。
S2中，所述RH精炼过程中，待所有合金成分调整完成后，从真空室内加入纯度为99.99％的La-Ce合金，进行真空循环，然后进行钢包底吹弱搅拌；所述真空循环时间为10min，所述搅拌时间为20min。
S2中，所述浇铸采用全保护浇铸。
S3中，所述加热在加热炉中进行，所述加热炉中均热温度为1190℃，均热时间为40min。
S3中，所述水冷采用轧后前段集中水冷，冷却速度为25℃/s，冷却至620℃。
S3中，所述带钢采取自然冷却至常温，厚度为5mm。
实施例1-4的冶炼过程中硫的质量含量控制见表1所示，钢坯化学成分见表2所示，车轮用带钢的热轧卷板力学性能及金相晶粒度评级见表3所示，车轮用带钢夹杂物评级见表4所示。
表1
| 实施例 | KR脱硫后铁水硫含量(％) | 转炉出钢后钢水硫含量(％) | RH结束钢水硫含量(％) |
| 实施例1 | 0.0007 | 0.0025 | 0.0027 |
| 实施例2 | 0.0005 | 0.0026 | 0.0028 |
| 实施例3 | 0.0007 | 0.0021 | 0.0025 |
| 实施例4 | 0.0009 | 0.0023 | 0.0026 |
表2
对上述实施例1-4制得的车轮用带钢的热轧卷板进行力学性能评测及金相晶粒度评级，结果如表3所示。
表3
| 实施例 | Rel(MPa) | Rm(MPa) | A(％) | 晶粒度级别 |
| 实施例1 | 477 | 553 | 32 | 12.5 |
| 实施例2 | 483 | 562 | 33 | 12.0 |
| 实施例3 | 485 | 567 | 31 | 12.0 |
| 实施例4 | 491 | 571 | 30 | 12.5 |
对上述实施例1-4制得的车轮用带钢的热轧卷板进行非金属夹杂物评级，结果如表4所示。
表4
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种高疲劳性能的车轮用带钢，其特征在于，按重量百分比计，所述车轮用钢的化学成分为：C：0.05-0.08％；Si：0.1-0.3％；Mn：1.0-1.5％；Nb：0.02-0.04％；Ti：0.01-0.03％；Re：0.002-0.004％；S≤0.003％；N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；所述车轮用钢的金相组织为细晶铁素体+球状珠光体。
2.一种如权利要求1所述的高疲劳性能的车轮用带钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将铁水脱硫，然后转炉冶炼，冶炼结束后，转炉出钢渣洗脱硫，制得脱硫钢水；
S2：将所述脱硫钢水进行RH精炼，然后浇铸，制得钢坯；所述RH精炼过程中，按所述化学成分对所述脱硫钢水进行成分调整；
S3：将所述钢坯经过加热、粗轧、精轧、水冷、卷曲工序，制得所述车轮用带钢。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述脱硫为KR脱硫，经过所述脱硫所得铁水中，S质量含量≤0.001％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述渣洗脱硫为在钢包中加入脱硫渣，并开启钢包底吹增强搅拌；所述脱硫渣质量用量为6kg/吨·钢；所述搅拌时间≥3min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述RH精炼过程中，待所有合金成分调整完成后，从真空室内加入稀土合金，并进行真空循环，然后进行钢包底吹弱搅拌；所述真空循环时间≥5min，所述搅拌时间≥10min；所述浇铸采用全保护浇铸。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述稀土合金为La-Ce合金，纯度≥99.99％。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S3中，所述加热在加热炉中进行，所述加热炉中均热温度为1190-1270℃，均热时间＞30min。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S3中，所述精轧的入口温度为980-1200℃，终轧温度为830-870℃。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S3中，所述水冷采用轧后前段集中水冷，冷却速度为20-30℃/s，冷却至600-640℃。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S3中，所述带钢采取自然冷却至常温，厚度为4.0-8.0mm。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190614 |
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