CN112410671A

CN112410671A - 一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法

Info

Publication number: CN112410671A
Application number: CN202011294536.0A
Authority: CN
Inventors: 李国宝; 孙卫华; 郭朝海; 汤化胜; 孙风晓; 李相前; 单修迎; 贾崇雪; 董苗翠; 张志男; 夏继年; 李贺; 高龙永; 杨西亚; 于爽
Original assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Current assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2021-02-26

Abstract

一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其由下述按重量百分比计的组分组成，C≤0.09％，Si≤0.15％，Mn≤1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Alt：0.020～0.050％，Nb≤0.040％，Ti≤0.020％，CEV≤0.34％，Pcm≤0.20％，Cu≤0.30％，Ni≤0.30％，Cr≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的制造方法包括下述的步骤：KR脱硫、转炉冶炼、精炼、板坯检验、加热、高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、平整(根据情况)、检验、包装、入库。保证焊接热影响区强度的同时，还解决了轮辋钢焊接影响区在成形扩涨的过程中开裂的问题。

Description

一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法

技术领域

本发明属于低合金钢领域，具体涉及一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法。

背景技术

车轮是汽车行驶中的重要安全结构件。它是由钢板经辊压或旋压成形、焊接、喷漆处理等一系列严格制造工艺获得的。目前各车轮厂生产制造的多为无内胎辊型车轮，具有精度高、重量轻、动平衡性良好、疲劳寿命长以及安全性可靠等优点，在汽车上得到了广泛的应用。

车轮用钢必须解决成形和焊接装配中焊接开裂和热影响区软化等一系列难题，强度越高热影响区的软化越严重，开裂率就越高。要解决上述问题，要求钢板具有稳定的力学性能，好的塑性，优良的焊接性能，避免热影响区经焊接后强度下降明显，在轮辋扩涨成型时在热影响区减薄或者开裂。

2015年4月22日公开的国家专利CN 104532133 A中记载了一种550MPa级热轧轮辋用钢及其制造方法。该专利车轮钢强度级别低，并且采用铁素体+贝氏体+马氏体的组织，与本专利明显不同。

2015年1月14日公开的国家专利CN 104278196 A中记载了一种商用汽车轻量化无内胎车轮轮辋用钢及其制备方法，采用的轧后层流冷却，组织为铁素体+珠光体，与本专利明显不同。

2018年2月9日公开的国家专利CN 107675088 A中记载了抗拉强度为≥590MPa厚规格轮辋用钢及生产方法。该专利加热温度采用高温加热、卷取温度较高为590-630℃、金相组织为铁素体+珠光体，与本专利有明显不同。

2020年5月19日公开的国家专利CN 111172474 A中记载了一种低脆性590MPa级高强汽车轮辋用钢的生产工艺。该专利加热温度为1250℃，组织为铁素体+贝氏体，与本专利明显不同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，通过低碳+Nb、Ti微合金化的成分设计，采取控轧控冷工艺，结合冷后自回火工艺，得到细小均匀的块状铁素体+粒贝+弥散细小碳化物的复相组织，实现了轮辋用590MPa级别车轮钢具备优良成型及焊接性能，开裂率控制在2％以内。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其化学成分的质量百分含量为：C≤0.09％，Si≤0.15％，Mn≤1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Alt：0.020～0.050％，Nb≤0.040％，Ti≤0.020％，CEV≤0.34％，Pcm≤0.20％，Cu≤0.30％，Ni≤0.30％，Cr≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述方法包括KR脱硫、转炉冶炼、精炼、板坯检验、加热、高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、平整(根据情况)、检验、包装、入库，得到车轮钢。

具体的，所述车轮钢成分采用低碳，Nb+Ti微合金化的成分设计思路。

具体的，所述车轮钢钢卷厚度为2-16mm。

具体的，所述炼钢过程中控制钢中氧含量，避免钢水过氧化，并采用滑板进行挡渣出钢，严格控制出钢下渣量；进行炉外精炼，采用Ca变质处理，有效去除并球化钢中的夹杂物。

具体的，所述炼钢工序中，连铸过程全程保护浇注，避免钢水二次氧化。

具体的，所述加热工序中，通过对比分析，确认加热制度采用低温加热工艺，均热段温度≤1220℃，出炉温度1180℃，控制加热过程中晶粒的长大。

具体的，所述热轧工序中，粗轧R2全道次除鳞，精轧入口采用双排除鳞工艺、精轧机架间除鳞水全部开启，保证良好的表面质量。

具体的，所述热轧工序中，严控精轧入口温度及出口温度，保证未结晶区轧制，为相变形核打下基础，保证相变后晶粒细小。

具体的，所述冷却工序中，轧后直接采用前段超快冷，尽快将温度降低至700℃以下，避免晶粒在高温下迅速长大；出超快冷后采用层流冷却的方式进行水冷，控制冷速15℃/S以内，避免内应力过大以及硬相组织的产生，同时采取适度中温卷取等工艺技术路线，控制得到细小块状铁素体+细小粒贝组织，后续缓冷过程中沿着晶界弥散析出细小的碳化物，从而形成了细晶块状铁素体+细小粒贝组织+细小碳化物的复合组织。

本发明的车轮钢具体生产方法内容如下：

在炼钢过程中控制钢中氧含量，避免钢水过氧化，并采用滑板进行挡渣出钢，严格控制出钢下渣量。进行LF、RH炉外精炼，有效去除夹杂以及O、N、H气体含量。通过Ca处理，进行夹杂物变性处理。连铸过程全程保护浇注，避免钢水二次氧化。铸坯低倍质量满足C类≤1.5级，中心疏松≤0.5，无中间裂纹，无表面缺陷。

在板坯加热工序中，确认加热制度采用低温加热工艺，确保均匀加热的基础上，均热段温度≤1220℃，避免高温加热造成晶粒粗大以及氧化铁皮过厚；

在板坯除鳞过程中，粗轧R2全道次除鳞，精轧入口采用双排除鳞工艺、精轧机架间除鳞水全部开启。

在热轧工序中，严控精轧入口温度及出口温度，细化晶粒尺寸，获得细小的铁素体晶粒。控制粗轧出口温度范围为1040-1080℃，控制精轧出口温度范围为820-860℃；

在冷却工序中，轧后直接采用前段超快冷冷却至650-720℃，避免多边形铁素体析出，得到细小的块状铁素体；经过层流冷却，冷速低于15℃/S，卷取温度控制范围为480-550℃,最终得到细小的块状铁素体+粒贝组织。随后的钢卷进行堆垛缓冷消除内应力的同时，沿晶界析出弥散细小的碳化物，从而得到均匀细小的块状铁素体+细小粒贝组织+细小碳化物的复合组织，实现了高强度、高成型性能、优良焊接性能、高的抗疲劳性能的合理匹配。

本发明主要合金元素的作用及机理：

碳：碳是低碳钢中最经济的强化元素，增加碳含量可以增加强度、硬度、耐磨性，但降低钢的塑性和冲击韧性，恶化冷成型性能和焊接性能。由于该钢种需要进行辊压或旋压及焊接，因此碳含量不能太高，在保证强度的前提下，尽量降低C含量，为保证最终成品性能的稳定性，碳含量应控制在较小的波动范围内。所以设计车轮钢的碳含量控制在0.06～0.09％范围内。

锰：锰是钢中主要的合金元素，在钢中一部分锰和其他元素形成化合物，但大部分和铁形成固溶体，起到提高钢中铁素体和珠光体的强度和硬度的作用。锰在钢中使钢的临界转变温度Ar3降低，起到细化珠光体或者粒贝的作用，因此锰对提高钢的强度起重要作用。锰含量偏低，强度不够，过高则影响钢板的冷冲压和焊接性能；较高的锰含量会加剧铸坯的中心偏析，从而造成产品带状组织严重。所以设计车轮钢的锰含量控制在≤1.50％范围内。

硅：硅在炼钢时一般作为脱氧剂，也可作为合金元素。硅进入铁素体起固溶强化作用，可显著提高钢的抗拉强度和较小程度提高屈服强度，从而改善材料的屈强比，但同时在一定程度上降低钢的韧性、塑性。对于闪光对焊来讲，硅含量增加，焊接性能变差，因此设计硅含量≤0.15％。

磷：磷提高钢的强度，但降低钢的塑性，对焊接性能、低温韧性不利，并增加焊裂的敏感性；且磷易形成偏析，提高了带状组织的级别。因此在汽车车轮用钢中是一种有害元素，应尽可能降低磷在钢中的含量，结合山钢日照公司的实际控制水平，试制时将P含量控制在0.020％以下。

]硫：硫易和锰反应生成硫化物夹杂而存在钢中，沿着钢板的轧制方向延伸，形成严重的带状，降低钢的塑性、可焊性、冷成型性、冲击韧性及疲劳寿命，所以降低硫含量和改变其在钢中的夹杂物形态是提高车轮钢焊接性能和疲劳寿命的重要途径。在成分设计时要求尽量降低硫含量，试制时硫含量控制在0.010％以下。

铌：铌元素可以诱导块状及针状铁素体的析出，在过冷奥氏体中可以以固溶的铌和析出的铌两种状态存在。固溶的铌显著降低形变初期铁素体的形核率。随着变形的深入进行，大量的Nb(C、N)在晶内弥散析出，析出物非常细小。它们为铁素体的相变提供了有利的形核位置，提高了铁素体的形核率，并钉扎铁素体晶界，阻止铁素体长大，有效的细化晶粒。

钛：钛是强碳化物形成元素，它与碳、氮都有极强的亲和力。在钢液凝固过程中形成大量弥散分布的TiN颗粒，可以成为钢液凝固时的固体晶核，利于钢的结晶，减少粗大柱状晶和树枝状组织的生成，细化钢的组织，达到提高强韧性目的，可减少偏析降低带状组织级别。另外，钛易与氮结合生成稳定的高弥散化合物，不但可以消除钢中自由氮，提高钢材的抗时效性能，而且能抑制钢在的热加工过程和焊接过程晶粒的长大，改善焊缝及热影响区性能。在含铌钢中，当氮含量较高时，易沿晶界析出铌的氮化物或碳、氮化物，致使晶界脆化，会加剧含铌钢铸坯横向裂纹的形成。但含铌钢中若加微量钛，由于钢中氮优先与钛反应，减少了与铌反应的氮，可以有效抑制Nb(C、N)的析出，进而降低含铌钢的裂纹敏感性。有资料表明，含铌钢中Ti/N略高于3.42时，可有效地减少连铸坯的横裂纹。

铝：铝作为脱氧剂加入钢中，可充分脱除钢中的氧，改善钢质。钢中的酸溶铝能控制钢坯加热时的奥氏体晶粒度，提高精力粗化温度，使晶粒细化、提高钢的强度，铝与钢中的[N]结合生成AlN，可防止应变时效，因此生产时控制铝含量为0.020～0.050％。

经上述分析设计，此车轮钢的最大碳当量CEV≤0.34％；均低于0.4％，因此在化学成分设计方面，该材料适合焊接，且焊接时可不用预热。

本发明工艺设计思路：通过采取低硅和低碳控制，Nb、Ti微合金化处理，控制钢种的纯净度，控制冷却方式即适当低的卷取温度，得到细小的块状铁素体+细小粒贝组织+细小碳化物的复合组织，从而达到提高塑韧性的目的，实现了优良的成型性能和焊接性能。

本发明具有以下有益效果：本发明的一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，过微Nb、Ti处理，基于炼钢工艺，2050mm热连轧生产产线，严格控制钢种含氧量，脱氧合金含量，软吹时间，铸坯加热温度，精轧出口温度，冷却速度和卷取温度等生产工艺参数，获得了细小的复相组织，实现了590MPa级别高强度轮辋用钢的工业化生产，使轮辋的开裂率降低至1％左右。

附图说明

图1为590MPa级轮辋用钢的金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不以此限制本发明。

实施例1

本实施例为590MPa轮辋用车轮钢的具体成分如表1所示。

表1590MPa轮辋用车轮钢化学成分

C

Si

Mn

P

S

Alt

Nb

Ti

CEV

Pcm

≤0.09

≤0.15

≤1.50

≤0.020

≤0.010

0.02-0.05

≤0.040

0.01-0.03

≤0.34

≤0.19

本实施例的一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法如下：

KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、板坯检验、加热、高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、平整(根据情况)、检验、包装、入库。

在冶炼过程中，转炉冶炼的终点成分严格控制C≤0.06％，P≤0.012％，S≤0.012％，保证钢质的纯净度、均匀性。转炉冶炼终点温度1630-1690℃，出钢时间≥5min；

LF冶炼的钢水到站温度≥1560℃，,LF处理周期≥15min。

在精炼过程中，RH精炼的到站温度1605℃～1625℃，中包第一炉或换水口炉次1615℃～1635℃，真空度≤200pa,保压时间≥15min，连浇炉次1565～1580℃，中包1炉次1575～1590℃，换水口炉次1570～1585℃，其它异常情况适当调整，软吹时间≥10min。

在板坯连铸过程中，铸坯低倍质量C类≤1.5级，中心疏松≤0.5，无中间裂纹，无表面缺陷。

板坯出炉温度为1200℃，精轧終轧温度为820-860℃，卷曲温度为480-550℃。得到厚度为2-16mm，屈服强度为≥420MPa，抗拉强度为590-700MPa，延伸率为≥20％的合格车轮钢。

采用以上工艺生产的钢板，最终的金相组织如图1所示，组织为细小的块状铁素体+粒贝+细小碳化物，晶粒度为11-12级。

Claims

1.一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：C≤0.09％，Si≤0.15％，Mn≤1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Alt：0.020～0.050％，Nb≤0.040％，Ti≤0.020％，CEV≤0.34％，Pcm≤0.20％，Cu≤0.30％，Ni≤0.30％，Cr≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述方法包括KR脱硫、转炉冶炼、精炼、板坯检验、加热、高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、平整、检验、包装、入库，得到车轮钢。

2.如权利要求1所述的一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其特征在于，所述车轮钢成分采用低碳，Nb+Ti微合金化的成分设计思路。

3.如权利要求1所述的一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其特征在于，所述车轮钢钢卷厚度为2-16mm。

4.根据权利要求1所述的一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其特征在于，所述炼钢过程中控制钢中氧含量，避免钢水过氧化，并采用滑板进行挡渣出钢，严格控制出钢下渣量；进行炉外精炼，采用Ca变质处理，有效去除并球化钢中的夹杂物。

5.根据权利要求1所述的一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其特征在于，所述炼钢工序中，连铸过程全程保护浇注，避免钢水二次氧化。

6.根据权利要求1所述的一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其特征在于，所述加热工序中，通过对比分析，确认加热制度采用低温加热工艺，均热段温度≤1220℃，出炉温度1180℃，控制加热过程中晶粒的长大。

7.根据权利要求1所述的一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其特征在于，所述热轧工序中，粗轧R2全道次除鳞，精轧入口采用双排除鳞工艺、精轧机架间除鳞水全部开启，保证良好的表面质量。

8.根据权利要求1所述的一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其特征在于，所述热轧工序中，严控精轧入口温度及出口温度，保证未结晶区轧制，为相变形核打下基础，保证相变后晶粒细小。

9.根据权利要求1所述的一种采用复相组织生产轮辋用钢的生产方法，其特征在于，所述冷却工序中，轧后直接采用前段超快冷，尽快将温度降低至700℃以下，避免晶粒在高温下迅速长大；出超快冷后采用层流冷却的方式进行水冷，控制冷速15℃/S以内，避免内应力过大以及硬相组织的产生，同时采取适度中温卷取等工艺技术路线，控制得到细小块状铁素体+细小粒贝组织，后续缓冷过程中沿着晶界弥散析出细小的碳化物，从而形成了细晶块状铁素体+细小粒贝组织+细小碳化物的复合组织。