CN112442638A - 抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，其化学元素质量百分比为：C：0.09～0.2％，Mn：0.8～1.2％，Al：0.025～0.060％，Nb：0.01～0.10％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。此外，本发明还公开了上述的热轧车轮用钢的制造方法，制造方法不具有热处理步骤，其包括步骤：(1)冶炼和铸造；(2)板坯加热；(3)热轧；(4)分段冷却：其中，在第一阶段，将钢板以60～150℃/s的速度冷却到650～750℃；在第二阶段，将钢板在空气中冷却5～20s；在第三阶段，将钢板以60～150℃/s的速度冷却到350～500℃；在第四阶段，将钢板空冷至室温。

Description

抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种热轧车轮用钢及其制造方法。
背景技术
近年来，由于人类环境保护意识日益增强，降低汽车的油耗及减少CO2的排放已经成为了一个全球共同的呼声，在为了达到这一目标的多种措施中，汽车减重则是一个非常有效的手段。这一全球性的趋势以及对汽车安全性重视，带来了对各种先进的高强度、加工性能良好的新型钢铁材料的需求。
热轧钢板主要用于各种乘用车或商用车的底盘、车轮、悬挂及其周围部件，它的重量可占车体总重量的25％以上。由于这些部位上的许多零部件相对较厚、较重，具有非常大的减重潜力。
过去，为满足钢板在车轮上的使用条件，一般有两种选择，一种是使用强度降低的钢板(≤300MPa)，以获得较高的焊接及成形性能；另一种是在车轮设计中减少成形量，以降低对钢板的焊接及成形性能要求。随着汽车用钢强度的不断提高，传统汽车车轮用钢的成形性能随之降低，已难以满足汽车车轮对钢板成形性能的要求。而为了满足汽车减重对钢板强度日益提高的要求，期望获得一种专用的高强度、高成形性车轮用钢。
例如：公开号为JPS56130455A，公开日为1981年10月13日，名称为“フラツシュ·バツト溶接性ならびにと加工性の良好な高張力熱延鋼板”的日本专利文献公开了一种热轧高强板。在该专利文献所公开的技术方案中，其成分中含Ca与Ce，强度达到560～580MPa，延伸率为27％。
又例如：公开号为JPS57155347A，公开日为1982年9月25日，名称为“フラツシヱバツト溶接性に優れたホイールリム用高張力熱延鋼板”的日本专利文献公开了一种热轧高强板。在该专利文献所公开的技术方案中，其成分中含C量为0.067～0.082％，含Mn量为1.52～1.70％，但不涉及热轧和冷却工艺。
再例如：公开号为JPS57155348A，公开日为1982年9月25日，名称为“フラツシヱバツト溶接によるホイールリム製造に適した高張力熱延鋼板”的日本专利文献公开了一种热轧高强板。在该专利文献所公开的技术方案中，其在在钢的成分中加入了稀土的成分，并采用了低于500℃的卷取温度。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，该热轧车轮用钢性能均匀、板形好，具有良好的冷加工性能，且其成分简单，生产成本低，可以很好地满足汽车车轮对加工工艺例如成形、扩口、焊接的工艺要求。
为了实现上述目的，本发明提出了一种抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，其化学元素质量百分比为：
C：0.09～0.2％，Mn：0.8～1.2％，Al：0.025～0.060％，Nb：0.01～0.10％，0＜Si≤0.3％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。
在本发明所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢中，各化学元素的设计原理如下所述：
C：在本发明所述的热轧车轮用钢中，C用于形成足够碳化物强化相，以保证钢的强度级别。此外，C还可以起到稳定奥氏体，有助于形成残余奥氏体的作用。基于此，在本发明所述的热轧车轮用钢控制C的质量百分比为0.09～0.2％。
Mn：在本发明所述的热轧车轮用钢中，Mn是重要的固溶强化元素，Mn的质量百分比过低会造成钢的强度不足，但Mn的质量百分比太高会使钢的塑性下降，也会造成材料的焊接性能下降。基于此，在本发明所述的热轧车轮用钢中控制Mn的质量百分比在0.8～1.2％。
Al：在本发明所述的技术方案中，Al为钢中的脱氧元素，因而，控制其质量百分比为0.025～0.060％。
Nb：在本发明所述的热轧车轮用钢中，Nb是有效细化晶粒、提高强度和韧性的元素，以碳化物和碳氮化物的形式存在于钢中，由于Nb的加入量低于0.01％，其强化效果小。因此，在本发明所述的技术方案中控制Nb的质量百分比在0.01～0.10％。
Si：考虑到Si可以在钢中起固溶强化作用，但Si的质量百分比太高容易使钢板表面产生诸如红铁皮的表面缺陷，进而损害焊接性能。基于此，在一些优选的实施方式中，可以控制Si的质量百分比在Si≤0.3％。
进一步地，在本发明所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢中，其还具有下述各化学元素的至少其中之一：Ti≤0.05％，Cr≤0.5％。
上述方案中，Cr：部分替代Si的作用，扩大铁素体转变的温度区间，有利于组织和性能的稳定。
考虑到Ti也可以起到有效细化晶粒、提高强度和韧性，也可以以碳化物和碳氮化物的形式存在于钢中，加入量过低不利于强化效果。基于此，在一些优选的实施方式中，可以控制Ti的质量百分比在Ti≤0.05％。
进一步地，在本发明所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢中，在其他不可避免的杂质中，S≤0.005％，P≤0.035％，N≤0.0060％，O≤0.0030％。
在本发明所述的技术方案中，不可避免的杂质应当控制得越少越好。其中，P、S作为钢中的杂质元素，其质量百分比可以优选地控制为S≤0.005％，P≤0.035％。
而O作为钢中的杂质元素，其容易与Al发生反应，形成氧化物夹杂，因此，优选地可以将其质量百分比控制在O≤0.0030％。
N可扩大钢的奥氏体相区，是一种很强的形成和稳定奥氏体的元素；但钢中残留氮量过高会导致宏观组织疏松或气孔。基于此，在本案中可以优选地将N的质量百分比控制在N≤0.0060％。
另外，需要说明的是，本发明所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，还可以具有下述各化学元素的至少其中之一：Cu≤0.5％，Mo≤0.2％，B≤0.005％，以进一步改善钢的性能。
进一步地，在本发明所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢中，其微观组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体。
进一步地，在本发明所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢中，其中，残余奥氏体的相比例为5～10％，贝氏体的相比例为30～45％，其余为铁素体。
进一步地，在本发明所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢中，其抗拉强度为500MPa～700MPa，其延伸率≥30％。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种上述的热轧车轮用钢的制造方法，该制造方法工艺简单，其无需热处理，热轧后无需复杂的冷却工艺，并且所获得的热轧车轮用钢在具有高强度的同时具有优良的成形性能，可以在车轮的成形加工时避免开裂现象的产生。
为了实现上述目的，本发明提出了上述的热轧车轮用钢的制造方法，该制造方法不具有热处理步骤，制造方法包括步骤：
(1)冶炼和铸造；
(2)板坯加热；
(3)热轧；
(4)分段冷却：其中，在第一阶段，将钢板以60～150℃/s的速度冷却到650～750℃；在第二阶段，将钢板在空气中冷却5～20s；在第三阶段，将钢板以60～150℃/s的速度冷却到350～500℃进行卷取；
(5)将钢板空冷至室温。
在本发明所述的制造方法中，在第一阶段，终轧后钢板以60～150℃/s的冷却速度冷却到650～750℃，使得部分奥氏体转变为铁素体，而低于650℃或高于750℃，均会使钢板组织中铁素体转变不足，不利于材料的成形性能和焊接性能。在第三阶段，将钢板以60～150℃/s的速度冷却到350～500℃进行卷取后，将钢板空冷至室温，在这一过程中，其余的奥氏体大部分转变为贝氏体，但还有少部分奥氏体(例如5～10％)残留，即为残余奥氏体。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，板坯加热温度为1150～1250℃。
上述方案中，当板坯加热温度低于1150℃，微合金元素溶解不充分，未能充分利用微合金元素的作用，强度降低。但若板坯加热温度高于1250℃，晶粒容易粗化，对提高钢板韧性不利。基于此，在本发明所述的制造方法中控制板坯加热温度为1150～1250℃。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，轧制变形量大于80％。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，控制终轧温度为830～900℃。
上述方案中，考虑到在步骤(3)中，板坯在奥氏体再晶界区进行粗轧，通过轧制变形后的再结晶细化奥氏体晶粒，当轧制变形量大于80％，或是控制终轧温度在奥氏体未再结晶区830～900℃，以使得通过奥氏体低温区的轧制变形，使奥氏体晶粒内形成变形带并因应变诱发微合金元素的碳氮化物沉淀，细化奥氏体的相变产物，提高钢板的韧性。
本发明所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
本发明所述的热轧车轮用钢具有高强度以及成形性能佳的特点，并且所述的热轧车轮用钢冷加工性能好，延伸率高。
此外，本发明所述的热轧车轮用钢可以不经过热处理，制造成本较低，且热轧后无需复杂的控制冷却技术，采用一般层流冷却工艺就可实现，易于生产。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-8
实施例1-8的热轧车轮用钢采用以下步骤制得：
(1)按照表1所示的化学成分进行冶炼和铸造。
(2)板坯加热：板坯加热温度为1150～1250℃。
(3)热轧：轧制变形量大于80％，终轧温度为830～900℃。
(4)分段冷却：其中，在第一阶段，将钢板以60～150℃/s的速度冷却到650～750℃；在第二阶段，将钢板在空气中冷却5～20s；在第三阶段，将钢板以60～150℃/s的速度冷却到350～500℃进行卷取；
(5)将钢板空冷至室温。
表1列出了实施例1-8的热轧车轮用钢的各化学元素的质量百分配比。
表1.(wt％，余量为Fe和除了P、S、O以及N以外的其他不可避免的杂质)
Figure BDA0002180385220000051
Figure BDA0002180385220000061
需要说明的是，虽然上述实施例1-8中均不含有Cu、Mo、B等其他元素，但是对于本发明钢来说，其还可以进一步具有下述各化学元素的至少其中之一：Cu≤0.5％，Mo≤0.2％，B≤0.005％，以进一步改善钢的性能。
表2列出了实施例1-5的热轧车轮用钢的具体工艺参数。
表2.
Figure BDA0002180385220000062
为了验证本案的实施效果，同时证明本案较之现有技术的优异效果，本案将实施例1-8以及对比例1-3的热轧车轮用钢进行测试，测试样板为轧制时工艺控制和所得厚度为3mm的钢板的力学性能，测试按GB6397－86标准进行测。需要说明的是，各个实施例与对比例拉伸试样标距为50mm。其中：
对比例1为公开号为JPS5935653A，公开日为1984年2月27日，名称为“高張力熱延鋼板”的日本专利文献中的实施例1的成分及其制造工艺参数。
对比例2为公开号为JPS57155347A，公开日为1982年9月25日，名称为“フラツシヱバツト溶接性に優れたホイールリム用高張力熱延鋼板”的日本专利文献的实施例1的成分及其制造工艺参数。
对比例3为公开号为JPS56130455A，公开日为1981年10月13日，名称为“フラツシュ·バツト溶接性ならびにと加工性の良好な高張力熱延鋼板”的日本专利文献的实施例A的成分及其制造工艺参数。
表3列出了各个实施例以及对比例的测试结果。
表3.
编号 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％) 微观组织
实施例1 558 638 34 7％Ar-40％B-53％F
实施例2 562 657 34 7％Ar-40％B-53％F
实施例3 634 701 30 5％Ar-45％B-50％F
实施例4 623 675 32 5％Ar-45％B-50％F
实施例5 578 653 34 7％Ar-40％B-53％F
实施例6 530 605 36 10％Ar-30％B-60％F
实施例7 407 508 40 5％Ar-30％B-65％F
实施例8 498 572 39 8％Ar-35％B-57％F
对比例1 510 674 29 F+P
对比例2 - 599 30 F+P
对比例3 448 574 27.6 F+P
注：表3中Ar表示残余奥氏体，B表示贝氏体，F表示铁素体，P表示珠光体。
由表3可以看出，本案各实施例的热轧车轮用钢由于其微观组织为为铁素体+贝氏体+残余奥氏体，其中，残余奥氏体的相比例为5～10％，贝氏体的相比例为30～45％，其余为铁素体，因而，相较于对比例1-3而言，本案各实施例的力学性能以及成形性能表现优良，本案各实施例的热轧车轮用钢的抗拉强度为500MPa～700MPa，其延伸率≥30％。
需要指出的是，结合表2可以看出，本案各实施例的热轧车轮用钢在制作过程中不需要经过热处理，因而，工艺简单，制造成本较低。
综上所述可以看出，本发明所述的热轧车轮用钢具有高强度以及成形性能佳的特点，并且所述的热轧车轮用钢冷加工性能好，延伸率高。
此外，本发明所述的热轧车轮用钢可以不经过热处理，制造成本较低，且热轧后无需复杂的控制冷却技术，采用一般层流冷却工艺就可实现，因而，易于生产。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，其特征在于，其化学元素质量百分比为：
C：0.09～0.2％，Mn：0.8～1.2％，Al：0.025～0.060％，Nb：0.01～0.10％，0＜Si≤0.3％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，其特征在于，其还具有下述各化学元素的至少其中之一：Ti≤0.05％，Cr≤0.5％。
3.如权利要求1所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，其特征在于，其还具有下述各化学元素的至少其中之一：Cu≤0.5％，Mo≤0.2％，B≤0.005％。
4.如权利要求1所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，其特征在于，在其他不可避免的杂质中，S≤0.005％，P≤0.035％，N≤0.0060％，O≤0.0030％。
5.如权利要求1所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，其特征在于，其微观组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体。
6.如权利要求5所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，其特征在于，其中，残余奥氏体的相比例为5～10％，贝氏体的相比例为30～45％，其余为铁素体。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的抗拉强度500MPa以上的热轧车轮用钢，其特征在于，其抗拉强度为500MPa～700MPa，其延伸率≥30％。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的热轧车轮用钢的制造方法，其特征在于，该制造方法不具有热处理步骤，所述制造方法包括步骤：
(1)冶炼和铸造；
(2)板坯加热；
(3)热轧；
(4)分段冷却：其中，在第一阶段，将钢板以60～150℃/s的速度冷却到650～750℃；在第二阶段，将钢板在空气中冷却5～20s；在第三阶段，将钢板以60～150℃/s的速度冷却到350～500℃进行卷取；
(5)将钢板空冷至室温。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，板坯加热温度为1150～1250℃。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，轧制变形量大于80％。
11.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，控制终轧温度为830～900℃。
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