CN112501514A - 一种高表面质量490MPa级厚规格车轮钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高表面质量490MPa级厚规格车轮钢及其制造方法,属于钢铁生产领域,一种高表面质量490MPa级厚规格车轮钢,其特征在于:成分为C:0.08%~0.11%;Si:0.04%~0.10%;Mn:1.20%~1.30%;S:≤0.004%;P:≤0.020%;Alt:0.02%~0.05%;Nb:0.025%~0.035%;Ti:0.010%~0.025%;N:≤0.006%;余量为Fe和不可避免的杂质。本发明可以满足在高强度下轮辐加工过程中的强度要求及表面质量要求。

Description

一种高表面质量490MPa级厚规格车轮钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产领域,特别是一种高表面质量490MPa级厚规格车轮钢及其制造方法。
背景技术
随着国家节能减排的发展需要,商用车轻量化发展趋势日益明显,车轮钢作为汽车用钢中的重要组成部分,对材料强度的要求越来越高。同时国家规定标载运输车辆,更需要搭载高强度车轮钢。抗拉强度490MPa级车轮钢是目前车轮行业最常用的车轮品种之一,尤其是厚规格轮辐用钢(10.0mm以上),需求越来越大。
厚规格轮辐用钢要实现高强度,通常要加入Cr、Mo等微合金或合金元素,用以提高钢板热轧过程中的淬透性,使其热轧态钢板强度增高。如中国发明申请《一种轻量化耐疲劳热轧双相车轮钢及其生产方法》(CN201811038853.9)公开的成分为:C:0.05~0.09%,Si:0.5~0.8%,Mn:1.0~1.6%,Cr:0.4~0.7%,P≤0.015%,S≤0.005%,Als:0.015~0.045%,Nb:0.01~0.03%,余量为Fe及不可避免的杂质;用以生产厚度规格为10~14mm的车轮钢,但加入的Cr在+6价状态下严重危害人的身体健康,有巨大毒性,同时不利于钢板实施大线能量焊接。
为了降低该种危害,各企业也在开发无Cr、Mo加入的成分设计,如中国发明申请《一种抗拉强度590MPa级车轮钢及生产方法CN201611012045.6)公开的成分为:C:0.05~0.09%,Si≤CN201611012045.60.1%,Mn:1.4~1.7%,P≤0.015%,S≤0.008%,Nb:0.04~0.055%,O≤0.0025%,N≤0.0040%,Als:0.015~0.045%,余量为Fe及不可避免的杂质。如中国发明申请《一种车轮钢及其加工方法》(CN201710595868.4)公开的成分为:C:0.13~0.15%,Si:≤0.20%,Mn:1.40~1.60%,P:≤0.020%,S:≤0.010%,Ti:0.015~0.02%,Al:≥0.010,余量为Fe及不可避免的杂质。但二者均存在Mn含量较高,成本增加,同时热轧态钢板随强度增加,塑性也明显下降,轧制负荷也明显增加,不利于后续酸轧生产。
此外,无Cr、Mo加入的成分设计多用于厚度规格<10mm的490MPa级轮辐用车轮钢生产。生产10mm以上规格的490MPa级轮辐用车轮钢,生产轧制过程中带钢表面氧化严重,氧化铁皮较厚,轮辐在加工成型过程中容易出现表面掉粉、麻坑、中心孔开裂等质量缺陷。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足,提供一种490MPa级厚规格车轮钢及其制造方法,以满足在高强度下轮辐加工过程中的强度要求及表面质量要求。
本发明解决其技术问题的技术方案是:一种高表面质量490MPa级厚规格车轮钢,其特征在于:成分为C:0.08%~0.11%;Si:0.04%~0.10%;Mn:1.20%~1.30%;S:≤0.004%;P:≤0.020%;Alt:0.02%~0.05%;Nb:0.025%~0.035%;Ti:0.010%~0.025%;N:≤0.006%;余量为Fe和不可避免的杂质。
上述Nb:Mn在0.02~0.03之间,Nb:Si在0.3~0.5之间。
上述厚规格为厚度大于等于10.0mm。
与现有技术相比较,本发明具有以下突出的有益效果:
1、本发明通过成分设计改良,低C、低Si、中Mn、铌钛微合金化,配合轧钢除鳞技术、轧钢温度控制技术,可轧制生产高表面质量490MPa级厚规格热轧车轮钢;
2、采用本发明技术获得的生产10mm以上规格的钢材,金相组织为细晶粒铁素体+珠光体,组织晶粒度为10.5~12级,表面氧化铁皮厚度≤12μm;
3、采用本工艺可有效控制带钢表面氧化铁皮厚度及组织中带状组织的级别,以达到解决轮辐成型过程中表面麻坑、中心孔开裂等质量问题的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明提供一种高表面质量490MPa级厚规格车轮钢及其制造方法,采用本方法可生产低成本、高强度、高表面质量490MPa级热轧车轮钢,满足在高强度下轮辐加工过程中的强度要求及表面质量要求。
为达到上述目的,本发明技术方案成分及设计范围为(wt%):C:0.08%~0.11%;Si:0.04%~0.10%;Mn:1.20%~1.30%;S:≤0.004%;P:≤0.020%;Alt:0.02%~0.05%;Nb:0.025%~0.035%;Ti:0.010%~0.025%;N:≤0.006%;余量为Fe和不可避免的杂质。
在生产厚规格车轮钢的原材料选择上,为使开发钢板的屈服强度达到490MPa级,同时满足韧性、焊接性及成形性的良好匹配要求,成分采用低C、中M设计,并在钢中加入微合金化元素Nb、Ti。
本发明成分设计及轧制工艺基于以下原理:低C、低Si、中Mn成分设计
C:C元素可以提高材料的强度和硬度,钢种C含量过高,尽管可大幅度提高钢材的强度,但同时会导致材料的塑性下降,严重影响到钢的冷成型性能和焊接性能,同时将造成回弹过大等问题,考虑到车轮用钢的韧性和焊接要求,采用低C设计,以保证足够低的碳当量,同时为降低冶炼成本,在本发明中C含量控制在0.08%~0.11%。
Si:Si元素易氧化成高熔点的SiO2会影响焊接性能,因此为了获得良好的焊接性能需要控制Si元素含量,但是Si元素以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体,起到提高固溶体强度和硬度的作用,因为本申请中低C、无Cr、Mo设计,因此需要选择更高的含量设计,故在本发明中Si含量控制在0.06%~0.10%。
Mn:Mn元素显著提高钢的淬透性,Mn和Fe形成固溶体,提高钢中铁素体和奥氏体强度和硬度。同时Mn又是碳化物形成元素,起到细化珠光体组织的作用。Mn含量偏低,将不能保证低碳成分设计时钢的强度。但Mn含量较高时有使钢晶粒粗化的倾向,且容易产生偏析,还会造成轧制负荷加大,影响成品钢板的冷弯和焊接性能。在本发明中Mn含量控制在1.20%~1.30%。
Nb:Nb元素在钢中能细化奥氏体晶粒,提高钢的强度,还可以改善焊接性能。一般钢中Nb的加入量在0.05%以下,高于此量的Nb对强韧化的贡献不再明显。Nb元素对再结晶的作用具有明显的温度相关,相对提高Nb元素含量并配合控温控冷,可以对再结晶具有强烈的阻止作用,拮抗Mn的晶粒粗化和Si带来的焊接负效应。本发明中Nb含量控制在一个比较窄的范围:0.025%~0.035%,并且,Nb:Mn在0.02~0.03之间,Nb:Si在0.3~0.5之间,超出上述比例效应,不足则无法实现负效应拮抗,超过则造成成本浪费。
Ti:Ti元素与C的结合力极强,可以形成大量弥散分布的TiC颗粒,使钢的内部组织致密,细化晶粒,还可以改善焊接性能。但是Ti含量过高则不利于冲压性能,因此采用低Ti窄设计方案,在本发明中Ti含量控制在0.010%~0.025%。
另外,必须严格控制P、S含量,由于采用高Mn的成分设计,S在钢中易与Mn形成MnS夹杂物及偏析,P易形成严重的偏析带,会大大提高带状组织的级别,沿轧制方向的硫化物夹杂与偏析造成钢板的各向异性增加,因此应将钢中的P、S含量控制在较低的范围内。
本发明步骤包括:板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取。
1、板坯加热
板坯厚度210mm,加热炉均热温度1220℃~1240℃,加热时间160~200min,炉内微正压10~20Pa。
采用三段式加热,为保证终轧后迅速冷却到相变温度获得细致、均匀的晶粒度,较薄的一次氧化铁皮厚度。其中:预热段850~1050℃,加热段1230~1260℃,均热段温度1220~1240℃。
2、粗轧
粗轧:粗轧温度过高会导致二次氧化铁皮厚度增加,中间坯厚度过薄会导致温降过快,本发明粗轧采用1+5模式,6道次轧制,中间坯厚度50mm,粗轧压下量160mm,粗轧结束温度为1010~1050℃。粗轧后投用中间辊道保温罩及热卷箱缓解中间坯温降≤30℃。
3、精轧
为保证足够的压下率,细化晶粒避免混晶,本发明精轧开轧温度980~1020℃,精轧抛F2、F5轧制,终轧温度控制在820℃~860℃,轧制速度3.5~4.5m/s。
关于除磷:为去除轧制过程产生的氧化铁皮,本发明采用高压水除鳞,压力≥23MPa,炉后除鳞水投用2组,粗轧R1除鳞水投用1组,粗轧R2除鳞水投用2组,精轧除鳞水投用2组,精轧机架间水投用6组。
4、层流冷却
层冷采取前段冷却模式,层冷水起始阀第一架第一组,上冷速水阀开口度75%,下冷速水阀开口度100%。
5、卷取
为保证合金元素Nb、Ti的析出强化作用,同时抑制带钢表面FeO向Fe2O3转变,卷取温度610℃~640℃。
Nb在高温下以置换溶质原子状态存在钢中,Nb原子比Fe原子尺寸大,易于在位错处偏聚,对位错攀移产生强烈的拖拽作用,使再结晶形核受到抑制,因而对再结晶具有强烈的阻止作用,Nb可以在钢中可以形成NbC或NbN等间隙中间相,在再结晶过程中,因NbC对位错的钉扎及对亚晶界迁移的阻止作用,从而大大增加了再结晶的时间。在高于临界温度时,Nb元素对再结晶的作用表现为溶质拖拽机制,而在低于临界温度时,则表现为钉扎机制。通过本发明工艺中整体化的控温控冷设计,实现Nb细化奥氏体晶粒的目的。
具体各个实施例中钢的化学成分(wt%),如下表所示,且S:≤0.004%;P:≤0.020%;N:≤0.006%;余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例 C Si Mn Alt Nb Ti
实施例1 0.09 0.06 1.20 0.037 0.025 0.014
实施例2 0.10 0.08 1.25 0.021 0.028 0.011
实施例3 0.11 0.07 1.26 0.041 0.035 0.020
实施例4 0.08 0.1 1.3 0.049 0.028 0.025
本发明各个实施例中钢的制造工艺参数,如下表所示:
本发明各个实施例中钢的拉伸性能测试结果,如下表所示(产品性能检测采用《金属材料室温拉伸试验方法GB/T228》国家标准):
由上述结果可以看出,经由本发明工艺制备的热轧钢板,可以实现金相组织为细晶粒铁素体+珠光体,组织晶粒度为10.5~12级;10.0mm以上厚热轧钢板的上屈服强度ReL:≥400MPa,抗拉强度Rm:500~600MPa,断后伸长率:A≥24%,表面氧化铁皮厚度≤12μm。加工成型过程中未出现表面掉粉、麻坑、中心孔开裂等质量缺陷,碳当量不超过0.44%,焊接质量高。
需要说明的是,本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述,对于本领域的技术人员来说,在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高表面质量490MPa级厚规格车轮钢,其特征在于:成分为C:0.08%~0.11%;Si:0.04%~0.10%;Mn:1.20%~1.30%;S:≤0.004%;P:≤0.020%;Alt:0.02%~0.05%;Nb:0.025%~0.035%;Ti:0.010%~0.025%;N:≤0.006%;余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高表面质量490MPa级厚规格车轮钢及其制造方法,其特征在于:所述Nb:Mn在0.02~0.03之间,Nb:Si在0.3~0.5之间。
3.根据权利要求1所述的高表面质量490MPa级厚规格车轮钢及其制造方法,其特征在于:所述厚规格为厚度大于等于10.0mm。
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