CN113755748B

CN113755748B - 具有高疲劳性汽车车轮用热轧酸洗钢制备方法

Info

Publication number: CN113755748B
Application number: CN202110949248.2A
Authority: CN
Inventors: 王立新; 刘培灿; 刘亮; 肖厚念; 魏兵; 刘斌; 尹云洋; 徐锋; 王靓
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-08-18
Filing date: 2021-08-18
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2041-08-18
Also published as: CN113755748A

Abstract

本发明公开了一种具有高疲劳性汽车车轮用热轧酸洗钢制备方法，在LF炉外精炼过程中对炉渣进行控制‑RH炉真空处理、连铸、铸坯加热、热轧、冷却、卷取‑平整‑酸洗、漂洗、平整。利用冷轧酸轧联机生产线的富余产能生产汽车车轮用热轧酸洗钢，既满足了汽车车轮用热轧酸洗钢的高疲劳、易成形的要求，也具有高表面质量的特点，还创造了经济效益。2.0～6.0mm规格的热轧酸洗钢，抗拉强度为540～680MPa级，条件疲劳强度≥170MPa。

Description

具有高疲劳性汽车车轮用热轧酸洗钢制备方法

技术领域

本发明属于热轧带钢生产技术领域，具体涉及一种具有高疲劳性汽车车轮用热轧酸洗钢制备方法。

背景技术

钢铁工业飞速发展，产能整体过剩不断加剧，而下游企业对钢铁产品的质量需求却越来越高，对生产成本的控制也越来越精细。因此倒逼钢铁产品的开发生产需紧跟下游市场的发展方向，如随着汽车工业的超高速发展，汽车车轮用钢的需求量越来越大，质量要求越来越高，成本控制越来越严。鉴于汽车车轮用钢的特点及成形条件要求，开发一种高疲劳易成形汽车车轮用热轧酸洗钢产品，是解决钢厂产品开发及下游汽车行业发展瓶颈的一种有效措施。

汽车车轮用热轧酸洗钢厚度一般在2.0～6.0mm的范围，要求易成形、高疲劳性能、高表面质量，以便满足汽车对钢铁材料的严格标准。汽车车轮用热轧酸洗钢的特点如下：与热轧普板相比，汽车车轮用热轧酸洗钢有以下几个优点：一是高表面质量，因为去除了带钢表面的氧化铁皮，带钢表面质量得到改善，提高了材料的焊接性能与涂覆性能，且明显提高了带钢的外观效果，是理想的汽车车轮用材料；二是易成形性及高尺寸精度，汽车车轮用热轧酸洗钢经平整工艺后，残余内应力得到优化，有利于材料的成形加工，且减少了带钢平直度差的缺陷。

在国内外有些大型钢铁企业拥有专业的连续式热轧酸洗钢生产线，而有些钢铁企业只拥有推拉式热轧酸洗钢生产线，更有甚者有些企业没有热轧酸洗钢生产线，只能外委土法生产热轧酸洗钢。连续式热轧酸洗钢生产线生产汽车用热轧酸洗钢质量有保证，但是设备投入成本太高；推拉式热轧酸洗钢生产线与外委土法生产热轧酸洗钢虽然成本降低了，质量却得不到保障，尤其是生产汽车车轮用热轧酸洗钢产品，材料的表面质量要求高，成形性能、疲劳性能等要求也高。这样，这类生产方式就有不能跨越的生产难点。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种具有高疲劳性能易成形汽车车轮用热轧酸洗钢制备方法。

为实现上述目的，本发明所设计的具有高疲劳性汽车车轮用热轧酸洗钢制备方法，所述热轧酸洗钢化学成分按重量百分比包括C：0.050～0.070％、Si：0.050～0.150％、Mn：1.100～1.350％、P≤0.020％、S≤0.006、Nb：0.037～0.047％、Als：0.025～0.055％、Cu≤0.300％、Ni≤0.300％、Cr≤0.300％；其余为Fe和不可避免的杂质；

所述制备方法如下：

1)经过转炉冶炼后进入LF炉+RH炉精炼处理；

2)将钢水进行板坯连铸生产：浇铸的铸坯厚度230～250mm；铸坯在步进式加热炉中进行加热，加热温度控制在1270～1310℃；

3)加热后铸坯进行分段轧制：粗轧结束温度控制在1090～1130℃，精轧终轧温度控制在840～880℃；

4)轧制后钢卷进行前段超快速层流冷却，冷却速度为60～100℃/s，冷却至660～700℃，控制冷却水水温＜35℃；

冷速的增加，可以使Ar₃降低，相变核增加，相变后的晶粒成长受到抑制，因此，F晶粒得以细化，对材料起到细晶强化的作用。

5)卷取温度控制在560～600℃；这样有利于在材料表面形成以FeO结构为主的疏松氧化铁皮，便于后续加工过程中酸洗去除材料表面的氧化铁皮层，得到具有良好表面质量的加工材料。

6)酸洗前单机平整：平整力设定为200～350t；能够扩大材料的塑性变形范围，消除材料的屈服平台，防止冷成形时产生滑移线。同时，确保材料沿轧制方向延伸率的均匀一致，调整材料的板形及表面质量，有利于提高材料的成形性能。单机平整是保证高表面质量汽车用热轧酸洗钢的技术关键点。平整工艺一方面是为了调整热轧原材料的组织结构，消除材料的屈服平台，提高材料的力学性能，另一方面是为了提高材料的板形质量，为获得良好的酸洗质量提高先决条件

7)酸洗、平整及涂油。

采用静电涂油，是酸洗钢表面质量的保障，防止酸洗钢在后续的运输过程中以及用户的储存过程中发生锈蚀缺陷，适量均匀的涂油质量不仅可以防止带钢表面锈蚀，还可能提高材料使用性能，在材料的冲压成形过程中起到润滑的作用。涂油采取静电涂油的方式，可以根据用户要求，按需进行涂油

进一步地，所述步骤1)中，RH炉真空处理：真空度≤6.0KPa，循环纯脱气时间15～55分钟，真空时间22～30min；然后进行钙处理，每炉钢水按重量喂Si-Ca线720～860g/t，喂入速率控制在300～360m/min，保证钢水软吹氩时间15～30min；使钢中的夹杂物进一步上浮进入渣中，提高钢水的纯净度，处理后期加入铝丸调整钢水中Als含量，随后合金均匀化；

在LF炉外精炼过程中对炉渣进行控制，炉渣中成分按重量百分比计包括CaO：60％～62％、Al₂O₃：20％～21％、MgO：8％～11％、SiO₂：13％～16％、TFe＜0.4％，以及控制炉渣的碱度R：3.0～3.5；在造渣后，全程进行吹氩搅拌，钢水出站前加入钢包覆盖剂，以保护钢水。

进一步地，所述步骤2)中，使用抗裂纹板坯保护渣，连铸二次冷却制度采用弱冷方式以防止板坯浇注时产生裂纹；中包温度控制在1620±30℃，拉速控制在1.15～1.65m/min，其中板坯连铸采用全程保护浇铸工艺，结晶器使用电磁搅拌(M-EMS)技术。大幅降低钢液的过热度，缩短凝固时间，从而产生宽且细的等轴晶区，使凝固前沿强制对流，打碎凝固前沿的树枝晶，树枝晶的碎片重新熔化，降低了钢水温度，增加了等轴晶核心，封锁了柱状晶前沿的发展，形成了宽大的等轴晶区。钢液的搅动使液芯由外向内的温度梯度减小，四周结晶均匀发展，从而提高铸坯断面上的等轴晶率，使偏析元素均匀分布，避免溶质元素集聚，最终改善铸坯的偏析。

铸坯加热控制：冷坯装炉，预加热段温度在480～680℃，预热时间35～50min，一加热段温度在780～1080℃，一加时间40～55min，二加热段温度在1120～1250℃，二加时间40～60min，均热段温度在1250～1320℃；均热时间40～50min，总加热时间控制在155～215min，同坯温差≤30℃；板坯温度均匀，元素充分固溶，并有效控制炉生氧化铁皮的厚度与数量，有利于得到良好表面质量的产品材料。

进一步地，所述步骤3)中，粗轧除鳞不少于五道次，精轧前除鳞集管开启数不少于二根。F1后除鳞装置也要开启以保证除鳞效果，这种轧制方式，使易酸洗去除的以FeO为主的氧化铁皮结构向难酸洗去除的以Fe₃O₄为主的氧化铁皮转变受阻，并降低了氧化铁皮厚度，除磷方式也能够确保除磷效果，保障钢板的表面质量，使最终能够得到高表面质量的产品材料。

进一步地，5、根据权利要求1所述汽车车轮用热轧酸洗钢制备方法，其特征在于：所述步骤7)中，酸洗前拉矫延伸率设定为1.5～2.5％；酸洗钢在酸轧联机生产的工序，包括开卷、矫直、切头切尾、焊接、拉矫、酸洗、漂洗及烘干等工艺，其中：

矫直工序：使钢材的弯曲部位承受相当大的方向弯曲或拉伸，使该部位产生一定弹塑性变形，当外力去除后，钢材经过弹性恢复，然后达到平直，同时由于钢板表面氧化铁皮不同塑性，在矫直的反复矫直变形的过程中脱落，从而达到了除磷的效果。

拉矫工序：一是改善板形，通过使带钢拉伸并且进行弯曲矫直之后，可以部分消除带钢的边浪、中浪等浪形和C形弯曲、L形弯曲等板形缺陷，从而改善了带钢的平直度。二是改善加工性能，通过拉伸弯曲作用使带钢在后续的变形时减轻或不再有屈服平台，从而产生均匀变形，提高加工性能。同样，在拉矫的作用下，带钢的表面氧化铁皮进一步疏松或剥落，进一步达到了除磷的效果，为酸洗工艺创造良好的条件。

酸洗工序中，热轧钢带经过3个酸洗槽进行酸洗：分别为：

第一酸洗槽中：总的酸浓度约185～215g/L，Fe2+浓度为115～135g/L，自由酸的浓度为25～45g/L，温度为75～85℃；

第二酸洗槽中：总的酸浓度约185～215g/L，Fe2+浓度为65～85g/L，自由酸的浓度为95～115g/L，温度为75～85℃；

第三酸洗槽中：总的酸浓度约185～215g/L，Fe²⁺浓度为30～50g/L，自由酸的浓度为150～170g/L，温度为75～85℃；

酸洗工序过程中，总酸洗时间为26～30秒，并且在酸洗槽中添加缓蚀剂，用于当带钢停于酸槽时防止过酸洗；

漂洗工序中，钢带进入漂洗槽，漂洗槽为四级梯级式槽体，采用逆流喷洗的方式漂洗，通过进排水量调整漂洗段的pH值：5.5～6.5、电导率≤40μs/cm；并在漂洗槽中添加缓蚀剂，用于当带钢停于漂洗槽时防止产生酸斑。

风温度控制为120±10℃吹边设备，利用压缩空气将积存在钢带两边的残液向钢带的外侧吹刷，使钢带边部易于干燥；热风干燥设备，热，用来钢带表面附着的水分连续烘干。

进一步地，所述步骤7)中，平整工艺中，延伸率设置为1.0～1.4％，平整辊Ra＝1.25～1.75μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明汽车车轮用热轧酸洗钢制备方法制备的热轧酸洗钢具有高疲劳、易成形性能，且材料表面质量良好，完全满足汽车车轮用钢易加工成形要求、高表面质量要求以及严苛服役疲劳性能要求；2.0～6.0mm规格的热轧酸洗钢，抗拉强度为540～680MPa级，条件疲劳强度≥170MPa(条件疲劳强度为应力比R＝0.1条件下1×107循环的应力幅值)。

本发明克服了背景技术中的不足，利用冷轧酸轧联机生产线的富余产能生产汽车车轮用热轧酸洗钢，既满足了汽车车轮用热轧酸洗钢的高疲劳、易成形的要求，也具有高表面质量的特点，还创造了经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例和对比例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

本发明实施例及对比例的成分、工艺、性能分别如表1～表4所示。

表1本发明各实施例的化学成分列表

表2本发明各实施例的主要工艺参数列表

表3本发明各实施例酸洗、漂洗、烘干、平整工艺参数列表

表4为精轧主要工艺参数列表续1

其步骤：

1)在LF炉外精炼过程中对炉渣进行控制，炉渣中成分重量百分比计CaO：60～62％、Al2O3：20～22％、MgO：8～12％、SiO2：12～16％、TFe＜0.4％，以及控制炉渣的碱度R：3.0～3.6；在造渣后，进行钢水成分微调；全程进行吹氩搅拌，钢水出站前加入钢包覆盖剂，以保护钢水。

2)RH炉真空处理：真空度≤6.0KPa，循环纯脱气时间15～55分钟，真空时间22～30min。成分微调之后进行钙处理，每炉钢水按重量喂Si-Ca线720～860g/t，喂入速率控制在300～360m/min，保证钢水软吹氩时间15～30min，使钢中的夹杂物进一步上浮进入渣中，提高钢水的纯净度，处理后期加入铝丸调整钢水中Als含量，随后合金均匀化。

3)板坯连铸：使用抗裂纹板坯保护渣，连铸二次冷却制度采用弱冷方式以防止板坯浇注时产生裂纹；中包温度控制在1620±30℃，拉速控制在1.15～1.65m/min，其中板坯连铸采用全程保护浇铸工艺，结晶器使用电磁搅拌(M-EMS)技术。

4)铸坯加热控制：冷坯装炉，预加热段温度在480～680℃，预热时间35～50min，一加热段温度在780～1080℃，一加时间40～55min，二加热段温度在1120～1250℃，二加时间40～60min，均热段温度在1250～1320℃；均热时间40～50min，总加热时间控制在155～215min，同坯温差≤30℃，板坯温度均匀。

5)热轧：粗轧结束温度控制在1090～1130℃，精轧终轧温度控制在840～880℃，粗轧除鳞不少于五道次，精轧前除鳞集管开启数不少于二根，F1后除鳞装置也要开启以保证除鳞效果。

6)层流冷却，采用前段超快速冷却的方式，冷却速度为60～100℃/s，控制冷却水水温＜30℃。

7)卷取温度：卷取温度控制在560～600℃。

8)酸洗前单机平整：平整力设定为200～350t

9)酸洗工艺：

酸洗前拉矫延伸率设定为1.5～2.5％；

酸洗工艺参数设置第一酸洗槽中：总的酸浓度约195～225g/L，Fe²⁺浓度为105～125g/L，自由酸的浓度为35～60g/L，温度为85～100℃；第二酸洗槽中：总的酸浓度约195～225g/L，Fe²⁺浓度为75～95g/L，自由酸的浓度为100～125g/L，温度为85～100℃；第三酸洗槽中：总的酸浓度约195～225g/L，Fe²⁺浓度为25～35g/L，自由酸的浓度为155～175g/L，温度为85～100℃；酸洗工序过程中，总酸洗时间为28秒。

酸洗后漂洗：漂洗槽为四级梯级式槽体，采用逆流喷洗的方式漂洗，通过进排水量调整漂洗段的pH值：6.0～7.0、电导率≤35μs/cm。

漂洗后烘干：热风烘干温度控制为120±10℃。

10)酸洗后平整：五机架的第五机架的延伸率设置为1.2～1.5％，平整辊Ra＝1.50～2.50μm。

11)涂油：采用静电涂油。

表1各实施例的化学成分列表

成分	C	Mn	Si	P	S	Nb	Cu	Ni	Cr	Als
											1	0.056	1.260	0.061	0.00	0.004	0.042	0.01	0.005	0.01	0.035
2	0.051	1.155	0.063	0.01	0.005	0.041	0.01	0.010	0.011	0.038
											3	0.053	1.158	0.069	0.00	0.0041	0.039	0.02	0.011	0.01	0.034
4	0.058	1.256	0.062	0.00	0.0040	0.043	0.011	0.013	0.01	0.037
											5	0.053	1.283	0.070	0.00	0.0037	0.044	0.01	0.012	0.01	0.038
6	0.055	1.195	0.069	0.00	0.0042	0.040	0.00	0.017	0.01	0.039
											对比1	0.082	1.023	0.121	0.02	0.0171	0.051	0.01	0.015	0.01	0.049
对比2	0.085	1.031	0.150	0.03	0.0186	0.054	0.01	0.016	0.01	0.052
											对比3	0.080	1.029	0.149	0.03	0.0182	0.053	0.01	0.014	0.01	0.050

表2各实施例的主要工艺参数列表

表3各实施例酸洗、漂洗、烘干、平整工艺参数列表

表4各实施例产品的力学性能列表

Claims

1.一种具有高疲劳性汽车车轮用热轧酸洗钢制备方法，其特征在于：所述热轧酸洗钢化学成分按重量百分比包括C：0.050～0.070％、Si：0.050～0.150％、Mn：1.100～1.350％、P≤0.020％、S≤0.006、Nb：0.037～0.047％、Als：0.025～0.055％、Cu≤0.300％、Ni≤0.300％、Cr≤0.300％；其余为Fe和不可避免的杂质；

所述制备方法如下：

1)经过转炉冶炼后进入LF炉+RH炉精炼处理；

所述步骤1)中，RH炉真空处理：真空度≤6.0KPa，循环纯脱气时间15～55分钟，真空时间22～30min；然后进行钙处理，每炉钢水按重量喂Si-Ca线720～860g/t，喂入速率控制在300～360m/min，保证钢水软吹氩时间15～30min；

在LF炉外精炼过程中对炉渣进行控制，炉渣中成分按重量百分比计包括CaO：60％～62％、Al₂O₃：20％～21％、MgO：8％～11％、SiO₂：13％～16％、TFe＜0.4％，以及控制炉渣的碱度R：3.0～3.5；在造渣后，全程进行吹氩搅拌，钢水出站前加入钢包覆盖剂；

所述步骤2)中，中包温度控制在1620±30℃，拉速控制在1.15～1.65m/min，其中板坯连铸采用全程保护浇铸工艺，结晶器使用电磁搅拌技术；

铸坯加热控制：冷坯装炉，预加热段温度在480～680℃，预热时间35～50min，一加热段温度在780～1080℃，一加时间40～55min，二加热段温度在1120～1250℃，二加时间40～60min，均热段温度在1250～1320℃；均热时间40～50min，总加热时间控制在155～215min，同坯温差≤30℃；

4)轧制后钢卷进行前段层流冷却，冷却速度为60～100℃/s，冷却至660～700℃，控制冷却水水温＜35℃；

5)卷取温度控制在560～600℃；

6)酸洗前单机平整：平整力设定为200～350t；

所述步骤7)中，平整工艺中，延伸率设置为1.0～1.4％，平整辊Ra＝1.25～1.75μm；

7)酸洗、平整及涂油；

酸洗前拉矫延伸率设定为1.5～2.5％；酸洗钢在酸轧联机生产的工序，包括酸洗及漂洗，其中：

酸洗工序中，热轧钢带经过3个酸洗槽进行酸洗：分别为：

第一酸洗槽中：总的酸浓度185～215g/L，Fe2+浓度为115～135g/L，自由酸的浓度为25～45g/L，温度为75～85℃；

第二酸洗槽中：总的酸浓度185～215g/L，Fe2+浓度为65～85g/L，自由酸的浓度为95～115g/L，温度为75～85℃；

第三酸洗槽中：总的酸浓度185～215g/L，Fe²⁺浓度为30～50g/L，自由酸的浓度为150～170g/L，温度为75～85℃；

酸洗工序过程中，总酸洗时间为26～30秒，并且在酸洗槽中添加缓蚀剂；

漂洗工序中，钢带进入漂洗槽，漂洗槽为四级梯级式槽体，采用逆流喷洗的方式漂洗，通过进排水量调整漂洗段的pH值：5.5～6.5、电导率≤40μs/cm；并在漂洗槽中添加缓蚀剂。

2.根据权利要求1所述具有高疲劳性汽车车轮用热轧酸洗钢制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，粗轧除鳞不少于五道次，精轧前除鳞集管开启数不少于二根。