CN114107814A - 一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料制造领域，具体涉及一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢及其生产方法。车轮钢的化学成分按重量百分比为：碳0.05％～0.09％，硅≤0.06％，锰≤1.20％，磷≤0.015％，硫≤0.005％，铝0.020％～0.050％，钛≤0.30％，其余为铁和不可避免的杂质，碳当量≤0.31％。生产方法包括：KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、连铸、板坯检验、加热、高压水除鳞、轧制、冷却、卷取、平整、检验、包装、入库。本发明通过低温轧制、适当温度卷取的轧制思路，以及微合金化技术与控轧控冷工艺的结合，获得了各项性能良好的车轮钢，同时让厚规格车轮钢的表面质量得到显著提升。
Description
技术领域
本发明属于金属材料制造领域，具体涉及一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢及其生产方法。
背景技术
车轮钢主要应用于汽车轮辐和轮辋，随着汽车行业的不断发展和升级，车轮生产商家对车轮钢的要求越来越高，在保证性能和板形的同时，还要求较高的表面质量，而车轮钢的表面质量很大程度上取决于氧化铁皮的控制水平，氧化铁皮的主要成分包括Fe2O3、Fe3O4、FeO，车轮钢表面经常会有麻坑出现，这往往是氧化铁皮压入造成的。氧化铁皮不仅严重影响车轮钢产品的使用，特别是红色氧化铁皮(红锈)细腻、松脆、易脱落，漂浮在空气中被人吸入后会严重影响人体健康。氧化铁皮的形成，主要受加热温度、轧制温度、产品厚度、卷取温度和冷却速度等因素的影响。钢卷越厚，表面氧化铁皮也会越多，减少厚规格的氧化铁皮，提高表面质量显得尤为重要。
申请公布号为CN105088070A专利中记载了一种生产380MPa级别车轮用钢的生产方法，该专利主要考虑在低碳低硅成分设计和添加Als元素控制钢中的游离N元素，从而提高车轮钢的综合性能，但该专利未考虑到钢卷的表面质量问题，较高的板坯出炉温度容易形成初生的氧化铁皮。
申请公布号为CN111057951A专利中记载了一种380MPa级汽车车轮钢热轧酸洗板及其生产方法，该专利通过在钢中加入钒、钛提升强度，来满足车轮钢的性能需求，而加入钒和钛两种合金元素，增加了车轮钢的合金成本，通过酸洗来保证表面质量。
申请公布号为CN106011632A专利中记载了抗拉强度为440MPa级高表面质量汽车用热轧酸洗钢及生产方法，该专利主要针对的是酸洗钢的表面粗糙度控制，厚度规格为2.0～6.0mm。
申请公布号为CN112501514A专利中记载了一种高表面质量490MPa厚规格车轮钢及其制造方法，该专利主要针对的是490MPa级别的车轮钢种，成分设计采用的是Nb和Ti强化。
申请公布号为CN112662855A专利中记载了一种提高380MPa级热轧车轮钢低温冲击韧性的方法，该专利通过对中间坯完成粗轧最后一道次轧制后，对其采取冷却降温，以增大表面与芯部温差，主要针对的是提高380MPa级热轧车轮钢的低温冲击韧性。
申请公布号为CN104862587A专利中记载了一种420MPa级别车轮钢及其生产方法，该专利在原C-Mn强化体系中添加了V元素来提升强度，没有添加Ti元素，且未考虑钢卷表面质量问题。
申请公布号为CN111363901A专利中记载了一种高表面质量的铁素体马氏体热轧双相钢及其制造方法，该专利采用热轧温度控制实现双相钢的生成，采用C-Mn-Al-Cr-Nb系成分体系设计。
发明内容
针对厚规格车轮钢表面质量较差的问题，提供一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢及其生产方法，本发明采用“低碳、低硅+适量锰+微量钛”的化学成分设计理念，通过低温轧制、适当温度卷取的轧制思路，以及微合金化技术与控轧控冷工艺的有机结合，获得了各项性能良好的车轮钢，同时让厚规格车轮钢的表面质量得到显著提升，大大降低了生产成本。
本发明所采用的技术方案如下：
一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢，所述车轮钢的化学成分按重量百分比为：碳(C)0.05％～0.09％，硅(Si)≤0.06％，锰(Mn)≤1.20％，磷(P)≤0.015％，硫(S)≤0.005％，铝(Al)0.020％～0.050％，钛(Ti)≤0.30％，其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，碳当量(CEV)≤0.31％。
进一步的，所述车轮钢钢卷厚度8～20mm，钢卷宽度800～1900mm。
进一步的，所述车轮钢屈服强度(ReL)≥235MPa，抗拉强度(Rm)为380MPa～480MPa，延伸率(A)≥28％。
碳：在钢铁中能起固溶强化的作用，而且价格便宜，但碳含量过高会导致韧性、焊接性等性能的降低，而车轮钢对焊接性要求较高，因此碳含量范围控制在0.05％～0.09％。
硅：在钢铁中能起到脱氧和强化的作用，但Si含量过高钢铁表面会产生红铁皮。Si含量较高时，铁皮中的气孔直径比较大，空冷时的裂纹容易在氧化铁皮厚度中间停止，氧化铁皮剥离性不好，除磷时会有氧化铁皮残留。氧化铁皮的残留，会导致Fe2O3比例较高，因此氧化铁皮呈红色。Si含量在0.2％以上的钢，加热时在氧化铁皮与基底间会产生层状的Fe2SiO4，该物质对基底的着力增强，剥离性更差，导致红色更重。为得到高表面质量的热轧卷，硅含量越少约好，最好控制在0.06％的范围内。
锰：奥氏体化元素，可有效扩大奥氏体相区，还可提高晶粒之间的结合力，提高材料强度和韧性。锰在钢铁中也起到固溶强化的作用，形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；但锰含量过高会导致较为严重的中心偏析，降低车轮钢的韧性。为保证该发明中所述车轮钢的性能，锰含量应不超过1.2％。
铝：铁素体化元素，铝元素质量轻，钢中加入铝元素后密度显著降低，可有效实现汽车轻量化。铝元素还可以细化晶粒，在钢中起到细晶强化的作用。铝元素具有抗腐蚀性能和抗氧化性，可显著提高钢的耐高温腐蚀能力，并且使得氧化铁皮减少，在高温下不起皮。同时铝元素也是主要的脱氧剂，有利于降低钢中氧含量，对于该发明所述的车轮钢，铝的范围应控制在0.020％～0.050％。
钛：在奥氏体中，氮化钛颗粒可抑制奥氏体再结晶和晶粒长大，但温度到达1400℃以上，氮化钛就会开始粗化甚至溶解。Ti可以同时提高基体金属和焊接热影响区的低温韧性，形成的TiN可以有效固氮，当Al含量较低时，低于0.005％时，Ti可以形成一种氮化物，细化热影响区显微组织。采用微合金技术，保证该发明中所述车轮钢的性能，钛含量应不超过0.030％。
氧、氮、硫、磷：严格控制元素，此类元素影响热轧卷组织性能，使得车轮钢的炸裂率和微裂纹率上升。
残余元素：严格控制残余元素，减少其对钢卷性能的影响。
一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢的生产方法，包括以下步骤：KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、连铸、板坯检验、加热、高压水除鳞、轧制、冷却、卷取、平整(根据情况)、检验、包装、入库。
进一步的，所述转炉冶炼步骤包括：按照化学成分冶炼，低碳、低硅控制，严格控制P、S等有害元素，降低车轮钢的开裂率；严格控制残余元素，减少残余元素对钢卷性能的影响。
进一步的，所述LF精炼步骤包括：使用LF单联精炼，软吹时间不低于12分钟，有效减少夹杂物存在，LF处理周期≥25min。
进一步的，所述连铸步骤包括：连铸时全程保护浇注，保持钢水液面波动及过热度稳定，得到质量稳定的铸坯。
进一步的，所述轧制步骤包括：板坯的装炉模式冷热均可，板坯出炉温度为1140～1240℃，低温出炉为后续实现低温轧制的同时保证生产节奏，而且低温出炉能有效减少一次氧化铁皮的产生；除磷采用全道次除磷模式，除磷压力≥25Mpa，精轧机架间水全开，较高的除磷压力能有效去除钢铁表面氧化铁皮；粗轧道次为1+5道次，粗轧末道次出口温度990～1070℃；精轧道次为7道次，精轧机架间水全开，精轧入口温度960～1040℃，精轧出口温度830～880℃。整体采用低温轧制的思路，目的在于减少二次三次氧化铁皮的形成，同时在该设定的精轧温度下，有效细化了铁素体晶粒，有利于提升钢卷的强度。
进一步的，所述冷却步骤采用超快冷+层流冷却模式，减少在空气中的高温冷却时间。
进一步的，所述卷取步骤中的卷取温度为580～660℃。采用该卷取温度控制范围，是通过了多次实验，得到的最大限度减少表面氧化铁皮和氧化铁粉的温度模式。
本发明所述车轮钢显微组织为大量铁素体+少量珠光体；车轮钢表面氧化铁皮明显减少，表面呈现浅蓝色，平均氧化铁皮厚度得到下降，表面光洁度得到较大改善，表面质量提升效果显著。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢表面质量高，合金成本低，焊接性能好，工艺简单、各工艺参数适应性强，具有如下特点：
1)高表面质量：在实际生产过程中，车轮钢规格约厚，表面生成的氧化铁皮也会越厚，氧化铁皮的去除一直是生产上的一个技术难题。该发明采用“低碳、低硅+适量锰+微量钛”的化学成分设计理念，从合金上最大限度减少Si含量，采用创新的热轧工艺有效减少氧化铁皮的产生，从而保证了钢卷较高的表面质量。
2)合金成本低、焊接性好：该方案简化成分设计，无须添加Ni、Cr、Mo、Cu、Nb、V等合金元素，并在添加合金时采用最优加入量，大大降低了合金成本。同时通过微合金技术和控轧控冷技术的有机结合来细化晶粒，保证了组织性能的要求。同时因为严格控制了Cr等残余元素对焊接热影响区淬硬倾向和焊缝区再热裂纹倾向的影响，车轮钢的焊接性能较好。
3)塑韧性好、安全可靠：在冶炼过程中严格控制S、P、O、N、H、夹杂物等有害元素，提高钢卷的低温韧性、增加裂纹扩展阻力，使得车轮钢的炸裂率和微裂纹率下降。
4)工艺简单、各工艺参数适应性强：该方案简化了合金成分设计，除了基本的C、Si、Mn、P、S、Al等合金元素外，只需要添加Ti微合金元素。通过微合金技术和控轧控冷技术的有机结合，保证了组织性能。通过该发明的控轧控冷技术，有效减少了氧化铁皮的产生，保证了钢卷表面质量。
本发明采用“低碳、低硅+适量锰+微量钛”的化学成分设计理念，通过低温轧制、适当温度卷取的轧制思路，以及微合金化技术与控轧控冷工艺的有机结合，获得了各项性能良好的车轮钢，同时让厚规格车轮钢的表面质量得到显著提升，大大降低了生产成本，实现了工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1的380MPa级别厚规格车轮钢表面质量图片。
图2为对比例1的380MPa级别厚规格车轮钢表面质量图片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例为10mm具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢及其生产方法，具体步骤如下：
(1)炼钢、连铸
熔炼分析钢板的化学成分(重量的百分比)为：C：0.085％，Si：0.030％，Mn：0.93％，P：0.009％，S：0.003％，Als：0.030％，Ti：0.021％，CEV：0.24％。
认真执行炼钢工艺，严格按照成分要求冶炼，使用LF单联精炼，软吹时间13分钟，LF处理周期35min。连铸时全程保护浇注，保持钢水液面波动及过热度稳定，最终确保得到质量稳定的铸坯。
(2)轧制
该板坯为直送，加热时间为193min，板坯出炉温度为1213℃。除磷采用奇道次除磷模式，除磷压力≥25MPa。粗轧道次为1+5道次，粗轧末道次出口温度1061℃。精轧道次为7道次，精轧机架间水全开，精轧入口温度993℃，精轧出口温度870℃。
(3)冷却及卷取
冷却模式为超快冷+层流冷却模式，卷取温度649℃。
本实施例制得的380MPa级别厚规格车轮钢表面质量图片如图1所示。
实施例2
本实施例为12.3mm具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢及其生产方法，具体步骤如下：
(1)炼钢、连铸
熔炼分析钢板的化学成分(重量的百分比)为：C：0.081％，Si：0.043％，Mn：0.96％，P：0.011％，S：0.0028％，Als：0.033％，Ti：0.023％，CEV：0.24％。
认真执行炼钢工艺，严格按照成分要求冶炼，使用LF单联精炼，软吹时间14分钟，LF处理周期35min。连铸时全程保护浇注，保持钢水液面波动及过热度稳定，最终确保得到质量稳定的铸坯。
(2)轧制
该板坯为直送，加热时间为200min，板坯出炉温度为1154℃。除磷采用奇道次除磷模式，除磷压力≥25MPa。粗轧道次为1+5道次，粗轧末道次出口温度1019℃。精轧道次为7道次，精轧机架间水全开，精轧入口温度975℃，精轧出口温度831℃。
(3)冷却及卷取
冷却模式为超快冷+层流冷却模式，卷取温度585℃。
实施例3
本实施例为14.3mm具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢及其生产方法，具体步骤如下：
(1)炼钢、连铸
熔炼分析钢板的化学成分(重量的百分比)为：C：0.083％，Si：0.043％，Mn：0.98％，P：0.011％，S：0.003％，Als：0.033％，Ti：0.026％，CEV：0.25％。
认真执行炼钢工艺，严格按照成分要求冶炼，使用LF单联精炼，软吹时间13分钟，LF处理周期36min。连铸时全程保护浇注，保持钢水液面波动及过热度稳定，最终确保得到质量稳定的铸坯。
(2)轧制
该板坯为直送，加热时间为199min。板坯出炉温度为1194℃。除磷采用奇道次除磷模式，除磷压力≥25MPa。粗轧道次为1+5道次，粗轧末道次出口温度1052℃。精轧道次为7道次，精轧机架间水全开，精轧入口温度985℃，精轧出口温度851℃。
(3)冷却及卷取
冷却模式为超快冷+层流冷却模式，卷取温度601℃。
实施例4
本实施例为17.9mm具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢及其生产方法，具体步骤如下：
(1)炼钢、连铸
熔炼分析钢板的化学成分(重量的百分比)为：C：0.084％，Si：0.044％，Mn：1.12％，P：0.014％，S：0.0036％，Als：0.032％，Ti：0.024％，CEV：0.27％。
认真执行炼钢工艺，严格按照成分要求冶炼，使用LF单联精炼，软吹时间14分钟，LF处理周期36min。连铸时全程保护浇注，保持钢水液面波动及过热度稳定，最终确保得到质量稳定的铸坯。
(2)轧制
该板坯为直送，加热时间为260min，板坯出炉温度为1172℃。除磷采用奇道次除磷模式，除磷压力≥25MPa。粗轧道次为1+5道次，粗轧末道次出口温度1013℃。精轧道次为7道次，精轧机架间水全开，精轧入口温度974℃，精轧出口温度842℃。
(3)冷却及卷取
冷却模式为超快冷+层流冷却模式，卷取温度637℃。
对比例1
本对比例为14.3mm未改善前的380MPa级厚规格车轮钢及其生产方法，具体步骤如下：
(1)炼钢、连铸
熔炼分析钢板的化学成分(重量的百分比)为：C：0.096％，Si：0.058％，Mn：1.18％，P：0.017％，S：0.0060％，Als：0.031％，Ti：0.026％，CEV：0.29％。
认真执行炼钢工艺，严格按照成分要求冶炼，使用LF单联精炼，软吹时间10分钟，LF处理周期25min。连铸时全程保护浇注，保持钢水液面波动及过热度稳定，最终确保得到质量稳定的铸坯。
(2)轧制
该板坯为直送，加热时间为260min，板坯出炉温度为1230℃。除磷采用奇道次除磷模式，除磷压力≥25MPa。粗轧道次为1+5道次，粗轧末道次出口温度1104℃。精轧道次为7道次，精轧机架间水全开，精轧入口温度1072℃，精轧出口温度898℃。
(3)冷却及卷取
冷却模式为超快冷+层流冷却模式，卷取温度561℃。
本对比例制得的380MPa级别厚规格车轮钢表面质量图片如图2所示。
对比例2
本实施例为17.9mm未改善前的380MPa级厚规格车轮钢及其生产方法，具体步骤如下：
(1)炼钢、连铸
熔炼分析钢板的化学成分(重量的百分比)为：C：0.098％，Si：0.054％，Mn：1.21％，P：0.018％，S：0.0062％，Als：0.032％，Ti：0.028％，CEV：0.30％。
认真执行炼钢工艺，严格按照成分要求冶炼，使用LF单联精炼，软吹时间11分钟，LF处理周期25min。连铸时全程保护浇注，保持钢水液面波动及过热度稳定，最终确保得到质量稳定的铸坯。
(2)轧制
该板坯为直送，加热时间为260min，板坯出炉温度为1224℃。除磷采用奇道次除磷模式，除磷压力≥25MPa。粗轧道次为1+5道次，粗轧末道次出口温度1096℃。精轧道次为7道次，精轧机架间水全开，精轧入口温度1069℃，精轧出口温度891℃。
(3)冷却及卷取
冷却模式为超快冷+层流冷却模式，卷取温度542℃。
对实施例1-4和对比例1-2制得的车轮钢进行力学性能测试，统计结果如表1所示。
表1-实施例1-4的车轮钢性能测试统计表
通过表1可以看出，实施例1-4得到的车轮钢钢卷厚度8～20mm，钢卷宽度800～1900mm，钢屈服强度(ReL)≥235MPa，抗拉强度(Rm)：380MPa～480MPa，延伸率(A)≥28％，相对于对比例1-2，本发明得到的车轮钢的各项性能更加良好。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢，其特征在于，所述车轮钢的化学成分按重量百分比为：碳0.05％～0.09％，硅≤0.06％，锰≤1.20％，磷≤0.015％，硫≤0.005％，铝0.020％～0.050％，钛≤0.30％，其余为铁和不可避免的杂质，碳当量≤0.31％。
2.如权利要求1所述的一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢，其特征在于，所述车轮钢钢卷厚度8～20mm，钢卷宽度800～1900mm。
3.如权利要求1所述的一种具有高表面质量的厚规格车轮钢，其特征在于，所述车轮钢屈服强度≥235MPa，抗拉强度为380MPa～480MPa，延伸率≥28％。
4.如权利要求1所述的一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、连铸、板坯检验、加热、高压水除鳞、轧制、冷却、卷取、平整、检验、包装、入库。
5.如权利要求4所述的一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢的生产方法，其特征在于，所述转炉冶炼步骤包括：按照化学成分冶炼，低碳、低硅控制，严格控制P、S元素，严格控制残余元素。
6.如权利要求4所述的一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢的生产方法，其特征在于，所述LF精炼步骤包括：使用LF单联精炼，软吹时间不低于12分钟，LF处理周期≥25min。
7.如权利要求4所述的一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢的生产方法，其特征在于，所述连铸步骤包括：连铸时全程保护浇注，保持钢水液面波动及过热度稳定，得到质量稳定的铸坯。
8.如权利要求4所述的一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢的生产方法，其特征在于，所述轧制步骤包括：板坯出炉温度为1140～1240℃，除磷采用全道次除磷模式，除磷压力≥25Mpa，粗轧道次为1+5道次，粗轧末道次出口温度990～1070℃，精轧道次为7道次，精轧机架间水全开，精轧入口温度960～1040℃，精轧出口温度830～880℃。
9.如权利要求4所述的一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢的生产方法，其特征在于，所述冷却步骤采用超快冷+层流冷却模式。
10.如权利要求4所述的一种具有高表面质量的380MPa级厚规格车轮钢的生产方法，其特征在于，所述卷取步骤中的卷取温度为580～660℃。
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