CN115572893B - 一种耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢及其制造方法。钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.12～0.20％、Si:≤0.10％、Mn：0.30～0.50％、P：≤0.025％、S：≤0.005％、Ti：0.04～0.06％、Cu：0.20～0.30％、Cr：0.40～1.00％，余量为平衡铁及不可避免的杂质。其制备为：钢水冶炼后精炼并进行镁处理，然后对铸坯进行加热、分段轧制、对轧制后钢卷采用分段冷却+中温卷取工艺即得轮辐用钢。该本发明所得轮辐用钢在满足强度和延伸率要求下，还具备良好的耐大气腐蚀性能，增加轮辐零件的使用寿命。

Description

一种耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种厚度10～16mm耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢及其制造方法，属于低合金高强钢生产技术领域。
背景技术
随着商用车轻量化发展，高强度轮辐用钢的需求日益旺盛。为满足轻量化的需求，传统高强度轮辐用钢通过在钢种添加Nb、V、Mo等合金元素，钢材强度得以提升。但随着钢板厚度的减薄，商用车车轮在复制的使用工况下，受环境腐蚀导致使用寿命下降，制约了高强轻量化车轮的批量应用。
经初步检索，中国专利申请号为：CN 201610392108.9的文献，其公开了一种厚规格载重汽车轮辐用钢及其制备方法。由以下重量百分比成分组成：C：0.07～0.10％，Si：0.01～0.20％，Mn：0.85～1.00％，P：0.01％～0.025％，S：0.01％～0.015％，Als：0.010～0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质；其制备方法包括：板坯加热温度为1200～1240℃；粗轧采用5道次轧制，每道次变形量≥20％；精轧入口温度985～1050℃，终轧温度为830～870℃；采用分段冷却方式，卷取温度为530～580℃。该专利制备材料未涉及耐腐蚀性能。
中国专利申请号为：CN202011378962的文献，公开了一种540MPa级厚规格汽车轮辐用钢，其包括：0.05～0.10wt％的C，1.00～2.00wt％的Mn，0.05～0.30wt％的Si，0.02～0.05wt％的Nb，0.01～0.05wt％的Ti，0.01～0.05wt％的Als，P≤0.020wt％，S≤0.010wt％，余量为Fe。金相组织为铁素体+珠光体，其屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥20％，180°冷弯试验d＝a合格，晶粒度≥10级。该专利制备材料未涉及耐腐蚀性能。
中国专利申请号为：CN201410116557的文献，公开了一种重卡超厚钢制轮辐用钢及其制造方法，微量元素质量百分比：碳：0.07～0.12％；硅：0.05～0.15％；锰：0.7～1.1％；铌：0.01～0.03％；钛：0.01～0.03％；磷：≤0.015％；硫：≤0.005％；铝：0.02～0.05％；氮:≤0.006％，制造方法为经KR脱硫和LF法处理得到铸坯，进行粗轧与精轧，层流冷却，卷取得到所需钢。该专利制备材料未涉及耐腐蚀性能。
中国专利申请号为：CN201410786247的文献，公开了一种600MPa级的厚规格热轧轮辐用钢及其制造方法，所述轮辐钢的化学成分质量百分比为，0.06～0.12％C、0.20～0.60％Si、0.80～1.20％Mn、0.02～0.06％Alt、0.50～1.00％Cr、0.03～0.08％P、S≤0.005％，N≤0.006％余量为Fe及不可避免的杂质。钢坯加热温度为1150～1250℃，精轧终轧温度760-840℃，轧后采用常规冷却工艺，以20～100℃/s的冷速冷却到350℃以下进行卷取。该专利制备材料未涉及耐腐蚀性能，且容易产生锈蚀缺陷。
中国专利申请号为：CN201810404146的文献，公开了一种590MPa级轮辐用钢的生产方法，带钢出精轧；采用超快冷高压快速冷却工艺，将所述带钢冷却至640℃；按照常规层流冷却将所述带钢冷却至目标卷取温度；将所述带钢空冷到室温。该专利制备材料未涉及耐腐蚀性能。
因此，如何得到同时具有良好强度和耐腐蚀性能的轮辐用钢是当务之急。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢及其制造方法，其生产的车轮用钢厚度10～16mm，钢材屈服强度≥355MPa、抗拉强度500～620MPa，延伸率A≥22％，同时钢材平均腐蚀速率≤1.8g/m2·h，具有良好的耐腐蚀性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供了一种耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢，钢的化学成分按质量百分比(％)为：C：0.12～0.20％、Si:≤0.10％、Mn：0.30～0.50％、P：≤0.025％、S：≤0.005％、Ti：0.04～0.06％、Cu：0.20～0.30％、Cr：0.40～1.00％，余量为平衡铁及不可避免的杂质。
优选地，所述Cu的重量百分含量在0.22～0.27％。
优选地，所述Cr的重量百分含量在0.50～0.89％。
优选地，所述汽车轮辐用钢厚度为10～16mm。
优选地，所述汽车轮辐用钢平均腐蚀速率≤1.8g/m2·h。
优选地，所述汽车轮辐用钢屈服强度≥355MPa，抗拉强度500～620MPa，延伸率A≥22％。
提供一种上述耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢的制造方法，包括以下步骤：
1)钢水经过转炉冶炼后进入LF炉精炼并进行镁处理，镁线加入量1～10g/t；
2)对铸坯进行加热：加热温度控制在1200～1240℃，加热时间110～140min；
3)对加热后铸坯进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1040～1080℃，控制精轧终轧温度在800～850℃；
4)对轧制后钢卷采用分段冷却+中温卷取工艺：轧后立即进行超快速冷却，冷却速度≥100℃/s，冷却至610～650℃进行空冷，空冷至480～540℃进行卷取。
优选地，所述步骤1)中，镁线加入量3～7g/t。
优选地，所述步骤2)中，铸坯加热温度控制在1200～1240℃。
优选地，所述步骤4)中，超快速冷却速度120～140℃/S下冷却至625～646℃；空冷至500～520℃。
本发明中主要组分及工艺的作用及控制的理由：
碳：碳是廉价的固溶强化元素。根据本钢种的应用范围，主要用于加工汽车车轮轮辐等零件，一般采用旋压方式进行加工。如果其含量小于0.12％，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.20％，则不能满足材料的良好成形性能。所以，将其含量限定在0.12～0.20％范围。
铜：铜在钢中主要起固溶及沉淀强化作用，同时通过钢与其表面二次析出的Cu之间的阴极接触，能促使钢阳极钝化，形成的锈层能够有效保护钢基体，从而显著提高钢的耐腐蚀性能。但当Cu含量大于0.30％时，钢板表面易出现铜脆现象，所以本发明将Cu含量控制为0.20％～0.30％。
铬：铬有利于细化铁素体晶粒，提高钢板强度，同时，铬能在钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力，从而提高耐腐蚀性能，同时控制Cr/Cu比在2～3.3之间，以获得最佳的耐蚀性能。所以，本发明将Cr含量控制为0.4％～1.0％。
锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于0.30％，则不能满足材料强度要求；但是添加多量的锰，会增加钢材的合金消耗量，不符合绿色制造要求。鉴于此，将其上限定为0.50％，所以，将其含量限定在0.30～0.50％范围。
钛：钛是提高钢材强度的最经济元素之一。配合合适的工艺发挥TiC的析出，可使钢材达到设计的强度级别。如果钛低于0.04％，析出数量不足会导致强度达不到设计下限，钛高于0.06％会导致抗拉强度超出上限要求。所以，将其含量限定在0.04～0.06％范围。
精炼过程中添加镁线进行夹杂物处理，可有效细化夹杂物尺寸，提高材料的成形性能。
轧制后钢卷采用分段冷却+中温卷取工艺的创新工艺，利用析出强化提高了材料的强度，并改善了高Cr等合金元素对成形性能的不利影响，提高了材料的加工成形性能。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供了一种耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢，在满足强度和延伸率要求下，还具备良好的耐大气腐蚀性能，增加轮辐零件的使用寿命；其中本发明所得轮辐用钢的屈服强度≥355MPa、抗拉强度500～620MPa，延伸率能够达到A≥22％，同时平均腐蚀速率≤1.8g/m2·h，耐腐蚀性能良好。
2.本发明提供了一种耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢的制备方法，通过合适的成分设计配合创新的生产工艺，所得汽车轮辐用钢同时具有高强度和良好的耐腐蚀性能；同时采用低合金添加量的方式达到高强度要求，有效减少了Mn等合金元素添加量，减少资源消耗，符合绿色制造的要求。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明的技术方案予以详细描述。
表1为本发明各实施例与对比例的组分取值列表；
表2为本发明各实施例与对比例工艺参数取值。
表3为本发明各实施例与对比例性能测试数据。
本发明各实施例均按以下步骤生产：
1)铁水经过转炉冶炼后进入LF炉精炼并进行镁处理，镁线加入量1～10g/t；
2)对铸坯进行加热：加热温度控制在1200～1240℃，加热时间110～140min；
3)对加热后铸坯进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1040～1080℃，控制精轧终轧温度在800～850℃；
4)对轧制后钢卷采用分段冷却+中温卷取工艺：轧后立即进行超快速冷却，冷却速度≥100℃/s，冷却至610～650℃进行空冷，空冷至480～540℃进行卷取。
表1本发明各实施例和对比例的化学成分列表(wt％)
实施例 C Mn Si Cu Cr Ti P S
1 0.13 0.32 0.06 0.21 0.63 0.055 0.010 0.004
2 0.15 0.41 0.07 0.26 0.81 0.060 0.009 0.002
3 0.12 0.49 0.09 0.25 0.73 0.058 0.006 0.001
4 0.19 0.35 0.06 0.20 0.40 0.056 0.008 0.002
5 0.20 0.43 0.08 0.27 0.68 0.040 0.007 0.003
6 0.14 0.47 0.05 0.28 0.84 0.049 0.012 0.002
7 0.18 0.46 0.08 0.22 0.73 0.051 0.013 0.003
8 0.17 0.33 0.07 0.29 0.75 0.053 0.015 0.002
9 0.15 0.42 0.05 0.30 1.00 0.048 0.011 0.002
10 0.16 0.40 0.06 0.26 0.78 0.052 0.014 0.001
对比例1 0.06 1.51 0.14 — — 0.08 0.018 0.003
对比例2 0.07 1.62 0.15 — 1.10 0.07 0.020 0.004
表2.本发明各实施例和对比例的主要工艺参数表
Figure BDA0003829961890000051
表3.本发明各实施例和对比例的性能和耐腐蚀性能试验结果
Figure BDA0003829961890000052
注：表2与表3中的成分1-10与表1中的成分1-10为对应关系。
其中耐大气腐蚀性能测试以500MPa级车轮钢为对比样品，按照耐候结构钢周期侵润试验方法(GB/T 4171-2008)进行72h的周期侵润循环腐蚀实验，腐蚀方法：温度23±2℃，10％H2SO4+3.5％NaCl，周浸72h。通过计算样品单位面积额腐蚀失重量求得平均腐蚀速率。
从表3结果中可以看出，本发明钢屈服强度≥355MPa、抗拉强度500～620MPa，延伸率A≥22％，且具有良好的耐大气腐蚀性能。
以上实施例仅为最佳例举，并非为本发明技术方案的全部。

Claims (9)

1.一种耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢，其特征在于，钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.12~0.20%、Si：≤0.10%、Mn：0.30~0.50%、P：≤0.025%、S：≤0.005%、Ti：0.04~0.06%、Cu：0.20~0.30%、Cr：0.40~1.00%，余量为平衡铁及不可避免的杂质；其中：
所述汽车轮辐用钢的制造方法，包括以下步骤：
1）钢水经过转炉冶炼后进入LF炉精炼并进行镁处理，镁线加入量1~10g/t；
2）对铸坯进行加热：加热温度控制在1200~1240℃，加热时间110~140min；
3）对加热后铸坯进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1040~1080℃，控制精轧终轧温度在800~850℃；
4）对轧制后钢卷采用分段冷却+中温卷取工艺：轧后立即进行超快速冷却，冷却速度≥100℃/s，冷却至610～650℃进行空冷，空冷至480~540℃进行卷取。
2.根据权利要求1所述的汽车轮辐用钢，其特征在于，所述Cu的重量百分含量在0.22～0.27%。
3.根据权利要求1所述的汽车轮辐用钢，其特征在于，所述Cr的重量百分含量在0.50～0.89%。
4.根据权利要求1所述的汽车轮辐用钢，其特征在于，所述汽车轮辐用钢厚度为10~16mm。
5.根据权利要求1所述的汽车轮辐用钢，其特征在于，所述汽车轮辐用钢平均腐蚀速率≤1.8g/m2·h。
6.一种权利要求1-5任一项所述的耐大气腐蚀的高强度汽车轮辐用钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）钢水经过转炉冶炼后进入LF炉精炼并进行镁处理，镁线加入量1~10g/t；
2）对铸坯进行加热：加热温度控制在1200~1240℃，加热时间110~140min；
3）对加热后铸坯进行分段轧制：控制粗轧结束温度在1040~1080℃，控制精轧终轧温度在800~850℃；
4）对轧制后钢卷采用分段冷却+中温卷取工艺：轧后立即进行超快速冷却，冷却速度≥100℃/s，冷却至610～650℃进行空冷，空冷至480~540℃进行卷取。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步骤1）中，镁线加入量3~7g/t。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步骤2）中，铸坯加热温度控制在1200~1240℃。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步骤4）中，超快速冷却速度120~140℃/s下冷却至625~646℃；空冷至500~520℃。
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