CN116103572B

CN116103572B - 一种双金属制动鼓用钢及其制备热轧钢带的方法

Info

Publication number: CN116103572B
Application number: CN202310375789.8A
Authority: CN
Inventors: 郭斌; 刘西峰; 贾思贤; 果超; 吕国明; 张丹; 魏铭; 郑华敏
Original assignee: Shanxi Jianlong Industrial Co Ltd
Current assignee: Shanxi Jianlong Industrial Co Ltd
Priority date: 2023-04-11
Filing date: 2023-04-11
Publication date: 2023-07-07
Anticipated expiration: 2043-04-11
Also published as: CN116103572A

Abstract

一种双金属制动鼓用钢及其制备热轧钢带的方法，属于钢铁冶金技术领域，解决现有双金属制动鼓用钢屈服强度低，且对铸造、制动过程的组织性能均匀性未进行限制，导致制动鼓变形，无法保证铸件连接处及制动过程中制动鼓的组织性能均匀的技术问题。解决方案为：采用常规冶炼连铸、热连轧的工艺流程，通过合理的化学成分设计（Mg、Ti等有效细化晶粒元素含量ERG=0.000%~0.030%）及冶炼、热轧工艺参数设计，制得厚度为5.0mm~16.0mm、屈服强度≥280MPa、综合性能优良的双金属制动鼓用钢带。

Description

一种双金属制动鼓用钢及其制备热轧钢带的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及的是一种双金属制动鼓用钢及其制备热轧钢带的方法。

背景技术

制动鼓是汽车制动系统中起制动作用的关键安全构件之一，起到保证汽车行驶安全的重要作用。制动器在制动过程中，通过制动鼓与摩擦片的摩擦作用将车辆的动能和势能转化为热能，吸收制动热能后制动鼓的力学性能和热学性能都会发生变化，因此要求制动鼓具有足够的机械性能，良好的散热性能及热疲劳性能，良好的耐磨性能及抗咬合能力，良好的组织均匀性及吸震性。

目前, 双金属制动鼓是汽车行业广泛采用的一种新型零件，它是将钢板冲制的鼓盘与铸铁鼓圈两种材料，以铸造的方法制备出相互冶金结合的、具有良好耐磨损性能的、复合材料的零部件。由HT 200、HT 250、HT 300或者蠕墨铸铁等材料制作的铸铁鼓圈直接与摩擦片摩擦起制动作用，鼓盘虽不直接与摩擦片接触，但鼓盘起到保证制动鼓整体具有足够的机械性能、良好的散热性能及热疲劳性能、良好的组织均匀性及吸震性的重要作用。此外，钢板冲制件鼓盘要具有良好的冲压成型性能，与铸铁鼓圈浇注成一体后，连接处的机械强度不得低于所用牌号铸铁的强度值。

中国专利文献“一种双金属复合一体式制动鼓”（申请号：201710383004.6），公开了制动鼓外壳钢的屈服强度≥235MPa、抗拉强度为380MPa~500MPa；中国专利文献“一种双金属复合材料制动鼓的成型方法”（申请号：201210061027.2），该方法公开了制动鼓外壳钢采用08、10钢或者380CL车轮钢。上述两篇中国专利文献均存在材料屈服强度低，且对铸造、制动过程的组织性能均匀性未进行限制，导致制动鼓变形，无法保证铸件连接处及制动过程中制动鼓的组织性能均匀。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双金属制动鼓用钢及其制备热轧钢带的方法，制得的热轧钢带具有良好的冲压成形性能、抗热疲劳性能以及一定的热学性能稳定性，满足用于制作双金属制动鼓的要求。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种双金属制动鼓用钢，其化学成分及其质量百分比为：C：0.060%~0.090%，Si：≤0.10%，Mn：0.90%~1.10%，P：≤0.018%，S：≤0.006%，Als：0.020%~0.050%，Ti：0.010%~0.025%，Mg：0.0005%~0.0020%，N：≤0.005%，O：≤0.0020%；其余为Fe及不可避免的杂质；

并且有效细化晶粒元素含量ERG（Effectively refine grain element content）=Ti wt%+Als wt%+1.3Mg wt%-3.4N wt%-3S wt%-O wt%=0.000%-0.030%。

本发明中双金属制动鼓用钢的化学成分设计原理如下：

碳（C）元素：固溶强化元素，用于提高钢的强度。C元素含量过高时，易导致组织性能不均匀，降低冲压成型性能，增大冲压开裂倾向，因此本发明将C元素含量控制在0.060wt%~0.090wt%之间。

硅（Si）元素：Si元素含量高时会影响轧制除鳞效果，以及钢带和冲制鼓盘的表面质量，进而影响铸件连接处的质量，因此本发明将Si元素含量控制在≤0.10wt%。

锰（Mn）元素：Mn元素为固溶强化元素，用于提高钢的强度。当Mn元素含量较低时，带钢屈服强度过低，容易引起制动鼓变形失稳；当Mn元素含量较高时，降低产品延伸率，不利于产品冲压成形性能。因此本发明将Mn含量控制在0.90wt%~1.10wt%。

铝（Als）元素：强脱氧元素。添加一定含量的铝元素，可保证钢中的氧含量尽可能的低；脱氧后多余的铝可以和钢中的氮元素形成AlN析出物，有利于细化晶粒，改善钢材的强韧性能。因此，本发明中将Als含量控制在0.020wt%~0.050wt%。

钛（Ti）元素：一方面Ti元素与Mg元素作用形成Ti₂O₃+MgO氧化物，在该氧化物表面易析出MnS，从而促进晶内针状铁素体的生成；另一方面Ti元素与N元素结合生成TiN。二者共同作用，一方面保证与铸铁鼓圈浇注成一体后，连接处晶粒细化，具有足够的强韧性；另一方面保证制动鼓制动时的力学性能和热学性能的稳定性；再者，多余的少量Ti元素在控轧控冷过程中形成Ti（NC）、TiC对钢起到细化晶粒和析出相强化的作用。但当Ti元素含量过高时，容易形成粗大的氮化物，或形成大量的TiC，影响钢的热疲劳性能，或强度超标。因此，本发明中将Ti元素含量控制在0.010wt%~0.025wt%。

镁（Mg）元素：生成细小弥散分布的MgO夹杂，更多的情况下Mg元素与Ti元素共同作用，生成Ti₂O₃+MgO氧化物，进而在该氧化物表面易析出MnS，从而促进晶内针状铁素体的生成，一方面保证与铸铁鼓圈浇注成一体后，连接处的晶粒细化，具有足够的强韧性；另一方面保证制动鼓制动时的力学性能和热学性能的稳定性。

磷、硫、氮、氧（P、S、N、O）元素：P、S、N、O元素在本发明中均为有害元素，特别是S、N元素易与Ti元素结合，影响有效Ti元素的含量，低的O元素含量对保证Ti元素、Mg元素的高收得率有益。因此P≤0.018wt%、S≤0.006wt%、N≤0.005wt%、O≤0.0020%。

有效细化晶粒元素含量ERG为0.000~0.030%，保证钢具有良好的组织均匀性，以及良好的力学性能和热学性能的稳定性。

一种采用上述双金属制动鼓用钢制备热轧钢带的方法，包括以下步骤：

S1、冶炼、精炼及连铸：根据双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料依次经铁水脱硫、转炉冶炼、LF钢包炉精炼、连铸制成板坯；

S2、加热：将步骤S1连铸后制得的板坯加热至1180℃~1220℃，保温时间不少于150min，保证板坯温度均匀，避免保温过程中晶粒过度长大；

S3、热连轧：粗轧与精轧两阶段采用控温轧制，粗轧结束温度为1000℃~1040℃，精轧终轧温度为840℃~880℃；如终轧温度过低，则轧机负荷大，且微观组织强度不均匀，如终轧温度过高，则组织内部发生再结晶，轧制后易出现混晶现象；

S4、冷却、卷取、缓冷：将步骤S3热连轧后的钢带采用后段层流冷却，卷取温度为560℃~620℃，制得厚度为5.0mm~16.0mm的热轧板卷，吊入缓冷箱缓冷至室温，制得双金属制动鼓用钢带。后段层流冷却和适当的卷取温度，可保证获得恰当铁素体含量的铁素体+少量珠光体组织，以利用冲压成型性能；缓冷箱缓冷，发挥自回火作用，消除钢卷内应力，保证钢的组织和性能的均匀性。

进一步地，在所述步骤S1中，钢水在LF钢包炉精炼过程中，当钢水中全氧含量≤0.0020%时进行镁处理，镁处理的步骤为：已经称取的Al-Mg中间合金线原料喂入LF钢包炉，钢水中添加Mg元素后须保证吹氩气的时间不少于5min。

进一步地，制得的双金属制动鼓用钢带的显微组织为铁素体+珠光体，其中铁素体的体积分数不低于70%；钢带的拉伸性能：屈服强度ReL≥280MPa，抗拉强度Rm为370MPa~450MPa，伸长率A₅₀≥30％；钢带180°弯曲试验d=a，完好；钢带在-20℃夏比冲击性能≥100J。

与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明采用常规冶炼连铸、热连轧的工艺流程，通过合理的化学成分设计及冶炼、热轧工艺参数设计，制得厚度为5.0mm~16.0mm、屈服强度≥280MPa、综合性能优良的双金属制动鼓用钢带。

附图说明

图1为本发明制得的双金属制动鼓用钢带的显微组织形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例1中，双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.060%，Si：0.04%，Mn：0.91%，P：0.01%，S：0.003%，Als：0.035%，Ti：0.011%，Mg：0.0008%，N：0.003%，O：0.0016%；其余为Fe及不可避免的杂质；并且有效细化晶粒元素含量：

ERG=Ti wt%+Als wt%+1.3Mg wt%-3.4N wt%-3S wt%-O wt%

=0.011%+0.035%+1.3×0.0008%-3.4×0.003%-3×0.003%-0.0016%=0.026%。

一种双金属制动鼓用钢制备热轧钢带的方法，包括以下步骤：

S1、冶炼、精炼及连铸：根据双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料依次经铁水脱硫、转炉冶炼、LF钢包炉精炼、连铸制成板坯；钢水在LF钢包炉精炼过程中，当钢水中全氧含量≤0.0020%时进行镁处理，镁处理的步骤为：已经称取的Al-Mg中间合金线原料喂入LF钢包炉，钢水中添加Mg元素后须保证吹氩气的时间不少于5min；

S2、加热：将步骤S1连铸后制得的板坯加热至1200℃，保温时间为160min；

S3、热连轧：粗轧与精轧两阶段采用控温轧制，粗轧结束温度为1020℃，精轧终轧温度为850℃；

S4、冷却、卷取、缓冷：将步骤S3热连轧后的钢带采用后段层流冷却，卷取温度为570℃，制得厚度为10.0mm的热轧板卷，吊入缓冷箱缓冷至室温，制得双金属制动鼓用钢带。

本实施例1制得的双金属制动鼓用钢带中，显微组织为铁素体+少量珠光体（如图1所示），并且其中铁素体的体积分数为95%；钢带的拉伸性能：屈服强度ReL为310MPa，抗拉强度Rm为415MPa，伸长率A₅₀为36％；钢带180°弯曲试验d=a，完好；钢带在-20℃夏比冲击性能为210J。

实施例2

本实施例2中，双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.075%，Si：0.05%，Mn：0.98%，P：0.012%，S：0.004%，Als：0.030%，Ti：0.015%，Mg：0.0010%，N：0.004%，O：0.0018%；其余为Fe及不可避免的杂质；并且有效细化晶粒元素含量：

ERG=Ti wt%+Als wt%+1.3Mg wt%-3.4N wt%-3S wt%-O wt%

=0.015%+0.03%+1.3×0.001%-3.4×0.004%-3×0.004%-0.0018%=0.019%。

S3、热连轧：粗轧与精轧两阶段采用控温轧制，粗轧结束温度为1020℃，精轧终轧温度为860℃；

S4、冷却、卷取、缓冷：将步骤S3热连轧后的钢带采用后段层流冷却，卷取温度为590℃，制得厚度为10.0mm的热轧板卷，吊入缓冷箱缓冷至室温，制得双金属制动鼓用钢带。

本实施例2制得的双金属制动鼓用钢带中，显微组织为铁素体+少量珠光体，其中铁素体的体积分数为90%；钢带的拉伸性能：屈服强度ReL为320MPa，抗拉强度Rm为420MPa，伸长率A₅₀为35％；钢带180°弯曲试验d=a，完好；钢带在-20℃夏比冲击性能为190J。

实施例3

本实施例3中，双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.087%，Si：0.04%，Mn：1.05%，P：0.015%，S：0.003%，Als：0.032%，Ti：0.018%，Mg：0.0015%，N：0.005%，O：0.0020%；其余为Fe及不可避免的杂质；并且有效细化晶粒元素含量：

ERG=Ti wt%+Als wt%+1.3Mg wt%-3.4N wt%-3S wt%-O wt%

=0.018%+0.032%+1.3×0.0015%-3.4×0.0015%-3×0.003%-0.002%=0.024%。

S1、铁水脱硫、转炉冶炼、LF钢包炉精炼、连铸：根据双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料依次经冶炼、精炼及连铸制成板坯；钢水在LF钢包炉精炼过程中，当钢水中全氧含量≤0.0020%时进行镁处理，镁处理的步骤为：已经称取的Al-Mg中间合金线原料喂入LF钢包炉，钢水中添加Mg元素后须保证吹氩气的时间不少于5min；

S3、热连轧：粗轧与精轧两阶段采用控温轧制，粗轧结束温度为1020℃，精轧终轧温度为870℃；

S4、冷却、卷取、缓冷：将步骤S3热连轧后的钢带采用后段层流冷却，卷取温度为610℃，制得厚度为16.0mm的热轧板卷，吊入缓冷箱缓冷至室温，制得双金属制动鼓用钢带。

本实施例3制得的双金属制动鼓用钢带中，显微组织为铁素体+少量珠光体，其中铁素体的体积分数为73%；钢带的拉伸性能：屈服强度ReL为330MPa，抗拉强度Rm为440MPa，伸长率A₅₀为34％；钢带180°弯曲试验d=a，完好；钢带在-20℃夏比冲击性能为200J。

对比例1

本对比例1中，双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.080%，Si：0.20%，Mn：0.40%，P：0.022%，S：0.025%，Als：0.020%；其余为Fe及不可避免的杂质。

S1、转炉冶炼、连铸：根据双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料依次经冶炼、连铸制成板坯；

S2、加热：将步骤S1连铸后制得的板坯加热至1180℃，保温时间为130min；

S3、热连轧：粗轧与精轧两阶段采用控温轧制，粗轧结束温度为1080℃，精轧终轧温度为880℃；

S4、冷却、卷取、缓冷：将步骤S3热连轧后的钢带采用前段层流冷却，卷取温度为640℃，制得厚度为10.0mm的热轧板卷，空冷至室温，制得双金属制动鼓用钢带。

本对比例1制得的双金属制动鼓用钢带中，钢带的拉伸性能：屈服强度ReL为270MPa，抗拉强度Rm为360MPa，伸长率A₅₀为38％；钢带180°弯曲试验d=a，完好。

对比例2

本对比例2中，双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.070%，Si：0.04%，Mn：0.85%，P：0.012%，S：0.004%，Als：0.031%，Ti：0.019%，N：0.0040%；其余为Fe及不可避免的杂质。

S1、铁水脱硫、转炉冶炼、LF钢包炉精炼、连铸：根据双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料依次经冶炼、精炼及连铸制成板坯；

S2、加热：将步骤S1连铸后制得的板坯加热至1230℃，保温时间为180min；

S3、热连轧：粗轧与精轧两阶段采用控温轧制，粗轧结束温度为1060℃，精轧终轧温度为840℃；

S4、冷却、卷取、缓冷：将步骤S3热连轧后的钢带采用前段层流冷却，卷取温度为620℃，制得厚度为10.0mm的热轧板卷，吊入缓冷箱缓冷至室温，制得双金属制动鼓用钢带。

本对比例2制得的双金属制动鼓用钢带中，钢带的拉伸性能：屈服强度ReL为320MPa，抗拉强度Rm为410MPa，伸长率A₅₀为35％；钢带180°弯曲试验d=a，完好。

从实施例1~3以及对比例1~2可已看出，本发明实施例1~3制备的厚度为5.0~16.0mm的双金属制动鼓用钢带，屈服强度ReL≥280MPa，抗拉强度Rm370~450MPa，冷弯、冲击性能良好，且具有优良的冲压成形性能、抗热疲劳性能，以及一定的热学性能稳定性。与对比例1相比，对比例1屈服强度较低，没有能够有效细化晶粒元素，无法保证铸铁鼓圈连接处晶粒细化和足够的强韧性，无法保证制动鼓制动时的力学和热学性能稳定性；对比例2中未添加有效细化晶粒元素Mg元素，同样不能保证铸铁鼓圈连接处的晶粒细化和足够的强韧性，不能有效保证制动鼓制动时的力学和热学性能的稳定性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种双金属制动鼓用钢制备热轧钢带的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、冶炼、精炼及连铸：根据双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料依次经铁水脱硫、转炉冶炼、LF钢包炉精炼、连铸制成板坯；所述双金属制动鼓用钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.060%~0.090%，Si：≤0.10%，Mn：0.90%~1.10%，P：≤0.018%，S：≤0.006%，Als：0.020%~0.050%，Ti：0.010%~0.025%，Mg：0.0005%~0.0020%，N：≤0.005%，O：≤0.0020%；其余为Fe及不可避免的杂质；并且有效细化晶粒元素含量ERG为：

ERG=Ti wt%+Als wt%+1.3Mg wt%-3.4N wt%-3S wt%-O wt%=0.000%~0.030%；

S2、加热：将步骤S1连铸后制得的板坯加热至1180℃~1220℃，保温时间不少于150min；

S3、热连轧：粗轧与精轧两阶段采用控温轧制，粗轧结束温度为1000℃~1040℃，精轧终轧温度为840℃~880℃；

S4、冷却、卷取、缓冷：将步骤S3热连轧后的钢带采用后段层流冷却，卷取温度为560℃~620℃，制得厚度为5.0mm~16.0mm的热轧板卷，吊入缓冷箱缓冷至室温，制得双金属制动鼓用钢带。

2.根据权利要求1所述的一种双金属制动鼓用钢制备热轧钢带的方法，其特征在于：在所述步骤S1中，钢水在LF钢包炉精炼过程中，当钢水中全氧含量≤0.0020%时进行镁处理，镁处理的步骤为：已经称取的Al-Mg中间合金线原料喂入LF钢包炉，钢水中添加Mg元素后须保证吹氩气的时间不少于5min。

3.根据权利要求1所述的一种双金属制动鼓用钢制备热轧钢带的方法，其特征在于：制得的双金属制动鼓用钢带的显微组织为铁素体+珠光体，其中铁素体的体积分数不低于70%；钢带的拉伸性能：屈服强度ReL≥280MPa，抗拉强度Rm为370MPa~450MPa，伸长率A₅₀≥30％；钢带180°弯曲试验d=a，完好；钢带在-20℃夏比冲击性能≥100J。