CN101724777A - 抗拉强度为550MPa级热轧轮辋钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗拉强度为550MPa级的热轧轮辋钢及其制造方法，所述轮辋钢的化学成分质量百分比为，C：0.02％～0.07％，Si：0～0.3％，Mn：0.8％～1.2％，P≤0.035％，S≤0.005％，Al：0.025％～0.060％，N≤0.0060％，Nb：0～0.10％；其余是Fe和不可避免的杂质。本发明的制造方法中，钢坯加热温度为1150～1250℃，轧制变形量大于80％；终轧温度为830～900℃，终轧后的钢板以20～80℃/s的速度冷却到560～660℃卷取，然后空冷至室温。本发明的钢在减重的同时，亦能保持良好的焊接性能，本发明的方法操作简便，节约了生产成本。

Description

抗拉强度为550MPa级热轧轮辋钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种轮辋钢，具体涉及一种具有优良抗拉强度的轮辋钢板。
背景技术
近年来，人类环境保护意识日益增强，降低汽车的油耗及减少CO2的排放已经成为了一个全球共同的呼声。在为达到这一目标的多种措施中，汽车减重则是一个非常有效的手段。而施行汽车减重的同时对汽车安全性提出了更高的要求，增加了对各种先进的高强度、加工性能良好的新型钢铁材料的需求。
轿车底盘、车轮、悬挂及其周围部件主要采用热轧钢板制造，它的重量大约占车体总重量的25％以上。由于这些部位上的许多零部件相对较厚、较重，具有非常大的减重潜力。
高强度轮辋钢已成为一个重要的汽车用钢品种。作为汽车车轮用材料，轮辋钢必须有足够的强度，为降低钢的重量，则要求钢的强度有所增加，但一般钢铁材料的强度提高后通常会带来焊接和成形性能的下降。这种难以满足轿车车轮对钢板焊接及成形性能的要求。
与本发明相关的专利文献如下：日本专利文献JP56130455A公开了一种热轧高强板，其成分中含Ca与Ce，强度达到560-580MPa，延伸率为27％；日本专利文献JP57035663A公开了一种热轧高强板及其制造方法，采用10-20℃/s的缓冷工艺，在钢中形成了F+B双相微观组织；日本专利文献JP57155347A提供了一种热轧高强板，其成分中含C量为0.067～0.082％，含Mn量为1.52～1.70％，但不涉及热轧和冷却工艺；日本专利文献JP57155348A提供的热轧高强板，在钢的成分中加入了稀土的成分，并采用了低于500℃的卷取温度；另一日本专利文献JP59035653A的热轧高强板，采用比较高的含Mn量(1.20-1.88％)，并采用很低的卷取温度(200-400℃)。这几种热轧高强板的共同特点是含C量较高(见表2)，焊接性能不强；Nb含量不高，钢的强度不够。
目前高强度轮辋钢的厚度一般不大于6mm，在进行闪光对焊后，需要进行多道的成形以及扩口工序，普通SAPH碳-锰系钢板等的强度往往比较低(≤300MPa)，若简单提高C、Si、Mn含量来提高钢的强度，则会使得钢的碳当量升高，破坏其焊接性能，导致在成形和扩口时焊接部位开裂，不能满足汽车车轮的工艺要求。现有轮辋钢的生产方法一般需经热处理，热轧后需要复杂的冷却工艺，工艺复杂，成本较高。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种既具有较高强度，又具有一定的塑性和优良的焊接成形性能的汽车用轮辋钢板，同时提供一种工艺简单、成本低廉的生产轮辋钢板的方法。
本发明提供了一种抗拉强度为550MPa级热轧轮辋钢板，其化学成分质量百分比为，C：0.02％～0.07％，Si：0～0.3％，Mn：0.8％～1.2％，P≤0.035％，S≤0.005％，Al：0.025％～0.060％，N≤0.0060％，Nb：0～0.10％；其余是Fe和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方案中，本发明的化学成分中含Ti≤0.05％。
本发明中各合金元素的作用如下：
C：用于形成足够碳化物强化相，以保证钢的强度级别，C含量太低强度达不到要求，C含量太高则对焊接性能和成形性能不利。
Si：在钢中起固溶强化作用，含量太高容易使钢板表面产生红铁皮等表面缺陷，损害焊接性能。
Mn：是重要的固溶强化元素，过低会造成钢的强度不足，太高会使钢的塑性下降，也会造成材料的焊接性能下降。
P、S：是钢中的杂质元素，含量应越低越好。
Al：是钢中的脱氧元素，可以减少钢中的氧化物夹杂并纯净钢质，有利于提高钢板的成形性能。
Nb、Ti：是有效细化晶粒、提高强度和韧性的元素，以碳化物和碳氮化物的形式存在于钢中。本发明钢中Nb的含量范围是0-0.10％，若加入量低于0.01％则强化效果较小；也可加入0-0.05％的Ti，若加入量低于0.01％则强化效果较小。
本发明还提供了一种上述抗拉强度为550MPa级热轧轮辋钢板的制造方法，其中，热轧工序中钢坯加热温度为1150～1250℃，轧制变形量大于80％；终轧温度为830～900℃，终轧后的钢板冷却到560～660℃卷取，然后空冷至室温。
较好的是，所述轧制在奥氏体区进行。
较好的是，所述冷却的速度为20℃/s-80℃/s。
在本发明的方法中，若加热温度低于1150℃，则微合金元素溶解不充分，未能充分利用微合金元素，钢板强度降低。若加热温度高于1250℃，则晶粒容易粗化，对提高钢板韧性不利。
板坯在奥氏体再晶界区进行粗轧，通过轧制变形后的再结晶细化奥氏体晶粒，钢板的变形量在80％以上，终轧温度控制在奥氏体未再结晶区830～900℃，通过奥氏体低温区的轧制变形，使奥氏体晶粒内形成变形带并因应变诱发微合金元素的碳氮化物沉淀，细化奥氏体的相变产物，提高钢板的韧性。
终轧后钢板以20℃/s-80℃/s的冷却速度冷却到560～660℃卷取，卷取低于560℃，钢板存在贝氏体组织，不利于材料的焊接性能。卷取后空冷至室温。
本发明的有益效果是，采用本发明成分设计的热轧高强度轮辋钢板，在保证高强度的同时亦能保持较好的焊接性能，且生产工艺上不经热处理，因此制造成本较低。本发明的制造方法在热轧后无需复杂控制冷却技术，用一般层流冷却工艺就可实现，易于生产。
具体实施方式
实施例1
本实施例中轮辋钢板的化学成分质量百分比为：C：0.067％，Si：0.20％，Mn：1.20％，P：0.008％，S：0.0031％，Al：0.038％，N：0.0035％，Nb：0.035％；其余是Fe和不可避免的杂质。
钢坯加热温度为1150～1200℃，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％；终轧温度为870℃，终轧后的钢板以30～60℃/s的冷却速度冷却到597℃卷取，然后空冷至室温。所得钢板的工艺及力学性能见表1.
实施例2
本实施例中轮辋钢板的化学成分质量百分比为：C：0.067％，Si：0.20％，Mn：1.20％，P：0.008％，S：0.0031％，Al：0.038％，N：0.0035％，Nb：0.035％；其余是Fe和不可避免的杂质。
钢坯加热温度为1150～1200℃，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％；终轧温度为853℃，终轧后的钢板以50～80℃/s的冷却速度冷却到563℃卷取，然后空冷至室温。所得钢板的工艺及力学性能见表1.
实施例3
本实施例中轮辋钢板的化学成分质量百分比为：C：0.07％，Si：0.24％，Mn：1.15％，P：0.007％，S：0.003％，Al：0.057％，N：0.0032％，Ti：0.031％，Nb：0.031％；其余是Fe和不可避免的杂质。
钢坯加热温度为1150～1200℃，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％；终轧温度为850℃，终轧后的钢板以50～80℃/s的冷却速度冷却到560℃卷取，然后空冷至室温。所得钢板的工艺及力学性能见表1.
实施例4
本实施例中轮辋钢板的化学成分质量百分比为：C：0.07％，Si：0.24％，Mn：1.15％，P：0.007％，S：0.003％，Al：0.057％，N：0.0032％，Ti：0.031％，Nb：0.031％；其余是Fe和不可避免的杂质。
钢坯加热温度为1150～1200℃，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％；终轧温度为850℃，终轧后的钢板以20～50℃/s的冷却速度冷却到620℃卷取，然后空冷至室温。所得钢板的工艺及力学性能见表1.
实施例5
本实施例中轮辋钢板的化学成分质量百分比为：C：0.07％，Mn：1.20％，P：0.007％，S：0.003％，Al：0.053％，N：0.0034％，Ti：0.033％，Nb：0.034％；其余是Fe和不可避免的杂质。
钢坯加热温度为1200～1250℃，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％；终轧温度为883℃，终轧后的钢板以50～80℃/s的冷却速度冷却到580℃卷取，然后空冷至室温。所得钢板的工艺及力学性能见表1.
实施例6
本实施例中轮辋钢板的化学成分质量百分比为：C：0.07％，Mn：1.20％，P：0.007％，S：0.003％，Al：0.053％，N：0.0034％，Ti：0.033％，Nb：0.034％；其余是Fe和不可避免的杂质。
钢坯加热温度为1200～1250℃，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％；终轧温度为895℃，终轧后的钢板以30～60℃/s的冷却速度冷却到620℃卷取，然后空冷至室温。所得钢板的工艺及力学性能见表1.
实施例7
本实施例中轮辋钢板的化学成分质量百分比为：C：0.022％，Si：0.28％，Mn：1.18％，P：0.012％，S：0.0045％，Al：0.032％，N：0.0051％，Ti：0.045％，Nb：0.051％；其余是Fe和不可避免的杂质。
钢坯加热温度为1200～1250℃，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％；终轧温度为832℃，终轧后的钢板以20～40℃/s的冷却速度冷却到658℃卷取，然后空冷至室温。所得钢板的工艺及力学性能见表1.
实施例8
本实施例中轮辋钢板的化学成分质量百分比为：C：0.056％，Si：0.19％，Mn：0.87％，P：0.018％，S：0.0041％，Al：0.027％，N：0.003％，Nb：0.091％；其余是Fe和不可避免的杂质。
钢坯加热温度为1200～1250℃，在奥氏体区进行轧制，轧制变形量大于80％；终轧温度为865℃，终轧后的钢板以30～60℃/s的冷却速度冷却到607℃卷取，然后空冷至室温。所得钢板的工艺及力学性能见表1.
比较例
参照JP 59035653A的化学成分，本比较例中钢板的化学成分质量百分比为：C：0.08％，Mn：1.78％，P：0.084％，S：0.001％，Al：0.042％，Ti：0.023％；其余是Fe和不可避免的杂质。
参照JP 57155347A的化学成分，本比较例中钢板的化学成分质量百分比为：C：0.067％，Si：0.21％，Mn：1.53％，P：0.088％，S：0.006％，Al：0.046％，Nb：0.042％；其余是Fe和不可避免的杂质。
参照JP 56130455A的化学成分，本比较例中钢板的化学成分质量百分比为：C：0.08％，Si：0.08％，Mn：1.80％，P：0.01％，S：0.002％，Nb：0.021％，Ca：0.002％；其余是Fe和不可避免的杂质。
所得到钢板的强度及焊接性能指标见表1.
表1本发明与国外相关专利文献的钢强度、焊接性能比较
  终轧温度(℃)  卷取温度(℃)  屈服强度(MPa)  抗拉强度(MPa)  延伸率*(％)   焊接断裂位置
 实施例1   870  597   498   574   33   母材
 实施例2   853  563   518   582   34   母材
 实施例3   850  560   535   585   34   母材
 实施例4   850  620   502   570   35   母材
 实施例5   883  580   525   580   34   母材
 实施例6   895  620   515   570   36   母材
 实施例7   832  658   526   603   33   母材
  终轧温度(℃)  卷取温度(℃)  屈服强度(MPa)  抗拉强度(MPa)  延伸率*(％)   焊接断裂位置
 实施例8   865  607   528   612   32   母材
 比较例JP59035653A  200-400   510   674   29   母材
 比较例JP57155347A   599   30   母材
 比较例JP56130455A   448   574   27.6   母材
*实施例和比较例拉伸试样标距均为50mm。
表2本发明与相关专利文献的成分及工艺对照
  JP 59035653A   JP 57155347A   JP 56130455A   JP 57155348A   JP 57035663A   本发明
  C   0.05～0.10   0.067～0.082   0.07～0.08   0.09～0.10   0.03～0.07   0.02～0.07
  Si   0.27～0.81   0.15～0.21   0.15～0.37   0～0.93   0～0.3
  Mn   1.21～1.88   1.52～1.7   1.28～1.31   1.25～1.36   1.33～1.68   0.8～1.20
  Nb   0～0.088   0～0.04   0.02   0～0.05   0.015～0.036   0-0.10
  Ti   0～0.048   0～0.035   0～0.04   0～0.06   0～0.05
V 0～0.045
  稀土   0～0.008   0.006～0.01
  Ca   0～0.002
  Ce   0～0.0075
  组织   F+P   F+P   F+P   F+P   F+B   F+P
  卷取温度 200～400℃ ＜500℃ 10-20℃/s缓冷 560～660
由表1和表2的结果可知，本发明的钢与以上专利文献相比，含C量相对较低，焊接性能较好，试验同时Nb含量较高，可以增加钢的强度。本发明的制造方法在热轧后无需复杂的控制冷却技术，用一般层流冷却工艺就可实现，易于生产。

Claims (5)

1.一种抗拉强度为550MPa级热轧轮辋钢板，其特征在于，其化学成分质量百分比为，C：0.02％～0.07％，Si：0～0.3％，Mn：0.8％～1.2％，P≤0.035％，S≤0.005％，Al：0.025％～0.060％，N≤0.0060％，Nb：0～0.10％；其余是Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的抗拉强度为550MPa级热轧轮辋钢板，其特征还在于，所述化学成分中含Ti≤0.05％。
3.一种如权利要求1或2所述抗拉强度为550MPa级热轧轮辋钢板的制造方法，其特征在于，热轧工序中钢坯加热温度为1150～1250℃，轧制变形量大于80％；终轧温度为830～900℃，终轧后的钢板冷却到560～660℃卷取，然后空冷至室温。
4.根据权利要求3所述抗拉强度为550MPa级热轧轮辋钢板的制造方法，其特征在于，所述轧制在奥氏体区进行。
5.根据权利要求3所述抗拉强度为550MPa级热轧轮辋钢板的制造方法，其特征在于，所述冷却的速度为20℃/s-80℃/s。
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